Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông thu bồn vu gia báo cáo tổng kết các chuyên đề nghiên cứu

Trong nghiệp vụ dự báo lũ, vấn đề xử lý lượng mưa xảy ra trên lưu vực bởi các hình thế thời tiết gây ra rất phức tạp, do mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian.. Đối với chế

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN QUỐC GIA

Số 4 – Đặng Thái Thân – Hoàn Kiếm – Hà Nội

-*** -

BÁO CÁO TỔNG KẾT CÁC CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

THUỘC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WETSPA VÀ HECRAS

MÔ PHỎNG, DỰ BÁOQUÁ TRÌNH LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA

Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương

7517-1

15/10/2009

Hà Nội, 3 – 2009

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA

Số 4 - Đặng Thái Thân – Hoàn Kiếm – Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WETSPA VÀ

HECRAS MÔ PHỎNG, DỰ BÁO QUÁ TRÌNH LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA

Chỉ số phân loại:

Chỉ số đăng ký:

Chỉ số lưu trữ:

Các cơ quan và các cộng tác viên chính tham gia thực hiện đề tài:

1 Ks Bùi Đức Long Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương

2 Ths Vũ Đức Long Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương

3 Ths Nguyễn Thị Thu Trang Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương

4 Ths Võ Văn Hòa Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương

5 Ts Nguyễn Thanh Long Viện Nghiên cứu Địa chất và khoáng sản

6 Ts Lê Quốc Hùng Viện Nghiên cứu Địa chất và khoáng sản

7 Ths Phạm Văn Chiến Đài KTTV khu vực Trung Trung bộ

8 Ks Nguyễn Hữu Thiêm Đài KTTV khu vực Trung Trung bộ

9 Ks Phùng Hồng Long Đài KTTV khu vực Trung Trung bộ

Ngày tháng năm 2009

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Ths Đặng Thanh Mai

Ngày tháng năm 2009

CƠ QUAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Bùi Minh Tăng

Hà Nội, ngày tháng năm 2009

CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI

TL BỘ TRƯỞNG KT.VỤ TRƯỞNG

VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHÓ VỤ TRƯỞNG

Đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA

và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình

lũ trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia

Chuyên đề 1:

Nghiên cứu, tính toán và xử lý sản phẩm mưa 2A12 từ ảnh vệ tinh TRMM kết hợp với số liệu mưa mặt đất của các trận lũ lớn từ 1998-2005 trên lưu vực hệ thống sông

để phù hợp với yêu cầu đầu vào của mô hình

Trong nghiệp vụ dự báo lũ, vấn đề xử lý lượng mưa xảy ra trên lưu vực bởi các hình thế thời tiết gây ra rất phức tạp, do mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian

Đối với chế độ thủy văn trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia, tổng

lượng mưa, cường độ mưa, thời gian mưa và phân bố mưa quyết định quá trình hình thành dòng chảy lũ trên lưu vực Mưa lớn tập trung vùng núi có thể sinh ra

lũ lớn mặc dù vùng đồng bằng mưa lớn hay mưa nhỏ Nhưng nếu mưa lớn chỉ tập trung vùng đồng bằng, vùng núi mưa nhỏ thì sẽ không gây ra lũ lớn trên sông mà chỉ có thể gây ra úng ngập cục bộ tại một số khu vực Trong những đợt mưa lớn mà lượng mưa tập trung đều trên khắp lưu vực cả vùng núi và vùng đồng bằng sẽ rất nguy hiểm - vùng núi tốc độ dòng chảy lũ rất lớn và vùng đồng bằng xảy ra ngập lụt nghiêm trọng

Việc xác định một cách định lượng và chính xác sự phân bố mưa của các hình thế thời tiết trên lưu vực sông là rất khó trong điều kiện hiện nay bởi mưa là một yếu tố ngẫu nhiên và chịu tác động tổ hợp của rất nhiều quá trình phức tạp mang tính ngẫu nhiên Tuy nhiên, việc xác định một cách định tính sự phân bố mưa theo không gian và thời gian của các hình thế thời tiết gây mưa có thể được thực hiện một phần dựa vào việc nghiên cứu, phân tích các đợt mưa sinh lũ đã xảy ra trong quá khứ để đưa ra các đặc điểm chung nhất Đây là một phần rất quan trọng trong quá trình cảnh báo và dự báo lũ trên lưu vực Mặt khác, do yêu cầu đầu vào của bộ mô hình cũng như yêu cầu cải tiến chất lượng của mô hình trong dự báo nghiệp vụ, cần thiết phải xét đến sự khác biệt trong phân bố mưa của các trận lũ do các hình thế thời tiết gây ra Để giải quyết các vấn đề này Đề tài sẽ tập trung Nghiên cứu, phân tách, chuyển đổi sản phẩm mưa 2A12 của ảnh

vệ tinh TRMM thành dạng bản đồ RASTER

1 Đặc điểm mưa của các hình thế thời tiết gây lũ lớn

1.1 Các hình thế thời tiết gây mưa lớn

Việc phân tích nguyên nhân hình thành các trận lũ lớn đã xảy ra trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn từ 1976 đến 2007 (bảng 5.2) cho thấy, các hình thế thời tiết chính gây ra mưa lũ trên lưu vực là: Bão, ATNĐ, KKL, dải HTNĐ, đới gió đông và tổ hợp của chúng

a/ Bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ)

Theo số liệu thống kê nhiều năm, khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng là một trong những vùng chịu ảnh hưởng nhiều của bão và ATNĐ, chiếm tới 20% số bão, ATNĐ ảnh hưởng đến Việt Nam Trung bình hàng năm có 1 cơn bão và 1

Nam – Đà Nẵng nhiều nhất trong các tháng IX - XI (chiếm 70%)

Đáng lưu ý, tuy bão không đổ bộ trực tiếp vào lưu vực, song chịu ảnh hưởng gián tiếp cũng gây thiệt hại khá nặng nề do mưa, lũ gây ra Có những trường hợp bão mạnh hoặc bão đổ bộ liên tiếp trong thời gian ngắn Như tháng IX/1964, IX/1978, chỉ trong khoảng 15 ngày, 3 cơn bão mạnh đổ bộ liên tiếp vào miền Trung gây ra lũ lụt lịch sử hoặc lũ lụt đặc biệt lớn trên toàn miền, trong đó có khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng, gây thiệt hại rất lớn Trường hợp 2 cơn bão hoặc bão và ATNĐ đổ bộ liên tiếp vào khu vực cũng gây ra thiên tai nghiêm trọng

Các loại hình thời tiết này khi ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đều gây mưa rất lớn và diện mưa rộng, thời gian mưa kéo dài, gây lũ lớn và đều khắp ở các sông trong hệ thống sông

b/ Không khí lạnh (KKL)

