Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan và áp lực phát triển đô thị ven sông, công tác theo dõi, đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Hồng ngày càng trở nên cấp thiết. Việc nhận diện kịp thời các khu vực có nguy cơ xói lở, bồi tụ không chỉ góp phần bảo vệ hạ tầng kỹ thuật, khu dân cư mà còn là cơ sở khoa học quan trọng phục vụ quy hoạch thủy lợi, quản lý tài nguyên nước và định hướng phát triển bền vững không gian ven sông.
Bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) nhằm đánh giá diễn biến hình thái lòng dẫn sông Hồng đoạn chảy qua địa bàn Hà Nội trong giai đoạn 2014–2024. Trên cơ sở phân tích biến động đường bờ, luồng lạch, sự hình thành và phát triển của các bãi bồi, nghiên cứu đã chỉ ra những khu vực có nguy cơ sạt lở cao, đồng thời khẳng định hiệu quả của phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh Landsat kết hợp GIS trong giám sát dài hạn và hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên nước.
Bối cảnh và yêu cầu đặt ra
Trong nhiều thập kỷ qua, xói lở bờ sông đã trở thành một trong những thách thức lớn đối với các quốc gia có hệ thống sông ngòi dày đặc, trong đó có Việt Nam. Biến động hình thái lòng dẫn là kết quả tổng hợp của các yếu tố tự nhiên như thay đổi chế độ dòng chảy, gia tăng mưa lũ cực đoan, suy giảm nguồn bùn cát, cùng với các tác động nhân sinh như khai thác cát, chỉnh trị sông, mở rộng đô thị và thay đổi mục đích sử dụng đất ven sông.
Tại đồng bằng Bắc Bộ, sông Hồng giữ vai trò trục thủy văn – kinh tế quan trọng, cung cấp nguồn nước cho sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, đồng thời đảm nhiệm chức năng tiêu thoát lũ và giao thông thủy. Đoạn sông chảy qua Hà Nội tập trung mật độ cao các công trình hạ tầng, khu dân cư, bãi bồi và vùng sản xuất ven sông, vì vậy mọi biến động về lòng dẫn đều có thể gây ra tác động trực tiếp đến an toàn dân sinh và phát triển kinh tế – xã hội.
Trong khi đó, công tác đo đạc, khảo sát thực địa thường bị hạn chế về tần suất, phạm vi và chi phí. Việc ứng dụng ảnh vệ tinh quang học, đặc biệt là chuỗi dữ liệu Landsat với lịch sử quan trắc liên tục hơn 40 năm, đã mở ra hướng tiếp cận mới, cho phép theo dõi biến động đường bờ và bãi sông trên diện rộng, đồng nhất theo thời gian và có độ tin cậy cao. Khi được tích hợp trong môi trường GIS, dữ liệu viễn thám có thể được xử lý, phân tích và lượng hóa, từ đó cung cấp cơ sở khoa học phục vụ công tác quản lý, quy hoạch và phòng chống thiên tai.
Dữ liệu và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng bộ ảnh Landsat 8–9 OLI/TIRS Collection 2 Level 2 được thu thập từ hệ thống EarthExplorer của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS). Các ảnh được lựa chọn tại các thời điểm năm 2014, 2019 và 2024, bảo đảm độ phân giải không gian 30 m, hệ tọa độ WGS-84, phép chiếu UTM múi 48N và tỷ lệ mây che phủ dưới 10%. Để hạn chế sai số do biến động mực nước, các ảnh được lựa chọn trong cùng thời kỳ mùa cạn.
Quy trình xử lý ảnh được thực hiện theo các bước chuẩn hóa, bao gồm hiệu chỉnh khí quyển, đồng bộ hóa hình học, tái chiếu và đồng đăng ký không gian giữa các thời điểm. Các yếu tố gây nhiễu như mây, bóng mây và sai lệch bức xạ được loại bỏ bằng phương pháp tạo mặt nạ tự động nhằm bảo đảm độ chính xác khi so sánh chuỗi ảnh theo thời gian.
Để xác định ranh giới nước – đất, nhóm nghiên cứu sử dụng chỉ số MNDWI (Modified Normalized Difference Water Index). Chỉ số này dựa trên sự khác biệt phổ phản xạ giữa bề mặt nước và các đối tượng đất – thực vật, cho phép tách mặt nước với độ tin cậy cao. Kết quả phân loại được chuyển sang dạng vector nhằm xác định chính xác đường bờ tại từng thời điểm, phục vụ cho việc chồng lớp, so sánh và phân tích biến động trong môi trường GIS.
