Luận án: Đánh giá nguy cơ tai biến môi trường tự nhiên tại Bảo Thắng, Lào Cai bằng mô hình địa không gian

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN TẠI KHU VỰC HUYỆN BẢO THẮNG VÀ THÀNH PHỐ LÀO CAI, TỈNH LÀO CAI SỬ DỤNG CÁC MÔ HÌNH ĐỊA KHÔNG GIAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội, 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN TẠI KHU VỰC HUYỆN BẢO THẮNG VÀ THÀNH PHỐ LÀO CAI, TỈNH LÀO CAI SỬ DỤNG CÁC MÔ HÌNH ĐỊA KHÔNG GIAN Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã sỗ: 09520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hà Nội, 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án ii LỜI CÁM ƠN Luận án được thực hiện tại Viện Địa chất và Địa vật lý biển, Khoa Công nghệ Môi trường, Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS GVC Trong thời gian hoàn thành luận án, nghiên cứu sinh đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của TS GVC Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những sự giúp đỡ đó Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Địa chất và Địa vật lý Biển; Khoa Công nghệ Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường, Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Trường Đại học Mỏ - Địa chất, đã động viên khuyến khích và tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hoàn thành chương trình học tập Nghiên cứu sinh cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các quý thầy/cô ở cơ sở đào tạo của Khoa Công nghệ Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường, Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thành khoá học, đã chỉ bảo, giúp đỡ và đóng góp ý kiến bổ ích cho nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện luận án Nghiên cứu sinh cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các cán bộ Lãnh đạo và nhân dân địa phương thuộc huyện Bảo Thắng, thành phố Lào Cai; Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lào Cai, đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trong quá trình nghiên cứu, thu thập số liệu tại địa phương Cuối cùng, nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp và lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã quan tâm giúp đỡ, chia sẻ và động với nghiên cứu sinh trong suốt thời gian thực hiện luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2022 TÁC GIẢ LUẬN ÁN iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ ix CÁC TỪ VIẾT TẮT………………………………………………………… xii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG 5 1 1 Tổng quan về tai biến môi trường tự nhiên 5 1 1 1 Khái niệm chung về tai biến môi trường 5 1 1 1 1 Tai biến môi trường 5 1 1 1 2 Hiện tượng trượt lở 7 1 1 1 3 Hiện tượng lũ quét/lũ bùn đá 8 1 1 2 Tổng quan về tình hình tai biến môi trường tự nhiên 8 1 1 2 1 Tình hình tai biến môi rường tự nhiên trên thế giới 8 1 1 2 2 Tình hình tai biến môi trường tại Việt Nam 10 1 2 Tình hình nghiên cứu tai biến môi trường trên thế giới và tại Việt Nam 11 1 2 1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11 1 2 2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 14 1 3 Giới thiệu chung về vùng nghiên cứu 18 1 4 Tiểu kết chương 1 19 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2 1 Cơ sở lý luận 21 2 1 1 Phương pháp tiếp cận trong nghiên cứu tai biến môi trường 21 2 1 2 Sử dụng các mô hình địa không gian trong đánh giá tai biến môi trường 23 2 1 3 Cơ sở lựa chọn các phương pháp nghiên cứu 24 2 2 Phương pháp nghiên cứu 27 2 2 1 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và GIS 27 2 2 1 1 Dữ liệu ảnh viễn thám 27 iv 2 2 1 2 Công nghệ GIS ………………………………………………………………………………………………30 2 2 2 Các phương pháp thống kê cặp và thống kê đa biến 31 2 2 2 1 Mô hình thống kê Bayes (Bayes Statistics) 31 2 2 2 2 Mô hình Hệ số tin cậy (Centainty Factor) 34 2 2 2 3 Mô hình hồi quy logistic (Logistic Regression - LR) 35 2 2 3 Các mô hình phân tích dữ liệu lớn (big data) 37 2 2 3 1 Phân loại chung các phương pháp phân tích dữ liệu lớn 37 2 2 3 2 Mạng nơron nhân tạo (Artificial Neural Networks) 38 2 2 3 3 Mô hình vector hỗ trợ (Support Vector Machine- SVM) 40 2 2 3 4 Mô hình cây quyết định (Decision Tree - DT) 43 2 2 4 Các