Áp cao lạnh ảnh hưởng gây mưa lớn đối với các tỉnh miền Trung bao gồm hình thế áp cao lạnh tác động đơn thuần hoặc áp cao lạnh kết hợp với các hình thế khác như rãnh áp thấp bị nén, tín phong và các nhiễu động nhiệt đới khác như dải hội tụ nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) hay nhiễu động sóng trong đới gió đông trên cao Trong các loại hình thế synop đặc trưng gây mưa lớn đối với các tỉnh miền Trung thì loại hình áp cao lạnh kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới hoặc XTNĐ gây mưa mãnh liệt nhất Thực tế cho thấy, khi áp cao lạnh ảnh hưởng thì thường mưa đối với miền Trung nhưng không phải đợt nào cũng gây mưa lớn mà nó hoàn toàn phụ thuộc hoàn lưu trên cao ở lớp dưới của tầng đối lưu tiêu biểu ở mực 1500m Thời gian bắt đầu và kết thúc mưa, cường độ mưa, thời gian duy trì mưa lớn, phạm vi mưa không đồng nhất giữa các đợt xâm nhập của KKL Nó không chỉ phụ thuộc vào sự tác động bởi rìa phía nam hay tây nam của áp cao lạnh ở khu vực đông nam Trung Quốc mà còn phụ thuộc vào điều kiện mặt đệm, địa hình Thời gian hoạt động của KKL gây mưa cho lưu vực thường vào các tháng X, XI, XII

c/ Ảnh hưởng kết hợp của các loại hình thế gây mưa lớn

Nhìn chung, mưa - lũ trên lưu vực do nhiều loại hình thời tiết gây ra và những trận lũ lớn thường do nhiều loại hình thời tiết hoạt động kết hợp với nhau Diễn biến mưa lũ thường rất phức tạp, do đó gây nhiều khó khăn cho công tác

Đặc biệt, do điều kiện địa hình, quy luật chung của khí hậu và cơ chế hoàn lưu khí quyển, các tháng nhiều bão ở miền Trung cũng như khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng trùng với thời kỳ đầu hoạt động của các đợt không khí lạnh từ phía bắc tràn xuống Bão, ATNĐ hoặc dải HTNĐ có tác động của KKL thường gây mưa to, diện rộng, cường độ mưa rất lớn, thời gian mưa kéo dài hơn, gây lũ lụt nghiêm trọng trên phạm vi rộng

Bảng 5.2: Thống kê các trận lũ từ mức báo động II trở lên (1976-2007)

sông Thu Bồn - Trạm Câu Lâu

2 1980 11 14 12 11 17 21 454 382 Bão vào Khánh Hoà (16/11) + KKL 369

3 1981 10 13 06 10 15 12 390 304 Bão vào Khánh Hoà (20/09) + KKL 356

13 1986 10 20 07 10 23 05 330 272 Bão vào Quảng Ngãi (22/10) 126

14 - 12 02 07 12 04 06 419 330 Bão vào Thuận Hải (03/12) 296

15 1988 10 09 07 10 11 08 374 323 Bão vào Bình Định (24/07) 237

16 - 10 15 19 10 16 19 324 197 Bão vào Phú Yên (15/10) 123

17 1990 10 13 14 10 16 17 439 431 ATNĐ vào Phú Yên - K Hoà + KKL 320

18 - 11 12 01 11 13 21 437 342 Bão vào NhaTrang-Tuy Hoà (12/11) 272

19 1991 10 20 13 10 25 06 335 307 KKL 441

20 1992 10 21 13 10 25 06 395 363 Bão vào Tuy Hoà (23/10) 339

21 - 10 28 07 10 29 13 358 182 Bão vào Qui Nhơn (28/11) 144

22 1993 10 23 19 10 25 02 329 193 HTNĐ + Gió mùa đông bắc 225

43 - 10 08 16 10 11 04 370 383 Hai ATNĐ di chuyển dọc bờ biển 449

44 - 10 27 19 10 29 10 378 301 KKL + Đới gió đông 157

45 - 11 16 07 11 18 04 383 202 KKL + Đới gió đông 322

58 - 11 10 07 11 12 11 539 476 Bão vào Khánh Hòa 530

59 - 11 17 07 11 19 12 356 209 Áp cao lục địa + đới gió đông trên

1.2 Đặc điểm và phân bố mưa của các hình thế thời tiết gây mưa lớn

a) Bão

Đây là loại hình thế bão, ATNĐ ảnh hưởng gây mưa lớn mà không có sự đóng góp trực tiếp của các hệ thống synop khác Với loại hình thế này phạm vi vùng mưa lớn thường hẹp và phân bố tương đối đối xứng chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của XTNĐ mà thể hiện là sự phân bố trường mây

ATNĐ đổ bộ vào miền Trung mưa lớn thường ác liệt hơn khi bão, ATNĐ

đổ bộ vào các nơi khác, đồng thời địa hình chia cắt đã tạo nên sự phân hoá lớn trong phân bố mưa giữa các địa phương

Đối với lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, do điều kiện hướng bờ biển và địa hình dãy Trường Sơn mà tình hình mưa xảy ra khốc liệt hơn Mưa bão thường xảy ra khoảng 2-4 ngày tùy thuộc tốc độ bão di chuyển nhanh hay chậm, hướng di chuyển, hệ thống synop xung quanh, khả năng tồn tại của xoáy trên khu vực ảnh hưởng Cường độ của XTNĐ có liên quan đến mưa do quá trình phát triển đối lưu mạnh hay yếu nên không thể nói mưa bão sẽ lớn hơn mưa do ATNĐ

Nhìn chung dạng hình thế thời tiết này gây mưa không kéo dài Tổng lượng mưa của bão, ATNĐ thường rất lớn và tập trung 1 - 2 ngày, trung bình

300 - 400mm Lượng mưa do bão trong 24h ở mức 150mm - 400mm, trong đó lượng mưa 200 - 300mm khá phổ biến chiếm gần 1/2 số bão, ATNĐ ảnh hưởng Rất ít có các cơn bão nào cho tổng lượng mưa trên 500mm và dưới 150mm Mưa sau khi bão, ATNĐ đổ bộ thường kéo dài và có cường độ lớn hơn trước khi

đổ bộ Phân bố lượng mưa trận trung bình của các trạm trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn do bão gây ra được trình bày trong hình 5.2 Biểu đồ phân bố mưa theo không gian và thời gian của một số trận mưa do bão gây ra được trình bày trong hình 5.1 - 5.8 - Phụ lục chương 5

Lượng mưa trung bình do ảnh hưởng mưa của ATNĐ hoặc bão

Kỳ Đà

X (mm)

