ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------

DOÃN ĐÌNH HIẾN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG BỜ HỒ THỦY ĐIỆN
HÒA BÌNH BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------

DOÃN ĐÌNH HIẾN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG BỜ HỒ THỦY ĐIỆN
HÒA BÌNH BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số: 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
HDC: TS. PHẠM QUANG SƠN
HDP: TS. PHẠM VĂN HÙNG


3.1.6. Chế độ điều tiết, quy trình vận hành của hồ ............................ 75

i


3.2. Đặc điểm biến động........................................................................ 77
3.2.1. Nguyên tắc xây dựng bản đồ tai biến địa chất ........................ 77
3.2.2. Xây dựng bản đồ biến động bờ hồ ........................................... 82
3.2.3. Đặc điểm biến động bờ hồ thủy điện Hòa Bình ....................... 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 91

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các đoạn trích dẫn và số liệu sử dụng trong luận văn đều được dẫn nguồn.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Doãn Đình Hiến

iii


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy hướng dẫn TS. Phạm Quang


Hình 1.1: Trượt lở và lũ bùn đá tại Tạ Khoa trên ảnh VNREDSat-1 và
chụp mặt đất
Hình 1.2: Lũ quét-lũ bùn đá ở Mường Trai trên ảnh Landsat và chụp
mặt đất
Hình 1.3: Trượt lở kèm lũ quét-lũ bùn đá tại Nậm Chiến trên ảnh
Landsat và chụp mặt đất
Hình 1.4: Lũ quét-lũ bùn đá tại Tạ Khoa trên ảnh Landsat và chụp mặt
đất
Hình 1.5: Trượt lở đất ở đập thủy điện Sơn La (a), Phúc Sạn - Mai Châu
(b) trên ảnh SPOT-5 và chụp tại thực địa
Hình 2.1: Bản đồ hiện trạng trượt lở bờ hồ Hòa Bình
(trên ảnh Landsat-2010)

25

25

26

26

27

34

Hình 2.2: Trượt lở trong vỏ phong hóa tại Mường La

38


Mai

v

39


Hình 2.11: Trượt lở trong đới dao động mực nước hồ khu vực Chợ Bờ

51

Hình 2.12: Trượt lở trong đới dao động mực nước hồ khu vực Bản Mực

51

Hình 2.13: Trượt lở trong đới dao động mực nước hồ khu vực xã Vầy Nưa

52

Hình 2.14: Trượt lở trong đới dao động mực nước hồ khu vực xã Vầy
Nưa
Hình 2.15: Trượt lở trong đới dao động mực nước hồ khu vực Xã Vầy
Nưa
Hình 2.16: Trượt lở trong đới dao động mực nước hồ khu vực xã Hiền
Lương
Hình 2.17: Trượt lở trong đới dao động mực nước hồ khu vực Thái
Thịnh
Hình 2.18: Biểu đồ thể hiện khối lượng bồi lắng qua các năm (1990 2013)
Hình 2.19: Biểu đồ thể hiện sự bồi lắng theo tỷ lệ diện tích mặt cắt
ngang (1990-1996)


Hình 3.2: Bản đồ độ dốc khu vực hồ thủy điện Hòa Bình

72

vi


Hình 3.3: Bản đồ địa chất thạch học khu vực hồ thủy điện Hòa Bình

73

Hình 3.4: Bản đồ đứt gẫy hoạt động khu vực hồ thủy điện Hòa Bình

76

Hình 3.5: Bản đồ mật độ lineamen-đứt gẫy khu vực hồ thủy điện Hòa
Bình
Hình 3.6: Bản đồ cảnh báo trượt lở bờ hồ thủy điện Hòa Bình (trên ảnh
Landsat - 2010)

