Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ứng dụng mô hình hoá không gian trong phân vùng nguy cơ phục vụ cảnh báo lũ lưu vực Sông Lam

a thuật toán Analytic Hierarchy Process (AHP) tiến hành phân tích và xác định trọng số các nhân tố ảnh hưởng theo từng cấp độ tới lũ lụt, các tác giả đã xây dựng được bản đồ phân vùng nguy cơ lũ lụt cho khu vực nghiên cứu theo mức độ xảy ra lũ lụt ứng với khu vực cụ thể các cấp độ từ thấp đến cao. Hai nghiên cứu điển hình là của Trần Thị Phượng và cộng sự năm 2015 [20] và Lê Hoàng Tú và cộng sự năm 2013 [26]. 1.3 Tình hình nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam Đã có một số công bố về phân vùng nguy cơ lũ ở lưu vực sông Lam, tuy nhiên đối tượng chính của các nghiên cứu này lại ít tập trung vào lũ lụt. Trong ba nhóm tác giả nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ, hai nhóm công bố kết quả phân vùng nguy cơ lũ quét và lũ ống, nhóm còn lại nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ lớn. Với đối tượng là lũ quét, mặc dù đã sử dụng các yếu tố địa hình nhưng tác giả chỉ tập trung vào một khu vực nhỏ mà không xét trên toàn lưu vực. Trong khi đó, phân vùng lũ lớn được thực hiện trên toàn lưu vực nhưng nhân tố ảnh hưởng chủ yếu là dữ liệu thuỷ văn, thuỷ lực mà không quan tâm đến nguyên nhân sinh lũ do địa hình gây ra. Như vậy, với đối tượng và khu vực nghiên cứu khác nhau, dữ liệu sử dụng trong cả ba đề tài đều không tận dụng được hết để thực hiện các nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ lụt trên toàn bộ lưu vực sông Lam. 8 1.4 Phương pháp mô hình hoá trong phân vùng nguy cơ lũ, đánh giá ưu, nhược điểm và hiệu quả ứng dụng của chúng Luận án đã tiến hành phân tích các phương pháp mô hình hóa không gian được sử dụng trong phân vùng nguy cơ lũ với các loại mô hình như: mô hình tất đinh, mô hình suy nghiệm, mô hình thống kê. Các phương pháp mô hình hóa được phân tích ưu, nhược điểm trong điều kiện cụ thể với lưu vực sông Lam nhằm đưa ra những cơ sở để lựa chọn định hướng và phương pháp nghiên cứu của luận án. 1.5 Định hướng và phương pháp nghiên cứu của luận án Dựa vào ưu nhược điểm của từng mô hình, mô hình sử dụng trong phân vùng nguy cơ lũ trong điều kiện cụ thể của luận án này được đánh giá đánh giá dựa vào 4 tiêu chí: dễ dàng thực hiện trên GIS, dễ điều chỉnh (có tính mở), diện tích của khu vực nghiên cứu và khả năng thu thập dữ liệu. Các tiêu chí trên được lượng hóa để dễ dàng so sánh các tiêu chí với nhau, thuận lợi cho việc lựa chọn chứ không nhằm so sánh đánh giá hơn/kém của các phương pháp. Bảng 1.4 Các tiêu chí đánh giá mô hình và điểm số tương ứng Loại mô hình Dễ dàng thực hiện trên GIS Tính mở Diện tích khu vực nghiên cứu Thu thập dữ liệu Điểm tối đa 5 5 5 5 Mô hình tất định 5 1 2 2 Mô hình suy nghiệm 5 5 5 5 Mô hình thống kê 5 4 5 2 Như vậy, điểm số tính được cho mô hình suy nghiệm phù hợp với các ưu điểm: dễ hiểu và chính xác cao trong việc xác định trọng số, không hạn chế số lượng các tham số đầu vào, có thể được tính toán trên GIS và dễ điều chỉnh. Do đó, lựa chọn mô hình suy nghiệm