Hình 5.2: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Thu Bồn –

Vu Gia do bão gây ra

ATNĐ nằm trong dải hội tụ nhiệt đới thường bền vững hơn các XTNĐ hoạt động đơn lẻ Đôi khi, sự xuất hiện XTNĐ ảnh hưởng liên tiếp trong một thời gian ngắn đối với một khu vực hẹp làm kéo dài thời gian mưa cũng như

tổng lượng mưa, gây hậu quả nghiêm trọng Bão hoặc bão và ATNĐ đổ bộ liên

tiếp vào miền Trung rất thường gặp và là loại thiên tai rất nguy hiểm thường gây

lũ lụt lớn Từ năm 1964 đến nay, có 15 đợt bão hoặc bão và ATNĐ đổ bộ liên tiếp vào miền Trung, trong đó có lưu vực sông Vu Gia–Thu Bồn Đặc điểm chính của dạng thiên tai này là: Mưa thường rất to, cường độ rất lớn, diện rộng, kéo dài nhiều ngày (7 – 10 ngày), tâm mưa có thể đạt từ 800 - 1.000mm, hoặc trên dưới 1.500mm khi có tác động của KKL

b) Không Khí lạnh ảnh hưởng độc lập

Hình thế này chỉ quá trình xâm nhập của áp cao lạnh xuống phía nam khi không kết hợp với những hệ thống thời tiết khác Mưa do hình thế thời tiết này thường không lớn chủ yếu là do tác động của KKL dưới tác động địa hình còn những nguyên nhân khác chỉ là những nguyên nhân phụ

Một đợt mưa lớn do gió mùa đông bắc đơn thuần gây ra thường kéo dài

2-3 ngày, có đợt kéo dài 4-5 ngày Tổng lượng mưa trong 1 đợt trung bình từ 200mm (hình 5.3)

100-Hình 5.9 trong phụ lục chương 5 thể hiện phân bố lượng mưa theo không gian do không khí lạnh đơn thuần gây ra Như vậy lượng mưa do hình thế thời

tiết này gây ra phân bố tương đối đồng đều theo không gian Cường độ mưa nhỏ hơn cường độ mưa do bão gây ra

Lượng mưa trung bình do ảnh hưởng mưa của không khí lạnh

Hội Khách

Ái Nghĩa

Trà My Hiệp Đức

Tiên Phước

Nông Sơn

Giao Thủy

Câu Lâu

Hội An Cẩm Lệ Tam

Kỳ

Đà Nẵng

Trạm

X (mm)

Hình 5.3: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Thu Bồn –

Vu Gia do không khí lạnh gây ra

c - Bão hoặc ATNĐ kết hợp với KKL

Dạng hình thế bão hoặc ATNĐ kết hợp với KKL thường rất hay xảy ra trên lưu vực, gây thiên tai mưa, lũ lụt nghiêm trọng Đây là loại hình thế synop gây mưa lớn đối với Trung Bộ rõ rệt nhất, bởi hình thế synop khá rõ ràng Loại hình thế này phụ thuộc khá nhiều sự duy trì và tồn tại của XTNĐ

Xét đến sự tác động, kết hợp giữa hệ thống bão và KKL là vấn đề khá rộng và phức tạp, trên lưu vực, khi KKL và hoàn lưu bão tác động đồng thời hoặc trước hoặc sau sẽ có các hiệu ứng thời tiết khác nhau Quá trình diễn biến mưa lớn phụ thuộc vào mối tương quan giữa XTNĐ và KKL Theo các nghiên cứu, mối tương quan giữa XTNĐ và KKL thể chia làm 3 pha với mức độ ảnh hưởng khác nhau:

- Áp cao lạnh ảnh hưởng đồng thời với XTNĐ, quá trình mưa xảy ra mãnh liệt nhất, lượng mưa phổ biến 300 - 500mm hoặc lớn hơn, khi có bão, hay ATNĐ ảnh hưởng liên tục cùng với quá trình áp cao lạnh xâm nhập, có thể xảy

ra mưa lịch sử ở một số nơi, lượng mưa có thể đạt tới trên 1000mm

- Áp cao lạnh ảnh hưởng sau XTNĐ, quá trình mưa lớn xảy ra cũng khá mãnh liệt và phụ thuộc vào sự tồn tại của XTNĐ và cường độ áp cao lạnh

Lượng mưa phổ biến vài trăm mm đến cỡ nghìn mm Quá trình mưa thường kéo dài tùy thuộc cường độ và tốc độ di chuyển về phía nam của áp cao lạnh Đối với những áp cao lạnh mạnh di chuyển xuống phía nam nhanh làm cho XTNĐ yếu đi nhanh hơn và quá trình mưa thường kết thúc sớm hơn những áp cao lạnh

có cường độ trung bình, di chuyển chậm

- Áp cao lạnh xâm nhập trước khi XTNĐ ảnh hưởng Do áp cao lạnh ảnh hưởng nhiệt độ không khí làm cho bề mặt đệm lạnh đi nhanh chóng, đặc biệt những đợt KKL mạnh, khối không khí lạnh khô làm cản trở sự tồn tại của XTNĐ và quá trình mưa lớn xảy ra kém mãnh liệt hơn so với hai loại hình thế synop đã nêu ở trên

Khi bão phối hợp với KKL, nếu bão nằm trên dải thấp đi qua Trung Bộ sau mạnh lên thành dải hội tụ nhiệt đới thì mưa lũ sẽ rất lớn Các cơn bão, ATNĐ nằm trong dải hội tụ nhiệt đới thường bền vững hơn các XTNĐ hoạt động đơn lẻ

Hình 5.4 cho thấy bức tranh chung về phân bố mưa do hình thế thời tiết này gây ra Biểu đồ phân bố mưa theo không gian và thời gian của một số trận mưa do bão/ATNDĐ kết hợp với KKL gây ra được trình bày trong hình 5.10 đến 5.16 phụ lục chương 5

Lượng mưa trung bình do ảnh hưởng mưa của bão kết hợp với không khí lạnh

Kỳ Đà Nẵng

Trạm

X (mm)

Hình 5.4: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Vu Gia –

Thu Bồn do Bão/ATNĐ kết hợp với KKL gây ra

Nhìn chung, mưa do loại hình thế thời tiết này gây ra thường kéo dài 2-4 ngày, tổng lượng mưa toàn đợt rất lớn từ 400-800mm Cường độ mưa phụ thuộc vào mức độ tác động giữa KKL và bão, ngoài ra còn phụ thuộc vào vị trí đổ bộ của bão

Phân bố mưa theo không gian của hình thế thời tiết này không đồng đều, mưa chủ yếu tập trung ở vùng núi như Khâm đức, Hiệp đức, Tiên Phước, Trà

