ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG KINH BẮC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU TÁI HIỆN HỆ THỐNG LÒNG CỔ SÔNG ĐÁY, SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG KINH BẮC \\ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU TÁI HIỆN HỆ THỐNG LÒNG CỔ SÔNG ĐÁY, SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và GIS Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Hiệu Hà Nội – 2012 iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM – GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI LÒNG SÔNG 4 1.1. Cơ sở viễn thám – GIS trong nghiên cứu địa lý 4 1.1.1. Cơ sở công nghệ viễn thám – GIS 4 1.1.2. Cơ sở phân tích, nhận dạng đối tượng trên ảnh viễn thám 5 1.1.3. Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám 10 1.1.4. Chiết xuất thông tin bằng tiếp cận đa quy mô 11 1.2. Tổng quan về biến đổi lòng sông 12 1.2.1. Khái quát chung về hoạt động địa mạo của dòng chảy và biến đổi lòng sông 12 1.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lòng sông 20 1.2.3. Sản phẩm của biến đổi lòng sông 24 1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu lòng sông cổ tại thành phố Hà Nội 26 1.3.1. Thời kỳ trước năm 1954 27 1.3.2. Thời kỳ sau 1954 28 1.4. Cơ sở dữ liệu và các phƣơng pháp nghiên cứu 30 1.4.1. Cơ sở dữ liệu 30 1.4.2. Các phương pháp nghiên cứu 30 1.4.2.1. Phương pháp kết hợp nghiên cứu địa mạo và công nghệ viễn thám - GIS trong đánh giá biến đổi lòng sông 30 1.4.2.2. Các phương pháp khác 33 iv CHƢƠNG 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI LÒNG SÔNG TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI 34 2.1. Điều kiện địa chất, tân kiến tạo 34 2.1.1. Cấu trúc địa chất, tân kiến tạo 34 2.1.2. Thành phần vật chất cấu tạo đồng bằng 38 2.2. Địa hình và quá trình địa mạo 44 2.2.1. Khái quát địa hình khu vực 44 2.2.2. Đặc điểm các kiểu nguồn gốc địa hình 47 2.3. Điều kiện khí hậu 53 2.3.1. Đặc trưng cổ khí hậu 53 2.3.2. Điều kiện khí hậu hiện đại 59 2.4. Điều kiện thủy văn 60 2.5. Các hoạt động nhân sinh 62 CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG LÒNG CỔ SÔNG ĐÁY, SÔNG NHUỆ KHU VỰC TP. HÀ NỘI - CÁC TAI BIẾN THIÊN NHIÊN LIÊN QUAN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÒNG TRÁNH 65 3.1. Ứng dụng viễn thám và GIS trong phân tích hệ thống lòng sông cổ 65 3.1.1. Ứng dụng viễn thám trong phân tích hệ thống lòng sông cổ 65 3.1.1.1. Ứng dụng ảnh viễn thám đa thời gian xác lập các khu vực thấp trũng 65 3.1.1.2. Xử lý ảnh viễn thám xác lập các khu vực có độ ẩm cao 68 3.1.1.3. Bước lọc nhờ dữ liệu mây, bóng mây và bóng núi 78 3.1.1.4. Bóc tách dữ liệu dựa trên tài liệu địa mạo, trắc lượng hình thái 82 v 3.1.2. Tích hợp viễn thám và GIS cho xác định hệ thống lòng sông cổ 83 3.1.2.1. Lọc và bổ sung dữ liệu lòng sông cổ bằng các đơn vị địa mạo 84 3.1.2.2. Lọc và bổ sung dữ liệu lòng sông cổ bằng các yếu tố nhân sinh 86 3.1.2.3. Phân tích dấu hiện lòng sông qua tài liệu địa chất, lỗ khoan địa tầng 90 3.2. Đặc điểm hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội 93 3.2.1. Hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội 93 3.2.2. Phân tích hệ thống lòng sông cổ tại những vùng có mức độ biến