Áp dụng phương pháp giao thoa radar để xác định hiện tượng lún đất trong vùng đô thị trung tâm thành phố Hà Nội
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
Á P DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA RADAR ĐỂ XÁC ĐỊNH HIỆN TƯỢNG
LÚN ĐẤT TRONG VÙNG ĐÔ THỊ TRUNG TÂM THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TS. ĐẶNG VŨ KHẮC
Trường đại học Sư phạm Hà Nội
ThS. NGUYỄN CÔNG KIÊN, ThS. ĐỒNG MINH TÂM
Viện KHCN Xâ y dựng
Tó m tắt: Với phương pháp phân tích giao thoa đa quả tác động lên môi trường [12]. Các kỹ thuật đo đạc
thời gian, chúng tôi khảo sát hiện tượng lún đất tại biến dạng bề mặt một cách định lượng thay đổi từ
vùng đô thị trung tâm của thành phố Hà Nội bằng ảnh phép đo mặt đất như phương pháp thủy chuẩn [3] và
vệ tinh ALOS PALSAR thu chụp trong giai đoạn 2007- phương pháp đo giã n kế [28] tới kỹ thuật không gian
2011. Bản đồ tốc độ lún trung bì nh cho thấy khu vực như phương pháp đo GPS tĩnh [15], phương pháp
phí a bờ bắc sông Hồng khá ổn định, trái lại một số giao thoa radar InSAR [19], hay phương pháp LiDAR
khu vực ở bờ phía nam đang bị lún với vận tốc cực đại hàng khô ng [9].
đạt 68 mm/năm. Mặt đất bị biến dạng trong ba khu
Thủ đô Hà Nội là một ví dụ điển hì nh về thành phố
vực chính: quận Hoàng Mai, quận Hà Đông – Thanh
có tốc độ đô thị hóa nhanh trong các nước đang phát
Xuâ n, huyện Từ Liêm – Hoài Đức, tại những nơi mà
triển, nơi mà nước ngầm là nguồn tài nguyên chí nh
việc xây dựng đang phát triển rầm rộ và việc hút nước
cho nhu cầu nước sạch [17]. Từ sau Đổi Mới năm
ngầm đang diễn ra mạnh mẽ trong thập niên vừa qua.
1986, sự năng động trong phát triển kinh tế cùng cá c
Ngoài ra cò n phải kể đến 1 số khu vực lún có diện tích
chí nh sá ch quản lý mới đã làm cho thành phố Hà Nội,
đặc biệt là cá c quận nội thành trở nên hấp dẫn hơn
đối với người nhập cư từ nhiều tỉnh lân cận. Hiện tại,
thành phố này được chia ra thành 10 quận nội thành,
19 huyện ngoại thành sau bốn lần điều chỉnh địa giới
hành chính. Điều này cho phé p chuyển đổi đất nông
nghiệp ngoại ô thành đất đô thị với việc thành lập một
số quận mới như Tây Hồ năm 1995, Thanh Xuân và
Cầu Giấy năm 1996, Long Biên và Hoàng Mai năm
2003 và Hà Đông năm 2008 (hì nh 1). Do đó, dân số
toàn thành phố tăng từ 2.431x106 tới 3.184x106 người
từ năm 1995 đến năm 2006, trong khi dân số của các
quận nội thành tăng gấp đôi từ 1.082x106 lên
2.050x106 trong cùng thời kỳ. Sự gia tăng dân số đạt
đến 6.472x106 vào năm 2009 với mật độ là 1979
người/km2 và xấp xỉ 35000 người/km2 tại một số quận
trung tâm như Đống Đa hay Hoàn Kiếm [11].
nhỏ hơn trong các quận nội thành. Kết quả thu được
từ phương pháp giao thoa radar tương ứng với giá trị
đo đạc bằng phương pháp thủy chuẩn trong giai đoạn
2007-2008. Điều này chứng minh khả năng áp dụng
phương pháp giao thoa vào quan trắc lún đất trên
diện rộng của thành phố Hà Nội với độ tin cậy cao và
giá thành hợp lý.
Từ khóa: lún đất, đô thị hóa, giao thoa radar, vật
tá n xạ ổn định, nước ngầm.
1. Giới thiệu
Hiện tượng lún đất do khai thác tài nguyên thiên
nhiên dưới lò ng đất ngày càng phổ biến trong những
thập niên vừa qua do nhu cầu tiêu thụ tài nguyên
ngày càng tăng của xã hội loài người [16]. Lún mặt
đất đang được đặc biệt quan tâm khi nó xảy ra tại
nhiều thành phố, nơi mà quá trì nh đô thị hóa mạnh
mẽ kéo theo sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ nước với
lượng nước ngầm lớn được hút lên từ lò ng đất. Vấn
đề này đã được ghi nhận tại các thành phố lớn như:
Mexico-City, Bangkok, Thượng Hải, Venice, và Las
Vegas. Tác động cò n đáng quan tâm hơn khi các đô
thị nằm trên đồng bằng bồi tích được lấp đầy bởi các
thành tạo trầm tích bở rời, dễ nén ép. Từ những năm
1960, cá c nghiên cứu về lún đất đã được thực hiện
với nhiều phương pháp khảo sát [28] để có những
hiểu biết tốt hơn về cơ chế hì nh thành [7] và về hậu
Với việc chuyển đổi đất nông nghiệp sang mục
đích đô thị, nhiều quận mới được thiết lập xung quanh
khu nội đô lịch sử để đáp ứng nhu cầu về nhà ở. Điều
này dẫn đến sự tập trung dân cư và khai thác nước
ngầm mạnh mẽ từ một số bã i giếng hút nước ngầm ở
khu vực các quận mới thành lập. Điều này thể hiện
qua sự hì nh thành của ba nhà máy nước mới được
xâ y dựng trong giai đoạn 2002-2005, với công suất
của mỗi nhà má y khoảng 30000 m3/ngày đêm [29].