My, Nông Sơn, vùng hạ lưu và lưu vực sông Vu Gia lượng mưa thấp hơn

d - KKL tác động tới rìa phía bắc dải HTNĐ

Loại hình thế này thường xảy ra vào những tháng đầu mùa gió mùa mùa đông (thời kỳ cuối tháng X đến đầu tháng XII) và thường xảy ra đối với các tỉnh Trung Trung Bộ trở vào Vào thời kỳ này, dải hội tụ nhiệt đới hoạt động mạnh trong khu vực vĩ tuyến khoảng từ 10 - 15 độ vĩ bắc và cũng là thời kỳ hoạt động tương đối mạnh của áp cao lạnh phía bắc Ở Trung Trung Bộ và Nam Trung Bộ, khoảng thời gian tập trung mưa lớn có khác nhau song đây là loại hình thế thường gây mưa lớn nhất và kéo dài nhiều ngày Bản thân dải hội tụ nhiệt đới, khi hoạt động độc lập cũng đã gây mưa nên khi có kết hợp với áp cao lạnh, quá trình mưa tăng lên và không có sự đột biến mang tính chất chuyển thời tiết một cách rõ rệt Phân bố mưa lớn do loại hình thế synop này thường khá rộng, kéo dài về cả hai phía của dải hội tụ nhiệt đới nhưng tập trung nhiều nhất ở phía bắc của dải hội tụ nhiệt đới Mưa giảm hoặc kết thúc khi áp cao cận nhiệt đới suy yếu, đới gió đông hoặc đông nam thu hẹp, tốc độ gió giảm đi rõ rệt

+ Mưa rất to đến đặc biệt to, thường trên 300 - 500mm, có nơi mưa trên 1.500 -2.000mm;

+ Diện mưa thường rộng, có khi bao trùm toàn Trung Bộ;

+ Đợt mưa thường kéo dài 3 - 5 ngày;

+ Mưa gây lũ lớn trên BĐIII, nhiều khi gây lũ lụt lịch sử trên lưu vực Hình 5.5 trình bày thống kê lượng mưa phân bố theo thời gian và không gian của các trận mưa điển hình do ảnh hưởng của KKL kết hợp với hội tụ nhiệt đới hoặc dải thấp xích đạo Phân bố mưa tương đối đồng đều theo không gian tuy nhiên vùng Trà My, Tiên Phước, Khâm Đức thường mưa lớn hơn Mưa lớn tập trung chủ yếu vào 3 ngày đầu Biểu đồ phân bố mưa theo không gian và thời gian của một số trận mưa do KKL kết hợp với DHTNĐ gây ra được trình bày trong hình 5.17 đến 5.23 phụ lục chương 5

Lượng mưa trung bình do ảnh hưởng mưa của không khí lạnh kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới

Hội Khách

Ái Nghĩa

Trà My

Hiệp Đức

Tiên Phước

Nông Sơn

Giao Thủy

Câu Lâu

Hội An Cẩm Lệ

Tam Kỳ

Đà Nẵng Trạm

X (mm)

Hình 5.5: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Vu Gia –

Thu Bồn do KKL kết hợp với dải HTNĐ gây ra

e - Không khí lạnh kết hợp với đới gió đông

Trong lớp khí quyển trên cao của tầng đối lưu từ 5000m trở lên luôn luôn tồn tại hai đới gió ngược chiều nhau: Đới gió tây cận nhiệt đới và đới gió đông nhiệt đới Thực chất, hai đới gió có hướng trái ngược nhau này là hai đới gió ở rìa phía bắc và phía nam của áp cao cận nhiệt đới Tuỳ thuộc vào vị trí và hoạt động của áp cao cận nhiệt đới mà vị trí, phạm vi của các đới gió này thay đổi một cách tương đối và có tương quan khá mật thiết với nhau

Trong những tháng mùa đông, vị trí áp cao cận nhiệt đới nằm gần sát vùng xích đạo, đới gió tây cận nhiệt đới hạ xuống vĩ độ thấp Tuy nhiên trong những tháng gần cuối mùa đông, đôi khi áp cao cận nhiệt đới cũng dao động dịch lên phía bắc với đới tín phong dày ở tầng thấp và đới gió đông nhiệt đới trên cao Các tỉnh Trung và Nam Trung Bộ lại chịu nhiều nhiễu động dạng sóng trong đới gió đông nhiệt đới (Sóng đông) Loại nhiễu động này, khi kết hợp với KKL thường làm gia tăng quá trình mưa (Ví dụ điển hình cho quá tring mưa dạng này có thể thấy ở các đợt mưa xảy ra ở các tỉnh Trung Trung Bộ tháng X/2007)

Hình 5.6 cho thấy bức tranh chung về phân bố mưa do hình thế thời tiết này gây ra Biểu đồ phân bố mưa theo không gian và thời gian của một số trận mưa do KKL kết hợp với đới gió đông gây ra được trình bày trong hình 5.23 đến 5.27 phụ lục chương 5

Lượng mưa trung bình do ảnh hưởng mưa của đới gió đông kết hợp với không khí lạnh

Kỳ Đà Nẵng

Trạm

X (mm)

Hình 5.6: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Vu Gia –

Thu Bồn do KKL kết hợp với đới gió đông gây ra

Qua phân tích diễn biến các đợt mưa lớn do các hình thế thời tiết gây ra cho thấy, sự phân bố mưa trên lưu vực diễn biến rất phức tạp - cả không gian và thời gian, không theo một quy luật nhất định Mưa với cường độ rất lớn, phân bố phức tạp như trên đã tạo nên một chế độ dòng chảy vô cùng phức tạp

3 Xây dựng phân bố mưa theo không gian cho các hình thế thời tiết điển

hình gây mưa lớn dựa trên việc Nghiên cứu, phân tách, chuyển đổi sản phẩm mưa 2A12 của ảnh vệ tinh TRMM thành dạng bản đồ RASTER

Số liệu vệ tinh khí tượng có rất nhiều ưu điểm so với các loại số liệu truyền thống khác vì nó bao phủ trên vùng rộng lớn với quy mô toàn cầu, liên tục và chứa nhiều thông tin vật lý quan trọng mà nhiều loại số liệu khác không

có được Số liệu vệ tinh đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong giám sát và cảnh báo các hiện tượng thời tiết đặc biệt nguy hiểm như bão, mưa lớn, gió mùa Nó cũng có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc xác định số liệu mưa, nhằm bổ

sung cho những nơi thiếu lưới trạm đo mưa, hỗ trợ cho công tác phân tích và dự báo thuỷ văn