77

84

Hình 3.7: Bản đồ bồi lắng lòng hồ thủy điện Hòa Bình trên ảnh Landsat

87

Hình 3.8: Bản đồ biến động bờ hồ thủy điện Hòa Bình


64

68
86


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BLLH

Bồi lắng lòng hồ

ĐĐLHĐ

Địa động lực hiện đại

KT-XH

Kinh tế - xã hội

LQ-LBĐ

Lũ quét – Lũ bùn đá

TBĐC

Tai biến địa chất

TLBH


Nhà nước, các bộ, ngành, chính quyền và nhân dân các địa phương đã quan tâm đầu
tư tiền của, công sức cho việc sửa chữa, tu bổ và tổ chức bảo đảm an toàn cho các
hồ, nhưng do số lượng hồ nhiều, cần kinh phí đầu tư sửa chữa lớn, nên khó đáp ứng
được yêu cầu đang đặt ra ngày càng lớn. Vậy nên, vấn đề an toàn đối với các hồ
hiện vẫn đang là nỗi lo của người dân địa phương. Theo điều tra của Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn cho biết, các hồ ở khu vực Tây Bắc có độ an toàn
không cao. Nhiều hồ bị bồi lắng lòng hồ, trượt lở bờ hồ, nứt nẻ thân đập, xuất hiện
tình trạng thấm chẩy, thậm chí là bị thấm rất nghiêm trọng. Không những thế, các
hồ ở khu vực Tây Bắc lại nằm trong một vùng thường xuyên bị tác động tiêu cực
của các tai biến địa chất (TBĐC), đặc biệt là động đất, nứt đất, trượt lở đất, xói mòn
đất, lũ quét-lũ bùn đá, bồi lắng lòng hồ, thậm chí có nguy cơ bị vỡ đập gây hậu quả

1


xấu tới khai thác lâu dài, vận hành chúng phục vụ cho phát triển bền vững kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường ở địa phương.
Hồ thủy điện Hòa Bình là hồ chứa dạng sông dài, hẹp và sâu, nằm trên dòng
sông Đà. Trước khi có hồ thủy điện Sơn La thì hồ chứa Hòa Bình đã giữ vị trí kỷ
lục trên nhiều phương diện: dung tích hồ, dung tích hữu ích, dung tích chống lũ,
công xuất phát điện của Nhà máy thủy điện (1.920 MW). Hồ chứa Hòa Bình là một
công trình trọng điểm của Nhà nước, một nguồn tài nguyên quý giá, đóng vai trò
quan trọng đối với sự phát triển KT-XH của cả nước, đặc biệt sau khi đường dây tải
điện 500 KV Bắc - Nam hoàn thành đã cho phép dòng điện của Hòa Bình đi khắp
mọi miền đất nước. Hồ chứa Hòa Bình được xây dựng để phục vụ cho nhiều mục
đích khác nhau như phòng lũ và cung cấp nước tưới cho đồng bằng châu thổ sông
Hồng và các vùng phụ cận, sản xuất điện năng, giao thông thuỷ cho vùng Tây Bắc
và nuôi trồng thuỷ sản. Từ khi hồ Hòa Bình đi vào hoạt động đã làm thay đổi sâu
sắc chế độ thủy văn - thủy lực của dòng sông; tốc độ dòng chảy khi vào hồ bị giảm
đột ngột, nước trong hồ từ trạng thái chuyển động sang trạng thái tĩnh làm ảnh
hưởng đến hệ sinh thái, chất lượng nước và tổng lượng bùn cát trong hồ. Các quá

- Phân tích các yếu tố gây biến động bờ hồ.
- Xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở bờ hồ thủy điện Hòa Bình.
- Xây dựng bản đồ hiện trạng trượt lở bờ hồ thủy điện Hòa Bình.
- Xây dựng bản đồ hiện trạng bồi lắng hồ thủy điện Hòa Bình.
- Xây dựng và mô tả bản đồ biến động bờ hồ thủy điện Hòa Bình.
- Đánh giá biến động biến động bờ hồ thủy điện Hòa Bình.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận văn là các quá trình trượt lở bờ hồ và
bồi lắng lòng hồ thủy điện Hòa Bình.
Hồ thủy điện Hòa Bình nằm ở khu vực Tây Bắc nước ta, có tọa độ địa lý từ
20o36’51” đến 21o42’57” vĩ độ Bắc và 103o45’34” đến 105o25’43” kinh độ Đông

3


(hình 0.1, hình 0.2). Vùng bờ hồ thủy điện Hòa Bình là dải đất nằm trong phạm vi
dao động của mực nước hồ.

Người hướng dẫn: TS. Phạm Quang Sơn,
Học viên: Doãn Đình Hiến
TS. Phạm Văn Hùng
Hình 0.1: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu là bờ hồ thủy điện Hòa Bình (dải đất trong phạm vi dao
động mực nước hồ thủy điện Hòa Bình).

