Ứng dụng công nghệ GIS thành lập bản đồ phân cấp thổ nhưỡng theo mức độ ảnh hưởng đến nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam

Nghiên cứu Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 74 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN CẤP THỔ NHƯỠNG THEO MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG LAM Đặng Tuyết Minh Trường Đại học Thuỷ lợi Tóm tắt Trong những năm gần đây, lũ lụt ở miền Trung nói chung và lưu vực sông Lam nói riêng xảy ra thường xuyên với mức độ nghiêm trọng hơn về người, của cải và môi trường sinh thái. Việc phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do lũ đang là một vấn đề hết sức cấp bách được nhiều tổ chức và các nhà khoa học trên thế giới cũng như Việt nam quan tâm nghiên cứu. Để tìm ra được giải pháp hạn chế lũ lụt, cần phải phân tích và nghiên cứu các yếu tố tác động trực tiếp đến lũ. Nguyên nhân tác động đến lũ lụt kéo dài ngoài lượng mưa, độ dốc, mật độ lưới sông, loại hình sử dụng đất thì khả năng thấm nước của các loại đất cũng là tác nhân chính đến nguy cơ lũ. Việc thực hiện các giải pháp sẽ dễ dàng hơn nếu dữ liệu về các yếu tố ảnh hưởng này thể hiện trên bản đồ với các mức độ nguy cơ tương ứng. Bài báo này trình bày tóm tắt phương pháp thành lập bản đồ phân cấp thổ nhưỡng bằng công nghệ GIS. Đây sẽ là các tài liệu có ích cho việc phân vùng nguy cơ và cảnh báo lũ trong khu vực nghiên cứu. Từ khóa: Bản đồ phân cấp thổ nhưỡng, nguy cơ lũ, sông Lam. Abstract Application of GIS technology to build a soil classification map following level of flood risk in Lam river basin In recent years, floods in Central Vietnam in general and Lam river basins in particular happen more often with a higher level of loss in lives, goods and ecological environment. The prevention and mitigation of losses caused by flood is nowdays a burning-global issue which is being researched by lots of organizations and scientists all over the globe as well as in Vietnam. In order to find a proper solution to prevent and predict flood, it is necessary to analyze and research factors which directly affect floods formation. Besides rainfall, slope, drainage density, and land use,permeability of soil is another important factor affecting flood hazard. It would be easier to implement solution if the data of this influencing factors were displayed on the map with corresponding level of flood hazard. This paper will briefly present a summary of the methodology for establishing a soil classification map with GIS technology. This shall be useful for natural hazard mapping and flood warning in the study area. Keywords: Soil classification map, flood risk, Lam river. 