Áp dụng phương pháp giao thoa radar để xác định hiện tượng lún đất trong vùng đô thị trung tâm thành phố Hà Nội

ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA RADAR ĐỂ XÁC ĐỊNH HIỆN TƯỢNG
LÚN ĐẤT TRONG VÙNG ĐÔ THỊ TRUNG TÂM THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TS. ĐẶNG VŨ KHẮC
Trường đại học Sư phạm Hà Nội
ThS. NGUYỄN CÔNG KIÊN, ThS. ĐỒNG MINH TÂM
Viện KHCN Xây dựng
Tóm tắt: Với phương pháp phân tích giao thoa đa
thời gian, chúng tơi khảo sát hiện tượng lún đất tại
vùng đô thị trung tâm của thành phố Hà Nội bằng ảnh
vệ tinh ALOS PALSAR thu chụp trong giai đoạn 20072011. Bản đồ tốc độ lún trung bình cho thấy khu vực
phía bờ bắc sơng Hồng khá ổn định, trái lại một số
khu vực ở bờ phía nam đang bị lún với vận tốc cực đại
đạt 68 mm/năm. Mặt đất bị biến dạng trong ba khu
vực chính: quận Hồng Mai, quận Hà Đơng – Thanh
Xn, huyện Từ Liêm – Hoài Đức, tại những nơi mà
việc xây dựng đang phát triển rầm rộ và việc hút nước
ngầm đang diễn ra mạnh mẽ trong thập niên vừa qua.
Ngồi ra cịn phải kể đến 1 số khu vực lún có diện tích
nhỏ hơn trong các quận nội thành. Kết quả thu được
từ phương pháp giao thoa radar tương ứng với giá trị
đo đạc bằng phương pháp thủy chuẩn trong giai đoạn
2007-2008. Điều này chứng minh khả năng áp dụng
phương pháp giao thoa vào quan trắc lún đất trên
diện rộng của thành phố Hà Nội với độ tin cậy cao và
giá thành hợp lý.

quả tác động lên môi trường [12]. Các kỹ thuật đo đạc
biến dạng bề mặt một cách định lượng thay đổi từ
phép đo mặt đất như phương pháp thủy chuẩn [3] và

phương pháp đo giãn kế [28] tới kỹ thuật không gian
như phương pháp đo GPS tĩnh [15], phương pháp
giao thoa radar InSAR [19], hay phương pháp LiDAR
hàng khơng [9].

Từ khóa: lún đất, đơ thị hóa, giao thoa radar, vật
tán xạ ổn định, nước ngầm.

số quận mới như Tây Hồ năm 1995, Thanh Xuân và

1. Giới thiệu
Hiện tượng lún đất do khai thác tài nguyên thiên
nhiên dưới lòng đất ngày càng phổ biến trong những
thập niên vừa qua do nhu cầu tiêu thụ tài nguyên
ngày càng tăng của xã hội loài người [16]. Lún mặt
đất đang được đặc biệt quan tâm khi nó xảy ra tại
nhiều thành phố, nơi mà q trình đơ thị hóa mạnh
mẽ kéo theo sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ nước với
lượng nước ngầm lớn được hút lên từ lòng đất. Vấn
đề này đã được ghi nhận tại các thành phố lớn như:
Mexico-City, Bangkok, Thượng Hải, Venice, và Las
Vegas. Tác động cịn đáng quan tâm hơn khi các đơ
thị nằm trên đồng bằng bồi tích được lấp đầy bởi các
thành tạo trầm tích bở rời, dễ nén ép. Từ những năm
1960, các nghiên cứu về lún đất đã được thực hiện
với nhiều phương pháp khảo sát [28] để có những
hiểu biết tốt hơn về cơ chế hình thành [7] và về hậu

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015

Thủ đơ Hà Nội là một ví dụ điển hình về thành phố
có tốc độ đơ thị hóa nhanh trong các nước đang phát
triển, nơi mà nước ngầm là nguồn tài nguyên chính
cho nhu cầu nước sạch [17]. Từ sau Đổi Mới năm
1986, sự năng động trong phát triển kinh tế cùng các
chính sách quản lý mới đã làm cho thành phố Hà Nội,
đặc biệt là các quận nội thành trở nên hấp dẫn hơn
đối với người nhập cư từ nhiều tỉnh lân cận. Hiện tại,
thành phố này được chia ra thành 10 quận nội thành,
19 huyện ngoại thành sau bốn lần điều chỉnh địa giới
hành chính. Điều này cho phép chuyển đổi đất nông
nghiệp ngoại ô thành đất đô thị với việc thành lập một
Cầu Giấy năm 1996, Long Biên và Hoàng Mai năm
2003 và Hà Đơng năm 2008 (hình 1). Do đó, dân số
tồn thành phố tăng từ 2.431x106 tới 3.184x106 người
từ năm 1995 đến năm 2006, trong khi dân số của các
quận nội thành tăng gấp đôi từ 1.082x106 lên
2.050x106 trong cùng thời kỳ. Sự gia tăng dân số đạt
đến 6.472x106 vào năm 2009 với mật độ là 1979
người/km2 và xấp xỉ 35000 người/km2 tại một số quận
trung tâm như Đống Đa hay Hoàn Kiếm [11].
Với việc chuyển đổi đất nơng nghiệp sang mục
đích đơ thị, nhiều quận mới được thiết lập xung quanh
khu nội đô lịch sử để đáp ứng nhu cầu về nhà ở. Điều
này dẫn đến sự tập trung dân cư và khai thác nước
ngầm mạnh mẽ từ một số bãi giếng hút nước ngầm ở
khu vực các quận mới thành lập. Điều này thể hiện
qua sự hình thành của ba nhà máy nước mới được
xây dựng trong giai đoạn 2002-2005, với công suất
3