4


Người hướng dẫn: TS. Phạm Quang Sơn,


góp cơ sở khoa học để Nhà nước và các địa phương hoạch định chiến lược phát
triển bền vững KT-XH và bảo vệ môi trường.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn được trình bày trên các trang in vi tính với các bảng biểu, hình vẽ
và các ảnh minh họa; được cấu trúc thành 3 chương không kể phần Mở đầu và Kết
luận. Cấu trúc của luận văn gồm:
- Mở đầu: tính cấp thiết, mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng, phạm vi nghiên cứu,
ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu, phương pháp luận và
phương pháp nghiên cứu.
- Chương 2: Hiện trạng trượt lở bờ hồ và bồi lắng lòng hồ thủy điện Hòa Bình.
- Chương 3: Đặc điểm biến động bờ hồ thủy điện Hòa Bình.
- Kết luận và kiến nghị

6


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát về tình hình nghiên cứu
1.1.1. Trên thế giới
Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS, trong đó phân tích các tư liệu ảnh
viễn thám phân giải cao và bản đồ đã được ứng dụng trong các ngành, lĩnh vực khác
nhau trong đời sống xã hội. Đó chính là công tác thẩm tra, giải đoán các ảnh và tư
liệu viễn thám có đối sánh với các dữ liệu bản đồ địa hình nhằm xác định các đối
tượng và suy luận về ý nghĩa của chúng. Trong thời đại khoa học - công nghệ ngày
càng phát triển, hệ phương pháp phân tích giải đoán ảnh viễn thám ngày càng được
hoàn thiện và phát triển cùng với sự phát triển của công nghệ và kỹ thuật hiện đại.

dụng các ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình và cao như LANDSAT TM &
ETM+, ASTER, SPOT, hoặc IKONOS.
Ứng dụng phương pháp phân tích viễn thám và GIS trong nghiên cứu đánh
giá dự báo tai biến địa chất đã được đề cập trong các công trình khoa học trên thế
giới, đặc biệt là ở Nga, Pháp, Mỹ, Nhật và Trung Quốc và đã đạt được những thành
tựu khoa học bước đầu. Phần lớn các công trình đã đi sâu nghiên cứu xác lập
phương pháp giải đoán cho từng lĩnh vực nghiên cứu nhất định. Trong nghiên cứu
dự báo tai biến địa chất, các thông tin cần thiết nhất chiết xuất từ ảnh vệ tinh là hiện
trạng diễn biến các tai biến địa chất và yếu tố phát sinh các tai biến đó: địa mạo, địa
chất, lớp phủ thực vật, hoạt động kinh tế của con người,… Thông qua các dấu hiệu
ảnh: dấu hiệu trực tiếp (phổ ảnh, hoa văn, tổ hợp màu,…), gián tiếp là những yếu tố
lớp phủ, địa hình, địa mạo và thành phần vật chất trên bề mặt,… cho phép xác lập
các yếu tố tác động phát sinh tai biến địa chất. Ví dụ như, các đới phá huỷ đứt gẫy
trên thực tế tồn tại dưới dạng một cảnh quan rất đặc biệt bao gồm các yếu tố về địa
hình, thực vật, thổ nhưỡng và thuỷ văn. Sự thể hiện của các yếu tố của cảnh quan
này trên ảnh viễn thám sẽ là các dấu hiệu gián tiếp để giải đoán đứt gẫy hoạt động,
sự phân bố trong không gian, tính chất dịch chuyển của chúng và đới ảnh hưởng
động lực đứt gẫy. Điều này cho chúng ta thấy khi tiến hành phân tích viễn thám

8


phục vụ cho nghiên cứu các đứt gãy cần phải biết phân tích tổng hợp từ những sự
kết hợp của các yếu tố ảnh. Như vậy, từ các ảnh viễn thám và bản đồ, sử dụng kỹ
thuật phân tích và xử lý bằng mắt thường hoặc bằng kỹ thuật phân tích ảnh số đều
có thể cho phép xác định những yếu tố dạng tuyến (lineamen) và các dấu hiệu gián
tiếp khác.
Từ lâu, Trung quốc và Nga là hai quốc gia có lãnh thổ rộng lớn và đi đầu
trong lĩnh vực nghiên cứu TBĐC; một số nước như Mỹ, Hàn Quốc, Nhật Bản cũng
là những nước khá thành công trong nghiên cứu phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai.