1. Đặt vấn đề Lưu vực sông Lam thuộc khối địa chất Bắc Trung Bộ có thành phần mẫu chất đa dạng, hình thành nhiều loại đất: Đất phù sa và đất cát ven biển, đất bùn lầy, đất mặn và đất feralit mùn vàng nhạt trên núi. Ở vùng đối núi, đất được phát triển trên nhiều loại nham thạch. Ở vùng đồng bằng, đất được hình thành từ phù sa sông. Đất ở vùng trung du khá đa dạng: Các loại đất chua, đất glay hoặc đất glay mặn úng nước. Vùng đồi Nghiên cứu Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 75 chuyển tiếp từ đồng bằng lên núi chủ yếu là Faralitic [2]. Một trong những yếu tố ảnh hưởng tới lũ là khả năng giữ nước hoặc độ thấm của tầng thổ nhưỡng. Để có dữ liệu phân tích nguy cơ lũ và thành lập bản đồ phân vùng lũ, thông tin về các loại đất, khả năng thấm và mức độ nguy cơ tương ứng cần được thể hiện trên bản đồ. Xuất phát từ những lập luận trên, nghiên cứu này được thực hiện nhằm phân cấp các loại đất theo mức độ tác động của nó đến nguy cơ lũ và thể hiện lên bản đồ để phục vụ việc phân vùng nguy cơ lũ lụt trên lưu vực sông Lam. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Xây dựng bảng phân cấp thổ nhưỡng Khi nước mưa rơi xuống, một phần được thấm vào lớp đất mặt, một phần bị bốc hơi, một phần được giữ lại bởi các yếu tố thực vật và phần còn lại tạo thành dòng chảy mặt. Do đó, khả năng giữ nước của đất có ảnh hưởng lớn trong việc điều tiết dòng chảy mặt. Độ thấm của tầng thổ nhưỡng ảnh hưởng trực tiếp đến nguy cơ lũ lụt [1] và được coi là một tham số ảnh hướng đến lũ. Nhân tố này ảnh hưởng đến dòng chảy, xói mòn đất, tích trữ nước ngầm. Tỷ lệ thấm phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài và đặc tính của các loại đất [5]. Phần lớn nước được giữ lại trong đất dưới dạng nước mao quản và nước trọng lực. Tổng lượng nước này phụ thuộc vào tầng dày và thành phần cơ giới của đất [1]. Như vậy, đặc điểm, cấu trúc của thổ nhưỡng quyết định độ thấm của chúng trong khu vực nghiên cứu. Ngoài ra, loại đất cũng đóng vai trò quan trọng vì chúng ảnh hưởng đến lượng nước ngấm vào đất cũng như tác động đến dòng chảy [6]. Lưu vực sông Lam có nhiều loại đất khác nhau phân bố không đều trên toàn lưu vực. Thành phần của từng loại đất trong các nhóm thổ nhưỡng này có tính chất khác nhau nên khả năng thấm nước không giống nhau [3]. Hình 1: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Lam [Nguồn: sở TN và MT Nghệ An, Sở TN và MT Hà Tĩnh, Sở TN và MT Thanh Hoá] Nghiên cứu Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 76 Khả năng thấm nước của đất giảm sẽ làm tăng dòng chảy mặt do đó nguy cơ xảy ra lũ lụt sẽ nhiều hơn và ngược lại. Khi nước được cung cấp vượt quá khả năng thấm của đất, nước sẽ tràn ra có thể dẫn đến lũ lụt [6]. Tức là trong trường hợp mưa dài ngày và cường độ mưa cao hơn hệ số thấm thì khả năng lũ lụt sẽ tăng cao [4]. Từ bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Lam cho thấy có 38 loại đất trong khu vực này. Theo ý kiến chuyên gia, với đặc điểm, nguồn gốc hình thành khác nhau, khả năng thấm của các loại đất được chia thành 5 mức được thể hiện ở bảng 1. Trong bảng này, đất có khả năng giữ nước cao tức là nguy cơ lũ giảm và ngược lại đối với khu vực đất có độ thấm thấp. Bảng 1: Tính thấm của các loại đất trên lưu vực sông Lam STT Ký hiệu Loại đất Nhóm đất Khả năng thấm 1 A Đất mùn alit trên cao Đất mùn alit trên núi cao Cao 2 B Đất xám bạc màu trên phù sa cổ Đất xám Trung bình 3 Ba Đất xám bạc màu trên đá macma axit Đất xám Trung bình 4 Bq Đất xám bạc màu trên đá