TÓM TẮT MỘT SỐ NỘI DUNG CHÍNH

CỦA CÔNG TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỀ NGHỊ XÉT TẶNG GIẢI THƯỞNG KH&CN CỦA BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG LẦN THỨ NHẤT

“Nghiên cứu phát triển và ứng dụng tổ hợp công nghệ viễn thám, WebGIS, mô hình không gian GIS phục vụ công tác điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”

Cụm công trình thuộc lĩnh vực tài nguyên khoáng sản, địa chất được đề nghị Xét tặng Giải thưởng khoa học và công nghệ của Bộ Tài nguyên và Môi trường lần thứ nhất có tiêu đề “Nghiên cứu phát triển và ứng dụng tổ hợp công nghệ viễn thám, WebGIS, mô hình không gian GIS phục vụ công tác điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”. Cụm công trình này đã được tập thể tác giả Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản triển khai thực hiện từ năm 2011 đến năm 2018, bao gồm 04 công trình cụ thể sau đây:

- Công trình 1: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ WebGIS, phân tích ảnh RADAR phân giải cao và mô hình không gian GIS để xây dựng hệ thống cảnh báo tai biến địa chất và thảm họa môi trường tự nhiên Việt Nam. Thử nghiệm tại Bắc Kạn.

­- Công trình 2: Công tác Ứng dụng công nghệ viễn thám trong khuôn khổ Đề án Chính phủ “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”.

­- Công trình 3: Công tác Thành lập bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá tỷ lệ 1:50.000 trong khuôn khổ Đề án Chính phủ “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”.

­- Công trình 4: Công tác Ứng dụng tin học trong khuôn khổ Đề án Chính phủ “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”.

Các nội dung nghiên cứu chính đã thực hiện và các kết quả chính đã đạt được của 04 công trình nêu trên có thể khái quát như sau:

- Công trình 1 là Nhiệm vụ Khoa học và Công nghệ sử dụng ngân sách Nhà nước (với mã số TNMT.03.15/HĐKHCN) đóng vai trò chủ đạo. Đây chính là công trình mở đầu các nội dung nghiên cứu phát triển công nghệ viễn thám, WebGIS và mô hình không gian GIS, phục vụ xây dựng các hệ thống cảnh báo tai biến địa chất đã và đang được triển khai tại Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản trong những năm gần đây. Mục tiêu chính của Công trình 1 bao gồm: (1) Hoàn thiện quy trình đánh giá rủi ro do tai biến địa chất gây ra, nâng cao năng lực nghiên cứu và xây dựng hệ thống cảnh báo thiên tai; (2) Nghiên cứu bổ sung các công nghệ hiện đại, phù hợp với điều kiện miền núi Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả công tác nghiên cứu và phòng tránh thiên tai ở các khu vực miền núi Việt Nam. Các kết quả chính đã đạt được của Công trình 1 bao gồm: (1) Đề xuất và triển khai thực hiện một quy trình nghiên cứu tai biến địa chất, trọng tâm vào tai biến trượt lở đất đá, và đánh giá rủi ro ở khu vực miền núi và khu vực Bắc Kạn (Hình 1); (2) Ứng dụng công nghệ phân tích ảnh RADAR - TerraSAR kết hợp ảnh vệ tinh và ảnh máy bay trong nghiên cứu cấu trúc địa chất và tai biến trượt lở đất đá tại 2 khu vực Chợ Đồn và Pác Nặm; (3) Xây dựng được một bộ CSDL về hiện trạng trượt lở đất đá và các yếu tố thành phần liên quan, trong đó các bản đồ hiện trạng trượt lở đất đá của hai huyện Chợ Đồn và Pác Nặm tỷ lệ 1:50.000 đã được chuyển giao về địa phương, bước đầu làm công cụ cảnh báo sơ bộ để hỗ trợ các cấp chính quyền và nhân dân chủ động thực hiện các biện pháp phòng, tránh và giảm thiểu hậu quả; (4) Ứng dụng các mô hình không gian GIS để thành lập được các bản đồ dự báo tai biến trượt lở đất đá tỷ lệ 1: 50.000 cho hai huyện Chợ Đồn và Pác Nặm (Hình 2), và ở tỷ lệ 1: 10.000 cho hai lưu vực suối Nghĩa Tá và Công Bằng, nhằm sử dụng trực tiếp làm công cụ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá hoặc làm cơ sở và định hướng cho công tác quy hoạch dân cư, sử dụng hợp lý tài nguyên của địa phương..; (5) Triển khai thử nghiệm lắp đặt một hệ thống các thiết bị quan trắc tự động các yếu tố khí tượng - thủy văn tại hai huyện Chợ Đồn và Pác Nặm, nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu và đánh giá mối quan hệ giữa các hiện tượng tai biến địa chất với các ngưỡng mưa có khả năng kích hoạt chúng tại các khu vực điều tra; (6) Sử dụng bộ CSDL quan trắc mưa tại các trạm khí tượng quốc gia ở tỉnh Bắc Kạn để nghiên cứu kết hợp một số phương pháp xác định các ngưỡng mưa trên thế giới, điều chỉnh áp dụng phù hợp cho khu vực Bắc Kạn, và đã xác định mối quan hệ giữa lượng mưa ngày và tổng lượng mưa trong 7 ngày trước đó có vai trò quan trọng gây nên hàng loạt các tai biến địa chất trong tỉnh Bắc Kạn (Hình 3); (7) Thiết kế một Hệ thống WebGIS dựa trên các phần mềm mã nguồn mở và miễn phí (Hình 4), với giao diện đơn giản về điều kiện tự nhiên, xã hội và tai biến địa chất khu vực Bắc Kạn, nhằm sử dụng như là một công cụ quản lý, giám sát, chia sẻ và cập nhật thông tin một cách nhanh chóng, làm cơ sở cho việc ra quyết định ứng phó kịp thời, phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại do thiên tai tại từng địa phương. Công trình 1 đã được triển khai từ tháng 6/2011, đã được Hội đồng nghiệm thu Đề tài KH&CN cấp Bộ đánh giá kết quả đạt loại “xuất sắc” vào tháng 6/2014 và kiến nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường cho phép sử dụng các sản phẩm vào Đề án trượt lở của Viện. Hiện nay, Công trình 1 đã được đăng ký kết quả thực hiện tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia (Bộ Khoa học và Công nghệ).