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
61
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
Hiện tượng hạ thấp mực nước ngầm [19] cùng với nơi thuộc cá c quận nội thành bị tác động của biến
việc phát triển nhà cửa trên nền đất yếu đã dẫn đến dạng bề mặt trong vài thập niên vừa qua. Chẳng hạn
lún đất cục bộ và gâ y ra nhiều hư hỏng cho nền móng như, khảo sát mặt đất cho thấy nó bị lún mạnh hơn ở
cô ng trì nh hạ tầng, nhà ở của cư dân và kể cả một số khu vực nội thành hơn là khu vực ngoại vi, đặc biệt
tò a nhà cao tầng cũ. Trong bối cảnh quá trì nh đô thị gần các giếng hút nước ngầm. Mức độ lún trung bì nh
hó a diễn ra nhanh chóng sau khi điều chỉnh địa giới thay đổi từ 1.4 mm đến 41 mm/năm trong giai đoạn
hành chí nh của thành phố Hà Nội năm 2008, sự hiểu 1994-2005 [23]. Tuy nhiên, các phương pháp đo đạc
biết tốt hơn về biến dạng mặt đất trong vùng đô thị mặt đất này khô ng thí ch hợp để theo dõ i biến dạng
trung tâ m – được xác định bởi “Đồ án Quy hoạch trên diện rộng như lún đất vì chúng chỉ cung cấp
chung Xâ y dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và thô ng tin tại một vài điểm khảo sát đơn lẻ. Trái lại, các
Tầm nhì n đến năm 2050”’ tỏ ra cấp bách vì đây sẽ là tí nh toá n dựa trên phương pháp giao thoa radar -
khu vực tập trung phát triển nhiều công trì nh xâ y InSAR sẽ cung cấp thông tin về hiện trạng lún đất trên
dựng quan trọng trong tương lai. Mục tiêu là một mặt khu vực rộng lớn với độ chính xác biến đổi từ vài cm
nhằm triển khai quy hoạch chi tiết một cách hợp lý và đến vài mm tùy thuộc vào số liệu sử dụng. Với
mặt khác là để khuyến khích các giải pháp kỹ thuật phương pháp này, một số nghiên cứu đã tập trung
xâ y dựng công trì nh an toàn ở những nơi bị lún đất đe vào biến dạng mặt đất tại trung tâm nội thành [5], [25],
dọa.
[27], [30], [32], [34]. Với việc sử dụng cách tiếp cận
InSAR truyền thống, các nghiên cứu này đã chỉ ra sự
dịch chuyển theo phương thẳng đứng với giá trị 20
mm trong giai đoạn 1996-1998 tại đây [5].
Những nghiên cứu trước đây dựa trên phương
pháp đo đạc mặt đất [8], [23], [24] hay mô hì nh hó a
những đặc tính kỹ thuật của đất [33] đã chỉ ra một số
Hì nh 1. Bản đồ vùng đô thị Hà Nội, với vị trí của các quận nội thành và huyện ngoại thành [21]. Khung vuô ng
tương ứng với khu vực nghiên cứu bằng phương pháp InSAR trong hì nh 2
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
62
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
Tuy nhiên, cá c tá c giả này không thu được tốc độ
Do rất nhạy cảm đối với dịch chuyển thẳng đứng,
lún chí nh xá c của cả vùng đô thị trung tâm. Hơn nữa việc theo dõ i hiện tượng lún do con người gâ y ra bằng
cá ch tiếp cận của họ chịu một số hạn chế cơ bản của phương pháp giao thoa radar đã trở thành một trong
kỹ thuật giao thoa. Thứ nhất, số lượng ảnh có hạn những ứng dụng chí nh [10], đặc biệt trong khu vực đô
của ảnh radar kênh C (chủ yếu là ERS và Envisat của thị nơi mà số lượng pixel ổn định theo thời gian khá
cơ quan hàng không vũ trụ châ u  u- ESA)[25] và sự nhiều [6]. Phương pháp InSAR cũng đã được sử dụng
khô ng phù hợp khi tổ hợp giữa các ảnh radar do trong nghiên cứu hiện tượng lún trong khu vực đô thị
đường cơ sở thời gian và khô ng gian phâ n cá ch nhau và cá c tá c giả đã cho thấy bề mặt địa hì nh thành phố
ké m hợp lý. Hơn nữa, thời tiết nhiệt đới sinh ra các Hồ Chí Minh bị lún đáng báo động và kỹ thuật giao
nhiễu khí quyển đáng kể trong dữ liệu ảnh radar [31], thoa vi phâ n là một giải phá p khả thi nhất trong việc
đặc biệt ở tầng đối lưu cho các ảnh thu trên kênh C phá t hiện cá c biến dạng bề mặt địa hì nh theo khô ng
(bước sóng 5.6 cm) [36]. Cuối cùng, hạn chế nữa có gian và thời gian [18]. Tuy nhiên, sự mất tương quan