Lượng mưa và trường mưa là một trong những thông tin đầu vào quan trọng đối với các mô hình thuỷ văn Do mạng lưới đo mưa hiện nay quá thưa và phân bố không đều, đặc biệt ở vùng núi có nơi hầu như không có, dẫn đến số liệu mưa đầu vào cho các mô hình thuỷ văn không đại biểu và không phản ánh đúng lượng mưa gây lũ Đó là một trong những lý do chính làm giảm đáng kể độ chính xác trong các dự báo thuỷ văn Để đáp ứng yêu cầu của các mô hình thuỷ văn, các nhà khí tượng đã kết hợp sử dụng các phương pháp xác định lượng mưa, phân bố mưa hiện tại và quá khứ từ ảnh vệ tinh để bù đắp những thiếu hụt

về lưới trạm mưa trong các khu vực miền núi, góp phần tăng cường thông tin về mưa, đặc biệt là thông tin phân bố mưa theo không gian Sử dụng khả năng đánh giá mưa trên diện rộng và liên tục về trường mưa từ các ảnh vệ tinh khí tượng có thể cải tiến cách tính và có thêm thông tin về lượng mưa trạm, tổng lượng mưa hoặc lượng mưa bình quân lưu vực và phân bố mưa theo không gian

Để cung cấp thêm thông tin về phân bố mưa, đề tài sử dụng thêm lượng mưa được xác định thông qua ảnh vệ tinh Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng lượng mưa tính tóan từ tổ hợp của nhiều loại số liệu vệ tinh được biết đến dưới

tên gọi TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)

TRMM là dự án phối hợp giữa cơ quan hàng không và vũ trụ Mỹ NASA với cơ quan thăm dò vũ trụ Nhật Bản JAXA, đánh giá lượng mưa tại vùng nhiệt đới từ vệ tinh thời tiết

Vệ tinh này gồm 3 đầu đo: Ra da đo mưa, đầu chụp ảnh sóng ngắn TRMM và máy quét hồng ngoại (VIRS) Có một vài mức dữ liệu sản phẩm phụ thuộc vào mức độ xử lý với các thuật toán để tính toán lượng mưa Hầu hết các sản phẩm TRMM sử dụng định dạng Hierarchical (HDF) Trong nghiên cứu này

http://tsdis.gsfc.nasa.gov Số liệu thu thập được từ DAAC được sử dụng, bao gồm tất cả file 2A12 của vệ tinh đã chụp được ở các trận lũ lớn điển hình Các bước thực hiện thành lập bản đồ phân bố mưa như sau:

1 - Hiển thị các file 2A12 bằng phần mềm Orbit Viewer (hình 5.7)

2 - Xuất các file số liệu này dưới dạng ASCII như là các bảng biểu thị cường độ mưa và vị trí kinh vĩ độ tương ứng Các tọa độ này sau đó được chuyển sang hệ chiếu UTM

3 - Nhập các số liệu này sang ILWIS để tạo ra bản đồ điểm Sau đó áp dụng một phương thức nội suy đơn giản (Moving average) cho bản đổ các điểm thu được một bản đồ dạng raster với giá trị là cường độ mưa tại mỗi ô lưới

4 - Bản đồ phân bố mưa thu được bằng cách chia bản đồ này cho giá trị mưa trung bình của các ô lưới Ta sẽ có bản đồ phân bố mưa cho các ô lưới

5 - Ứng dụng các bản đồ phân bố mưa trong dự báo: Khi có lượng mưa trung bình lưu vực được dự báo cho các thời đọan 6, 12, 18, 24 Nhân giá trị này với bản đồ phân bố mưa sẽ thu được bản đồ lượng mưa dự báo tương ứng với mỗi thời đoạn

Kết quả tính toán xác định phân bố mưa cho các hình thế thời tiết gây mưa được trình bày trong hình 1 đến 11

Hình 1: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 13/11/1998 đến 15/11/1998)

Hình 2: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 19/11/1998 đến 21/11/1998)

Hình 3: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 1/11/1999 đến 03/11/1999)

Hình 4: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 21/08/2000 đến 23/08/2000)

Hình 5: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 27/10/2000 đến 29/10/2000)

Hình 6: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 21/10/2001 đến 22/10/2001)

Hình 7: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 25/11/2004 đến 27/11/2004)

Hình 8 Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 10/10/2005 đến 11/10/2005)

Hình 9 Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 23/10/2005 đến 25/11/2005)

Hình 10: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 30/09/2006 đến 02/10/2006)

Hình 11: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 01/11/2007 đến 02/11/2007)

Hình 12: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 10/11/2007 đến 12/11/2007)

Hình 13: Phân bố mưa theo không gian tính từ ảnh vệ tinh TRMM

(Trận lũ từ ngày 17/11/2007 đến 19/11/2007)

Đề tài

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA

và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình

lũ trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia

1 Khái quát điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia

Hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia là một trong 9 hệ thống sông lớn ở nước ta và là hệ thống sông lớn nhất ở khu vực Trung Trung Bộ Lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia được giới hạn ở phía bắc bởi dãy núi Bạch Mã - một nhánh núi đâm ra biển ở phần cuối dãy Trường Sơn Bắc, phía tây là khối núi Nam - Ngãi - Định thuộc phần đầu của dãy Trường Sơn Nam với những đỉnh núi cao trên 2000m, phía tây nam là khối núi Kon Tum với đỉnh Ngọc Linh cao 2598m, phía nam là dãy núi Nam Ngãi và phía đông là biển Những dãy núi trên chính là đường phân nước giữa hệ thống sông Thu Bồn với sông Hương thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế ở phía bắc, sông Sê Công (thuộc Lào) ở phía tây, sông Sê San thuộc địa phận tỉnh Kon Tum ở phía tây nam, các sông Tam Kỳ (tỉnh Quảng Nam), sông Trà Bồng, Trà Khúc (tỉnh Quảng Ngãi) ở phía nam [11]

Với diện tích 11.390 km2, hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia bao trùm hầu hết lãnh thổ thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam, trong đó có khoảng 500

km2 ở thượng nguồn sông Cái nằm ở tỉnh Kon Tum

Địa hình

Địa hình trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia gồm có dạng địa hình núi, trung du và đồng bằng Vùng núi là thượng nguồn các dòng sông nằm

ở sườn phía đông dãy Trường Sơn Nam Địa hình không những cao mà còn dốc

và bị chia cắt mạnh Độ cao địa hình từ 1000m trở lên với những đỉnh núi cao trên 1000m như: Núi Mang (1768m), Bà Nà (1467m), A Tuất (2500m), Lum Heo (2045m), núi Tiên (2032m) ở thượng nguồn sông Vu Gia, Ngọc Linh (2598m), Hòn Ba (1358m) ở thượng nguồn sông Tranh… Vùng trung du là vùng chuyển tiếp từ vùng núi đến đồng bằng có độ cao từ 100m đến dưới 800m

