Ứng dụng công nghệ 3S trong nghiên cứu môi trường và dự báo thiên tai

<iframe src="https://www.google.com/maps/d/embed?mid=18MQEnIxwGHTsatJQrhzsxOa4xfisVmc&ehbc=2E312F" width="640" height="480"></iframe> 

Mở đầu

Biến đổi khí hậu dẫn đến sự nóng lên nhanh chóng của trái đất, nước biển dâng là những thách thức lớn nhất đối với nhân loại ngày nay. Thiên tai được dự báo ngày càng gia tăng và có xu hướng cực đoan hơn ở hầu hết các nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Hiện nay, với sự phát triển của các công nghệ phục vụ cho quá trình cảnh báo các tai biến trong tự nhiên ứng phó với BĐKH cũng như việc quản lý nguồn tài nguyên đất đai đang được các quốc gia đặc biệt quan tâm. Việc ứng dụng công nghệ 3S trong cảnh báo các tai biến ở Việt Nam nhằm làm giảm ảnh hưởng tác động của chúng đến con người, phục vụ cho phát triển KT-XH ngày càng được quan tâm, chú trọng.

Các loại thiên tai thường xảy ra trên thế giới hiện nay bao gồm lũ lụt, dông bão, động đất, núi lửa,… Các thiên tai thường xảy ra trên một quy mô rộng lớn, gây thiệt hại không chỉ về người và của cải mà còn có tác động tiêu cực lâu dài tới môi trường sinh thái của khu vực. Việt Nam nằm gần xích đạo, sát biển, khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều. Đặc biệt là khu vực miền trung Việt Nam, do vị trí địa lý cũng như bề mặt địa hình tương đối phức tạp làm cho thời tiết ở khu vực này rất khắc nghiệt thường xuyên có bão lũ và hỏa hoạn xảy ra với tần số tương đối lớn, đồng thời cũng có diễn biến vô cùng phức tạp.

Việt Nam cũng là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của thiên tai và BĐKH. Trong các loại thiên tai, bão và lũ lụt là thường xuyên và nguy hiểm nhất. Theo ước tính, trung bình mỗi năm Việt Nam phải chịu từ 6 đến 7 cơn bão. Từ năm 1990 đến 2010, đã xảy ra 74 trận lũ trên các hệ thống sông của Việt Nam. Hạn hán nghiêm trọng, xâm nhập mặn, sạt lở đất, và nhiều thiên tai khác đã và đang gây trở ngại cho sự phát triển của Việt Nam. Đặc biệt, trong những năm gần đây, các thiên tai mang tính cực đoan đã xảy ra nhiều hơn, gây thiệt hại nhiều hơn về người và ảnh hưởng đáng kể đến nền kinh tế đất nước.

Hình 1. Ngập lụt tại miền Trung Việt Nam

Theo thống kê của Cục Quản lý đê điều và Phòng, chống thiên tai tai (Bộ NN&PTNT) đến giữa tháng 9/2023, nước ta chịu ảnh hưởng của 21 loại hình thiên tai, trong đó có ba cơn bão, một áp thấp nhiệt đới, 93 trận mưa lớn, ngập lụt, sạt lở đất, 201 trận dông lốc, sét, mưa đá, 338 vụ sạt lở bờ sông và nắng nóng, hạn hán,... ước thiệt hại kinh tế hơn 5.300 tỷ đồng.

Các ứng dụng của công nghệ 3S: Dẫn đường, định vị và tìm kiếm; Thành lập bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề; Ứng dụng trong địa chất; Trong nghiên cứu môi trường và thiên tai; Trong phân tích không gian. 

Việc giám sát chất lượng không khí đã trở thành một phần quan trọng của cuộc sống. Trong đó, ứng dụng công nghệ 3S trong nghiên cứu môi trường và dự báo thiên tai đóng vai trò quan trọng. Một nền tảng sẽ tích hợp GIS bằng cách tận dụng các cảm biến và IoT để giám sát, phân tích và lập kế hoạch chất lượng không khí giúp cho việc dự đoán chính xác mức độ bụi PM ở các khu vực khác nhau trong thành phố.

Hình 2. Ứng dụng công nghệ 3S giúp phân tích, giám sát chất lượng không khí, phát hiện tình trạng ô nhiễm không khí trong khu vực

Những năm gần đây, công nghệ 3S đã và đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu môi trường toàn cầu cũng như môi trường khu vực, các thảm họa thiên nhiên như trượt lở đất, lũ lụt, cháy rừng,... và thậm chí cả trong nghiên cứu dịch bệnh như viêm não Nhật Bản, sốt rét. Các hiện tượng “hiệu ứng nhà kính”, Elninô,... cũng được nghiên cứu bằng phương pháp viễn thám. Người ta sử dụng tư liệu viễn thám để thành lập các bản đồ nhiệt độ bề mặt, bản đồ sử dụng đất, bản đồ phân bố mực nước ngầm, tích hợp với dữ liệu mô hình DEM, độ dốc để tìm ra các vùng có nguy cơ trượt lở đất ở các mức độ khác nhau.

Hình 3. Ứng dụng công nghệ 3S trong cảnh báo và quản lý cháy rừng.

