Ứng dụng công nghệ GIS thành lập bản đồ phân chia lưu vực sông phục vụ cảnh báo nguy cơ lũ quét cho huyện Thuận Châu tỉnh Sơn La
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (972.04 KB, 3 trang )
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
PHÂN CHIA LƯU VỰC SÔNG PHỤC VỤ CẢNH BÁO NGUY CƠ
LŨ QUÉT CHO HUYỆN THUẬN CHÂU TỈNH SƠN LA
Lại Tuấn Anh
Trường Đại học Thủy lợi, email:
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Phân chia lưu vực là bước cơ bản và tiên
quyết để phục vụ cho các mơ hình phân bố
thủy văn từ đó đưa ra các giải pháp trong việc
đánh giá nguồn nước trong lưu vực, cung cấp
thơng tin hữu ích cho việc lập kế hoạch tài
nguyên nước, nghiên cứu lũ… Có hai phương
pháp được sử dụng để phân chia lưu vực đó là
(1) tự động dựa vào mơ hình số độ cao DEM
kết hợp với GIS và (2) phương pháp thủ công
trên nền bản đồ địa hình. Phần lớn các nghiên
cứu hiện nay đều sử dụng phương pháp thứ
nhất (Nguyễn Duy Liêm và cộng sự, 2010;
Yunxiang Luo và cộng sự, 2011; Scott Haag
và cộng sự, 2019) do phương pháp này có độ
chính xác cao, phát huy được các chức năng
của công cụ máy tính như liên kết, tự động
hóa, ứng dụng mở rộng trong các tính tốn xử
lý phía sau đó và phù hợp với những khu vực
có địa hình phức tạp, độ dốc lớn. Trong
nghiên cứu này, phương pháp sử dụng DEM
kết hợp với dữ liệu thủy văn sử dụng thuật
toán Burn In trong ArcSWAT được áp dụng
và thử nghiệm cho huyện Thuận Châu tỉnh
Sơn La nhằm tính tốn các thơng số về lưu
vực, độ dốc, độ cao, diện tích của các tiểu lưu
vực (Winchell, M và cộng sự, 2013) do khu
vực này thường xuyên xảy ra tai biến lũ quét
trong những năm gần đây và chưa có một
nghiên cứu cụ thể nào.
này dựa trên lí thuyết là dịng chảy tại một ô
lưới (grid) sẽ chảy đến 1 trong 8 hướng xung
quanh ơ lưới đó (hình 1).
Hình 1. Hướng dịng chảy trong mơ hình D8
Dữ liệu được sử dụng trong nghiên cứu này
là dữ liệu sơng ngịi được trích xuất từ bản đồ
địa hình 1:50.000 và DEM (Digital Elevation
Model) có độ phân giải 12.5m được tải miễn
phí trên website />làm dữ liệu đầu vào để phân chia lưu vực, tính
tốn các thơng số thủy văn và đối sánh kết
quả. Tiến trình phân chia lưu vực sử dụng
cơng cụ ArcSWAT tích hợp trên GIS được
thực hiện theo sơ đồ sau:
Hình 2. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để xác định lưu vực sông một cách tự
động, hầu hết các công cụ được xây dựng
dựa trên lý thuyết "mơ hình dịng chảy 8
hướng" (D8 flow direction Model). Mơ hình
3.1. Phân chia lưu vực
Hướng dịng chảy: từ mơ hình số độ cao
DEM dạng raster với độ phân giải 12,5m, sử
dụng mơ hình SWAT để xác định lưu vực
463
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
dựa trên mức độ tích lũy dịng chảy theo mơ
hình tám hướng (D8). Mơ hình mạng lưới
dịng chảy D8 thích hợp để tính tốn dịng
chảy hội tụ cho các ứng dụng mơ hình thủy
văn khác nhau kết hợp với dữ liệu sơng ngịi
(Winchell, M và cộng sự, 2013). Kết quả khi
sử dụng thuật tốn D8 mơ phỏng dịng chảy
được thể hiện ở hình 3 và phân chia các tiểu
lưu vực cho cả huyện Thuận Châu (hình 4).