Ở trung lưu sông Thu Bồn có các dãy núi chạy theo hướng bắc nam ở các huyện: Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn với những đỉnh núi cao từ 500-800m Các dải núi ở trung lưu chạy theo hướng bắc - nam cho nên độ dốc địa hình thấp dần theo hướng bắc-nam bắt đầu từ địa phận bắc huyện Trà My đến giáp phía tây huyện Duy Xuyên Đây là nơi hợp lưu của các sông nhánh tương đối lớn của dòng chính sông Thu Bồn như các sông: Tranh, Trường, Tiên, Lân, Ngọn Thu Bồn, Khe Diên, Khe Le Địa hình vùng đồng bằng hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia thấp dưới 30m, tương đối bằng phẳng, gồm địa phận các huyện: Đại Lộc, Duy Xuyên, Điện Bàn, Thăng Bình, thị xã Hội An, thị xã Tam Kỳ và huyện Hoà

Vang (thành phố Đà Nẵng) Ở đây có một số sông nhỏ như: Khe Công, Khe Cầu, Quảng Huế Trong đồng bằng có các dải cát chạy dọc theo bờ biển với độ cao trên dưới 5m

Địa chất

Trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia có các loại đá sau đây [11]:

- Đá kết tinh Gơ-nai, amphibolit, đá phiến thạch anh cùng với các thành tạo mác ma xâm nhập grano-dioxitgnai của vùng rìa địa khối Kon Tum Các loại

đá này phân bố chủ yếu ở vùng nam Quảng Nam, thuộc các huyện Trà My, Phước Sơn, Tiên Phước và phía nam huyện Hiệp Đức

- Đá gốc trầm tích cát bột kết hoặc đá mác ma xâm nhập thuộc phức hệ Quế Sơn, phân bố rộng rãi ở vùng bắc Quảng Nam thuộc hầu hết các huyện Hiên, Giàng, Quế Sơn, Hiệp Đức, vùng tây các huyện Hoà Vang, Đại Lộc, Duy Xuyên, Thăng Bình và một phần vùng cao phía tây các huyện Tam Kỳ, Núi Thành

- Trầm tích đệ tứ gồm các thành tạo aluvi cổ và trẻ nằm rải rác ở một số vùng đồi núi và đồng bằng ven biển, phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng ven biển thuộc địa phận các huyện: Hoà Vang, Điện Bàn, đông Duy Xuyên, Hội An, đông Thăng Bình, Tam Kỳ, Núi Thành

Thổ nhưỡng

Trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia có các nhóm đất dưới đây [11]:

- Nhóm đất cồn cát và đất cát biển: Nhóm đất này có diện tích khoảng 9.779ha được hình thành ở ven biển của sông Thu Bồn từ Đà Nẵng đến Duy Nghĩa với những dải cát rộng hẹp khác nhau tuỳ theo tương tác giữa sông biển

- Nhóm đất thung lũng dốc tụ phân bố ở vùng trung du và núi cao Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn , chiếm diện tích 3.997ha

- Kiểu rừng kín nửa rụng lá hơi ẩm nhiệt đới;

- Kiểu rừng thưa cây lá rộng hơi khô nhiệt đới;

- Kiểu rừng thưa cây lá kim hơi khô nhiệt đới;

- Kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới núi thấp, phân bố ở độ cao dưới 1.000m

Tính đến tháng 12/1998, diện tích rừng tỉnh Quảng Nam là 439.748ha, chiếm 38,5% diện tích toàn tỉnh, trong đó diện tích rừng tự nhiên 405.050ha, rừng trồng 34.698 ha

Mạng lưới sông suối

Hệ thống sông Thu Bồn- Vu Gia do dòng chính sông Thu Bồn và sông Vu Gia tạo thành Thượng lưu sông Thu Bồn được gọi là sông Tranh hay sông Tĩnh Gia, bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2.000m ở sườn đông nam dãy Ngọc Linh chảy theo hướng gần bắc nam qua các huyện Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức và Quế Sơn, rồi chảy qua Giao Thuỷ vào vùng đồng bằng qua các huyện Duy Xuyên, Đại Lộc, Điện Bàn, Quế Sơn, đổ ra biển tại cửa Đại Ở trung thượng lưu sông Thu Bồn có một số sông nhánh tương đối lớn như: sông Ghềnh, sông Ngọn Thu Bồn, sông Vang, sông Chang (sông Khang) , sông Lâu (sông Trầu), sông Diên, Khe Le, Khe Công

Sau khi chảy qua Giao Thuỷ, sông Thu Bồn chảy vào vùng đồng bằng và tiếp nhận nước sông Vu Gia từ phân lưu Quảng Huế đổ vào, sông Thu Bồn có phân lưu Bà Rén - Chiêm Sơn Phụ lưu này chảy qua huyện Duy Xuyên - tiếp nhận nước sông Ly Ly ở bờ phải, rồi lại chảy vào sông Thu Bồn ở gần cửa sông Với tên mới là sông Kỳ Lam Dòng chính sông Thu Bồn chảy qua huyện Điện Bàn và từ hạ lưu cầu Câu Lâu lại có tên là sông Câu Lâu Sau đó, sông này tách thành sông Hội An ở phía bờ tả và một phân lưu nhỏ ở dưới bờ hữu, phân lưu này nhập với sông Bà Rén và lại có tên gọi là sông Thu Bồn Sông Hội An chảy

qua thị xã Hội An; sau đó nhập với sông Thu Bồn để đổ vào sông Cửa Đại, rồi chảy ra cửa Đại

Sông Kỳ Lam - sông Điện Bình, có các phân lưu: Cổ Cò, Vĩnh Điện Suối

Cổ Cò lại tách thành phân lưu Tam Giáp và sông Thanh Quít Các sông này đều chảy vào sông Vĩnh Điện Sông Vĩnh Điện dài 24 km chảy theo hướng bắc- nam, tây nam - đông bắc, đổ vào sông Hàn rồi chảy ra vịnh Đà Nẵng

Sông Vu Gia bắt nguồn từ vùng núi cao phía tây nam tỉnh Quảng Nam, bao gồm nhiều nhánh sông lớn hợp thành (Sông Cái, sông Bung, sông Côn), diện tích lưu vực khống chế tính đến ngã ba sông Vu Gia-Quảng Huế (Aí Nghĩa)

là 51.800km2 Sông Vu Gia có một số nhánh lớn gồm:

• Sông Cái: Bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2.000m ở vùng biên giới Tây