thể liên quan tới sự mất tương quan gây ra do những gâ y ra hoặc do sự thay đổi của hướng quan sá t vệ tinh
biến đổi về đặc tính tán xạ của mặt đất, chủ yếu là đối với hai ảnh (cá c gó c nhì n khá c nhau), hay sự thay
thực vật trong khu vực nghiên cứu [35]. Để vượt qua đổi về vị trí của vật tá n xạ, hay sự thay đổi về hì nh học
các khó khăn này, chúng tôi xử lý 22 ảnh thu trên bên trong ô cơ sở. Nếu sự mất tương quan lớn, ảnh
kênh L của vệ tinh ALOS PALSAR (bước só ng 23.62 giao thoa sẽ khô ng thí ch hợp cho việc phâ n tí ch biến
cm) bằng phương pháp giao thoa trong giai đoạn dạng. Trong trường hợp sự biến dạng xảy ra mạnh,
2/2007-2/2011 với mục tiêu đặt ra như sau: 1/ Vẽ bản thành phần Δφdef chiếm ưu thế thì nó cho phé p xá c
đồ phân bố không gian của hiện tượng lún đất trong định được dịch chuyển giữa hai lần thu ảnh [1]. Tuy
giai đoạn 2007-2011, 2/ Xác định vận tốc lún trung nhiên, trong trường hợp với dịch chuyển chậm, việc
bì nh theo chiều thẳng đứng cho toàn bộ vùng đô thị xác định thành phần biến dạng có thể bị giới hạn bởi
trung tâm và đặc biệt là những nơi mới được đô thị sự nổi trội của cá c thành phần khô ng biến dạng trong
hó a (hì nh 1).
phương trì nh (1). Bằng cá ch gộp nhiều ảnh giao thoa
của cùng một khu vực lại với nhau, tỷ số tí n hiệu/nhiễu
được tăng lên, cho phép xác định vận tốc dịch chuyển
trung bì nh của mặt đất trong giai đoạn bao trùm bởi
cá c ảnh giao thoa [26].
2. Phương pháp luận và số liệu sử dụng
2.1 Phương pháp giao thoa radar
Việc sử dụng kỹ thuật giao thoa radar (InSAR) để
đo vẽ bề mặt Trái Đất, gồm cả việc thành lập bề mặt
địa hì nh và xác định biến dạng mặt đất, đã được minh
chứng một cách thành cô ng từ hơn hai thập kỷ qua
[4]. Phương pháp giao thoa truyền thống cho phép
tạo ra các ảnh giao thoa tương ứng với sự lệch pha
khi chụp ảnh lặp lại nhiều lần. Sự lệch pha của các
pixel đơn lẻ này tương ứng với một số thành phần:
Để vượt qua sự mất tương quan về thời gian do
sự thay đổi về đặc tính tán xạ, giảm tác động của khí
quyển và đo cá c dịch chuyển tạm thời; kỹ thuật giao
thoa đa thời gian mới được phát triển. Kỹ thuật này
dựa trên việc thu nhận nhiều ảnh radar ống mở tổng
hợp và bao gồm cách tiếp cận Persistent Scatterers
(PS) và Small Baseline (SB). Nhì n chung, hai cá ch
tiếp cận này rất tối ưu để xử lý những vật tán xạ trên
mặt đất. Phương pháp PS nhằm xử lý các ô cơ sở nổi
trội bởi một vật tán xạ đơn lẻ, trong khi phương pháp
SB hướng tới xử lý các ô cơ sở không có vật tán xạ
nổi trội. Trong nghiên cứu này, chúng tô i sử dụng
phương pháp giao thoa đa thời gian StaMPS/MTI
được phát triển bởi Hooper. Phương pháp này tổ hợp
cả hai cách tiếp cận PS và SB để tách ra dấu hiệu
biến dạng tại các điểm ảnh và làm tăng tỷ số tín
hiệu/nhiễu. Việc lựa chọn điểm ảnh PS được thực
hiện đầu tiên bằng cá ch sử dụng cách tiếp cận PS
được phát triển bởi [14], và sau đó một loạt ảnh giao
thoa thứ hai được xử lý bằng cách tiếp cận SB để xác
định các vật tán xạ đồng đều (DS) mà đối với chúng
thì giá trị pha không bị mất tương quan đáng kể trong
một thời gian ngắn. Việc sử dụng phương pháp giao
Φ = (Δφorb + Δφtopo + Δφatm + ΔφN + Δφdef)
(1)
Ở đây, Δφorb, Δφtopo, Δφatm, và Δφdef là sự lệch pha
lần lượt gâ y ra do vị trí của quỹ đạo, địa hì nh, trễ khí
quyển và biến dạng bề mặt. Thành phần nhiễu ΔφN
liên quan tới mức độ biến đổi của tá n xạ, nhiễu nhiệt
và sai số trong xử lý số liệu. Để thu được thành phần
biến dạng với độ chí nh xá c cao, việc ước tí nh tốt cá c
thành phần khá c là cần thiết, dựa trên số liệu chí nh
xá c về cá c tham số quỹ đạo và địa hì nh. Thành phần
biến dạng có thể được biểu diễn theo cô ng thức:
Δφdef = 4π(ΔR/λ)
(2)
Với ΔR là sự biến đổi về khoảng cá ch giữa vệ tinh
và mặt đất dọc theo hướng quan sá t của vệ tinh và λ
là bước só ng của hệ thống radar.