của mỗi nhà máy khoảng 30000 m /ngày đêm [29].

61


ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
Hiện tượng hạ thấp mực nước ngầm [19] cùng với
việc phát triển nhà cửa trên nền đất yếu đã dẫn đến
lún đất cục bộ và gây ra nhiều hư hỏng cho nền móng
cơng trình hạ tầng, nhà ở của cư dân và kể cả một số
tịa nhà cao tầng cũ. Trong bối cảnh q trình đơ thị
hóa diễn ra nhanh chóng sau khi điều chỉnh địa giới
hành chính của thành phố Hà Nội năm 2008, sự hiểu
biết tốt hơn về biến dạng mặt đất trong vùng đô thị
trung tâm – được xác định bởi “Đồ án Quy hoạch
chung Xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và
Tầm nhìn đến năm 2050”’ tỏ ra cấp bách vì đây sẽ là
khu vực tập trung phát triển nhiều cơng trình xây
dựng quan trọng trong tương lai. Mục tiêu là một mặt
nhằm triển khai quy hoạch chi tiết một cách hợp lý và
mặt khác là để khuyến khích các giải pháp kỹ thuật
xây dựng cơng trình an tồn ở những nơi bị lún đất đe
dọa.
Những nghiên cứu trước đây dựa trên phương
pháp đo đạc mặt đất [8], [23], [24] hay mơ hình hóa
những đặc tính kỹ thuật của đất [33] đã chỉ ra một số

nơi thuộc các quận nội thành bị tác động của biến
dạng bề mặt trong vài thập niên vừa qua. Chẳng hạn
như, khảo sát mặt đất cho thấy nó bị lún mạnh hơn ở

khu vực nội thành hơn là khu vực ngoại vi, đặc biệt
gần các giếng hút nước ngầm. Mức độ lún trung bình
thay đổi từ 1.4 mm đến 41 mm/năm trong giai đoạn
1994-2005 [23]. Tuy nhiên, các phương pháp đo đạc
mặt đất này khơng thích hợp để theo dõi biến dạng
trên diện rộng như lún đất vì chúng chỉ cung cấp
thơng tin tại một vài điểm khảo sát đơn lẻ. Trái lại, các
tính toán dựa trên phương pháp giao thoa radar InSAR sẽ cung cấp thông tin về hiện trạng lún đất trên
khu vực rộng lớn với độ chính xác biến đổi từ vài cm
đến vài mm tùy thuộc vào số liệu sử dụng. Với
phương pháp này, một số nghiên cứu đã tập trung
vào biến dạng mặt đất tại trung tâm nội thành [5], [25],
[27], [30], [32], [34]. Với việc sử dụng cách tiếp cận
InSAR truyền thống, các nghiên cứu này đã chỉ ra sự
dịch chuyển theo phương thẳng đứng với giá trị 20
mm trong giai đoạn 1996-1998 tại đây [5].

Hình 1. Bản đồ vùng đơ thị Hà Nội, với vị trí của các quận nội thành và huyện ngoại thành [21]. Khung vuông
tương ứng với khu vực nghiên cứu bằng phương pháp InSAR trong hình 2

62

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015


ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
Tuy nhiên, các tác giả này khơng thu được tốc độ
lún chính xác của cả vùng đô thị trung tâm. Hơn nữa
cách tiếp cận của họ chịu một số hạn chế cơ bản của
kỹ thuật giao thoa. Thứ nhất, số lượng ảnh có hạn