động cao 96 3.2.2.1. Hệ thống lòng sông cổ khu vực phía tây thành phố Hà Nội 96 3.2.2.2. Hệ thống lòng sông cổ khu vực Chương Mỹ, Hà Nội 98 3.3. Các tai biến thiên nhiên liên quan và định hƣớng phòng tránh 100 KẾT LUẬN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 vi DANH MỤC HÌNH HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám 4 Hình 1.2: Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên chính 6 Hình 1.3: Đồ thị phản xạ phổ của một số loại nước 7 Hình 1.4: Phản xạ phổ của một số loại đất 7 Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng trong đô thị 8 Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo đồng bằng bãi bồi (a); đê thiên nhiên (b) 16 Hình 1.7: Hình thái thung lũng sông vùng đồng bằng 17 Hình 1.8: Quá trình hình thành khúc uốn thứ sinh từ khúc uốn nguyên thủy P-P 18 Hình 1.9: Các kiểu biến đổi lòng nhờ quá trình uốn khúc lòng sông 19 Hình 1.10: Dòng sông cắt đứt cổ khúc uốn và hình thành hồ móng ngựa 19 Hình 1.11: Cấu tạo của một bãi bồi hoàn chỉnh (theo N.I.Macaveiev) 25 Hình 1.12: Sơ đồ minh họa các tầng trầm tích của bãi bồi 25 Hình 1.13: Gờ cao ven lòng (đê thiên nhiên) 26 Hình 1.14: Dấu vết các các dải trũng và các gờ cao ven lòng trên ảnh viễn thám 31 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống đứt gãy kiến tạo trên bản đồ đẳng đáy trầm tích Kainozoi và các khối kiến trúc miền võng Hà Nội 36 Hình 2.2: Sơ đồ đẳng trầm tích Đệ tứ khu vực thành phố Hà Nội cũ 37 Hình 2.3: Bản đồ địa chất thành phố Hà Nội 39 Hình 2.4: Đê sông Hồng được đắp trên dải gờ cao ven lòng 51 Hình 2.5: Bãi bồi thấp (trái) và cao (phải) dọc sông Đáy 51 Hình 2.6: Khối núi karst sót tại Quốc Oai 51 Hình 2.7: Thềm cấu tạo bởi trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc tại Xuân Đỉnh với bề mặt khá phẳng 51 Hình 2.8: Dao động mực nước đại dương theo các tác giả 54 Hình 2.9: Dao động mực biển ở Nam Trung Quốc từ Pleistocen muộn tới nay 54 vii Hình 2.10: Sơ đồ tiến trình dao động mực nước biển Việt Nam trong Holocen 57 Hình 3.1: Ảnh vệ tinh Landsat thu nhận trong nhiều năm khu vực Hà Nội 66 Hình 3.2:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 1989 68 Hình 3.3:Sơ đồ các bước xử lý ảnh viễn thám để tách lớp thông tin các hồ sót và lòng sông cổ 69 Hình 3.4:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 1996 (Mùa khô) 70 Hình 3.5:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 2000 (Mùa khô) 70 Hình 3.6:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 2009 (Mùa khô) 70 Hình 3.7:Kênh 5 của ảnh vệ tinh Landsat chưa xử lý (A) so sánh với ảnh đã lọc (B) 72 Hình 3.8:Sơ đồ các đối tượng có độ ẩm cao trên 7 thời kỳ ảnh sau khi xử lý 73 Hình 3.9:Sơ đồ các đối tượng có độ ẩm cao và sự biến đổi mặt hồ được tổng hợp qua thời kỳ thu nhận ảnh sau khi đã xử lý 74 Hình 3.10:Tuyến lát cắt so sánh lòng sông phân tích lòng sông trên 2 thời gian thu nhận ảnh vào mùa mưa (năm 1989) và mùa khô (2007) 75 Hình 3.11:Lát cắt lòng sông cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa khô năm 2007 (tuyến A – A’) 75 Hình 3.12:Lát cắt lòng sông cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa mưa năm 1989 (tuyến B – B’) 75 Hình 3.13: Bản đồ hành chính Hà Nội năm 1980 và