Đo sụt lún đất bằng InSAR là so pha sóng radar của hai lần vệ tinh chụp cùng một nơi, để biết mặt đất đã hạ xuống bao nhiêu milimét giữa hai lần chụp. Nhờ kỹ thuật này, các nhà khoa học đã đo được nhiều vùng ở Đồng bằng sông Cửu Long đang lún trung bình khoảng 1 cm mỗi năm, có nơi vài centimét, nhanh gấp nhiều lần tốc độ nước biển dâng hiện nay. Với vùng đất trung bình chỉ cao chưa tới 1 m so với mực biển, đây là con số quyết định rủi ro ngập.
Bài này giải thích InSAR hoạt động thế nào, đọc bản đồ tốc độ lún ra sao, số liệu ở đồng bằng sông Cửu Long nói gì, và vì sao rủi ro ngập phải tính bằng mực nước biển dâng tương đối.
Vì sao cần đo lún bằng vệ tinh
Nguyên nhân sụt lún ở đồng bằng đã khá rõ: nền phù sa trẻ tự nén, khai thác nước ngầm làm các lớp sét co lại, tải trọng công trình trên nền yếu, và phù sa bồi bù ngày càng ít (xem bài sụt lún đất đô thị trong danh mục Chống ngập đô thị). Câu hỏi khó hơn là lún bao nhiêu, ở đâu, nhanh dần hay chậm lại. Mốc đo cao thuỷ chuẩn cho số rất chính xác nhưng chỉ ở từng điểm, đo vài năm một lần, tốn công. Một đồng bằng rộng khoảng 40.000 km² cần hàng triệu điểm đo. Đó là việc của vệ tinh radar.
InSAR đo milimét từ độ cao gần 700 km
Vệ tinh radar khẩu độ tổng hợp (SAR) như Sentinel-1 không chỉ ghi cường độ sóng dội về mà còn ghi pha: vị trí của sóng trong chu kỳ dao động lúc quay về. Nếu mặt đất hạ xuống một chút giữa hai lần chụp, quãng đường sóng đi và về dài thêm, pha lệch đi.
Sentinel-1 dùng băng C, bước sóng khoảng 5,6 cm. Vì sóng đi cả lượt đi lẫn lượt về, mặt đất dịch chuyển nửa bước sóng, tức khoảng 2,8 cm theo hướng nhìn của vệ tinh, sẽ làm pha quay đủ một vòng. Ảnh giao thoa hiện lên thành những vân màu đồng tâm, mỗi vân ứng với 2,8 cm dịch chuyển. Đo được một phần nhỏ của vân là đo được dịch chuyển cỡ milimét.
Từ hai ảnh đến hàng trăm ảnh
Hai ảnh đơn lẻ dễ bị nhiễu bởi khí quyển (hơi nước làm sóng chậm lại) và thay đổi bề mặt (cây mọc, ruộng cày). Các nhà khoa học Ý ở Đại học Bách khoa Milano đã phát triển kỹ thuật tán xạ bền vững (PS-InSAR) quanh năm 2000: chọn những điểm phản xạ ổn định qua nhiều năm như mái nhà, cột điện, đá lộ, rồi phân tích chuỗi hàng chục đến hàng trăm ảnh. Nhiễu khí quyển ngẫu nhiên bị triệt tiêu dần, để lại xu thế lún với độ chính xác cỡ vài milimét mỗi năm.
Những lưu ý kỹ thuật
- Đo theo hướng nhìn xiên, không phải thẳng đứng. Kết hợp quỹ đạo lên và xuống để tách thành phần đứng và ngang.
- Đo tương đối. InSAR cho biết điểm này lún nhanh hơn điểm kia; cần một điểm tham chiếu ổn định hoặc trạm GNSS để quy về số tuyệt đối.
- Vùng ruộng, rừng thiếu điểm phản xạ ổn định, dữ liệu thưa hơn khu dân cư.