trong phân vùng nguy cơ lũ là phương pháp thích hợp có thể áp dụng trong điều kiện Việt Nam với những lưu vực sông lớn, tỷ lệ nhỏ và dữ liệu không thu thập được đầy đủ. 1.6 Tổng kết chương 1 1. Phân vùng lũ là một trong những bài toán quan trọng mà các nhà nghiên cứu về môi trường rất quan tâm. Đây là bài toán yêu cầu phân 9 tích không gian phức tạp, yêu cầu phải đánh giá rất nhiều các chỉ tiêu khác nhau. Thực tế, có nhiều phương pháp đã và đang được sử dụng để phân vùng nguy cơ lũ như phương pháp sử dụng bản đồ, phương pháp chuyên gianhưng phương pháp mô hình hoá không gian đang chiếm ưu thế về độ chính xác cũng như mức độ chi tiết, cụ thể. 2. Tùy thuộc vào cách tiếp cận, qui mô chọn mẫu, hàm giả định, phương pháp đánh giá vai trò của các yếu tố ảnh hưởng, phương pháp phân tích, kỹ thuật sử dụng và dữ liệu đầu vào mà phương pháp mô hình hoá trong xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ có thể sử dụng ba mô hình: mô hình tất định, mô hình suy nghiệm và mô hình thống kê. 3. Với các tiêu chí lựa chọn mô hình trong phân vùng nguy cơ lũ: dễ dàng thực hiện trên GIS, tính mở, diện tích nghiên cứu và khả năng thu thập dữ liệu thì mô hình suy nghiệm đáp ứng được được hầu hết các yêu cầu đó. 4. Hầu hết các phương pháp đều sử dụng dữ liệu đầu vào là số liệu thuỷ lực, thuỷ văn và địa hình. Tuy nhiên, các nghiên cứu đều chưa đưa tiêu chí chiều dài sườn dốc tương đối khi tính toán mô hình. 5. Nghiên cứu về phân vùng lũ ở Việt Nam đã bắt đầu từ những năm cuối của thế kỷ 20, tuy nhiên chủ yếu tập trung về lũ quét và tại một số khu vực địa lý điển hình. Lưu vực sông Lam đã nghiên cứu phân vùng lũ nhưng tập trung chủ yếu về lũ quét, lũ ống và lũ lớn. Vì vậy, kết quả của các đề tài này chưa thể áp dụng cho nghiên cứu phân vùng lũ lụt trên lưu vực sông Lam. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP AHP TRONG PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC 2.1 Cơ sở khoa học của phương pháp AHP 2.1.1 Giới thiệu phương pháp AHP Analytic Hierarchy Process (AHP) - Phương pháp phân tích thứ bậc được nhà khoa học Mỹ Saaty, T.L. trường Đại học Pittsburgh (Mỹ) đề xuất vào những năm 1980 [109], [110] và đã được nghiên cứu mở rộng, bổ sung cho đến nay. Đây là một công cụ hiệu quả giúp đưa ra 10 các quyết định phức tạp nhờ có khả năng hỗ trợ người ra quyết định thiết lập các ưu tiên và đưa ra kết luận tối ưu 2.1.2 Nguyên tắc AHP Dựa trên so sánh cặp, AHP có thể được mô tả với 3 nguyên tắc chính [47]: - Phân tích vấn đề ra quyết định (thiết lập thứ bậc) - Đánh giá so sánh các thành phần (so sánh cặp giữa các yếu tố) - Tổng hợp các mức độ ưu tiên (xác định các ma trận trọng số) 2.2 Quá trình thực hiện thuật toán AHP Phương pháp AHP được thực hiện theo các bước: Bước 1: xác định mục tiêu Bước 2: xây dựng mô hình thứ bậc đa tầng Bước 3: thành lập ma trận so sánh theo cặp Bước 4: tính trọng số từng tiêu chí và tỷ số nhất quán Bước 5: kiểm tra tỷ số nhất quán Bước 6: phân tích và đánh giá 2.3 Thực tiễn sử dụng AHP trong phân vùng nguy cơ lũ Theo đúng qui trình thực hiện bài toán AHP, phân vùng