Kết quả phân tích theo giai đoạn
Giai đoạn 2014–2019: Xói lở diễn biến mạnh
Kết quả mô phỏng diễn biến đường bờ sông Hồng giai đoạn 2014-2019 cho thấy suốt chiều dài đoạn sông khu vực nghiên cứu xuất hiện rất nhiều khu vực xảy ra xói lở, bồi tụ đường bờ sông.
Các vị trí bị bồi lấp mạnh xuất hiện tại đoạn bờ tả sông Hồng hạ lưu vị trí nhập lưu của sông Đà vào sông Hồng. Các bãi bồi phía bờ tả đoạn qua Việt Trì phát triển, dòng chảy sông Hồng ép sát về phía bờ hữu. Sông Hồng tiếp tục xuất hiện các bãi bồi đoạn chảy qua xã Cổ Đô.
Ngược lại, các vị trí bị xói xuất hiện bên bờ đối diện với vị trí bị bồi tụ. Các vị trí bị xói lớn là các đoạn sông chảy qua xã Cổ Đô, Nguyệt Đức, Phúc Lộc, Ô Diên, Mê Linh và khu vực bãi bồi thuộc xã Thượng Cát.
Thống kê diện tích xói lở, bồi tự trong giai đoạn trên đoạn sông thuộc khu vực nghiên cứu như sau:
Giai đoạn 2019–2024: Xu thế xói lở giảm nhưng còn cục bộ
Kết quả mô phỏng diễn biến đường bờ sông Hồng giai đoạn 2019-2024 cho thấy tình trạng xói lở đã giảm nhiều so với giai đoạn 2014-2019 (chỉ bằng khoảng 30% so với giai đoạn trước). Các vị trí xuất hiện tại các đoạn sông cong thuộc địa phận tỉnh Phú Thọ.
Phạm vi dòng chảy qua địa phận Hà Nội chỉ xuất hiện một số vị trí sạt lở tại các bãi bồi, bãi giữa sông hồng.
Thống kê diện tích xói lở, bồi tự trong giai đoạn trên đoạn sông thuộc khu vực nghiên cứu như sau:
Giai đoạn 2014–2024: Tổng hợp xu thế 10 năm
Kết quả tổng hợp toàn chuỗi 10 năm cho thấy: Xói lở mạnh nhất vẫn tập trung ở đoạn hạ lưu vị trí nhập lưu sông Đà vào sông Hồng – khu vực có động lực thủy lực phức tạp và chịu tác động của thay đổi kết cấu dòng chảy; bồi tụ diễn ra chủ yếu tại hệ thống bãi bồi hai bên bờ và các bãi giữa đoạn qua Hà Nội; biến động đường bờ có tính quy luật: bồi – xói xen kẽ theo mô hình dịch chuyển dòng chủ lưu, phản ánh quá trình tái cấu trúc lòng dẫn.
Hình: Diễn biến lòng dẫn sông Hồng giai đoạn 2014-2024
Thống kê diện tích xói lở, bồi tự trong giai đoạn trên đoạn sông thuộc khu vực nghiên cứu như sau:
Hình: Diễn biến xói lở, bồi tụ lòng dẫn sông Hồng qua các giai đoạn nghiên cứu
Ý nghĩa và khả năng ứng dụng trong quản lý
Đánh giá ổn định lòng, bờ và bãi sông là bài toán phức tạp, phụ thuộc vào động lực thủy văn – bùn cát và các tác động nhân sinh không ngừng thay đổi. Xói - bồi không chỉ là hiện tượng tự nhiên mà còn là hệ quả của quá trình phát triển kinh tế – xã hội ven sông. Do đó, yêu cầu đặt ra cho công tác quản lý là cần có công cụ theo dõi diện rộng, liên tục và chi phí hợp lý.
Nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng ảnh viễn thám Landsat kết hợp GIS mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc: Giám sát biến động đường bờ theo thời gian dài; Xác định các khu vực xói lở - bồi tụ có nguy cơ cao; Hỗ trợ quy hoạch chỉnh trị sông, bảo vệ bờ và phục vụ công tác phòng chống thiên tai.
Với ưu thế về phạm vi bao phủ rộng, khả năng cập nhật liên tục và tính khách quan, phương pháp viễn thám - GIS được xem là công cụ chủ lực trong quản lý lòng dẫn sông Hồng nói riêng và hệ thống sông ngòi Việt Nam nói chung. Việc kết hợp dữ liệu vệ tinh với đo đạc thực địa, mô hình thủy lực – hình thái sẽ góp phần hoàn thiện hơn công tác dự báo, ứng phó và quy hoạch phát triển bền vững vùng ven sông trong những năm tới.