- Kiểm chứng mặt đất bằng đo cao thuỷ chuẩn và trạm định vị vệ tinh GNSS cố định là bắt buộc trước khi công bố con số.
Đồng bằng sông Cửu Long lún bao nhiêu
Nhóm của Philip Minderhoud (Đại học Utrecht, Hà Lan) cùng cộng sự Việt Nam đã công bố một loạt nghiên cứu được trích dẫn rộng rãi:
- Dùng dữ liệu InSAR giai đoạn 2006–2010, nghiên cứu năm 2017 ước tính tốc độ lún trung bình toàn đồng bằng khoảng 1,1 cm mỗi năm, nhiều nơi trên 2,5 cm mỗi năm, và gắn tốc độ lún với mức khai thác nước ngầm tăng nhanh từ thập niên 1990.
- Nghiên cứu năm 2019 dựng lại mô hình độ cao bằng số liệu đo thuỷ chuẩn và cho thấy cao độ trung bình của đồng bằng chỉ khoảng 0,8 m trên mực nước biển, thấp hơn nhiều so với con số khoảng 2 m từ các mô hình độ cao vệ tinh toàn cầu trước đó.
Các nghiên cứu khác dùng phương pháp và giai đoạn khác cho con số không hoàn toàn giống nhau, và tốc độ lún thay đổi rất mạnh từ nơi này sang nơi khác: khu đô thị khai thác nước ngầm mạnh lún nhanh hơn vùng ruộng. Nhưng thông điệp chung khá nhất quán: lún đang là thành phần lớn nhất của mực nước biển dâng tương đối ở đồng bằng trong vài thập kỷ tới.
Mực nước biển dâng tương đối: phép cộng đơn giản
Người đứng trên bờ không quan tâm biển dâng hay đất lún; họ thấy nước lên gần nhà hơn. Mực nước biển dâng tương đối = nước biển dâng + đất lún.
| Thành phần | Tốc độ tham khảo | Sau 30 năm |
|---|---|---|
| Nước biển dâng trung bình toàn cầu (IPCC AR6, giai đoạn 2006–2018) | khoảng 3,7 mm/năm | khoảng 11 cm |
| Lún trung bình đồng bằng (nghiên cứu 2017) | khoảng 11 mm/năm | khoảng 33 cm |
| Lún ở điểm nóng | 25 mm/năm trở lên | 75 cm trở lên |
Phép tính giả định tốc độ không đổi; thực tế nước biển dâng đang tăng tốc theo IPCC, còn lún có thể chậm lại nếu giảm khai thác nước ngầm. Nhưng nó cho thấy vì sao với cao độ trung bình 0,8 m, vài chục centimét có ý nghĩa rất lớn: triều cường lấn sâu hơn, nước mặn vào xa hơn, đê bao phải nâng, cống tiêu nước tự chảy kém đi.
Đọc một bản đồ tốc độ lún
Kết quả InSAR thường được công bố dưới dạng bản đồ chấm màu, mỗi chấm là một điểm phản xạ ổn định, màu thể hiện tốc độ dịch chuyển tính bằng milimét mỗi năm. Khi đọc, cần để ý năm điều:
- Thang màu và dấu. Thường quy ước số âm là đi xuống (lún), số dương là đi lên. Màu đỏ hay xanh tuỳ nhóm tác giả, phải xem chú giải.
- Hướng đo. Bản đồ ghi "LOS" là dịch chuyển theo hướng nhìn xiên của vệ tinh; bản đồ ghi "thẳng đứng" mới là lún thật sự. Với góc nhìn khoảng 30–45 độ, hai con số có thể chênh vài chục phần trăm.
- Khoảng thời gian. Bản đồ 2015–2020 là tốc độ trung bình của năm năm đó. Nếu khu vực vừa đóng bớt giếng hoặc vừa đắp nền mới, tốc độ hôm nay có thể khác.
- Điểm tham chiếu. Mọi giá trị đều so với một điểm được coi là đứng yên. Nếu điểm tham chiếu thật ra cũng lún 3 mm/năm, cả bản đồ lệch đi 3 mm/năm.