cứu nghiên cứu ở trình độ cao ở nhiều quốc gia phát triển.
2- Ở nhiều nước, đã xây dựng chiến lược quốc gia về nghiên cứu phòng tránh
giảm nhẹ một loại hoặc nhiều loại tai biến. Kết quả nghiên cứu triển khai về lĩnh
vực này đã được tổng kết phân tích trong nhiều công trình chuyên khảo có giá trị
lớn cả về lý thuyết và thực tế. Nhiều cách tiếp cận và các tổ hợp phương pháp mới
được áp dụng thành công đã mang lại những hiệu quả to lớn. Các phương pháp
nghiên cứu ngày càng được hoàn thiện hơn; nghiên cứu định tính đã dần dần thay
thế bằng nghiên cứu định lượng được thực hiện bởi các thiết bị kỹ thuật hiện đại.
Bên cạnh đó, tăng cường tiềm lực thiết bị được đặc biệt chú trọng. Đầu tư công
nghệ, kỹ thuật hiện đại để theo dõi, quan trắc, cảnh báo tự động TBĐC, trong đó, có
đặt máy cảnh báo tự động ở những vùng có nguy cơ cao đã được tiến hành. Chính
vì vậy, nghiên cứu dự báo và phòng tránh tai biến ở một số nước đã mang lại những
hiệu quả rõ rệt.
3- Các dạng tai biến địa chất được nghiên cứu toàn diện trên các phương diện
khác nhau: hiện trạng tai biến (hình thái, nguồn gốc, cơ chế và yếu tố phát sinh,
cường độ, tần suất và hậu quả...), độ nhạy cảm của môi trường tự nhiên đối với tai
biến, lập bản đồ phân vùng tai biến và cuối cùng là đánh giá rủi ro tai biến địa chất.
Tuỳ thuộc vào mức độ quan tâm đầu tư của từng nước mà kết qủa nghiên cứu
phòng tránh tai biến mang lại các thành công khác nhau. Ở các nước có tiềm lực
kinh tế và khoa học công nghệ phát triển, nghiên cứu phòng tránh tai biến đã có các
bước phát triển mạnh. Chính nhờ những cơ sở khoa học này mà nhiều nước đã đưa
ra các giải pháp phòng tránh, phòng chống và ứng phó hiệu quả.

10


4- Điểm nổi bật trong nghiên cứu tai biến địa chất và tai biến tự nhiên trong
thời gian qua là việc tăng cường sử dụng các công nghệ và phương pháp mới, đặc
biệt là công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) cũng như mô hình
hoá các quá trình tai biến nhằm dự báo chính xác hơn về diễn biến của tai biến địa

nhiên, được hình thành do các quá trình địa chất (bao gồm cả nội sinh và ngoại
sinh) gây ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các hoạt động dân sinh và tính
mạng của con người [18]. Với cách tiếp cận này, các TBĐC đã được tiến hành
nghiên cứu ở các phạm vi và quy mô khác nhau. Có thể khẳng định rằng, chính khái
niệm này đã làm thay đổi cách tiếp cận cũng như việc lựa chọn phương pháp áp
dụng đồng bộ, phù hợp và hiệu quả trong nghiên cứu các dạng tai biến ở Việt Nam.
Nhờ đó, những sản phẩm nghiên cứu tạo ra, ngoài những giá trị khoa học lớn lao,
đồng thời có khả năng áp dụng hiệu quả nhất định trong phòng ngừa và giảm thiểu
thiệt hại.
Trong những năm 80 thuộc thế kỷ 20, một số dạng tai biến xuất hiện và phổ
biến rầm rộ trên nhiều khu vực lãnh thổ như: nứt đất, trượt đất, lũ quét, lũ bùn đá,
xói lở bờ sông, ven biển cũng đã được quan tâm nghiên cứu. Nhiều năm trở lại đây,
TBĐC bùng phát ngày càng nhiều, với cường độ và tần xuất ngày càng lớn. Hầu
như trên phần lớn lãnh thổ của nước ta, đặc biệt các khu vực miền núi không năm
nào là không xảy ra TBĐC nghiêm trọng; TLBH xảy ra rầm rộ ở nhiều địa hình
khác nhau. Hàng năm nước ta phải gánh chịu những thiệt hại rất nặng nề do tai biến,
trong đó có TLĐ, LQ-LBĐ, TLBH và BLLH. Các tai biến này phát triển trên hầu
hết các vùng miền của cả nước. Do tính đặc thù thường xuất hiện bất ngờ, nên các
dạng tai biến này thường xuyên gây ra các hậu quả nặng nề đối với các công trình
xây dựng, làm thiệt hại nhiều nhà cửa, gây mất đất canh tác và thậm chí nhiều tính
mạng con người. TBĐC đang đẩy nhiều cộng đồng dân cư ở nhiều nơi vào cảnh
nghèo đói triền miên. Về hiện trạng TBĐC được tổng hợp khá cụ thể trong nhiều
công trình nghiên cứu [18]. Con số thiệt hại do tai biến gây ra, tuy đã được đề cập
đến, nhưng đó chỉ là những con số thống kê sơ bộ chưa đầy đủ. Chắc chắn đây phải
là con số khổng lồ. Ví dụ, chỉ tính riêng LQ-LBĐ từ 1953 đến nay đã xẩy ra đến
322 trận lớn nhỏ và trong 10 năm gần đây, LQ-LBĐ đã làm chết 500 người. Để
khắc phục hậu quả do tai biến để lại, Nhà nước và các địa phương phải chi từ hàng
trăm đến hàng nghìn tỷ đồng.