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
63
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
thoa đa thời gian, dấu hiệu biến dạng được tách ra từ 40x40 km xung quanh vùng đô thị trung tâ m (hì nh 1).
cả các điểm ảnh PS và DS mà ở đây chúng tôi gọi là Để loại bỏ thành phần địa hì nh trong ảnh giao thoa,
các điểm ảnh được chọn (SP), cho phép làm tăng số chúng tô i dùng mô hì nh số độ cao toàn cầu SRTM V.4
lượng mẫu quan trắc và làm quá trì nh mở pha diễn ra với độ phâ n giải 3”. Mặt khá c, thành phần quỹ đạo
tốt hơn. Đầu tiên quá trì nh mở pha 3-D sử dụng được loại bỏ bằng cá ch sử dụng số liệu quỹ đạo với
phương pháp thống kê giá [13], và việc ước lượng sai độ chí nh xá c <1m do JAXA cung cấp trong đầu dẫn
của tệp tin đi cùng với ảnh radar.
số của mô hì nh số độ cao bằng mối tương quan với
cá c giá trị của đường cơ sở vuông góc của từng ảnh
giao thoa để mở pha lần thứ hai có tính đến các sửa
đổi này. Cho tới thời điểm hiện nay, một số ứng dụng
của phương pháp này đã tập trung nghiên cứu lún đất
trong đô thị như nghiên cứu của [2].
3. Kết quả
3.1 Phâ n bố không gian và vận tốc của hiện tượng lún
Sử dụng phương pháp phân tích chuỗi số liệu đa
thời gian một số lượng lớn các vật tán xạ cố định
(540000 điểm SP) đã được chọn lựa trong khu vực
nghiên cứu (hì nh 2). Phần lớn các vật tán xạ này
tương ứng với nhà ở, nhà cao tầng và cô ng trì nh cơ
sở hạ tầng, nằm trong khu dân cư đông đúc của các
quận nội thành và cá c làng xó m ở các huyện ngoại
thành. Những vị trí không có vật tán xạ ổn định tương
ứng với mặt nước hay các ruộng đồng nông nghiệp
xung quanh khu vực đô thị. Để đảm bảo hầu hết các
biến dạng đo được tương ứng với sự dịch chuyển
của mặt đất do lún theo phương thẳng đứng, chúng
tô i chuyển đổi vận tốc lún thu được theo hướng ngắm
của vệ tinh thành vận tốc lún theo phương thẳng
đứng với góc tới (θ) tại từng điểm ảnh (θ trung bì nh
=38 đối với ảnh ALOS) theo [22].
2.2 Số liệu
Chúng tô i sử dụng tổng số 22 ảnh radar được thu
chụp trên kênh L (bước só ng 23.6 cm) trong thời gian
từ thá ng 2/2007 đến thá ng 2/2011 bởi đầu thu
PALSAR đặt trên vệ tinh ALOS của Nhật Bản. Cá c
cảnh chụp thuộc tuyến đi lên của vệ tinh ở dò ng 475
và cột 400 (hì nh 1). Để giảm thiểu sự mất tương quan
về thời gian và khô ng gian, ảnh tham chiếu được
chọn tương ứng với ảnh tham chiếu chụp ngày 25
tháng 6 năm 2009 cùng việc sử dụng ngưỡng 2000 m
ứng với đường cơ sở không gian và 4 năm ứng với
đường cơ sở thời gian. 20 ảnh giao thoa đồ được tí nh
toá n so với ảnh tham chiếu trong phương pháp PS và
46 ảnh giao thoa đồ được tí nh theo phương pháp SB.