nguy cơ lũ được thực hiện theo các bước chính (sơ đồ hình 2.4) 2.3.1 Xác định mục tiêu Các yếu tố đầu vào được xác định bao gồm: Nhóm 1: yếu tố tự nhiên, bao gồm độ dốc, thực phủ, mạng lưới thuỷ văn, lượng mưa, thổ nhưỡng, độ sâu mực nước ngầm, chiều dài sườn dốc tương đối Nhóm 2: yếu tố về kinh tế, xã hội bao gồm sử dụng đất, phân bố dân cư Nhóm 3: yếu tố về cơ sở hạ tầng, bao gồm công trình phòng chống lũ, khoảng cách từ nơi lũ lụt đến kênh thoát nước chính 2.3.2 Xây dựng mô hình thứ bậc đa tầng Thông thường, mô hình thứ bậc đa tầng cho phân vùng lũ nên để 4 cấp như hình 2.5, trong đó cấp 1 thể hiện mục tiêu phân vùng nguy cơ lũ, cấp 2 thể hiện các tiêu chí chính bao gồm: tự nhiên, kinh tế - xã hội và cơ sở hạ tầng, cấp 3 thể hiện các tiêu chí thành phần để chi tiết hoá các tiêu chí chính như: độ dốc, thực phủ, lượng mưa, sử dụng đấtvà cấp cuối cùng thể hiện các giá trị nguy cơ 11 2.3.3 Thành lập ma trận so sánh theo cặp Hình 2.4 Qui trình tích hợp AHP và GIS thành lập bản đồ phân vùng lũ [7] Hệ số của ma trận so sánh được tính từ điểm so sánh cặp của các tiêu chí ảnh hưởng, các giá trị chỉ số và các loại chỉ tiêu thông qua phiếu điều tra lấy ý kiến của chuyên gia và chính quyền địa phương đại diện các lĩnh vực như môi trường, tài nguyên nước, xã hội học. 2.3.4 Tính trọng số từng tiêu chí và chỉ số nhất quán Để tính các trọng số liên quan đến các thành phần có thể áp dụng phương pháp vectơ riêng hoặc phương pháp chuẩn hoá ma trận. Nếu trọng số của yếu tố nào càng lớn thì yếu tố đó sẽ ảnh hưởng đến nguy cơ xảy ra lũ nhiều nhất. Xác định mục tiêu Thu thập dữ liệu Chuẩn hoá dữ liệu Xác định tiêu chí đánh giá Flood Lập bản đồ phân vùng Xây dựng mô hình thứ bậc đa tầng Thành lập ma trận so sánh cặp Tính trọng số từng tiêu chí Tính tỷ số nhất quán và kiểm tra GIS AHP Lượng mưa Thông số địa hình (Độ dốc, độ phân cắt ngang, độ phân cắt sâu) Thổ nhưỡng/ lớp vỏ phong hoá Lớp phủ thực vật Chiều dài sườn dốc 10 Hình 2.5 Cấu trúc thứ bậc đa tầng trong phân vùng nguy cơ lũ Sử dụng đất Mật độ dân cư Cơ sở hạ tầng Tự nhiên Độ dốc Thực phủ Hệ thống sông Thổ nhưỡng Giao thông, chất lượng đường . Giá trị nguy cơ 2 Giá trị nguy cơ 1 1 Giá trị nguy cơ n n Lượng mưa C.T phòng chống lũ Kinh tế - Xã hội Mục tiêu: Phân vùng nguy cơ lũ 11 2.3.5. Kiểm tra tỷ số nhất quán Quá trình kiểm tra tỷ số nhất quán khi thực hiện bài toán AHP trong phân vùng lũ được đánh giá là chính xác, nhất quán nếu giá trị CR nhỏ hơn hoặc bằng 0.1. 2.3.6 Phân tích đánh giá kết quả Cuối cùng, cơ sở phân vùng nguy cơ lũ sẽ được tổng quát thành phương trình tính điểm số nguy cơ theo điểm phân cấp của từng yếu tố, các yếu tố này được chọn thuộc nhóm địa hình, kinh tế, xã hội hoặc cơ sở hạ tầng. Y = w1*X1 + w2*X2 + .