12

thiệt hại ở tỷ lệ lớn (1/50.000) đến cấp huyện. Đặc biệt có ý nghĩa thực tế quan

13


trọng là các Bản đồ hướng dẫn sử dụng hợp lý lãnh thổ. Kết quả nghiên cứu đã
được chuyển giao kịp thời cho các địa phương để phục vụ cho công tác di dân ra
khỏi các vùng nguy hiểm do TLĐ, LQ-LBĐ [9], [18].
Hiện nay, nước ta đã có nguồn cơ sở dữ liệu phong phú về ảnh viễn thám,
đặc biệt là ảnh viễn thám phân giải cao và tương đương phục vụ cho nghiên cứu
đánh giá, dự báo các TBĐC có hiệu quả. Vệ tinh VNREDSat - 1 (Vietnam Natural
Resouces, Enviroment and Disaster Monitoring Satellite) là vệ tinh viễn thám đầu
tiên của Việt Nam, mang các thiết bị thu ảnh quang học, thuộc dòng vệ tinh nhỏ
(Small Satellite), có trọng lượng khoảng 150kg được thiết kế và chế tạo bởi hãng
EADS Astrium (Pháp). Dự kiến vệ tinh sẽ được tên lửa đẩy Vega đưa vào không
gian vũ trụ trong quý II/2013, với thời gian hoạt động trên quỹ đạo dự kiến khoảng
5 năm..
Vệ tinh VNREDSat-1 mang các thiết bị thu ảnh quang học, có thể cung cấp 5
kênh ảnh bao gồm ảnh chụp ở kênh toàn sắc (Pan) và 04 kênh ảnh đa phổ (MS),
thời gian bay chụp lặp lại là 03 ngày. Vệ tinh VNREDSat-1 có quỹ đạo địa cực
đồng bộ mặt trời; quỹ đạo có độ cao 680km so với mặt đất tại xích đạo. Kênh ảnh
toàn sắc và các kênh đa phổ có độ phân giải lần lượt là 2,5m (Pan) và 10m (MS);
ảnh có độ phủ trên mặt đất là 17km. Đây là loại ảnh vệ tinh có độ phân giải cao,
phục vụ các mục đích nghiên cứu khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam và các vùng lân
cận. Trong nghiên cứu các tai biến địa chất, đề tài sẽ sử dụng các kênh ảnh của vệ
tinh VNREDSat-1 và các loại ảnh tương đương khác (như ảnh Spot-5) đã được sử
dụng trong các nghiên cứu ở Việt Nam, nhằm so sánh về tính năng của các tư liệu
ảnh vệ tinh quang học khác nhau và về khả năng ứng dụng chúng trong các nghiên
cứu tài nguyên - môi trường nói chung, trong đó có vùng miền núi Tây Bắc.
Vệ tinh Spot-5 (của Pháp) là loại vệ tinh quang học thuộc dòng vệ tinh Spot,

và thảm thực vật nói chung, biến động địa hình do các tác nhân tự nhiên và con
người,.... Ngoài ra, thông tin từ ảnh viễn thám còn sử dụng trong xác định quy mô
và vị trí các tai biến địa chất (xói mòn, đổ lở đất đá, trượt lở đất, lũ quét-lũ bùn đá,
biến động bờ hồ,...) và được chính xác hoá hiện trạng các tai biến qua các tư liệu

15