3.2. Tính tốn các thông số liên quan
đến lưu vực
Do trong huyện Thuận Châu có suối Muội
chảy qua và đây là con suối điển hình có lưu
vực lớn nhất và lũ qt thường xảy ra trên
lưu vực này trong quá khứ nên trong nghiên
cứu này tác giả lựa chọn lưu vực Suối muội
để tính tốn.
Sau khi phân chia lưu vực, ứng với mạng
lưới dịng chảy lưu vực suối Muội có 54 tiểu
lưu vực (hình 5).
Hình 5. Bản đồ mạng lưới dịng chảy
Hình 3. Bản đồ hướng dòng chảy
Ứng với giá trị thể hiện màu trên các ơ
pixel trong bản đồ có thể nhận thấy được xu
hướng dòng chảy trên lưu vực tập trung ở
hướng Đông Bắc (97.135 pixel).
Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng
chức năng Zonal Statistical được tích hợp
trên modul ArcToolbox để liên kết giữa các
tiểu lưu vực với lớp độ cao, độ dốc để tính
tốn ra độ cao và độ dốc trung bình trên từng
lưu vực. Độ cao lưu vực với vị trí thấp nhất là
175m và cao nhất là 1783m. Độ cao trung
bình 978,5m. Các lưu vực nằm ở độ cao
tương đối lớn và đây chính là điều kiện thuận
lợi để lũ quét xảy ra (hình 6).
Hình 6. Bản đồ độ cao trung bình
các tiểu lưu vực
Hình 4. Bản đồ phân chia
lưu vực huyện Thuận Châu
464
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Độ dốc trung bình trên các tiểu lưu vực từ
10.9 độ đến 28.7 độ. Qua đồ thị biểu thị độ
dốc trung bình trên 54 tiểu lưu vực cho thấy
độ dốc trên lưu vực là tương đối lớn và nó làm
gia tăng khả năng sinh lũ quét khi có mưa ở
cường độ lớn trong một thời gian ngắn.
dòng chảy, độ cao và độ dốc tương đối phù
hợp với thực tế và có thể được sử dụng làm
dữ liệu đầu vào cho các mơ hình nghiên cứu
lũ qt, trượt lở đất…
Hình 8. Mạng lưới dịng chảy
trên mơ hình 3D
4. KẾT LUẬN
Hình 6. Bản đồ độ dốc trung bình
các tiểu lưu vực
Nhìn vào biểu đồ diện tích (hình 7) các
tiểu lưu vực ta thấy diện tích các tiểu lưu vực
có diện tích nhỏ nhất là 3.18 ha và lớn nhất là
2750 ha. Các lưu vực tập trung chủ yếu ở
ngưỡng dưới 1000 ha.
Thuận Châu là một huyện miền núi phía
Tây Bắc của tỉnh Sơn La có nhiều sơng suối
nhưng đa số là sông suối nhỏ, ngắn và dốc,
Sự khác biệt về địa hình, thổ nhưỡng và sự
biến đổi khí hậu tồn cầu trong những năm
gần đây làm cho lũ lụt xảy ra ngày càng phức
tạp. Lũ quét phụ thuộc rất lớn vào đặc trưng
của lưu vực như độ cao, độ dốc trung bình
các tiểu lưu vực, chiều dài mạng lưới sơng…,
vì vậy việc ứng dụng công nghệ GIS để thành
lập bản đồ phân chia lưu vực và chiết tách
các thông số địa hình, thủy văn có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn trong cảnh báo nguy cơ
và giảm thiểu thiệt hại do lũ quét gây ra.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Scott Haag, et al., (2019). Development of a
data model to facilitate rapid Watershed
Delineation. Environmental Modelling &
Software, 122, 1039-1061.
[2] Winchell, M.,(2013). ArcSWAT Interface
for SWAT2012 (User’s Guide).
Hình 7. Bản đồ diện tích các tiểu lưu vực
Các kết quả sau đó được so sánh với dữ
liệu được trích xuất từ bản đồ địa hình tỷ lệ
1:50000 và chồng xếp lên mơ hình 3D để
kiểm chứng kết quả (hình 8). Kết quả cho
thấy các thơng số về thủy văn như mạng lưới
/>[3] Yunxiang Luo và cộng sự (2011). GIS
Techniques for Watershed Delineation of
SWAT Model in Plain Polders, 2050-2057.
465