+ wn*Xn trong đó Y: điểm số nguy cơ Xi: điểm phân cấp của yếu tố i wi: trọng số của yếu tố i 2.4 Phân tích, lựa chọn các yếu tố trong mô hình phân vùng nguy cơ lũ 2.4.1 Lượng mưa và cường độ mưa Lượng mưa càng lớn thì dòng chảy càng mạnh và cường độ lũ càng cao. Như vậy, lượng mưa, cường độ và thời gian mưa đều là các tác nhân ảnh hưởng trực tiếp đến nguy cơ lũ. Tuy nhiên, do cường độ mưa khó thu thập, các nghiên cứu cho thấy mối liên quan giữa cường độ mưa và lũ không nhiều, vì vậy, trong điều kiện hiện nay, nghiên cứu này tạm thời chưa tính đến yếu tố cường độ mưa. 2.4.2 Độ dốc, độ cao và độ nhám địa hình Độ dốc đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát dòng chảy mặt, xác định tốc độ dòng chảy, thời gian nước chảy và khả năng thấm nước [87], [103] tức là ảnh hưởng đến khả năng lũ. Độ dốc lớn làm tốc độ dòng chảy tăng, gây ra khả năng thấm thấp (vì theo định luật Becnulli, áp suất tĩnh sẽ giảm đi) và do đó làm nguy cơ lũ tăng cao hơn. Độ cao đóng vai trò chính trong việc kiểm soát hướng của dòng chảy tràn và độ sâu của mực nước [65]. Độ nhám địa hình là yếu tố đầu vào cần thiết cho quá trình mô phỏng lũ. Độ nhám giảm dẫn đến vận tốc dòng chảy tăng và khả năng thấm giảm, do đó nguy cơ lũ tăng. 2.4.3 Mật độ lưới sông (mật độ phân cắt ngang), dòng chảy và sự tích tụ dòng chảy Mật độ lưới sông là một cách mô tả hình thái của lưu vực được biết đến để kiểm soát sự hình thành dòng chảy của sông và có thể ảnh 12 hưởng đáng kể đến tình hình dòng chảy lũ [97]. Sự tích tụ dòng chảy phụ thuộc vào mạng lưới sông suối. Nếu mạng lưới sông suối càng dày đặc thì khả năng tích tụ dòng chảy lũ càng cao vì vậy khả năng xảy ra lũ lụt sẽ tăng. 2.4.4 Khoảng cách đến mặt nước tự nhiên, khoảng cách đến hệ thống thoát nước, khoảng cách đến ngã ba sông Khoảng cách đến mặt nước tự nhiên có ảnh hưởng đến phạm vi và qui mô của lũ trong khu vực nghiên cứu. Theo nghiên cứu [65], hầu hết các vùng gần mặt nước như sông, suối, hồ, aolà các vùng có nguy cơ lũ cao nhất. Bên cạnh đó, khoảng cách từ mạng lưới thoát nước cũng có vai trò quan trọng với khu vực lũ lụt. Do lượng nước mưa nhiều, dòng chảy lớn nên các khu vực gần hệ thống thoát nước bị ảnh hưởng nhiều nhất, do đó có nguy cơ lũ cao nhất. 2.4.5 Thổ nhưỡng, cấu trúc đất, tỷ lệ thấm 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 [23] và được coi là một tham số ảnh hướng đến lũ. Nhân tố này ảnh hưởng đến dòng chảy, sự xói mòn đất, sự tích trữ nước ngầm. Tỷ lệ thấm phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài, đặc tính của các loại đất [122] và số ngày mưa. 2.4.6. Sử dụng đất, lớp phủ và lớp phủ thực vật Sự thay đổi của sử dụng đất và lớp phủ đã làm thay đổi đặc tính của lũ, dòng chảy mặt và đỉnh lũ [84], [113]. Thực tế trong khai thác sử dụng đất do tác động của con người, mỗi loại hình sử dụng đất sẽ có khả năng điều tiết nước khác nhau. Giống như thổ nhưỡng, thảm thực vật cũng giữ lại một lượng nước khá lớn góp phần điều tiết dòng chảy lũ và dòng chảy mặt cho lưu vực. Bản chất điều tiết dòng chảy của thảm thực vật là cùng với cấu trúc thổ nhưỡng giữ lại một phần nước mưa, sau đó cung cấp một cách từ từ cho dòng chảy. 2.4.7 Các yếu tố khác Mực nước ngầm là tiêu chí cần xem xét khi nghiên cứu nguy cơ lũ vì yếu tố này thể hiện độ sâu từ mặt đất đến mặt nước ngầm và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thấm của đất. Địa chất, địa mạo của khu vực có nguy