Hình 1. Quy trình các bước thực hiện các nội dung nghiên cứu chính của Công trình 1.

Hình 2. Kết quả Công trình 1 thành lập bản đồ phân nguy cơ trượt lở đất đá tỷ lệ 1:50.000 khu vực huyện Chợ Đồn (hình trái) và Pác Nặm (hình phải).

Hình 3. Kết quả xác định một số ngưỡng mưa trong Công trình 1 có thể gây tai biến địa chất trên cơ sở mối quan hệ giữa các giá trị lượng mưa ngày (R_t) và tổng lượng mưa trong 7 ngày trước đó (R_7d) quan trắc ở 3 trạm khí tượng quốc gia Bắc Kạn, Chợ Rã và Ngân Sơn từ năm 1986 đến năm 2010.

Hình 4. Cấu trúc hệ thống WebGIS khu vực Chợ Đồn và Pác Nặm được thiết kế trong Công trình 1.

- Các Công trình 2, 3 và 4 tuy không sử dụng vốn từ nguồn sự nghiệp khoa học nhưng đều sử dụng vốn từ nguồn sự nghiệp kinh tế do Bộ Tài nguyên và Môi trường quản lý. Trên cơ sở kế thừa các kết quả của Công trình 1, các Công trình 2, 3 và 4 còn tiếp tục phát triển mở rộng hơn các nội dung nghiên cứu của Công trình 1 nhằm triển khai ứng dụng các sản phẩm chính vào thực tế sản xuất. Cụ thể:

+ Công trình 2 (thực hiện từ tháng 01/2014 đến tháng 12/2019) nghiên cứu phát triển công nghệ viễn thám độ phân giải cao và ứng dụng trong điều tra hiện trạng và phân vùng nguy cơ trượt lở đất đá (Hình 5). Từ năm 2014 đến năm 2019, các tác giả đã được Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản giao thực hiện công tác ứng dụng công nghệ viễn thám trên diện tích các tỉnh Hòa Bình, Quảng Ninh, Cao Bằng (2014), Điện Biên (2014-2015), Sơn La (2015-2016), Lạng Sơn (2016), Bắc Kạn, Tuyên Quang, Hà Tĩnh, Quảng Bình (2017), Bắc Giang, Quảng Trị (2018), Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng và Quảng Ngãi (2019). Trên cơ sở áp dụng và điều chỉnh phù hợp công nghệ viễn thám đã được phát triển trong Công trình 1, các tác giả đã hoàn thành các bộ sản phẩm theo yêu cầu, bao gồm: các bộ ảnh tổ hợp màu, các Sơ đồ giải đoán đứt gãy và cấu trúc vòng; Sơ đồ cấu trúc địa chất ảnh; Sơ đồ mật độ photolineament và các đới phá hủy kiến tạo; Sơ đồ thảm phủ thực vật hai thời kỳ. Đặc biệt công tác giải đoán sơ bộ ảnh vũ trụ đã cung cấp thêm nhiều thông tin bổ ích như hệ thống đứt gãy, khe nứt, diện phân bố các phân vị địa chất... mà trên các bản đồ địa chất đã thành lập trước đây không thể hiện. Các kết quả giải đoán sơ bộ ảnh vũ trụ, tổng hợp màu đa phổ và xử lý ảnh số cho thấy khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám độ phân giải cao đảm bảo được cơ sở khoa học, tính chính xác, tính khách quan và độ tin cậy cao, phục vụ hiệu quả các công tác điều tra, đánh giá và phân vùng nguy cơ trượt lở đất đá tại các vùng miền núi Việt Nam.

Hình 5. Quy trình chung thực hiện Công trình 2 (Ứng dụng công nghệ viễn thám trong khuôn khổ Đề án “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”) trên cơ sở kế thừa và có điều chỉnh kết quả nghiên cứu của Công trình 1.

+ Công trình 3 (thực hiện từ tháng 01/2014 đến tháng 12/2018) nghiên cứu phát triển mô hình Đánh giá đa tiêu chuẩn không gian (SMCE) và ứng dụng trong công tác thành lập bộ Bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá tỷ lệ 1:50.000 (Hình 6). Trên cơ sở đánh giá hiện trạng trượt lở đất đá và phân tích mối quan hệ với các yếu tố thành phần trong các khu vực điều tra, các tác giả đã lựa chọn 22 lớp bản đồ thành phần làm dữ liệu đầu vào chính để thành lập bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá. Nhằm đảm bảo tính đồng nhất của các yếu tố thành phần thuộc cùng một đơn vị cấu trúc kiến tạo trong toàn bộ khu vực miền núi Việt Nam, các lớp bản đồ đầu vào sử dụng trực tiếp trong mô hình SMCE được phân chia theo các vùng cấu trúc để xác định các trọng số nhạy cảm với trượt lở đất đá tại từng khu vực điều tra. Các tác giả đã nghiên cứu phát triển mô hình SMCE với một số điều chỉnh phù hợp với từng khu vực, kết hợp sử dụng các kiến thức chuyên gia, các tác giả đã tiến hành phân tích, đánh giá, dự báo và thành lập các bộ bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá tỷ lệ 1:50.000 theo địa giới hành chính cấp huyện. Từ năm 2014 đến năm 2018, trên cơ sở ứng dụng các mô hình không gian GIS đã được nghiên cứu phát triển trong Công trình 1, tập thể tác giả đã hoàn thành các bộ Bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá tỷ lệ 1:50.000 cho khu vực 15 tỉnh miền núi, bao gồm: Nghệ An, Thanh Hóa, Lào Cai và Yên Bái (2014), Sơn La, Điện Biên và Lai Châu (2016), Hà Giang, Bắc Kạn và Cao Bằng (2017), Tuyên Quang, Bắc Giang, Lạng Sơn, Quảng Ninh và Hòa Bình (2018). Các sản phẩm của Công trình 3 đã được Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản chuyển giao về 15 tỉnh địa phương, giúp cho chính quyền các cấp, các ban ngành quản lý, quy hoạch, giao thông và xây dựng có thể sử dụng các bộ bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá như một trong những cơ sở khoa học phục vụ công tác quy hoạch, di dời, sắp xếp dân cư, đồng thời vẫn có kế hoạch thực hiện các biện pháp phòng, tránh và giảm nhẹ thiên tai phù hợp cho từng địa bàn dân cư. Các bộ bản đồ sản phẩm cũng được Viện chuyển giao cho các cơ quan liên quan như Tổng cục Khí tượng Thủy văn, Tổng cục Phòng Chống Thiên tai để phục vụ các công tác chuyên môn các đơn vị.