của ảnh radar kênh C (chủ yếu là ERS và Envisat của
cơ quan hàng không vũ trụ châu Âu- ESA)[25] và sự
không phù hợp khi tổ hợp giữa các ảnh radar do
đường cơ sở thời gian và không gian phân cách nhau
kém hợp lý. Hơn nữa, thời tiết nhiệt đới sinh ra các
nhiễu khí quyển đáng kể trong dữ liệu ảnh radar [31],
đặc biệt ở tầng đối lưu cho các ảnh thu trên kênh C
(bước sóng 5.6 cm) [36]. Cuối cùng, hạn chế nữa có
thể liên quan tới sự mất tương quan gây ra do những
biến đổi về đặc tính tán xạ của mặt đất, chủ yếu là
thực vật trong khu vực nghiên cứu [35]. Để vượt qua
các khó khăn này, chúng tôi xử lý 22 ảnh thu trên
kênh L của vệ tinh ALOS PALSAR (bước sóng 23.62
cm) bằng phương pháp giao thoa trong giai đoạn
2/2007-2/2011 với mục tiêu đặt ra như sau: 1/ Vẽ bản
đồ phân bố không gian của hiện tượng lún đất trong
giai đoạn 2007-2011, 2/ Xác định vận tốc lún trung
bình theo chiều thẳng đứng cho tồn bộ vùng đô thị
trung tâm và đặc biệt là những nơi mới được đơ thị
hóa (hình 1).
2. Phương pháp luận và số liệu sử dụng
2.1 Phương pháp giao thoa radar
Việc sử dụng kỹ thuật giao thoa radar (InSAR) để
đo vẽ bề mặt Trái Đất, gồm cả việc thành lập bề mặt
địa hình và xác định biến dạng mặt đất, đã được minh
chứng một cách thành công từ hơn hai thập kỷ qua
[4]. Phương pháp giao thoa truyền thống cho phép
tạo ra các ảnh giao thoa tương ứng với sự lệch pha
khi chụp ảnh lặp lại nhiều lần. Sự lệch pha của các
pixel đơn lẻ này tương ứng với một số thành phần:

Φ = (Δφorb + Δφtopo + Δφatm + ΔφN + Δφdef)
(1)
Ở đây, Δφorb, Δφtopo, Δφatm, và Δφdef là sự lệch pha
lần lượt gây ra do vị trí của quỹ đạo, địa hình, trễ khí
quyển và biến dạng bề mặt. Thành phần nhiễu ΔφN
liên quan tới mức độ biến đổi của tán xạ, nhiễu nhiệt
và sai số trong xử lý số liệu. Để thu được thành phần
biến dạng với độ chính xác cao, việc ước tính tốt các
thành phần khác là cần thiết, dựa trên số liệu chính
xác về các tham số quỹ đạo và địa hình. Thành phần
biến dạng có thể được biểu diễn theo công thức:
Δφdef = 4π(ΔR/λ)
(2)
Với ΔR là sự biến đổi về khoảng cách giữa vệ tinh
và mặt đất dọc theo hướng quan sát của vệ tinh và λ
là bước sóng của hệ thống radar.

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015

Do rất nhạy cảm đối với dịch chuyển thẳng đứng,
việc theo dõi hiện tượng lún do con người gây ra bằng
phương pháp giao thoa radar đã trở thành một trong
những ứng dụng chính [10], đặc biệt trong khu vực đô
thị nơi mà số lượng pixel ổn định theo thời gian khá
nhiều [6]. Phương pháp InSAR cũng đã được sử dụng
trong nghiên cứu hiện tượng lún trong khu vực đô thị
và các tác giả đã cho thấy bề mặt địa hình thành phố
Hồ Chí Minh bị lún đáng báo động và kỹ thuật giao
thoa vi phân là một giải pháp khả thi nhất trong việc
phát hiện các biến dạng bề mặt địa hình theo khơng

gian và thời gian [18]. Tuy nhiên, sự mất tương quan
gây ra hoặc do sự thay đổi của hướng quan sát vệ tinh
đối với hai ảnh (các góc nhìn khác nhau), hay sự thay
đổi về vị trí của vật tán xạ, hay sự thay đổi về hình học
bên trong ơ cơ sở. Nếu sự mất tương quan lớn, ảnh
giao thoa sẽ khơng thích hợp cho việc phân tích biến
dạng. Trong trường hợp sự biến dạng xảy ra mạnh,
thành phần Δφdef chiếm ưu thế thì nó cho phép xác
định được dịch chuyển giữa hai lần thu ảnh [1]. Tuy
nhiên, trong trường hợp với dịch chuyển chậm, việc
xác định thành phần biến dạng có thể bị giới hạn bởi
sự nổi trội của các thành phần khơng biến dạng trong
phương trình (1). Bằng cách gộp nhiều ảnh giao thoa
của cùng một khu vực lại với nhau, tỷ số tín hiệu/nhiễu
được tăng lên, cho phép xác định vận tốc dịch chuyển
trung bình của mặt đất trong giai đoạn bao trùm bởi
các ảnh giao thoa [26].
Để vượt qua sự mất tương quan về thời gian do
sự thay đổi về đặc tính tán xạ, giảm tác động của khí
quyển và đo các dịch chuyển tạm thời; kỹ thuật giao
thoa đa thời gian mới được phát triển. Kỹ thuật này
dựa trên việc thu nhận nhiều ảnh radar ống mở tổng
hợp và bao gồm cách tiếp cận Persistent Scatterers
(PS) và Small Baseline (SB). Nhìn chung, hai cách
tiếp cận này rất tối ưu để xử lý những vật tán xạ trên
mặt đất. Phương pháp PS nhằm xử lý các ô cơ sở nổi
trội bởi một vật tán xạ đơn lẻ, trong khi phương pháp
SB hướng tới xử lý các ô cơ sở khơng có vật tán xạ
nổi trội. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng
phương pháp giao thoa đa thời gian StaMPS/MTI