phương pháp phân tích chỉ số và mô hình 45 2 2 4 1 Phương pháp đánh giá đa chỉ tiêu không gian (SMCE) 45 2 2 4 2 Chỉ số nguy cơ lũ quét (Flash Flood Potential Index- FFPI) 47 2 2 4 3 Mô hình Flow-R mô phỏng quá trình di chuyển của dòng lũ 50 2 2 5 Phương pháp đánh giá độ tin cậy 53 2 3 Các phần mềm sử dụng trong luận án 56 2 4 Tiểu kết chương 2 56 CHƯƠNG 3 HIỆN TRẠNG VÀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TAI BIẾN MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 57 3 1 Hiện trạng tai biến môi trường tự nhiên tại khu vực nghiên cứu 57 3 1 1 Hiện tượng trượt lở đất đá 57 3 1 2 Hiện tượng lũ quét/lũ bùn đá 58 3 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ tai biến môi trường tại khu vực nghiên cứu 59 3 2 2 Đặc điểm địa hình - địa mạo 59 3 2 3 Đặc điểm địa chất 60 3 2 4 Đặc điểm khí tượng thủy văn 62 3 2 5 Các hoạt động nhân sinh 63 3 3 Xây dựng cơ sở dữ liệu tai biến môi trường tự nhiên tại khu vực huyện Bảo Thắng và TP Lào Cai, tỉnh Lào Cai 64 3 3 1 Cơ sở nguồn tài liệu 64 v 3 3 2 Cơ sở dữ liệu các vị trí xảy ra tai biến 65 3 3 3 Cơ sở dữ liệu các yếu tố địa hình 69 3 3 3 1 Độ cao và độ dốc địa hình 69 3 3 3 2 Các chỉ số địa hình 73 3 3 4 Cơ sở dữ liệu các yếu tố địa chất 76 3 3 4 1 Đặc điểm thạch học 76 3 3 4 2 Hệ thống đứt gãy và lineament 81 3 3 4 3 Đặc đểm địa mạo và điều kiện thổ nhưỡng 83 3 3 5 Cơ sở dữ liệu các yếu tố khí tượng - thủy văn 85 3 3 5 1 Lượng mưa và độ ẩm đất 85 3 3 5 2 Hệ thống sông suối 87 3 3 6 Cơ sở dữ liệu các hoạt động nhân sinh 87 3 3 6 1 Hiện trạng sử dụng đất 87 3 3 6 2 Hệ thống giao thông và sự phân bố dân cư 91 3 4 Tiểu kết chương 3 93 CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA KHÔNG GIAN ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 94 4 1 Đánh giá nguy cơ xảy ra tai biến môi trường tự nhiên khu vực huyện Bảo Thắng và TP Lào Cai, tỉnh Lào Cai 94 4 1 1 Đánh giá nguy cơ xảy ra trượt lở 94 4 1 1 1 Kết quả phân tích sử dụng các mô hình thống kê 94 4 1 1 2 Kết quả phân tích sử dụng các mô hình dữ liệu lớn (big data) 103 4 1 1 3 Kết quả so sánh mức độ chính xác của các mô hình dự báo trượt lở 109 4 1 2 Đánh giá nguy cơ xảy ra lũ quét 110 4 1 2 1 Kết quả đánh giá nguy cơ xảy ra lũ quét 110 4 1 2 2 Kết quả mô phỏng lũ quét tại thung lũng Tả Phời 115 4 2 Phân vùng dự báo nguy cơ tai biến môi trường tự nhiên tại khu vực nghiên cứu 122 4 3 Định hướng quy hoạch không gian hướng tới mục tiêu phòng tránh các tai biến môi trường tự nhiên tại khu vực nghiên cứu………………………… 125 4 3 1 Các tiêu chí phục vụ quy hoạch sử dụng đất 125 vi 4 3 1 1 Nhóm tiêu chí về kinh tế 125 4 3 1 2 Nhóm tiêu chí về xã hội 126 4 3 1 3 Nhóm tiêu chí về môi trường 127 4 3 2 Đề xuất quy hoạch không gian nhằm phòng tránh và giảm nhẹ tai biến 130 4 3 2 1 Định hướng quy hoạch không gian nhằm phòng tránh nguy cơ xảy ra tai biến 130 4 3 2 2 Các giải pháp thực hiện nhằm giảm thiểu tác động do tai biến gây ra 132 4 4 Tiểu kết chương 4 135 KẾT LUẬN 136 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 PHỤ LỤC 147 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 1 Phân loại các tai biến (Smith, 2001) 77 Bảng 2 1 Khả năng ứng dụng các phương pháp phân tích tai biến 25 Bảng 2 2 Một số dạng hàm kích hoạt phổ biến 39 Bảng 2 3 Chỉ tiêu của Saaty so sánh cặp đôi các yếu tố 46 Bảng 2 4 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố 46 Bảng 2 5 Giá trị RI ứng với từng số lượng chỉ tiêu n 47 Bảng 2 6 Các phương pháp tính toán FFPI 50 Bảng 2 7 Một số mô hình mô phỏng các dạng tai biến 50 Bảng 2 8 Ma trận sai số 54 Bảng 3 1 Các thành phần môi trường và yếu tố ảnh hưởng liên quan đến nguy cơ xảy ra tai biến 65 Bảng 3 2 Phân bố độ cao địa hình tại khu vực nghiên cứu 70 Bảng 3 3 Phân bố độ dốc địa hình tại khu vực nghiên cứu 71 Bảng 3 4 Phân bố hướng dốc địa hình 72 Bảng 3 5 Giá trị riêng (eigenvalue) của các thành phần chính 89 Bảng 3 6 Vectơ riêng (eigenvector) của các thành phần chính 90 Bảng 3 7 Bảng hiện trạng sử dụng đất năm 2020 91 Bảng 4 1 Kết quả tính toán trọng số cho độ dốc địa hình 95 Bảng 4 2 Kết quả tính toán trọng số cho yếu tố thạch học 96 Bảng 4 3 Kết quả tính toán trọng số cho mật độ đứt gãy và…