Trong nghiên cứu các thảm họa do lụt lội gây ra đã có nhiều công trình được công bố, đặc biệt từ năm 1997 trở lại đây. Các nghiên cứu đã chỉ ra, để thành lập bản đồ sâu ngập lụt và tần số xuất hiện ngập lụt, việc tích hợp thông tin từ các bản đồ lớp phủ đất (là sản phẩm được làm từ ảnh vệ tinh), bản đồ địa chất, bản đồ hệ thống thoát nước và bản đồ địa văn (physiographic map) là tổ hợp tốt nhất.

Tùy thuộc vào phạm vi hành chính, mức độ quản lý và nội dung cụ thể mà hệ thống thông tin này sẽ có cấu trúc cơ sở dữ liệu được xây dựng cho phù hợp:

Cập nhật và đánh giá hiện trạng các nguồn tài nguyên thiên nhiên cho các cơ quan quản lý theo dõi, phân tích diễn biến các nguồn tài nguyên này trong quá trình con người khai thác sử dụng

Lập quy hoạch, kế hoạch khai thác sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên thiên nhiên trên phạm vi toàn quốc và vùng lãnh thổ

Theo dõi cân bằng sinh thái, đa dạng sinh học

Theo dõi và có những đề xuất xử lý ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm môi trường không khí,... 

Theo dõi các sự cố, tai biến môi trường như cháy rừng, ảnh hưởng của bão, ngập lụt, xói mòn,...

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thống kê

Phương pháp nghiên cứu thống kê theo các tài liệu được tiến hành trước khi đi thực địa. Qua phân tài liệu về lớp phủ thực vật, đặc điểm thổ nhưỡng, thủy văn, khí hậu, địa hình, các tài liệu về địa giới hành chính… 

Phương pháp điều tra thực địa 

Phương pháp này được sử dụng nhằm thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên, xã hội, các vấn đề cấp thiết về tình trạng thiên tai tại khu vực, nhằm bổ sung những thiếu sót và làm chính xác hơn kết quả nghiên cứu.

Phương pháp bản đồ 

Trong quá trình nghiên cứu, đề tài đã dựa trên cơ sở nguồn tài liệu của các cơ quan chuyên môn (hành chính, địa hình, thuỷ văn, rừng,...) các kỹ thuật phân tích và kết quả nghiên cứu cũng được thể hiện trên bản đồ.

Phương pháp Viễn thám và GIS 

Xây dựng cơ sở dữ liệu về đặc điểm các yếu tố tự nhiên, KT-XH khu vực và xử lý mô hình không gian để đưa ra các sản phẩm, xây dựng bản đồ của các nhân tố liên quan, nhập bản đồ thành dạng số, tự động hoá xác định trọng số bản đồ các hợp phần, phương pháp xử lý mô hình không gian nhiều lớp thông tin.

Kết quả sử dụng công nghệ tích hợp 3S bao gồm: Cơ sở dữ liệu khu vực, các loại bản đồ: địa hình, địa chất, thảm thực vật, thổ nhưỡng, phân vùng khí hậu, địa mạo, mô hình số độ cao, độ dốc, mạng lưới thủy văn, giao thông và bản đồ hiện trạng KT-XH, cơ sở dịch vụ. Đặc biệt, để dự báo nguy cơ ngập lụt, dự báo trượt lở, tai biến địa chất, dự báo ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu…, còn được mở rộng ứng dụng vào các hoạt động quy hoạch, xây dựng địa bàn chiến lược, bảo tồn thiên nhiên, khai thác hiệu quả các nguồn tài nguyên phục vụ phát triển KT-XH, củng cố quốc phòng - an ninh, bảo vệ môi trường bền vững.

Kết luận

BĐKH đang trở thành mối quan tâm chung của các quốc gia trên thế giới và đang được triển khai nghiên cứu, tìm những giải pháp ứng phó, khắc phục phù hợp. Bằng cách ứng dụng công nghệ 3S trong nghiên cứu môi trường và dự báo thiên tai, các hoạt động kiểm soát và quản lý thiên tai được thực hiện đơn giản hơn. Chúng ta có thể dễ dàng nắm bắt được thông tin về các thảm họa, thiên tai có nguy cơ xảy ra, từ đó có biện pháp phòng tránh kịp thời và tốt nhất.

Đối với việc quản lý thiên tai, công nghệ 3S có khả năng mô hình hóa thông tin dựa trên hệ thống cảnh báo để xác định hiểm họa nào có thể xảy ra và khu vực nào đang bị đe dọa bởi thiên tai. Nhờ đó có thể ứng phó, phản ứng nhanh đối với các tình huống xấu nhất và giảm thiểu các rủi ro nhất có thể. 

Ngoài ra, ứng dụng công nghệ 3S trong nghiên cứu môi trường và dự báo thiên tai còn cho phép người dùng nhận thức rõ về mức độ rủi ro, tác động của thiên tai thông qua dữ liệu được mô phỏng bởi công nghệ 3S. Nhờ đó, công tác chuẩn bị ứng phó được thực hiện tốt hơn, sơ tán người dân kịp thời và không có thiệt hại về người và tài sản trong trận thiên tai.

Tài liệu tham khảo

1. Nguyễn Trường Xuân, Cơ sở hệ thông tin địa lý, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2005;

2. Nguyễn Trường Xuân, Công nghệ 3S, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2014;

3. Nguyễn Trường Xuân, Công nghệ Viễn Thám, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2005;

4. Phạm Hoàng Lân, Ứng dụng công nghệ GPS. Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2000; 

5. https:///resourcewatch.org/data/ explore?section,…

TRẦN MẠNH HÙNG

Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 23 (Kỳ 1 tháng 11) năm 2023