Chúng tô i giới hạn khu vực nghiên cứu trong diện tí ch
Hì nh 2. Vận tốc lún trung bì nh theo phương thẳng đứng tại vùng đô thị Hà Nội (vị trí trong hì nh 1) thu được từ
xử lý InSAR cho giai đoạn từ 02/2007 đến 02/2011. Khung vuông là vị trí của hì nh 3c, 3b và 3c
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
64
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
Chúng tô i quan sá t thấy sự không đồng nhất về Đuống, như tại khu vực trung tâm quận Long Biên
vận tốc lún thẳng đứng trong vùng đô thị của thành hay phần phía tây nam huyện Gia Lâ m (hì nh 2). Đối
phố Hà Nội, với vận tốc lún biến đổi từ 0 đến 68 với các điểm cục bộ này, kích thước theo chiều ngang
mm/năm trong khoảng thời gian bốn năm nghiên cứu của chúng không quá 1-2 km2 mỗi điểm, vận tốc lún
(hì nh 2). Đầu tiên, chúng tô i nhận thấy sự biến dạng trung bì nh theo phương thẳng đứng tối đa là 15
bị giới hạn chủ yếu trong vùng đô thị. Vận tốc lún mm/năm. Ở bờ phía nam sông Hồng, vùng phí a giá p
trung bì nh chỉ ra sự khác biệt rõ ràng giữa phần phía sông, tương ứng với các quận Tây Hồ, Ba Đì nh, Cầu
bắc và phần phía nam của sông Hồng. Ở bờ phía bắc Giấy và huyện Từ Liêm có thể phân biệt rất rõ với các
sô ng Hồng, mặt đất có vẻ như là rất ổn định, với một biến dạng nhỏ, ngoại trừ khu vực dọc sông Hồng, nơi
vài điểm lún nhỏ có thể nhận thấy ở phía đông huyện mà lún đất xảy ra với tốc độ chậm, nhỏ hơn 10
Đông Anh và khu vực giữa sông Hồng và sô ng mm/năm.
(a)
(b)
(c)
Hì nh 3. Bản đồ phóng to và lá t cắt của tốc độ lún theo phương thẳng đứng tại (a) khu vực lún Hoàng Mai (b) khu vực
lún Hà Đông - Thanh Xuâ n (Khung vuô ng trì nh bày khu vực theo dõ i lún bằng phương pháp đo mặt đất tại khu đô thị
mới Văn Quán), và (c) khu vục lún Hoài Đức – Từ Liêm. Vị trí khung hì nh và thang giá trị, tham khảo hì nh 2
Ở phía nam sông Hồng, lún đất xảy ra trong 3 tới 7 x 4 km nhưng ít vị trí trong khu vực này thể hiện
khu vực chính về phía nam và phí a tâ y của các quận tốc độ lún thẳng đứng vượt quá 45 mm/năm. Chúng
trung tâ m (hì nh 2). Đầu tiên, khu vực lớn nhất tương tô i chỉ nhận ra một vị trí nhỏ với tốc độ lún 60
ứng với quận Hoàng Mai ở phía nam của trung tâm mm/năm ở phía nam. Ở phía tây của vùng đô thị,
thành phố. Biến dạng tương ứng với vận tốc lún khu vực lún chính thứ ba có vẻ hiện ra một cách mờ
trung bì nh lớn hơn 30 mm/năm và bao trùm diện tích nhạt do sự phân tán của các vật tán xạ ở huyện
5x5 km, và được bao quanh ở phía bắc bởi những ngoại thành Từ Liêm – Hoài Đức, nơi mà những
biến thiên vận tốc lún rất đột ngột (hì nh 2 và Hì nh cánh đồng nông nghiệp vẫn cò n chiếm ưu thế (hì nh
3a). Vận tốc lún trung bì nh tối đa đạt 68 mm/năm, 2 và 3c). Các điểm lún vạch ra một khu vực 8 x 3
chỉ cách khu vực ổn định 1 km. Chúng tôi ghi nhận km2 kéo dài theo hướng nam bắc mà ở đó vận tốc
hai vùng biến dạng rộng với kích thước 2x2 km trong thẳng đứng thay đổi từ 30 đến 60 mm/năm. Trong
khu vực lún chính và một số điểm lún với kích thước nhiều phần khác của vùng đô thị, một số điểm lún
khô ng quá 0.5x0.5 km và tốc độ lún đạt 50 mm/năm với kích thước nhỏ hơn 1 km2 phâ n bố tại các quận
ở phía đông của khu vực lún thứ nhất này. Khu vực nội thành như Đống Đa, Thanh Xuân, hay Hai Bà
lún thứ hai nằm tại quận Hà Đông – Thanh Xuâ n ở Trưng với vận tốc theo chiều thẳng đứng thay đổi từ
phí a tâ y nam của trung tâm thành phố (hì nh 2 và 10 đến 25 mm/năm, nghĩa là nhỏ hơn nhiều so với
3b). Kích thước ngang của khu vực lún này rất lớn, ba khu vực lún chính đã mô tả.
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
65
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
3.2 Kiểm chứng kết quả
nằm ở khu vực lún thứ hai Hà Đông – Thanh Xuâ n (vị
trí trên hì nh 3b). Chúng tô i xem xé t một cách cụ thể
hơn số liệu đo mặt đất của các khối nhà TT18A và
TT18B do sự tồn tại của các điểm tán xạ cố định trên
cá c khối nhà này (hì nh 4a). Vận tốc lún trung bì nh suy
ra từ số liệu đo mặt đất tương ứng với vận tốc trung
bì nh 35 mm/năm đối với khối nhà TT18A và 27.8
mm/năm đối với khối nhà TT18B (hì nh 4b).