năm 1991 77 Hình 3.14: Bản đồ hành chính Hà Nội năm 2010 77 Hình 3.15:Sơ đồ các đối tượng có độ ẩm cao được lọc những ảnh hưởng của mây, bóng mây và bóng núi 80 Hình 3.16:Sơ đồ các đối tượng dải trũng, lòng hồ so sánh với bản đồ ngập năm 2008 81 Hình 3.17:Sơ đồ các đối tượng dải trũng, lòng hồ được lọc qua yếu tố địa mạo 82 Hình 3.18:Sơ đồ các bước xử lý, tích hợp các lớp thông tin, bóc tách lòng sông cổ 83 Hình 3.19: Nhận biết các lòng sông cổ dựa trên sự phân bố các hồ sót, dải trũng kéo viii dài với lớp than bùn (ví dụ tại khu vực xã Mễ Trì) 85 Hình 3.20: Lòng sông cổ không bị ngập nước tại phía tây bắc Canh 85 Hình 3.21: Nhận biết các lòng sông cổ dựa trên sự phân bố các gờ cao ven lòng là các dải sáng màu chạy dọc các dải trũng và hồ móng ngựa (tại khu vực cửa sông Đáy (a) và phía nam Quốc Oai (b)) 86 Hình 3.22: Các thửa ruộng được phân bố uốn khúc đúng theo hướng chảy của sông Hồng thuộc phía tây sông Nhuệ 87 Hình 3.23: Ảnh Landsat năm 1989 khu vực phía nam sông Đáy thể hiện rõ sự phân bố các thửa ruộng phân bố theo tính chất uốn khúc lòng sông 88 Hình 3.24: Sơ đồ các đối tượng dải trũng, lòng hồ được lọc qua các yếu tố nhân sinh 89 Hình 3.25: Bản đồ địa mạo và ảnh Landsat khu vực huyện Hoài Đức, Đan Phượng, Từ Liêm 90 Hình 3.26: Mặt cắt địa chất đệ tứ theo tuyến khoan từ Nhổn đến Đông Anh 91 Hình 3.27: Nhận biết lòng sông cổ dựa trên yếu tố trầm tích (a) Bản đồ địa hình khu vực Nhân Chính; (b) Mặt cắt trầm tích tại điểm có lỗ khoan LK; (c) Ảnh khu vực có mặt cắt là lớp cát sạn tướng lòng sông 91 Hình 3.28: Tầng trầm tích sét than tại hồ Đống Đa và dấu vết cây đang hoá than 91 Hình 3.29: Bản đồ hệ thống lòng sông cổ khu vực thành phố Hà Nội 94 Hình 3.30: Hệ thống máng xói tại khu vực Đông Anh, Hà Nội 95 Hình 3.31: Hệ thống lòng sông cổ khu vực phía tây thành phố Hà Nội 96 Hình 3.32: Địa hình trũng thấp tại khu vực huyện Chương Mỹ, Hà Nội 99 Hình 3.33: Di tích chùa Trăm Gian tại khu vực núi tuổi Triat thuộc hệ tầng Viên Nam 99 Hình 3.34: Các công trình xây dựng ngay trên các lòng sông cổ tại xã Quốc Oai 102 Hình 3.35:Sụt lún các công trình xây dựng trên lòng sông cổ tại xã Quốc Oai (12/2008) 102 Hình 3.36: Các vị trí ngập sâu nhất hầu hết đều trùng với những nơi có lòng sông cổ 102 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Ứng dụng chính của các kênh phổ của Landsat ETM 10 Bảng 1.2: Phân loại các kiểu lòng sông aluvi trên cơ sở tải lượng trầm tích 22 Bảng 2.1: Đặc trưng nhiệt độ và lượng mưa bình quân của Hà Nội 59 Bảng 2.2: Đặc trưng hình thái một số sông chính của hệ thống sông Hồng 61 Bảng 3.1: Các loạt ảnh được sử dụng trong phân tích khu vực Hà Nội 65 Bảng 3.2: Kết hợp các kênh ảnh làm tăng sự phân biệt của các đối tượng có độ ẩm cao với các đối tượng khác 71 Bảng 3.3: Mối quan hệ giữa những vùng sụt lún mạnh với lòng sông cổ 101 1 MỞ ĐẦU Sông Đáy, sông Nhuệ là những dòng sông có vai trò hết sức quan trọng đối với thủ đô Hà Nội. Ngoài chức năng thoát lũ hiện nay, chúng sẽ phải “gánh vác” những trọng trách mới cho sự phát triển phồn thịnh của thủ đô trong tương lai, trở thành những trục cảnh quan, hành lang xanh, điều hoà không khí và môi trường của thủ đô Hà Nội, hay tạo cảnh quan môi trường