cát Đất xám Trung bình 5 C Đất cát biển Đất cát biển Rất cao 6 Cc Đất cồn cát trắng vàng Đất cát biển Rất cao 7 D Đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ Đất thung lũng Thấp 8 E Đất xói mòn trơ sỏi đá Đất xói mòn trơ sỏi đá Rất thấp 9 Fa Đất vàng đỏ trên đá macma axit Đất đỏ vàng Trung bình 10 Fj Đất đỏ vàng trên đá biến chất Đất đỏ vàng Trung bình 11 Fk Đất nâu đỏ trên đá bazan Đất đỏ vàng Trung bình 12 Fl Đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa Đất đỏ vàng Thấp 13 Fp Đất vàng nhạt trên đá cát Đất đỏ vàng Trung bình 14 Fq Đất vàng nhạt trên đá cát Đất đỏ vàng Trung bình 15 Fs Đất đỏ vàng trên đá phiến sét Đất đỏ vàng Thấp 16 Fv Đất đỏ nâu trên đá vôi Đất đỏ vàng Trung bình 17 Ha Đất mùn vàng đỏ trên đá macma axit Đất mùn vàng đỏ trên núi Cao 18 Hq Đất mùn vàng nhạt trên đá cát Đất mùn vàng đỏ trên núi Cao 19 Hs Đất mùn vàng đỏ trên đá phiến sét Đất mùn vàng đỏ trên núi Cao 20 M đất mặn trung bình Đất mặn Thấp 21 Mi đất mặn ít Đất mặn Thấp 22 Mm đất mặn sú vẹt Đất mặn Thấp 23 Mn đất mặn nhiều Đất mặn Thấp 24 Nt Bãi ngập triều Bãi ngập triều Trung bình 25 Nu Núi đá Núi đá Không 26 P đất phù sa không được bồi Đất phù sa Trung bình 27 Pb đất phù sa được bồi Đất phù sa Trung bình 28 Pf đất phù sa có tầng loang lổ Đất phù sa Trung bình 29 Pg đất phù sa glây Đất phù sa Thấp 30 Pj Đất phù sa úng nước Đất phù sa Thấp 31 Py Đất phù sa ngòi suối Đất phù sa Trung bình 32 R Đất nâu thẫm trên sản phẩm đá bọt và bazan Đất đen Trung bình- cao 33 Rdv Đất đen trên sản phẩm bồi tụ cacbonat Đất đen Trung bình- cao 34 Rk Đất đen trên sản phẩm bồi tụ đá bazan Đất đen Trung bình 35 Sj1Mi Đất phèn hoạt động nông mặn ít Đất phèn Thấp 36 Sj2Mi Đất phèn hoạt động sâu mặn ít Đất phèn Thấp 37 SM Đất phèn ít và trung bình, mặn trung bình Đất phèn Thấp 38 W Sông suối, ao hồ Sông suối, ao hồ Nghiên cứu Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 77 Dựa vào khả năng thấm của các loại đất ở bảng 1, tiến hành phân cấp thổ nhưỡng theo mức độ tác động của nó đến nguy cơ lũ tương ứng như trong bảng 2. Bảng 2: Phân cấp thổ nhưỡng theo mức độ ảnh hưởng đến nguy cơ lũ STT Các loại đất Mức độ nguy cơ 1 C, Cc Rất thấp 2 A, Ha, Hq, Hs Thấp 3 Fk, Fp,Fv, Nt, B, Ba, Bq, Fa, Fj, Fq, P, Pb, Pf, Py, R, Rdv, Rk Trung bình 4 D, Fl, Fs, SM, Sj1Mi, Sj2Mi, M, Mi, Mm, Mn, Pg, Pj Cao 5 E, Nu Rất cao Từ bảng phân cấp thổ nhưỡng trên và bản đồ phân loại thổ nhưỡng, tiến hành xây dựng bản đồ phân cấp thổ nhưỡng. 2.2. Xây dựng bản đồ phân cấp thổ nhưỡng Sử dụng bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Lam kết hợp với số liệu điều tra thực địa về thổ nhưỡng, đồng thời tham khảo nguồn tài liệu về các loại đất của khu vực nghiên cứu thành lập bản đồ phân cấp thổ nhưỡng lưu vực sông Lam. Bản đồ phân cấp theo 5 mức ảnh hưởng đến nguy cơ lũ lụt của thổ nhưỡng (hình 2) được xây dựng dựa trên Analysis Tools của phần mềm ArcGIS bằng cách gộp các loại đất có cùng mức độ tác động đã được phân loại trong bảng 2. Từ bản đồ phân cấp thổ nhưỡng có thể xác định diện tích khu vực ảnh hưởng đến nguy cơ lũ tương ứng với các cấp