Để kiểm chứng kết quả xử lý InSAR của mì nh,
chúng tô i so sá nh tốc độ lún theo phương thẳng đứng
cho một khu vực cụ thể, nơi có sẵn số liệu đo đạc
bằng phương pháp thủy chuẩn. Từ ngày 25/6/2007
đến ngày 26/9/2008, Tổng Cô ng ty Phá t triển Nhà ở
và Đô thị Hà Nội tiến hành mười sáu đợt đo mặt đất
tại một số khối nhà trong khu đô thị mới Văn Quán
(a)
(b)
(c)
Hì nh 4. (a) Khu vực được theo dõ i lún bằng phương pháp đo mặt đất tại khu đô thị mới Văn Quán. Vị trí của khu
vực đo mặt đất, tham khảo hì nh 3b, và cá c điểm ảnh trong khu vực (thang mầu), tham khảo hì nh 2. (b) Biểu đồ
đo lún tí ch lũy của khối nhà TT18A. Nguồn: [8]. (c) Biểu đồ của một vật tán xạ cố định nằm trên khối nhà TT18B
và giá trị đo lún của nó bằng phương pháp đo thủy chuẩn. Điểm thứ 3 của phân tích InSAR theo chuỗi thời gian
nằm dọc theo đường hồi quy của số liệu đo bằng phương pháp thủy chuẩn
Điều này thuyết phục rằng các giá trị trung bì nh đó nhất về khí quyển, sự mất tương quan do thời gian,…
phù hợp với kết quả xử lý InSAR của chúng tôi với giá Chúng tô i nhận thấy sự tương đồng lớn giữa số liệu
trị 38.2 mm/năm và 25.6 mm/năm đối với các điểm InSAR và số liệu đo mặt đất trong giai đoạn 6/2007
tá n xạ cố định nằm trên cá c tò a nhà tương ứng. Tuy đến 9/2008, điều này mang tí nh quyết định đối với
nhiên, chúng tô i thấy rằng các giá trị này nhỏ hơn vận việc đánh giá kết quả thu được từ phương pháp giao
tốc trung bì nh 90 mm trong thời gian 17 tháng (từ thoa radar InSAR (hì nh 4c). Trong cùng giai đoạn cả
ngày 2/2/2007 đến ngày 22/6/2008) tương ứng với hai tập hợp số liệu không tuân theo hàm số tuyến
63.5 mm/năm cho toàn bộ vùng nghiên cứu đã được tí nh, phù hợp với vận tốc không đổi, nhưng vạch ra
[34] xác định. Như đã đề cập ở trên, nghiên cứu của một hàm số đa thức bậc hai. Điều này cho thấy sự
Vöge chỉ xử lý hai ảnh bằng phương pháp DInSAR, suy giảm chậm của vận tốc lún theo phương thẳng
với tất cả các bất định có liên quan do sự không đồng đứng theo thời gian, nó biểu lộ động thái của lớp đất
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
66
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
3. BITELLI, G. & P. RUSSO (1991). Levelling data
management for the monitoring of land subsidence. In
Proceedings of Fourth International Symposium on Land
Subsidence, ed. A. I. Johnson, 453-462. Houston, USA:
IAHS Publication.
chịu sự giảm áp lực lỗ rỗng do hút nước ngầm. Do
đó, trừ các nhiễu lớn chứa trong số liệu đối với giai
đoạn sau 9/2008, tín hiệu lún là rõ ràng khô ng ổn định
nhưng bao gồm những dịch chuyển tạm thời.
4. Kết luận
4. BÜRGMANN, R., P. A. ROSEN & E. J. FIELDING
(2000) Synthetic aperture radar interferometry to
measure Earth's suface topography and its deformation.
Earth and Planetary Sciences, 28, 169-209.
Trong những năm qua, quá trì nh đô thị hóa thúc
đẩy sự mở rộng đô thị và mạng lưới cơ sở hạ tầng
với nhiều dự án xây dựng xung quanh vùng đô thị Hà
Nội. Các phương pháp phù hợp để theo dõ i tai biến
địa chất trong vùng đô thị mới là hết sức cần thiết đối
với các nhà quản lý để theo dõ i hiện tượng lún đất và
hạn chế các hậu quả do nó gây ra. Sử dụng kỹ thuật
giao thoa radar, chúng tô i khảo sát biến dạng mặt đất
liên quan tới lún. Phương pháp này tỏ ra cạnh tranh
với các kỹ thuật đo mặt đất truyền thống liên quan
đến thời gian và giá thành, vì thuật toán ngày càng
được cải thiện và số liệu vệ tinh radar ngày càng
phong phú. Cá ch tiếp cận phân tích chuỗi số liệu đa
thời gian cung cấp một độ phủ không gian hoàn chỉnh
về khu vực nghiên cứu và việc sử dụng các ảnh vệ
tinh ALOS thu chụp trên kênh L cho phé p chúng tô i
vượt qua vấn đề mất tương quan trong vùng nhiệt đới
như thành phố Hà Nội. Do đó, lần đầu tiên, bản đồ
vận tốc sụt lún trung bì nh của vùng đô thị thành phố
Hà Nội được xây dựng. Bản đồ này chỉ ra tốc độ lún
theo phương thẳng đứng trung bì nh biến đổi từ 0 đến
68 mm/năm, và các vùng biến dạng lớn nhất tương
ứng với ba khu vực ở quận Hoàng Mai, quận Hà
Đông – Thanh Xuâ n và huyện Hoài Đức- Từ Liêm.