cho các đô thị sinh thái bên sông v.v. Chính bởi vậy, sự hiểu biết về những con sông này, đặc biệt về sự hình thành và phát triển của chúng trong quá khứ cũng như hiện nay là hết sức cấp thiết. Quá trình hình thành và phát triển của sông Đáy, sông Nhuệ đã diễn ra từ hàng nghìn năm. Trong suốt quá trình phát triển, chúng đã tạo nên các đới biến động rộng lớn, đồng thời cũng để lại những dấu ấn của mình trên địa hình như hồ móng ngựa, dải trũng hay các gờ cao ven lòng với những đặc trưng riêng về hình dạng, kích thước. Các dấu vết này, một phần còn tồn tại cho đến ngày nay, còn phần lớn đã bị các hoạt động phát triển kinh tế, đặc biệt là quá trình đô thị hoá, không còn nhận ra được nữa hay biến mất trên thực địa. Điều đáng quan tâm là, gắn liền với những dấu vết đó còn tiềm ẩn những vấn đề liên quan tới các tầng đất yếu hay các trục thoát lũ trên vùng đồng bằng…, có ảnh hưởng trực tiếp và quan trọng đến quá trình quy hoạch và phát triển đô thị. Sự thiếu hiểu biết cũng như các hoạt động quy hoạch không phù hợp với sự phân bố của các lòng sông cổ, cũng như đới biến động của chúng, có thể dẫn tới những hậu quả đáng tiếc, như sụt lún nền móng công trình, gây ngập úng cục bộ… Nhiều công trình nghiên cứu đề cập tới hệ thống sông ở Hà Nội đã được công bố, nhưng cho đến nay chưa có nhiều đề tài chuyên sâu nghiên cứu, xác lập lại hệ thống lòng cổ và đới hoạt động của hai con sông này. Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề, học viên đã lựa chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu tái hiện hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội” làm luận văn thạc sĩ của mình. [...]... trợ của công nghệ viễn thám và GIS; - Đề xuất một số giải pháp phòng tránh, giảm thiểu tai biến thiên nhiên liên quan tới các lòng cổ và sự biến động lòng sông khu vực thành phố Hà Nội Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu của đề tài tài là khu vực nằm trong phạm vi thành phố Hà Nội (hình 1), tập trung vào các khu vực xuất hiện hệ thống lòng cổ sông Đáy và sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội (tập... Tái hiện được hệ thống lòng cổ của sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội, góp phần giảm nhẹ các thiệt hại do những tai biến thiên nhiên liên quan với biến động lòng sông (ngập úng, sụt lún đất, ) gây ra trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục tiêu trên, báo cáo giải quyết các nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu. .. liệu quan trọng cho công tác quy hoạch, phát triển đô thị trong tương lai Hình 1: Khu vực nghiên cứu 3 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM – GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔILÒNG SÔNG 1.1 Cơ sở viễn thám – GIS trong nghiên cứu địa lý 1.1.1 Cơ sở công nghệ viễn thám - GIS Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa bằng nhiều cách khác nhau, nhưng nói chung đều thống nhất là khoa học và công nghệ. .. - Thu thập và tổng hợp tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội liên quan đến khu vực nghiên cứu; - Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động lòng sông; - Phân tích các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lòng sông; - Phân tích