- Chấm nằm trên cái gì. Chấm trên mái một toà nhà có móng cọc sâu sẽ lún chậm hơn mặt đường ngay bên cạnh. Chấm trên đường đắp mới có thể chỉ phản ánh nền đường đang cố kết, không phải cả vùng.
Ví dụ đếm vân
Trên một ảnh giao thoa giữa hai lần chụp cách nhau một năm, từ rìa vào giữa một khu công nghiệp ta đếm được 1,5 vân. Mỗi vân 2,8 cm theo hướng nhìn, vậy dịch chuyển khoảng 4,2 cm. Nếu góc nhìn khoảng 39 độ và giả sử dịch chuyển hoàn toàn thẳng đứng, lún thật ≈ 4,2 / cos 39° ≈ 4,2 / 0,78 ≈ 5,4 cm trong năm. Con số này đủ để báo động, và đủ để yêu cầu kiểm tra bằng mốc đo cao trước khi kết luận.
Dữ liệu sụt lún dùng vào việc gì
- Quy hoạch và cốt nền. Cốt nền xây dựng phải tính cả phần lún dự kiến trong tuổi thọ công trình, không chỉ mực nước hôm nay.
- Quản lý nước ngầm. Bản đồ lún cho thấy chỗ cần hạn chế khoan giếng và ưu tiên cấp nước mặt.
- Đê, kè, cống. Đỉnh đê lún thì cao trình bảo vệ giảm theo; theo dõi định kỳ cho biết khi nào phải bồi trúc.
- Mô hình ngập và mặn. Bản đồ ngập dựng trên mô hình độ cao cũ, chưa trừ phần lún, sẽ đánh giá thấp rủi ro.
Ở Việt Nam, mạng quan trắc lún bằng mốc đo cao và giếng quan trắc nước ngầm đã được xây dựng ở các đô thị lớn và đồng bằng, kết hợp dữ liệu InSAR từ vệ tinh. Người muốn tìm hiểu sâu có thể đọc các bài báo của nhóm Minderhoud (công bố mở trên tạp chí Environmental Research Letters năm 2017 và Nature Communications năm 2019) và báo cáo của các cơ quan quản lý tài nguyên nước.
Câu hỏi thường gặp
InSAR là gì?
InSAR là kỹ thuật giao thoa radar khẩu độ tổng hợp: so pha sóng radar giữa các lần vệ tinh chụp cùng một nơi để đo dịch chuyển mặt đất. Với chuỗi nhiều ảnh, độ chính xác đạt cỡ vài milimét mỗi năm.
Đồng bằng sông Cửu Long lún bao nhiêu mỗi năm?
Nghiên cứu năm 2017 dựa trên InSAR ước tính trung bình khoảng 1,1 cm mỗi năm, nhiều nơi trên 2,5 cm mỗi năm. Tốc độ khác nhau nhiều giữa các vùng, nhanh hơn ở nơi khai thác nước ngầm mạnh.
Vì sao khai thác nước ngầm làm đất lún?
Nước trong lỗ rỗng đỡ một phần trọng lượng của đất. Hút nước ra làm áp lực này giảm, các lớp sét bị nén lại vĩnh viễn và mặt đất hạ xuống. Phần đã lún gần như không phục hồi.
Mực nước biển dâng tương đối là gì?
Là mức nước biển dâng mà người trên bờ thực sự gặp, bằng nước biển dâng toàn cầu cộng với đất lún tại chỗ. Ở đồng bằng sông Cửu Long, phần lún hiện lớn hơn phần nước biển dâng nhiều lần.
InSAR đo lún có chính xác không?
Với chuỗi nhiều ảnh và điểm phản xạ ổn định, InSAR đạt độ chính xác cỡ vài milimét mỗi năm. Tuy vậy nó đo theo hướng nhìn xiên và so với một điểm tham chiếu, nên kết quả phải được kiểm chứng bằng mốc đo cao và trạm GNSS trên mặt đất.