được phát triển bởi Hooper. Phương pháp này tổ hợp
cả hai cách tiếp cận PS và SB để tách ra dấu hiệu
biến dạng tại các điểm ảnh và làm tăng tỷ số tín
hiệu/nhiễu. Việc lựa chọn điểm ảnh PS được thực
hiện đầu tiên bằng cách sử dụng cách tiếp cận PS
được phát triển bởi [14], và sau đó một loạt ảnh giao
thoa thứ hai được xử lý bằng cách tiếp cận SB để xác
định các vật tán xạ đồng đều (DS) mà đối với chúng
thì giá trị pha khơng bị mất tương quan đáng kể trong
một thời gian ngắn. Việc sử dụng phương pháp giao

63


ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
thoa đa thời gian, dấu hiệu biến dạng được tách ra từ
cả các điểm ảnh PS và DS mà ở đây chúng tôi gọi là
các điểm ảnh được chọn (SP), cho phép làm tăng số
lượng mẫu quan trắc và làm quá trình mở pha diễn ra
tốt hơn. Đầu tiên quá trình mở pha 3-D sử dụng
phương pháp thống kê giá [13], và việc ước lượng sai
số của mơ hình số độ cao bằng mối tương quan với
các giá trị của đường cơ sở vng góc của từng ảnh
giao thoa để mở pha lần thứ hai có tính đến các sửa
đổi này. Cho tới thời điểm hiện nay, một số ứng dụng
của phương pháp này đã tập trung nghiên cứu lún đất
trong đô thị như nghiên cứu của [2].
2.2 Số liệu
Chúng tôi sử dụng tổng số 22 ảnh radar được thu
chụp trên kênh L (bước sóng 23.6 cm) trong thời gian

từ tháng 2/2007 đến tháng 2/2011 bởi đầu thu
PALSAR đặt trên vệ tinh ALOS của Nhật Bản. Các
cảnh chụp thuộc tuyến đi lên của vệ tinh ở dịng 475
và cột 400 (hình 1). Để giảm thiểu sự mất tương quan
về thời gian và không gian, ảnh tham chiếu được
chọn tương ứng với ảnh tham chiếu chụp ngày 25
tháng 6 năm 2009 cùng việc sử dụng ngưỡng 2000 m
ứng với đường cơ sở không gian và 4 năm ứng với
đường cơ sở thời gian. 20 ảnh giao thoa đồ được tính
tốn so với ảnh tham chiếu trong phương pháp PS và
46 ảnh giao thoa đồ được tính theo phương pháp SB.
Chúng tôi giới hạn khu vực nghiên cứu trong diện tích

40x40 km xung quanh vùng đơ thị trung tâm (hình 1).
Để loại bỏ thành phần địa hình trong ảnh giao thoa,
chúng tơi dùng mơ hình số độ cao toàn cầu SRTM V.4
với độ phân giải 3”. Mặt khác, thành phần quỹ đạo
được loại bỏ bằng cách sử dụng số liệu quỹ đạo với
độ chính xác <1m do JAXA cung cấp trong đầu dẫn
của tệp tin đi cùng với ảnh radar.
3. Kết quả
3.1 Phân bố không gian và vận tốc của hiện tượng lún
Sử dụng phương pháp phân tích chuỗi số liệu đa
thời gian một số lượng lớn các vật tán xạ cố định
(540000 điểm SP) đã được chọn lựa trong khu vực
nghiên cứu (hình 2). Phần lớn các vật tán xạ này
tương ứng với nhà ở, nhà cao tầng và cơng trình cơ
sở hạ tầng, nằm trong khu dân cư đông đúc của các
quận nội thành và các làng xóm ở các huyện ngoại
thành. Những vị trí khơng có vật tán xạ ổn định tương

ứng với mặt nước hay các ruộng đồng nông nghiệp
xung quanh khu vực đô thị. Để đảm bảo hầu hết các
biến dạng đo được tương ứng với sự dịch chuyển
của mặt đất do lún theo phương thẳng đứng, chúng
tôi chuyển đổi vận tốc lún thu được theo hướng ngắm
của vệ tinh thành vận tốc lún theo phương thẳng
đứng với góc tới (θ) tại từng điểm ảnh (θ trung bình
=38 đối với ảnh ALOS) theo [22].

Hình 2. Vận tốc lún trung bình theo phương thẳng đứng tại vùng đơ thị Hà Nội (vị trí trong hình 1) thu được từ
xử lý InSAR cho giai đoạn từ 02/2007 đến 02/2011. Khung vng là vị trí của hình 3c, 3b và 3c

64

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015


ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
Chúng tôi quan sát thấy sự không đồng nhất về
vận tốc lún thẳng đứng trong vùng đô thị của thành
phố Hà Nội, với vận tốc lún biến đổi từ 0 đến 68
mm/năm trong khoảng thời gian bốn năm nghiên cứu
(hình 2). Đầu tiên, chúng tơi nhận thấy sự biến dạng
bị giới hạn chủ yếu trong vùng đơ thị. Vận tốc lún
trung bình chỉ ra sự khác biệt rõ ràng giữa phần phía
bắc và phần phía nam của sơng Hồng. Ở bờ phía bắc
sơng Hồng, mặt đất có vẻ như là rất ổn định, với một
vài điểm lún nhỏ có thể nhận thấy ở phía đơng huyện
Đông Anh và khu vực giữa sông Hồng và sông

Đuống, như tại khu vực trung tâm quận Long Biên
hay phần phía tây nam huyện Gia Lâm (hình 2). Đối
với các điểm cục bộ này, kích thước theo chiều ngang
của chúng khơng q 1-2 km2 mỗi điểm, vận tốc lún
trung bình theo phương thẳng đứng tối đa là 15
mm/năm. Ở bờ phía nam sơng Hồng, vùng phía giáp
sơng, tương ứng với các quận Tây Hồ, Ba Đình, Cầu
Giấy và huyện Từ Liêm có thể phân biệt rất rõ với các
biến dạng nhỏ, ngoại trừ khu vực dọc sông Hồng, nơi
mà lún đất xảy ra với tốc độ chậm, nhỏ hơn 10
mm/năm.

(a)
(b)
(c)
Hình 3. Bản đồ phóng to và lát cắt của tốc độ lún theo phương thẳng đứng tại (a) khu vực lún Hồng Mai (b) khu vực
lún Hà Đơng - Thanh Xn (Khung vng trình bày khu vực theo dõi lún bằng phương pháp đo mặt đất tại khu đô thị
mới Văn Quán), và (c) khu vục lún Hoài Đức – Từ Liêm. Vị trí khung hình và thang giá trị, tham khảo hình 2

Ở phía nam sơng Hồng, lún đất xảy ra trong 3
khu vực chính về phía nam và phía tây của các quận
trung tâm (hình 2). Đầu tiên, khu vực lớn nhất tương
ứng với quận Hoàng Mai ở phía nam của trung tâm
thành phố. Biến dạng tương ứng với vận tốc lún
trung bình lớn hơn 30 mm/năm và bao trùm diện tích
5x5 km, và được bao quanh ở phía bắc bởi những
biến thiên vận tốc lún rất đột ngột (hình 2 và Hình
3a). Vận tốc lún trung bình tối đa đạt 68 mm/năm,
chỉ cách khu vực ổn định 1 km. Chúng tôi ghi nhận
hai vùng biến dạng rộng với kích thước 2x2 km trong

khu vực lún chính và một số điểm lún với kích thước
khơng q 0.5x0.5 km và tốc độ lún đạt 50 mm/năm
ở phía đơng của khu vực lún thứ nhất này. Khu vực
lún thứ hai nằm tại quận Hà Đơng – Thanh Xn ở
phía tây nam của trung tâm thành phố (hình 2 và
3b). Kích thước ngang của khu vực lún này rất lớn,

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015

tới 7 x 4 km nhưng ít vị trí trong khu vực này thể hiện
tốc độ lún thẳng đứng vượt quá 45 mm/năm. Chúng
tôi chỉ nhận ra một vị trí nhỏ với tốc độ lún 60
mm/năm ở phía nam. Ở phía tây của vùng đơ thị,
khu vực lún chính thứ ba có vẻ hiện ra một cách mờ
nhạt do sự phân tán của các vật tán xạ ở huyện
ngoại thành Từ Liêm – Hoài Đức, nơi mà những
cánh đồng nơng nghiệp vẫn cịn chiếm ưu thế (hình
2 và 3c). Các điểm lún vạch ra một khu vực 8 x 3
2
km kéo dài theo hướng nam bắc mà ở đó vận tốc
thẳng đứng thay đổi từ 30 đến 60 mm/năm. Trong
nhiều phần khác của vùng đô thị, một số điểm lún
với kích thước nhỏ hơn 1 km2 phân bố tại các quận
nội thành như Đống Đa, Thanh Xuân, hay Hai Bà
Trưng với vận tốc theo chiều thẳng đứng thay đổi từ
10 đến 25 mm/năm, nghĩa là nhỏ hơn nhiều so với
ba khu vực lún chính đã mô tả.

65

ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
3.2 Kiểm chứng kết quả

nằm ở khu vực lún thứ hai Hà Đông – Thanh Xn (vị
trí trên hình 3b). Chúng tơi xem xét một cách cụ thể
hơn số liệu đo mặt đất của các khối nhà TT18A và
TT18B do sự tồn tại của các điểm tán xạ cố định trên
các khối nhà này (hình 4a). Vận tốc lún trung bình suy
ra từ số liệu đo mặt đất tương ứng với vận tốc trung
bình 35 mm/năm đối với khối nhà TT18A và 27.8
mm/năm đối với khối nhà TT18B (hình 4b).

Để kiểm chứng kết quả xử lý InSAR của mình,
chúng tơi so sánh tốc độ lún theo phương thẳng đứng
cho một khu vực cụ thể, nơi có sẵn số liệu đo đạc
bằng phương pháp thủy chuẩn. Từ ngày 25/6/2007
đến ngày 26/9/2008, Tổng Công ty Phát triển Nhà ở
và Đô thị Hà Nội tiến hành mười sáu đợt đo mặt đất
tại một số khối nhà trong khu đơ thị mới Văn Qn

(a)

(b)

(c)
Hình 4. (a) Khu vực được theo dõi lún bằng phương pháp đo mặt đất tại khu đơ thị mới Văn Qn. Vị trí của khu
vực đo mặt đất, tham khảo hình 3b, và các điểm ảnh trong khu vực (thang mầu), tham khảo hình 2. (b) Biểu đồ
đo lún tích lũy của khối nhà TT18A. Nguồn: [8]. (c) Biểu đồ của một vật tán xạ cố định nằm trên khối nhà TT18B
và giá trị đo lún của nó bằng phương pháp đo thủy chuẩn. Điểm thứ 3 của phân tích InSAR theo chuỗi thời gian

nằm dọc theo đường hồi quy của số liệu đo bằng phương pháp thủy chuẩn

Điều này thuyết phục rằng các giá trị trung bình đó
phù hợp với kết quả xử lý InSAR của chúng tôi với giá
trị 38.2 mm/năm và 25.6 mm/năm đối với các điểm
tán xạ cố định nằm trên các tịa nhà tương ứng. Tuy
nhiên, chúng tơi thấy rằng các giá trị này nhỏ hơn vận
tốc trung bình 90 mm trong thời gian 17 tháng (từ
ngày 2/2/2007 đến ngày 22/6/2008) tương ứng với
63.5 mm/năm cho toàn bộ vùng nghiên cứu đã được
[34] xác định. Như đã đề cập ở trên, nghiên cứu của
Vöge chỉ xử lý hai ảnh bằng phương pháp DInSAR,
với tất cả các bất định có liên quan do sự khơng đồng

66

nhất về khí quyển, sự mất tương quan do thời gian,…
Chúng tôi nhận thấy sự tương đồng lớn giữa số liệu
InSAR và số liệu đo mặt đất trong giai đoạn 6/2007
đến 9/2008, điều này mang tính quyết định đối với
việc đánh giá kết quả thu được từ phương pháp giao
thoa radar InSAR (hình 4c). Trong cùng giai đoạn cả
hai tập hợp số liệu không tuân theo hàm số tuyến
tính, phù hợp với vận tốc khơng đổi, nhưng vạch ra
một hàm số đa thức bậc hai. Điều này cho thấy sự
suy giảm chậm của vận tốc lún theo phương thẳng
đứng theo thời gian, nó biểu lộ động thái của lớp đất

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015

ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
chịu sự giảm áp lực lỗ rỗng do hút nước ngầm. Do
đó, trừ các nhiễu lớn chứa trong số liệu đối với giai
đoạn sau 9/2008, tín hiệu lún là rõ ràng khơng ổn định
nhưng bao gồm những dịch chuyển tạm thời.
4. Kết luận
Trong những năm qua, q trình đơ thị hóa thúc
đẩy sự mở rộng đô thị và mạng lưới cơ sở hạ tầng
với nhiều dự án xây dựng xung quanh vùng đô thị Hà
Nội. Các phương pháp phù hợp để theo dõi tai biến
địa chất trong vùng đô thị mới là hết sức cần thiết đối
với các nhà quản lý để theo dõi hiện tượng lún đất và
hạn chế các hậu quả do nó gây ra. Sử dụng kỹ thuật
giao thoa radar, chúng tôi khảo sát biến dạng mặt đất
liên quan tới lún. Phương pháp này tỏ ra cạnh tranh
với các kỹ thuật đo mặt đất truyền thống liên quan
đến thời gian và giá thành, vì thuật tốn ngày càng
được cải thiện và số liệu vệ tinh radar ngày càng
phong phú. Cách tiếp cận phân tích chuỗi số liệu đa
thời gian cung cấp một độ phủ khơng gian hồn chỉnh
về khu vực nghiên cứu và việc sử dụng các ảnh vệ
tinh ALOS thu chụp trên kênh L cho phép chúng tôi
vượt qua vấn đề mất tương quan trong vùng nhiệt đới
như thành phố Hà Nội. Do đó, lần đầu tiên, bản đồ
vận tốc sụt lún trung bình của vùng đơ thị thành phố
Hà Nội được xây dựng. Bản đồ này chỉ ra tốc độ lún
theo phương thẳng đứng trung bình biến đổi từ 0 đến
68 mm/năm, và các vùng biến dạng lớn nhất tương
ứng với ba khu vực ở quận Hồng Mai, quận Hà

Đơng – Thanh Xuân và huyện Hoài Đức- Từ Liêm.
Nghiên cứu này chỉ ra rằng phương pháp phân tích
chuỗi số liệu đa thời gian có hiệu quả đối với các khu
vực nơi các cơng trình nhân tạo chiếm ưu thế như
trong môi trường đô thị. Nhưng đối với các cánh đồng
nông nghiệp, việc xác định lún trở nên khó khăn hơn
do thiếu các vật tán xạ. Trong trường hợp này, cần
thiết phải phối hợp một số phương pháp giao thoa
radar để có kết quả phân tích biến dạng tốt hơn.