Hình 6. Quy trình thực hiện Công trình 3 (Thành lập bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá  tỷ lệ 1:50.000 khu vực miền núi Việt Nam) trên cơ sở kế thừa và áp dụng có điều chỉnh kết quả nghiên cứu của Công trình 1.

+ Công trình 4 (thực hiện từ tháng 01/2014 đến tháng 12/2017) nghiên cứu phát triển công nghệ WebGIS và ứng dụng trong công tác xây dựng bộ cơ sở dữ liệu trực tuyến - hệ thống WebGIS về trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam (Hình 7). Các dữ liệu về trượt lở đất đá đã được cập nhật trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL-PostGIS, xây dựng quy tắc hiển thị trong GeoServer và xây dựng mã Javascript để hiển thị trên hệ thống WebGIS công bố tại địa chỉ www.canhbaotruotlo.vn. Từ năm 2014 đến 2017, các tác giả hoàn thành việc xây dựng và bảo trì một hệ thống CSDL không gian trực tuyến về trượt lở đất đá tại 16 tỉnh đã hoàn thành công tác điều tra hiện trạng trong các năm 2012-2016 (Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Lào Cai, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Kạn, Thanh Hóa, Nghệ An, Cao Bằng, Bắc Giang, Quảng Ninh, Hòa Bình, Lạng Sơn). Từ năm 2017, hệ thống WebGIS này được tiếp tục mở rộng để cài đặt thông tin kết quả điều tra cập nhật, bổ sung thông tin hiện trạng và nguy cơ trượt lở đất đá tại 50 xã trọng điểm được thuộc 6 tỉnh Điện Biên, Hà Giang, Lào Cai, Yên Bái, Hòa Bình, Thanh Hóa. Hệ thống WebGIS được thiết kế hướng tới nhiều đối tượng người sử dụng và phục vụ nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt liên quan tới các hoạt động cảnh báo sớm tai biến trượt lở đất đá. Đặc biệt, hệ thống WebGIS này có thể được sử dụng như là một biện pháp cập nhật thông tin cảnh báo nhanh cho địa phương, làm cơ sở cho việc ra quyết định ứng phó kịp thời của các ban ngành liên quan đến công tác phòng, tránh và giảm thiểu thiệt hại do các thiên tai gây ra.

Hình 7. Trang chủ hệ thống WebGIS về trượt lở đất đá của Đề án “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam” (hình trên) và giao diện truy vấn thông tin điểm trượt trong hệ thống (hình dưới).

Hiện nay các sản phẩm của các Công trình 2, 3 và 4 đều đã được sử dụng hiệu quả trong Đề án Chính phủ “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam”, và đã được chuyển giao, hướng dẫn quản lý, sử dụng cho các tỉnh địa phương và Tổng cục Phòng chống Thiên tai, Tổng cục Khí tượng Thủy văn từ năm 2016. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ của cụm công trình đã được đúc kết trong 11 bài báo khoa học được công bố tại các hội nghị và tạp chí chuyên ngành trong nước và quốc tế như các tạp chí Khí tượng Thủy văn, Địa chất và Khoáng sản, Landslides, Landslide Dynamics, ICETI 2016, WLF 2017, GEOSEA 2018... (Hình 8, Hình 9).

Hình 8. Lớp bản đồ chỉ số nhạy cảm với trượt lở đất đá LSI (hình trái) và lớp bản đồ phân vùng nhạy cảm với trượt lở đất đá LSZ (hình phải) khu vực tỉnh Yên Bái được thành lập áp dụng phương pháp AHP. Đây là kết quả nghiên cứu của cụm công trình được trình bày tại Hội nghị quốc tế ICETI 2016.

Hình 9. Các bước phân tích, đánh giá mối quan hệ giữa yếu tố mưa (lượng mưa ngày quan trắc ở các trạm Khí tượng - Thủy văn) và sự xuất hiện các sự kiện tai biến địa chất trong tỉnh Bắc Kạn. Đây là kết quả nghiên cứu của cụm công trình được đăng trên Tạp chí Khí tượng - Thủy văn số 05/2015.

Các công trình 1, 2, 3 và 4 đều thực hiện các nội dung nghiên cứu khoa học, nghiên cứu chuyển giao công nghệ, có tính phát triển và ứng dụng công nghệ rất cao. Do vậy tập thể tác giả đề nghị được đăng ký xét tặng Giải thưởng khoa học và công nghệ cho cả 4 Công trình nêu trên.