cơ lũ cũng là một tiêu chí quan trọng vì yếu tố này có thể làm giảm bớt cường độ của các trận lũ. 13 Địa hình với các loại đá không thấm nước thì dòng chảy mặt sẽ tăng, khả năng thoát lũ nhanh do đó nguy cơ lũ giảm. Hệ thống giao thông được xem là một trong lớp phủ không hấp thụ nước làm cho khả năng thấm giảm đi và tăng lưu lượng dòng chảy sự tăng trưởng dân số dẫn đến tích lũy tài sản, cơ sở hạ tầng và các hoạt động kinh tế tăng theo, do đó cản trở quá trình thấm tự nhiên, tăng khả năng xảy ra lũ lụt. 2.5 Phân tích ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc đến nguy cơ lũ 2.5.1 Khái niệm Chiều dài sườn dốc là khoảng cách từ điểm bắt nguồn dòng chảy mặt đến vị trí tập trung nước hoặc điểm mà tại đó dòng chảy mặt chảy vào hệ thống sông suối [130]. Như vậy, chiều dài này chính bằng quãng đường tính từ đường phân thuỷ đến đường tụ thuỷ. Đường phân thuỷ (đường phân nước mặt) nối liền các điểm cao nhất của địa hình trên mặt đất, chia mặt đất thành hai hướng sườn dốc. Khi nước mưa rơi xuống sẽ chảy về hai phía đối nhau tới hai lưu vực khác nhau và tập trung tại đường tụ thuỷ. Với địa hình đồi núi, độ dốc khác nhau thì giá trị chiều dài sườn dốc cũng khác nhau. 2.5.2 Cơ sở lý thuyết lựa chọn yếu tố chiều dài sườn dốc tương đối trong nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ Thực tế, do nước tích tụ dần trong quá trình di chuyển dọc theo sườn từ cao xuống thấp và lũ thường chỉ xảy ra ở khu vực sườn thấp (ví dụ chân sườn), vì vậy chiều dài sườn dốc là yếu tố ảnh hưởng tới lũ cũng như khả năng có lũ. Theo Begarello và Ferro, chiều dài sườn dốc tăng làm cho lưu lượng và tốc độ dòng chảy cũng tăng [54], [82]. Chiều dài dốc càng dài thì khối lượng nước chảy, tốc độ dòng chảy và lực quán tính càng tăng. Nghĩa là, càng xa đường phân thuỷ, động năng dòng chảy càng lớn, tốc độ dòng chảy tăng lên dẫn đến nguy cơ lũ tăng. Ngoài ra, chiều dài sườn dốc sẽ ảnh hưởng đến lưu lượng dòng chảy. Khi chiều dài sườn dốc tăng thì diện tích nghiêng của dốc được mở rộng, do đó khối lượng nước tích luỹ trên mặt sẽ tăng khi khoảng cách từ đường phân thuỷ càng dài [129]. 2.6 Nhận xét về phương pháp AHP trong phân vùng nguy cơ lũ Phương pháp AHP có nhiều ưu điểm so với các phương pháp ra quyết định đa mục tiêu khác 14 - AHP là một phương pháp nổi tiếng trong việc xác định các trọng số này với độ chính xác cao [106], [107], [108]. Vì vậy, AHP có thể kết hợp với các phương pháp khác dễ dàng để tận dụng được lợi thế của mỗi phương pháp trong giải quyết vấn đề. - AHP có thể kiểm tra tính nhất quán trong cách đánh giá của người ra quyết định nên có thể xác định và nâng cao độ chính xác của việc đánh giá - Quá trình tính toán AHP trở nên dễ dàng hơn, kể cả số lượng tiêu chí lớn, do có thể thực hiện các phép tính trong Exel hoặc đặc biệt là sử dụng phần mềm tính online. - Tích hợp bài toán AHP vector riêng vào phần mềm ArcGIS. Việc xây dựng thành công công cụ tính toán AHP trên ArcGIS đã tránh được sai số cộng dồn thực hiện qua nhiều bước và tiết kiệm được thời gian tính toán, hạn chế được sai số khi tính bằng