Nghiên cứu này chỉ ra rằng phương pháp phân tích
chuỗi số liệu đa thời gian có hiệu quả đối với các khu
vực nơi các công trì nh nhâ n tạo chiếm ưu thế như
trong môi trường đô thị. Nhưng đối với các cánh đồng
nô ng nghiệp, việc xác định lún trở nên khó khăn hơn
do thiếu các vật tán xạ. Trong trường hợp này, cần
thiết phải phối hợp một số phương pháp giao thoa
radar để có kết quả phân tích biến dạng tốt hơn.
5. CARNEC, C. & D. RAUCOULES (2001) Spé cificite du
milieu urbain tropical pour la cartographie des
deformations de surface par interferometrie RADAR
(ERS) - Application au pompage dans les systemes
aquiferes a Djakarta et Hanoi. Bulletin - Socié té franç aise
de photogrammé trie et de té lé dé tection, 161, 40-45.
6. CROSETTO, M., O. MONSERRAT, M. CUEVAS-
GONZÁ LEZ, N. DEVANTHÉ RY & B. CRIPPA (2013).
Analysis of X-band very high resolution Persistent
Scatterer Interferometry data over urban area. In
International Archives of the Photogrammetry, Remote
Sensing and Spatial Information Science, 47-51.
Hannover, Germany.
7. CUI, Z.-D. & J. YA-JIE (2012). Study on the mechanisms
of the soil consolidation and land subsidence caused by
the high-rise building group in the soft soil area. Disaster
Advances, 5, 604-609.
8. ĐINH, V. X., et al. (2008). Báo cáo đo lún tại khu nhà
mới tại Văn Quán - tỉnh Hà Tâ y Hà Nội, HUD-CIC Cô ng
ty cổ phần Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Hà Nội.
9. FROESE, C. R. & S. MEI (2008). Mapping and
monitoring coal mine subsidence using LiDAR and
InSAR.
In
GeoEdmonton'08:
61st
Canadian
Geotechnical Conference, ed. Canadian-Geotechnical-
Society, 1127-1133. Edmonton, Canada: Canadian
Geotechnical Society.
10. GALLOWAY, D. L., K. W. HUDNUT, S. E. INGEBRITSEN,
S. P. PHILLIPS, G. PELTZER, F. ROGEZ & P. A. ROSEN4
(1998) Detection of aquifer system compaction and land
subsidence using interferometric synthetic aperture radar,
Antelope Valley, Mojave Desert, California. Water Resour
Research, 34, 2573-2585.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. AMELUNG, F., D. GALLOWAY, J. BELL, H. ZEBKER &
R. LACZNIAK (1999) Sensing the ups and downs of Las
Vegas: InSAR reveals structural control of land
subsidence and aquifer-system Geology, 27, 483-486.
11. GSO (2009). Population and population density by
province in 2009. Hanoi: General Statistics Office
Vietnam.
2. AOBPAET, A., M. C. CUENCA, A. HOOPER & I.
TRISIRISATAYAWONG (2009). Land subsidence
evaluation using InSAR time series analysis in Bangkok
metropolitan area. In Fringe 2009 Workshop, ed. H.
Lacoste-Francis, s12_6aob. Frascati, Italy: ESA
Communications.
12. HOLZER, T. L. & D. L. GALLOWAY (2005). Impact of
land subsidence caused by withdrawal of underground
fluids in the United States. In Humans as geologic
agents, eds. J. Ehlen, W. C. Haneberg & R. A. Larson,
87-99. Boulder: The Geological Society of America.
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
67
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA
13. HOOPER, A., D. BEKAERT, K. SPAANS & M. ARIKAN
(2012). Recent advances in SAR interferometry time
series analysis for measuring crustal deformation.
Tectonophysics, 514-517, 1-13.
Fifth International Symposium on Land Subsidence, eds.
F. B. J. Barends, F. J. J. Brouwer & F. H. Schroder, 55-
60. Hague, The Netherlands: IAHS Publication.
25. NOEL, A (2008). Apport de l'interfé romé trie radar dans
la gestion des risques naturels: Cas de Hanoi, Vietnam.
In Faculté des Science, 106. Liè ge: Université de Liè ge.
14. HOOPER, A., P. SEGALL & H. ZEBKER (2007)
Persistent scatterer interferometric synthetic aperture
radar for crustal deformation analysis, with application to
Volcan Alcedo, Galapagos. Journal of Geophysical
Research, 112, B07407.
26. PELTZER, G., F. CRAMPÉ , S. HENSLEY & P. ROSEN
(2001). Transient strain accumulation and fault interaction in
the Eastern California shear zone Geology, 29, 975-978.
27. PHẠM, Q. V., T. T. H. LÊ, T. T. LÊ, T. A. LƯU, T. B.
NGUYỄN, T. K. D. VŨ, X. P. ĐẶNG, S. NGUYỄN, D. T.