dấu hiệu nhận biết các lòng sông cổ trên ảnh vệ tinh; - Xác lập (tái hiện) hệ thống lòng sông cổ trên cơ... trở thành lòng sông chính, còn lòng sông cũ bị bồi lấp dần, thậm chí bị lấp kín hai đầu rồi trở thành lòng sông chết gọi là hồ móng ngựa 1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu lòng sông cổ tại thành phố Hà Nội Do vị trí địa lý và tiềm năng to lớn, đồng bằng châu thổ sông Hồng nói chung và khu vực Hà Nội nói riêng là nơi được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học từ lâu đời Tuy nhiên, việc nghiên. .. nam sông Hồng) - Phạm vi khoa học: Nghiên cứu biến động lòng sông Đáy - sông Nhuệ từ sau biển tiến Flandrian đến hiện đại (từ Holocen muộn đến nay) - Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: Trên cơ sở nghiên cứu, tái hiện hệ thống lòng sông cổ khu vực thành phố Hà Nội, học viên phân tích và xác lập các mối liên hệ 2 giữa lòng sông cổ với các tai biến thiên nhiên như ngập lụt; độ ổn định của nền móng công. .. cứu thực sự khoa học và hệ thống chỉ vào đầu thế kỷ XX Có thể nói cho tới thời điểm này, đồng bằng Sông Hồng là một trong những nơi 26 được nghiên cứu kỹ nhất cả nước Với vị thế của sông Đáy, sông Nhuệ trong quá khứ cũng như hiện nay, đây đều là những con sông quan trọng, được sự chú ý của nhiều nhà khoa học và các nhà quản lý, quy hoạch thủ đô Hà Nội Ngay từ thời Lý Công Uẩn, ông đã chọn khu vực nội. .. quá trình hình thành và phát triển của một khúc uốn lòng sông Quá trình hình thành thung lũng bãi bồi và biến đổi lòng sông Để hình thành được thung lũng bãi bồi, với những khúc uốn thứ sinh mềm mại có tính quy luật, dòng sông đã phải trải qua một quá trình phát triển lâu dài Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh được rằng trong quá trình tiến hóa đó, hoạt động uốn khúc của dòng sông giữ vai trò... 2002) Trong quá trình hoạt động của lòng sông, khúc uốn của dòng sông ngày càng cong, dần dần hai đầu khúc uốn thắt lại, gọi là cổ khúc uốn Về mùa lũ, dòng sông có thể chọc thủng cổ khúc uốn, biến khu đất ở giữa thành đảo sót (hình 1.10) Ở chỗ cổ khúc uốn vừa bị cắt đứt, xuất hiện đoạn lòng sông mới thẳng và dốc hơn Vì vậy, đáy của nó bị xâm thực mạnh hơn, nhiều nước chảy qua hơn so với lòng sông cũ... khác Hiện tượng dòng sông uốn khúc, sự phát triển của hệ thống các khúc uốn thứ sinh đóng vai trò quyết định trong việc thành tạo các bãi bồi phù sa rộng lớn Biến động lòng sông ở vùng đồng bằng Sự hình thành và biến đổi lòng sông gắn liền với sự phát triển của đồng bằng bãi bồi ở vùng đồng bằng gắn liền với quá trình thành tạo những dạng địa hình đặc trưng nơi đây, như các đê cát tự nhiên, lòng sông cổ . \ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU TÁI HIỆN HỆ THỐNG LÒNG CỔ SÔNG ĐÁY, SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và GIS Mã. dấu hiện lòng sông qua tài liệu địa chất, lỗ khoan địa tầng 90 3.2. Đặc điểm hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội 93 3.2.1. Hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ. hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội làm luận văn thạc sĩ của mình. 2 Mục tiêu của đề tài Tái hiện được hệ thống lòng cổ của sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy