Ứng dụng viễn thám trong cảnh báo lũ lụt, giám sát sạt lở

Thiên tai được dự báo ngày càng gia tăng và có xu hướng cực đoan hơn ở hầu hết các nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Để chủ động trong công tác phòng chống giảm nhẹ thiên tai, nhiều công nghệ quan trắc, dự báo, cảnh báo đã được áp dụng. Trong đó, công nghệ viễn thám là hiện đang được ứng dụng phổ biến nhờ khả năng phát hiện những thay đổi của bề mặt trái đất trên phạm vi lớn theo không gian và thời gian.

Việc ứng dụng công nghệ này cho phép xử lý, chiết tách thông tin, kết nối và quản lý những dữ liệu cần thiết phục vụ cho các giai đoạn của công tác phòng chống và giảm nhẹ thiên tai. Đồng thời, công nghệ viễn thám còn đặc biệt hữu ích khi kết hợp với hệ thống định vị toàn cầu trong các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ tức thời cho những khu vực bị ảnh hưởng bởi thiên tai.

Ứng dụng viễn thám hỗ trợ phòng chống lũ quét, sạt lở

Lũ quét, sạt lở đất là hiện tượng thiên tai tự nhiên, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và thường xảy ra ở những lưu vực sông suối miền núi; xuất hiện phức tạp, bất ngờ khi hội tụ đủ yếu tố bất lợi về mưa, điều kiện địa hình, địa chất và lớp phủ. Nguyên nhân gây lũ quét, sạt lở đất thường là tổ hợp các nhân tố hình thành (hoặc chỉ nhóm các nhân tố) xảy ra đồng thời:

• Mưa cường độ lớn tập trung trong thời gian ngắn hoặc kéo dài nhiều ngày;
• Địa hình chia cắt, độ dốc lưu vực và độ dốc sông suối lớn từ 20 đến 30%;
• Độ ổn định của lớp thổ nhưỡng yếu do quá trình phong hóa;
• Độ che phủ của thảm thực vật thấp do bị tàn phá, làm mất độ giữ đất của rễ cây, giữ nước của lớp thảm phủ.
• Khai thác lưu vực, hoạt động chặt phá rừng, lấn chiếm hành lang thoát lũ, xây dựng các hồ chứa, cắt xẻ, san gạt sườn đồi, núi… cũng làm mất độ giữ đất, giữ nước của rễ cây, mất ổn định sườn dốc, yếu độ liên kết đất đá và tăng các khả năng xói mòn.

Lũ quét, sạt lở đất thường xuất hiện tại khu vực nhỏ, nên để cảnh báo tại một địa điểm cần xác định được lượng mưa đã xuất hiện và xác định được các điều kiện phát sinh lũ quét và sạt lở đất như địa hình, cấu trúc địa chất, lớp vỏ phong hóa, đặc điểm thảm phủ, độ ẩm, mức độ bão hòa, ngưỡng mưa sinh lũ quét, sạt lở đất…

Ứng dụng công nghệ viễn thám – GIS trong công tác phòng chống thiên tai

Trong những năm gần đây, công nghệ viễn thám và GIS đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác quản lý thiên tai nói chung và công tác phòng chống bão lụt nói riêng. Ảnh viễn thám với nhiều ưu điểm như giàu thông tin, chu kỳ thu nhận thông tin ngắn, xử lý thông tin trên diện rộng và thông tin có tính khách quan cao.

Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS với khả năng phân tích không gian của nó, có thể thiết kế các hệ thống mô phỏng tương tác có độ chính xác cao nhằm thúc đẩy sự hiểu biết toàn diện hơn về các thiên tai khác nhau, hậu quả và thiệt hại mà chúng có thể gây ra cho một khu vực nhất định. Các dữ liệu từ hệ thống thông tin địa lý hoạt động như một công cụ hỗ trợ quyết định vì cuối cùng, tất cả các thảm họa đều có tính chất không gian.

Với sự trợ giúp của các lớp GIS khác nhau, việc ra quyết định có thể được thực hiện. Điều này sau đó có thể giúp lập kế hoạch hiệu quả cho các hành động ứng phó khẩn cấp mà sau đó có thể được đánh giá nội bộ. Thông tin không gian địa lý là điều cần thiết cho một phản ứng hiệu quả và nhanh chóng cho các tình huống khẩn cấp. Công nghệ viễn thám đã trở nên phổ biến trong các nhiệm vụ phòng ngừa, ứng phó và khắc phục thảm họa.

• Sử dụng hình ảnh vệ tinh để cảnh báo trước sự biến động của thiên nhiên
• Chuẩn bị bản đồ nền về các bản đồ chuyên đề khác nhau bằng hình ảnh vệ tinh
• Xác định vùng an toàn để phục hồi chức năng
• Xác định bệnh viện và cơ sở y tế để phục hồi chức năng
• Lập kế hoạch sơ tán và tác chiến
• Xác định vị trí thích hợp để xây dựng nơi trú ẩn và nhà ở
• Các bản đồ chuyên đề như lập bản đồ địa mạo thủy văn, tạo DEM, lập bản đồ địa hình, lập bản đồ độ dốc, v.v.
• Quản lý hiệu quả việc phục hồi và tái thiết các vị trí bị hư hại.