NGUYỄN, N. T. TRỊNH, P. D. TRƯƠNG, N. C. ĐẶNG,
V. A. TRẦN, H. L. PHẠM, B. D. NGUYỄN & T. N. TRẦN,
(2009). Nghiên cứu ứng dụng phương pháp INSAR vi
phâ n trong quan trắc lún đất do khai thác nước ngầm.
Hà Nội: Viện Địa lý.
15. IKEHARA, M. E. (1994) Global Positioning System
surveying to monitor land subsidence in Sacramento
Valley, California, USA. Journal des Sciences
Hydrologiques, 39, 417-430.
16. JOHNSON, A. I. (1995).
A
quarter century of
IAHS/UNESCO technology transfer regarding land
subsidence occurrence and research In Fifth
International Symposium on Land subsidence, eds. F. B.
J. Barends, F. J. J. Brouwer & F. H. Schroder, ix-x.
Hague, The Netherlands: IAHS Publication.
28. POLAND, J. F (1984). Guidebook to studies of land
subsidence due to groundwater withdrawal. Paris: Unesco.
29. PPJ, VIAP & HUPI (2011). Hanoi Master Plan to 2030
and vision to 2050. 196. Hanoi: Ha Noi's Department of
Planning and Architecture.
17. JUSSERET, S., C. BAETEMAN & A. DASSARGUES
(2010). The stratigraphical architecture of the quaternary
deposits as support for hydrogeological modelling of the
central zone of Hanoi. Geologica Belgica, 13, 77-90.
30. RAUCOULES, D. & C. CARNEC (1999). DEM derivation
and subsidence detection on Hanoi from ERS SAR. In
FRINGE99- Advancing ERS SAR Interferometry from
applications towards operations, on CDROM. Liege,
Belgium: ESA Publications Division.
18. LÊ, V. T. & T. M. Đ. HỒ (2008). Ứng dụng kỹ thuật
InSAR vi phâ n trong quan trắc biến dạng mặt đất khu
vực thành phố Hồ Chí Minh. Tạp chí Phá t triển KH và
CN, 11, 121-130.
31. TAKEUCHI, S. & S. YAMADA (2002). Comparison of
InSAR Capability for Land Subsidence Detection
between C-band and L-band SAR In International
Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2379-
2381. Toronto, Canada: IEEE Publications.
19. MASSONNET, D.
& K. L. FEIGL (1998) Radar
interferometry and its application to changes in the
Earth's surface. Reviews of Geophysics, 36, 441-500.
20. MONTANGERO, A., L. N. CAU, N. V. ANH, V. D. TUAN,
P. T. NGA & H. BELEVI (2007). Optimising water and
phosphorus management in the urban environmental
sanitation system of Hanoi, Vietnam. Science of The
Total Environment, 384, 55-66.
32. TRAN, V. A. (2007). Synthetic aperture radar
interferometry for DEM generation and subsidence
detection over Hanoi city, Vietnam. In Department of
GeoScience, 102. Osaka: University of Osaka.
33. TRINH, M. T. & D. G. FREDLUND (2000) Modeling
subsidence in the Hanoi city area. Canadian
geotechnical journal 37, 621-636.
21. NARENCA (2009). Bản đồ hành chí nh thành phố Hà
Nội. C. H. Nguyễn. Ha Noi, Nhà xuất bản Tài nguyên
Môi trường và Bản đồ Việt Nam.
34. VÖGE, M. (2011). Subsidence Estimation Over the City
of Hanoi using SAR Interferometry. Oslo: NGI.
22. NG, A. H.-M., L. GE, K. ZHANG, H.-C. CHANG, X. LI, C.
RIZOS & M. OMUR (2011) Deformation mapping in three
35. WEI, M. & D. T. SANDWELL (2010). Decorrelation of L-
band and C-band Interferometry over Vegetated Areas
in California. IEEE Transaction on Geoscience and
Remote Sensing, 48, 1-11.
dimensions for underground mining using InSAR
-
Southern highland coal field in New South Wales, Australia.
International Journal of Remote Sensing, 32, 7227-7256.
36. ZEBKER, H. A., P. A. ROSEN & S. HENSLEY (1997)
Atmospheric Effects in Interferometric Synthetic Aperture
Radar Surface Deformation and Topographic Maps.
Journal of Geophysical Research, 102, 7547–7563.
23. NGUYEN, N. M (2007). Review and analysis of Hanoi
land subsidence monitoring data. In School of
Engineering and Technology, 140. Bangkok: Asian
Institute of Technology.
Ngày nhận bài: 12/5/2015.
24. NGUYEN, Q. T. & D. C. HELM (1995). Land subsidence
due to groundwater withdrawal in Hanoi, Vietnam In
Ngày nhận bài sửa lần cuối: 15/6/2015.
Tạp chí KHCN Xâ y dựng - số 2/2015
68
8 trang
12080
Free
Bạn đang xem tài liệu "Áp dụng phương pháp giao thoa radar để xác định hiện tượng lún đất trong vùng đô thị trung tâm thành phố Hà Nội", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- ap_dung_phuong_phap_giao_thoa_radar_de_xac_dinh_hien_tuong_l.pdf