Nam tỉnh Quảng Nam, đầu nguồn thuộc tỉnh Kon Tum (chiều dài sông nằm trên địa phận tỉnh Kon Tum khoảng 38km) Sông chảy theo hướng từ nam đến bắc rồi chuyển sang hướng từ tây nam đến đông bắc Diện tích

chiều dài lòng sông chính là 130km

• Sông Bung: Bắt nguồn từ vùng núi cao phía Tây Bắc tỉnh Quảng Nam,

chảy theo hướng Tây sang Đông Diện tích lưu vực là 2.297km2, chiều dài sông chính130km Sông Bung có nhiều nhánh, trong đó nhánh sông A Vương là lớn nhất có chiều dài 84km

• Sông Côn: Bắt nguồn từ vùng núi Tây Bắc huyện Hiên - tỉnh Quảng Nam

Diện tích lưu vực là 765km2, chiều dài sông tính đến cửa ra (cách cửa sông Bung khoảng 15km về phía hạ lưu): 54km

Do đặc điểm địa lý, thủy văn của hệ thống sông ở miền Trung - Tây Nguyên với lưu lượng mưa hằng năm rất lớn so với cả nước (từ 2.000 mm/năm trở lên) nên hệ thống sông suối ở khu vực này ẩn chứa một tiềm năng thủy điện rất lớn, đặc biệt là hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn thuộc các tỉnh Quảng Nam Theo tính toán của Công ty Tư vấn xây dựng điện 1, trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn có tới 10 công trình thủy điện với tổng công suất lắp máy 1.279 Mw, gấp 1,76 lần so với Nhà máy Thủy điện Yaly (Gia Lai - Kon Tum), sản lượng điện bình quân hằng năm là 4.751,3 tỷ kWh Trong đó có nhiều công trình thủy điện có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt có thể sớm đưa vào xây dựng được như

A Vương 1, Sông Tranh 2, Đak Mi 4, Sông Bung 4, Sông Côn 2 và Đak Mi 1.vv Theo Phê duyệt Quy hoạch bậc thang thủy điện hệ thống sông Vu Gia -

Thu Bồn do Tổng Công ty Điện lực Việt Nam thực hiện, hệ thống sông Vu Gia - Thu Bòn gồm 8 dự án thủy điện (Hình 1.1)

• Thủy điện A Vương, mực nước dâng bình thường (MNDBT) 380m, công suất lắp máy (NLM) 210 MW;

• Thủy điện Sông Boung 2, MNDBT 570m, NLM = 100 MW;

• Thủy điện Sông Boung 4, MNDBT 5230m, nhà máy thuỷ điện trên nhánh sông Giằng NLM = 220 MW;

• Thuỷ điện Sông Giằng, MNDBT 60m, NLM = 60 MW;

• Thủy điện Đak Mi 1, MNDBT 820m, NLM = 255 MW;

• Thủy điện Dak Mi 4, MNDBT 260, nhà máy thủy điện trên nhánh sông Thu Bồn, NLM = 210 MW;

• Thủy điện Sông Côn 2, MNDBT 312,5m, NLM = 60 MW;

• Thủy điện Sông Tranh 2, MNDBT 170m, NLM = 135MW;

Các dự án thủy điện trên sông Vu Gia - Thu Bồn thực hiện đồng thời các nhiệm vụ phát điện lên hệ thống điện quốc gia; bổ sung nguồn nước về mùa kiệt cho hạ du và tham gia giảm lũ, chậm lũ cho hạ du

Trong tổng số 8 thủy điện nói trên, hiện đã có 2 thủy điện hiện đang được xây dựng gồm A Vương và Sông Côn 2 (57MW)

Vùng biển Quảng Nam- Đà Nẵng có bờ biển dài 140km và có chế độ thủy triều khá phức tạp, bờ biển dài nhưng triều ở phía bắc không hoàn toàn giống ở phía nam, nhìn chung thuộc phạm vi khu vực có chế độ bán nhật triều không đều chiếm ưu thế (mỗi ngày có 2 lần nước lên, 2 lần nước xuống không đều nhau), nhưng mỗi tháng đều có xuất hiện một số ngày nhật triều (mỗi ngày có 1 lần nước lên, 1 lần nước xuống) Triều ở Quảng Nam thuộc loại triều yếu, chênh lệch giữa đỉnh và chân triều những ngày triều lớn có thể từ 1,04-1,46m, trung bình 0,8-1,2m Phạm vi ảnh hưởng triều sông Thu Bồn thường cách cửa biển không quá 30-40km Tại cửa Đại biên độ triều trung bình 1,2m, lớn nhất 1,5m, khả năng truyền vào trong xa hơn các sông khác; tại Câu Lâu cách cửa Đại 16km biên độ triều trung bình 0,95m, cao nhất 1,96m Tại cầu Kỳ Lam biên độ triều còn 0,2-0,4m, nhưng đến Giao Thủy thì không còn ảnh hưởng của triều nữa

2 - Nghiên cứu, xử lý và chuyển đổi bản đồ số độ cao thành bản đồ DEM dạng raster, ô lưới vuông có độ phân giải 50 x 50m để phù hợp với yêu cầu đầu vào của mô hình

Mô hình số độ cao địa hình (DEM - Digital Elevation Model) rất cần thiết trong các lĩnh vực khác nhau như môi trường, phân tích các thảm hoạ thiên nhiên, phòng chống thiên tai, địa chất vv Nó có phạm vi ứng dụng rộng rãi và

là một trong những nguồn dữ liệu không gian được sử dụng thường xuyên nhất

Nó cũng là nền tảng của một số lớn các thông tin được chiết xuất Những lĩnh vực áp dụng quan trọng nhất của DEM là:

- Bản đồ độ dốc lớn nhất: trình bày độ dốc lớn nhất dưới dạng độ, % hoặc radian tại mỗi vị trí

- Bản đồ hướng độ dốc

- Bản đồ sự thay đổi độ dốc

- Bản đồ độ cao dạng 3D

- Bản đồ sự thay đổi độ cao của bề mặt

Mô hình số độ cao địa hình là phương pháp mô hình hoá và biểu diễn gần đúng địa hình bề mặt của khu vực nghiên cứu thông qua một bề mặt mô phỏng từ một hàm số xác định trên một không gian liên tục bởi tập hợp các giao tuyến độ cao Gọi Z là hằng số độ cao, Z sẽ là một hàm số ba biến Z = f(x, y,h) Trong hệ thông tin địa lý DEM được biểu diễn như một ma trận độ cao

DEM có thể được tạo ra từ các ảnh vệ tinh, ảnh chụp máy bay và bản đồ địa hình dạng giấy Sử dụng các bản đồ giấy địa hình là cách rẻ tiền và thông thường hơn cả