tay. 2.7 Tổng kết chương 2 1. Phân vùng lũ là bài toán yêu cầu phân tích không gian phức tạp, yêu cầu phải đánh giá rất nhiều các chỉ tiêu khác nhau bao gồm: tự nhiên, kinh tế - xã hội, cơ sở hạ tầng. Đây là các tiêu chí góp phần hình thành nguy cơ lũ. Sử dụng phương pháp AHP đã tận dụng được ưu điểm, lợi thế của nó để xác định yếu tố ảnh hưởng lớn nhất và định lượng được mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khác. 2. Độ chính xác của quá trình phân tích, đánh giá sẽ phụ thuộc vào nội dung, tính toàn diện, đặc trưng của phiếu điều tra cũng như sự am hiểu chuyên sâu của chuyên gia về lĩnh vực nghiên cứu. Vậy để tính toán trọng số theo AHP đạt kết quả tốt thì nên chọn các tiêu chí ảnh hưởng đến lũ ít nhưng rõ ràng mang tính định lượng cao trong quá trình thu thập ý kiến chuyên gia. 3. Các tác nhân sinh lũ bao gồm mưa với cường độ tới hạn để có thể tạo thành dòng chảy vượt mức bình thường và cấu trúc mặt đệm. Luận án phân tích vai trò của các yếu tố là cấu trúc mặt đệm ảnh hưởng đến nguy cơ lũ bao gồm: lượng mưa, độ dốc, độ cao, địa hình, sử dụng đất và thực phủ, thổ nhưỡng, mật độ lưới sông và tích tụ dòng chảy, địa chất và địa mạo, mực nước ngầm, mật độ dân số, độ ẩm nguyên thuỷ, hệ thống giao thông và chiều dài sườn dốc tương đối. 15 4. Yếu tố mới là một trong những nguyên nhân chính tăng khả năng sinh lũ được đề cập trong nghiên cứu là chiều dài sườn dốc tương đối. Yếu tố này ảnh hưởng đến khối lượng nước chảy, khả năng tích tụ nước, lưu lượng dòng chảy và tốc độ dòng chảy, do đó sẽ tác động đến nguy cơ lũ. Chương 3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP AHP XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG LAM Trước khi đi sâu vào nội dung chính là ứng dụng phương pháp AHP để xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam, luận án đã tiến hành phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực sông Lam và mạng lưới quan trắc, điều kiện khí tượng thủy văn trong lưu vực để đưa ra các nhận xét làm tiền đề cho việc lựa chọn các tham số tham gia vào mô hình (ở các phần từ 3.1 đến 3.3). 3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Lam 3.2 Mạng lưới quan trắc và điều kiện khí tượng thủy văn 3.3 Nhận xét Lũ trên lưu vực sông Lam chủ yếu do mưa lớn trên diện rộng kéo dài quyết định. Ngoài điều kiện địa hình, lượng mưa, độ dốc, thổ nhưỡng, thực vật thì điều kiện cơ sở hạ tầng và những tác động bất lợi do hoạt động kinh tế-xã hội của con người cũng là những nhân tố quan trọng, góp phần làm tăng thêm lũ trên lưu vực sông. 3.4 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt ở lưu vực sông Lam Trong nghiên cứu này, dựa vào đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội của lưu vực sông Lam, tham khảo đề tài nghiên cứu [9], tác giả đã chọn sáu yếu tố có ảnh hưởng đến phân vùng nguy cơ lũ. Đây là các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất tới lũ trong lưu vực đồng thời không gặp nhiều cản trở khi thu thập dữ liệu cũng như không có nhiều khó khăn khi tính toán theo phương pháp AHP. - Lượng mưa: đặc trưng cho khả