3. BITELLI, G. & P. RUSSO (1991). Levelling data
management for the monitoring of land subsidence. In
Proceedings of Fourth International Symposium on Land
Subsidence, ed. A. I. Johnson, 453-462. Houston, USA:
IAHS Publication.
4. BÜRGMANN, R., P. A. ROSEN & E. J. FIELDING
(2000)

Synthetic aperture radar

interferometry to

measure Earth's suface topography and its deformation.
Earth and Planetary Sciences, 28, 169-209.
5. CARNEC, C. & D. RAUCOULES (2001) Spécificite du
milieu

urbain

tropical

pour

la

cartographie

des

deformations de surface par interferometrie RADAR
(ERS) - Application au pompage dans les systemes
aquiferes a Djakarta et Hanoi. Bulletin - Sociộtộ franỗaise
de photogrammộtrie et de télédétection, 161, 40-45.
6. CROSETTO, M., O. MONSERRAT, M. CUEVASGONZÁLEZ, N. DEVANTHÉRY & B. CRIPPA (2013).
Analysis of X-band very high resolution Persistent
Scatterer Interferometry data over urban area. In
International Archives of the Photogrammetry, Remote
Sensing

and

Spatial

Information

Science,

47-51.

Hannover, Germany.

7. CUI, Z.-D. & J. YA-JIE (2012). Study on the mechanisms
of the soil consolidation and land subsidence caused by
the high-rise building group in the soft soil area. Disaster
Advances, 5, 604-609.
8. ĐINH, V. X., et al. (2008). Báo cáo đo lún tại khu nhà
mới tại Văn Quán - tỉnh Hà Tây Hà Nội, HUD-CIC Công
ty cổ phần Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Hà Nội.
9. FROESE, C. R. & S. MEI (2008). Mapping and
monitoring coal mine subsidence using LiDAR and
InSAR.

In

GeoEdmonton'08:

61st

Canadian

Geotechnical Conference, ed. Canadian-GeotechnicalSociety, 1127-1133. Edmonton, Canada: Canadian
Geotechnical Society.
10. GALLOWAY, D. L., K. W. HUDNUT, S. E. INGEBRITSEN,
S. P. PHILLIPS, G. PELTZER, F. ROGEZ & P. A. ROSEN4

TÀI LIỆU THAM KHẢO

(1998) Detection of aquifer system compaction and land

1. AMELUNG, F., D. GALLOWAY, J. BELL, H. ZEBKER &
R. LACZNIAK (1999) Sensing the ups and downs of Las

Vegas:

InSAR reveals structural control of

land

subsidence and aquifer-system Geology, 27, 483-486.
2. AOBPAET, A., M. C. CUENCA, A. HOOPER & I.
TRISIRISATAYAWONG

(2009).

Antelope Valley, Mojave Desert, California. Water Resour
Research, 34, 2573-2585.
11. GSO (2009). Population and population density by
province in 2009. Hanoi: General Statistics Office
Vietnam.

subsidence

12. HOLZER, T. L. & D. L. GALLOWAY (2005). Impact of

evaluation using InSAR time series analysis in Bangkok

land subsidence caused by withdrawal of underground

metropolitan area. In Fringe 2009 Workshop, ed. H.

fluids in the United States. In Humans as geologic

Lacoste-Francis,

agents, eds. J. Ehlen, W. C. Haneberg & R. A. Larson,

s12_6aob.

Land

subsidence using interferometric synthetic aperture radar,

Frascati,

Communications.

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015

Italy:

ESA

87-99. Boulder: The Geological Society of America.

67


ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
13. HOOPER, A., D. BEKAERT, K. SPAANS & M. ARIKAN

Fifth International Symposium on Land Subsidence, eds.

(2012). Recent advances in SAR interferometry time

F. B. J. Barends, F. J. J. Brouwer & F. H. Schroder, 55-

series analysis for measuring crustal deformation.

60. Hague, The Netherlands: IAHS Publication.

Tectonophysics, 514-517, 1-13.
14. HOOPER, A., P. SEGALL & H. ZEBKER (2007)
Persistent scatterer interferometric synthetic aperture
radar for crustal deformation analysis, with application to
Volcan Alcedo, Galapagos. Journal of Geophysical
Research, 112, B07407.
15. IKEHARA, M. E. (1994) Global Positioning System
surveying to monitor land subsidence in Sacramento
Valley,

California,

USA.

Journal

des

Sciences

Hydrologiques, 39, 417-430.
16. JOHNSON,

A.

I.

(1995).

A

quarter

century

of

IAHS/UNESCO technology transfer regarding land
subsidence

occurrence

and

research

In

Fifth

International Symposium on Land subsidence, eds. F. B.
J. Barends, F. J. J. Brouwer & F. H. Schroder, ix-x.