độ như bảng 3. Từ kết quả thống kê cho thấy nhóm đất ảnh hưởng ít đến nguy cơ lũ chiếm không nhiều (4,36% và 1,12%) trong khi nhóm có ảnh hưởng cao và rất cao chiếm đến quá nửa diện tích lưu vực (56,75%), phần còn lại chiếm khoảng 1/3 (37,77%) là nhóm có ảnh hưởng với mức độ trung bình. Đây mới chỉ là kết quả phân tích một tiêu chí ảnh hưởng đến lũ lụt khi nghiên cứu. Để có kết quả phân vùng nguy cơ lũ chi tiết, cụ thể cần phải kết hợp với kết quả phân tích của các tiêu chí ảnh hưởng khác. Hình 2: Bản đồ phân cấp thổ nhưỡng lưu vực sông Lam Nghiên cứu Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 78 3. Kết luận Giống như bản đồ phân cấp các nhân tố tác động đến nguy cơ lũ khác, bản đồ phân cấp thổ nhưỡng theo theo mức độ ảnh hưởng đến nguy cơ lũ lụt của khu vực nghiên cứu là tài liệu cần thiết, quan trọng góp phần cho việc phân tích, đánh giá khả năng lũ lụt xảy ra trên lưu vực sông Lam. Kết hợp bản đồ này với một số bản đồ tiêu chí ảnh hưởng khác như: Bản đồ phân cấp lượng mưa, bản đồ phân cấp độ dốc, bản đồ phân cấp mật độ lưới sông, bản đồ loại hình sử dụng đất... và bản đồ địa giới hành chính, sử dụng công nghệ GIS, sẽ cho biết diện tích và chỉ rõ cấp độ nguy cơ lũ của từng khu vực. Do đó, cần phải nghiên cứu và phân tích tình hình thổ nhưỡng sông Lam chi tiết, cụ thể để từ đó phân định được tính chất và cấp độ lũ khác nhau trên từng vùng, giúp giảm thiểu tối đa nguy cơ lũ và hạn chế thiệt hại mà lũ đem lại. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Thám, Nguyễn Hoàng Sơn, (2008); Giảm thiểu lũ lụt ở lưu vực sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế trên cơ sở quy hoạch thảm thực vật; Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 48, trang 143 - 152 [2]. Trần Duy Kiều (2015); Đề tài nghiên cứu nhận dạng lũ lớn, phân vùng nguy cơ lũ lớn và xây dựng bản đồ ngập lụt phục vụ cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Lam, Đề tài nghiên cứu cấp Bộ [3]. Uông Đình Khanh, (2007); Phân tích tác động của nhân tố địa chất, địa mạo tới việc hình thành các tai biến thiên nhiên (lũ lụt, lũ quét, lũ bùn đá, trượt lở, xói lở bờ sông) lưu vực song Hương, viện Địa lý, Hà Nội. [4]. Andi Besse Rimba, Martiwi Diah Setiawati, Abu Bakar Sambah, and Fusanori Miura, 2017, Physical Flood Vulnerability Mapping Applying Geospatial Techniques in Okazaki City, Aichi Prefecture, Japan, Urban Sci. 1, 7; doi:10.3390/urbansci1010007 [5]. Tejedor, M.; Neris, J.; Jiménez, C. Soil Properties Controlling Infiltration in Volcanic Soils (Tenerife, Spain). Soil Sci. Soc. Am. J. (2013), 77, 202-212. [6]. Yashon O. Ouma and Ryutaro Tateishi, 2014; Urban Flood Vulnerability and Risk Mapping Using Integrated Multi-Parametric AHP and GIS: Methodological Overview and Case Study Assessment, Water, p 1515 -1545, doi:10.3390/w6061515. Bảng 3: Diện tích khu vực có loại thổ nhưỡng ảnh hưởng đến nguy cơ lũ Cấp nguy cơ Diện tích (km2) % Rất thấp 974,711 4,36% Thấp 249,419 1,12% Trung bình 8448,367 37,77% Cao 11798,179 52,74% Rất cao 897,844 4,01% BBT nhận bài: Ngày 6/5/2017; Phản biện xong: Ngày 30/5/2017