năng tập trung nước - Độ dốc: đặc trưng cho tốc độ tập trung dòng chảy - Mật độ lưới sông: đặc trung cho khả năng tập trung dòng chảy - Chiều dài sườn dốc tương đối: đặc trưng cho khả năng tập trung nước và tốc độ dòng chảy - Thổ nhưỡng: đặc trung cho khả năng thấm, tốc độ dòng chảy 16 - Lớp phủ: đặc trưng cho khả năng ngăn cản nước và thấm nước 3.5 Xây dựng bảng phân cấp các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt lưu vực sông Lam Bảng phân cấp được xây dựng căn cứ vào mối quan hệ giữa mức độ lũ với đặc điểm của các yếu tố để cho điểm từng tiêu chí ảnh hưởng đến lũ theo 5 cấp độ từ rất thấp, thấp, trung bình, cao và rất cao (tương ứng với số điểm từ 1 đến 9). Khoảng chênh lệch giữa các cấp nguy cơ phụ thuộc vào cấp độ chia, giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của nhân tố ảnh hưởng của khu vực nghiên cứu được tính theo công thức [77]: l = (c- b)/k trong đó l: giá trị khoảng chênh lệch giữa hai cấp liên tiếp c: giá trị cao nhất b: giá trị thấp nhất k: số lượng lớp phân cấp Kết quả xây dựng bảng phân cấp các yếu tố ảnh hưởng như sau: Bảng 3.1 Phân cấp lượng mưa STT Lượng mưa (mm) Điểm Mức độ nguy cơ 1 < 1200 1 Rất thấp 2 1200 - 1600 3 Thấp 3 1600 - 2000 5 Trung bình 4 2000 - 2400 7 Cao 5 > 2400 9 Rất cao Phân cấp độ dốc trong luận án được chia giống như cách phân cấp trong nghiên cứu [2] và trong quy hoạch sản cuất nông nghiệp, để đánh giá khả năng sử dụng đất một cách thuận tiện và phù hợp với điều kiện địa hình. Bảng 3.2 là kết quả phân cấp độ dốc. Bảng 3.2 Phân cấp độ dốc STT Độ dốc (độ) Điểm số Mức độ nguy cơ 1 > 25° 1 Rất thấp 2 15° - 25° 3 Thấp 3 8° - 15° 5 Trung bình 4 3° - 8° 7 Cao 5 < 3° 9 Rất cao 17 Với nguồn gốc hình thành khác nhau, khả năng thấm của các loại đất được chia thành các nhóm với độ thấm khác nhau. Từ đó, tiến hành phân cấp thổ nhưỡng theo mức độ tác động của nó đến nguy cơ lũ và đánh giá bằng điểm số tương ứng như trong bảng 3.3. Bảng 3.3 Phân cấp thổ nhưỡng STT Các loại đất Điểm số Mức độ nguy cơ 1 C, Cc 1 Rất thấp 2 A, Ha, Hq, Hs 3 Thấp 3 Fk, Fp,Fv, Nt, B, Ba, Bq, Fa, Fj, Fq, P, Pb, Pf, Py, R, Rdv, Rk 5 Trung bình 4 D, Fl, Fs, SM, Sj1Mi, Sj2Mi, M, Mi, Mm, Mn, Pg, Pj 7 Cao 5 E, Nu 9 Rất cao Dựa vào đặc điểm của các loại lớp phủ, loại rừng, khả năng giữ nước và bảo vệ đất của từng loại, tiến hành phân cấp các loại hình sử dụng đất trên lưu vực sông Lam theo mức độ tác động của nó đến nguy cơ xảy ra lũ lụt từ rất thấp đến rất cao với điểm số tương ứng từ 1 đến 9 như bảng 3.4. Mức độ ảnh hưởng đến nguy cơ lũ càng cao khi khả năng giữ nước, bảo vệ đất của các loại hình sử dụng đất càng thấp. Bảng 3.4 Phân cấp lớp phủ STT Lớp phủ Điểm số Mức độ nguy cơ 1 Rừng lá rộng thường xanh giàu, nghèo, trung bình 1 Rất thấp 2 Rừng lá rộng thường xanh phục hồi, rừng tre nứa, rừng hỗn giao tre nứa, rừng trồng 3 Thấp 3 Đất dân cư, đất khác 5 Tr. bình 4 Cây bụi, đất nông nghiệp, đất trống 7 Cao 5 Đất mặt nước, đất ngập nước 9 Rất cao Lưu vực sông Lam, với địa hình phức tạp và có độ dốc lớn nên mật độ lưới sông ở đó cũng khá phức tạp. Mật độ lưới sông lưu vực 