Hague, The Netherlands: IAHS Publication.
17. JUSSERET, S., C. BAETEMAN & A. DASSARGUES
(2010). The stratigraphical architecture of the quaternary
deposits as support for hydrogeological modelling of the
central zone of Hanoi. Geologica Belgica, 13, 77-90.
18. LÊ, V. T. & T. M. Đ. HỒ (2008). Ứng dụng kỹ thuật
InSAR vi phân trong quan trắc biến dạng mặt đất khu
vực thành phố Hồ Chí Minh. Tạp chí Phát triển KH và
CN, 11, 121-130.

25. NOEL, A (2008). Apport de l'interférométrie radar dans
la gestion des risques naturels: Cas de Hanoi, Vietnam.
In Faculté des Science, 106. Liège: Université de Liège.
26. PELTZER, G., F. CRAMPÉ, S. HENSLEY & P. ROSEN
(2001). Transient strain accumulation and fault interaction in
the Eastern California shear zone Geology, 29, 975-978.
27. PHẠM, Q. V., T. T. H. LÊ, T. T. LÊ, T. A. LƯU, T. B.
NGUYỄN, T. K. D. VŨ, X. P. ĐẶNG, S. NGUYỄN, D. T.
NGUYỄN, N. T. TRỊNH, P. D. TRƯƠNG, N. C. ĐẶNG,
V. A. TRẦN, H. L. PHẠM, B. D. NGUYỄN & T. N. TRẦN,
(2009). Nghiên cứu ứng dụng phương pháp INSAR vi
phân trong quan trắc lún đất do khai thác nước ngầm.
Hà Nội: Viện Địa lý.
28. POLAND, J. F (1984). Guidebook to studies of land
subsidence due to groundwater withdrawal. Paris: Unesco.
29. PPJ, VIAP & HUPI (2011). Hanoi Master Plan to 2030
and vision to 2050. 196. Hanoi: Ha Noi's Department of
Planning and Architecture.
30. RAUCOULES, D. & C. CARNEC (1999). DEM derivation
and subsidence detection on Hanoi from ERS SAR. In

FRINGE99- Advancing ERS SAR Interferometry from
applications towards operations, on CDROM. Liege,
Belgium: ESA Publications Division.
31. TAKEUCHI, S. & S. YAMADA (2002). Comparison of
InSAR Capability for

19. MASSONNET, D. & K. L. FEIGL (1998) Radar

Land Subsidence Detection

between C-band and L-band SAR

In International

interferometry and its application to changes in the

Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2379-

Earth's surface. Reviews of Geophysics, 36, 441-500.

2381. Toronto, Canada: IEEE Publications.

20. MONTANGERO, A., L. N. CAU, N. V. ANH, V. D. TUAN,
P. T. NGA & H. BELEVI (2007). Optimising water and
phosphorus management in the urban environmental
sanitation system of Hanoi, Vietnam. Science of The
Total Environment, 384, 55-66.
21. NARENCA (2009). Bản đồ hành chính thành phố Hà
Nội. C. H. Nguyễn. Ha Noi, Nhà xuất bản Tài nguyên
Môi trường và Bản đồ Việt Nam.

22. NG, A. H.-M., L. GE, K. ZHANG, H.-C. CHANG, X. LI, C.
RIZOS & M. OMUR (2011) Deformation mapping in three
dimensions for underground mining using InSAR Southern highland coal field in New South Wales, Australia.
International Journal of Remote Sensing, 32, 7227-7256.

32. TRAN, V. A. (2007). Synthetic aperture radar
interferometry for DEM generation and subsidence
detection over Hanoi city, Vietnam. In Department of
GeoScience, 102. Osaka: University of Osaka.
33. TRINH, M. T. & D. G. FREDLUND (2000) Modeling
subsidence in the Hanoi city area. Canadian
geotechnical journal 37, 621-636.
34. VÖGE, M. (2011). Subsidence Estimation Over the City
of Hanoi using SAR Interferometry. Oslo: NGI.
35. WEI, M. & D. T. SANDWELL (2010). Decorrelation of Lband and C-band Interferometry over Vegetated Areas
in California. IEEE Transaction on Geoscience and
Remote Sensing, 48, 1-11.

23. NGUYEN, N. M (2007). Review and analysis of Hanoi
land subsidence monitoring data. In School of
Engineering and Technology, 140. Bangkok: Asian
Institute of Technology.

36. ZEBKER, H. A., P. A. ROSEN & S. HENSLEY (1997)
Atmospheric Effects in Interferometric Synthetic Aperture
Radar Surface Deformation and Topographic Maps.
Journal of Geophysical Research, 102, 7547–7563.

24. NGUYEN, Q. T. & D. C. HELM (1995). Land subsidence

Ngày nhận bài: 12/5/2015.

due to groundwater withdrawal in

68

Hanoi, Vietnam In

Ngày nhận bài sửa lần cuối: 15/6/2015.

Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2015