Ngày nay, với những tiến bộ khoa học to lớn, việc thực hiện các hoạt động này trở nên dễ dàng hơn. Các nghiên cứu dựa trên viễn thám và GIS, chẳng hạn như Mô hình số độ cao (DEM) và mô phỏng đã được thực hiện để tìm hiểu các sự cố thiên tai liên quan đến các địa điểm cụ thể. Các kỹ thuật tiên tiến và tinh vi như viễn thám và GIS giúp ích trong vô số cách khác nhau như phân vùng các khu vực theo cường độ rủi ro thiên tai, mô phỏng các kịch bản thiệt hại do thiên tai, v.v.

Cảnh báo & quản lý lũ lụt

Các ảnh viễn thám rada (Radarsat SAR, ERS SAR) được hiệu chỉnh hình học để khớp với dữ liệu trong cơ sở dữ liệu GIS về sử dụng đất hoặc hiệu chỉnh hình học với ảnh Landsat TM. Phạm vi vùng ngập lụt có thể trích xuất từ ảnh SAR bằng cách phân tích trực diện hoặc trích xuất tự động với dữ liệu của DEM hoặc ảnh Landsat TM. Phạm vi vùng ngập có thể chồng chập với dữ liệu GIS về sử dụng đất hoặc dữ liệu ảnh Landsat TM sẽ cho kết quả dạng bản đồ và các bảng dữ liệu hữu hiệu khi phân tích bằng GIS. Ước tính độ lớn của đỉnh lũ cho phép tính toán diện tích vùng ngập nhờ sử dụng phương trình Manning và xử lý viễn thám.

Các dữ liệu vệ tinh, mô hình số độ cao và dữ liệu lượng mưa được tích hợp với nhau; mô hình số độ cao sẽ cho biết độ dốc và hướng nước chảy, số liệu lượng mưa của các mùa cùng với các mô hình thuỷ văn sẽ tính được cụ thể cho các khu vực. Kết hợp bản đồ sử dụng đất và mô hình thủy văn, thủy lực tràn lũ có thể đánh giá rủi ro và sử dụng các bản đồ kinh tế – xã hội để sao lưu và cập nhật, nâng cấp dữ liệu không gian của khu vực. Dữ liệu này giúp chính phủ có những chỉ đạo cứu trợ phù hợp cho những tổ chức và cá nhân cần thiết.

Giám sát sạt lở đất

Việc sử dụng các tư liệu viễn thám có thể cung cấp những thông tin quan trọng về vị trí sạt lở đất, mang lại hiệu quả kinh tế cao và phòng tránh được những tác động tiềm tàng. Để thành lập các bản đồ nguy cơ sạt lở, các dữ liệu bản đồ địa hình, bản đồ địa chất và dữ liệu ảnh vệ tinh được thu thập, xử lý và xây dựng thành cơ sở dữ liệu không gian GIS. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng xảy ra sạt lở đất được lựa chọn cho các nghiên cứu như: Độ dốc, hình thái, độ cong, khoảng cách đến hệ thống sông suối, thạch học, khoảng cách từ các đường đứt gãy, lớp phủ mặt đất, chỉ số thực vật và sự phân bố lượng mưa.

Ngập lụt ven biển

Để theo dõi những biến động về mực nước biển, các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ viễn thám với sự giám sát của nhiều loại vệ tinh như Jason-1, TOPEX. Vệ tinh Jason-3 tiếp nối thế hệ các vệ tinh theo dõi chính xác sự thay đổi mực nước biển toàn cầu và hỗ trợ dự báo thời tiết, khí hậu đại dương. Dữ liệu từ vệ tinh sẽ được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm việc nâng cao kiến thức của chúng ta về thay đổi mực nước biển, hoạt động của đại dương và dự báo thời tiết, mô hình hóa sóng đại dương, tăng cường dự báo bão, El Nino và La Nina cũng như nghiên cứu khí hậu. Các dữ liệu sẽ giúp giải quyết những câu hỏi quan trọng về biến đổi khí hậu toàn cầu. Đối với những trận bão lớn đổ bộ và gây ngập lụt vùng ven biển, các vệ tinh quan sát trái đất đã chụp được vào thời điểm ngập, đặc biệt là các ảnh vệ tinh radar. Điển hình có thể kể đến các trận lũ lụt ở Thừa Thiên – Huế năm 1999 (ảnh Radarsat, AlosPALSAR), Quảng Ninh năm 2015 (ảnh TerraSAR-X, Sentinel), Quảng Ngãi năm 2016 (Sentinel-1); ở Bangladesh năm 1998, 1999 (ảnh Radarsar ScanSAR).

Nguồn: Tổng hợp