18 sông Lam trung bình 0.60 km/km2, phát triển không đều. Bảng 3.5 phân cấp mật độ lưới sông theo mức độ nguy cơ lũ và điểm số tương ứng theo năm cấp, trong đó nơi nào có mật độ lưới sông dày thì gán mức độ nguy cơ cao tương ứng với điểm cao nhất và mật độ giảm dần thì khả năng nguy cơ lũ cũng giảm. Bảng 3.5 Phân cấp mật độ lưới sông STT Mật độ lưới sông (km/km2) Điểm số Mức độ nguy cơ 1 D < 0,5 1 Rất thấp 2 D = 0,5 – 1,0 3 Thấp 3 D = 1,0 – 1,5 5 Trung bình 4 D = 1,5 – 2,0 7 Cao 5 D > 2,0 9 Rất cao Nếu coi chiều dài của một sườn dốc là 100% thì mức độ nguy cơ tại một vị trí sẽ tính theo khoảng cách từ đường phân thuỷ đến vị trí đó và được phân cấp như bảng 3.6. Theo đó, khoảng cách gần đường phân thuỷ nhất được gán mức độ nguy cơ thấp nhất tương ứng với điểm thấp nhất và mức độ nguy cơ sẽ tăng lên khi khoảng cách đó tăng. Bảng 3.6 Phân cấp chiều dài sườn dốc tương đối STT Chiều dài sườn tương đối Điểm số Mức độ nguy cơ 1 < 20% 1 Rất thấp 2 20% - 40% 3 Thấp 3 40% - 60% 5 Trung bình 4 60% - 80% 7 Cao 5 80% - 100% 9 Rất cao 3.6 Tính trọng số cho các yếu tố ảnh hưởng đến lũ Yếu tố ảnh hưởng Trọng số (5 yếu tố ảnh hưởng) Trọng số (6 yếu tố ảnh hưởng) Lượng mưa 0,495 0,450 Độ dốc 0,276 0,255 Mật độ lưới sông 0,082 0,077 Thổ nhưỡng 0,071 0,068 Lớp phủ 0,077 0,073 Chiều dài sườn dốc tương đối 0,077 19 Với tỷ số nhất quán CR = 0.03 < 0.1 nên ma trận so sánh trên là nhất quán tức là các trọng số tính được có thể chấp nhận. 3.7 Xây dựng bản đồ các yếu tố ảnh hưởng đến lũ 3.7.1 Bản đồ lượng mưa Bản đồ phân bố lượng mưa lưu vực sông Lam được thành lập bằng phương pháp nội suy Spline và sử dụng lượng mưa trung bình trong giai đoạn từ năm 1961 đến 2017. Từ bản đồ lượng mưa, bản đồ phân cấp lượng mưa theo 5 mức độ ảnh hưởng tới nguy cơ lũ lụt (hình 3.4) được xây dựng bằng cách gộp các khu vực có cùng mức độ nguy cơ như bảng 3.1. 3.7.2 Bản đồ độ dốc Dựa trên mô hình số độ cao, sử dụng bài toán phân tích không gian raster tiến hành nội suy bản đồ độ dốc. Bản đồ độ dốc lưu vực sông Lam (phụ lục 9) thể hiện 5 khoảng giá trị độ dốc như đã phân trong bảng 3.2. Từ đó, bản đồ phân cấp độ dốc được xây dựng với 5 mức độ ảnh hưởng tới nguy cơ lũ thể hiện trên hình 3.6. 3.7.3 Bản đồ thổ nhưỡng Sử dụng bản đồ đất lưu vực sông Lam kết hợp với số liệu điều tra thổ nhưỡng, tham khảo các nguồn tài liệu về các loại đất của khu vực nghiên cứu để thành lập bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Lam. Từ đó, bản đồ phân cấp thổ nhưỡng theo 5 mức ảnh hưởng tới nguy cơ lũ (hình 3.8) được xây dựng bằng cách gộp các loại đất có cùng mức độ tác động đến nguy cơ lũ lụt và điểm số đã được phân loại trong bảng 3.3. 3.7.4 Bản đồ lớp phủ Dữ liệu chính để thành lập bản đồ này là bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực sông Lam và dữ liệu lớp phủ thu thập trên phạm vi nghiên cứu. Bản đồ phân cấp lớp phủ theo 5 cấp ảnh hưởng tới nguy cơ lũ lụt như hình 3.10 sẽ được xây dựng bằng cách gộp các loại lớp phủ có cùng mức tác động tới nguy cơ lũ và điểm số đánh giá trong bảng 3.4. 3.7.5 Bản đồ mật độ lưới sông Sử dụ