Số liệu đầu vào để tính DEM là các trị số độ cao địa hình được đo vẽ hoặc chiết xuất từ các bản đồ địa hình (gần các đường đồng mức và các điểm độ cao) Nói chung DEM được tạo ra là từ bản đồ địa hình bằng cách nhận diện các đường đồng mức độ cao và chuyển đổi chúng trên bản đồ sang dạng Raster data

sử dụng các thuật toán chuyển đổi

Bản đồ DEM luôn luôn ở dưới dạng bản đồ Raster gắn với một trường giá trị Mỗi một Pixel trên bản đồ Raster bao gồm độ cao tại tâm của pixel Việc sử dụng kích thước pixel lớn hay nhỏ có tác động rất lớn đến các kết quả tính toán

và hình ảnh của bề mặt Nếu kích thước các pixel quá lớn sẽ dẫn đến sự kém chính xác của độ dốc so với thực tế và sự không chính xác của sông suối

Độ chính xác của bản đồ DEM phụ thuộc rất nhiều vào sự chi tiết của các đường đồng mức được sử dụng trong nội suy và tỷ lệ của bản đồ gốc được số hoá Bản đồ địa hình có tỷ lệ càng lớn và khoảng cách giữa các đuờng đồng mức càng nhỏ thì độ chính xác của DEM càng cao

DEM được nội suy theo các phương pháp khác nhau

+ Nội suy theo mạng phân phối đều hoặc theo mô hình phân cấp

+ Nội suy theo mạng tam giác không đều

1 Phương pháp xây dựng bản đồ DEM

Trong việc xây dựng bản đồ DEM hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia dùng trong đề tài, các nguồn bản đồ địa hình tỉ lệ khác nhau, tính đến mức độ chi tiết

và khả năng có được của bản đồ địa hình vùng nghiên cứu đã đựơc sử dụng Khu vực nghiên cứu là vùng có địa hình cao, có độ phân dị địa hình tương đối lớn Tỷ lệ bản đồ chúng tôi sử dụng là 1/50000 và gồm 23 mảnh trên lưu vực sông

Một số khó khăn lớn thường gặp phải khi sử dụng các bản đồ nền địa hình

để tạo DEM cho vùng này là

- Tính không thống nhất về hệ toạ độ

- Độ phủ của bản đồ thường rời rạc

- Số liệu trên bản đồ và ngoài thực tế còn có nhiều sai khác

Việc tạo ra một bản đồ số DEM từ một bản đồ địa hình yêu cầu các đường đồng mức độ cao trên bản đồ địa hình bằng cách nào đó được chuyển đổi

ra dạng số liệu xyz Điều này được thực hiện sử dụng một quá trình nhiều bước Các đường đồng mức độ cao dạng Raster đầu tiên phải được chuyển thành dạng Vectơ Sau đó, các đường đồng mức dạng Vectơ phải được gắn các giá trị độ cao tương ứng Các số liệu dạng Vectơ đã được gắn các giá trị sau đó được chuyển đổi thành dạng lưới được phủ lên trên bởi một thuật toán nội suy Cuối cùng, các giá trị độ cao được ghi ra dưới dạng GIS format mà có thể được sử dụng bởi các áp dụng khác

Mô hình số độ cao địa hình DEM khu vực nghiên cứu được thực hiện trên phần mềm ILWIS 3.2 (The Intergraded Land and Water information System) của công ty ITC Hà Lan Khoảng cách độ phân giải (bước nội suy) hay cỡ Pixel

được lựa chọn đều nhau với kích thước 50x50 với diện tích của một Pixel là 2500m2 tương ứng với 0,25ha ngoài thực tế

Để tạo ra bản đồ DEM từ bản đồ các đường đồng mức phải dùng chức năng Contour interpolation trong ILWIS 3.2 theo 2 bước:

1 – Chuyển đổi đường đồng mức dạng Vecter sang dạng Raster sử dụng các tham chiếu địa lý trong đó kích thước các pixel, số các dòng, các cột và toạ

độ X, Y nhỏ nhất của bản đồ được xác định Đây là việc rất quan trọng để chắc chắn rằng kích thước của các pixel không quá lớn đối với khoảng cách lớn nhất giữa các đường đồng mức Cũng có thể xảy ra khả năng là có 2 đường đồng mức cùng nằm trong một pixel Trong trường hợp này chương trình sẽ lựa chọn một trong hai giá trị của các đường đồng mức và loại bỏ bớt một giá trị Điều này có thể dẫn đến các vấn đề trong tính toán nội suy Bản đồ dạng Raster kết quả sẽ bao gồm các giá trị của các pixel được bao phủ bởi các đường đồng mức Các pixel khác trên bản đồ ở dưới dạng không có dữ liệu

2 – Nội suy các đường đồng mức

Nội suy tuyến tính sẽ được sử dụng giữa các pixel được gắn các giá trị độ cao để thu được các giá trị độ cao chưa được xác định nằm giữa các đường đồng mức đã được raster hoá Kết quả đầu ra của việc nội suy các đường đồng mức này là một bản đồ raster rong đó mọi pixel đều có giá trị

Phương pháp nội suy được sử dụng dựa trên phương pháp Borgefors

distance Mỗi pixel chưa có giá trị nằm giữa các đường đồng mức được raster

hoá sẽ được tính khoảng cách ngắn nhất đến hai đường đồng mức gần nhất Giá trị độ cao (Hp) cho một pixerl P giữa hai đường đồng mức được tính toán như sau (hình 10) :

Hp = H2 +(d2 /(d1 + d2)*(H1 - H2))

Trong đó:

Hp là độ cao tính toán cho mỗi một Pixel đầu ra

H1, H2 là giá trị độ cao của các đường đồng mức

d1, d2 là khoảng cách giữa pixel cần tĩnh đến các đường đồng mức

Hình 1: Hai đường đồng mức và khoảng cách ngắn nhất đến một

Pixel cần tính

Quá trình nội suy tốn khá nhiều thời gian để tính khoảng cách ngắn nhất

từ pixel cần tính đến hai giá trị đã biết Điều này được thực hiện cho mọi pixel chưa biết giá trị Quá trình này đựoc lặp đi lặp lại về phía trước và phía sau theo các dòng và các cột cho đến khí các khoảng cách này không còn thay đổi Sau

đó công thức nội suy tuyến tính được sử dụng để tính giá trị của các ô chưa biết

2 Các bước thực hiện

Việc xây dựng DEM cho lưu vực sông được thực hiện qua các bước sau:

Bước 1: Ghép các mảnh bản đồ và thực hiện các xử lý kỹ thuật bằng công

cụ GIS ta có một bản đồ các đường đồng mức dạng vecter đã có gắn các giá trị

độ cao của lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia

Hình 2: Bản đồ các đường đồng mức độ cao lưu vực hệ thống sông

Thu Bồn - Vu Gia

Bước 2: Chuyển file dữ liệu này sang dạng phù hợp để xây dựng DEM

Để thực hiện mục tiêu này cần phải thực hiện các bước như sau:

- Vào Tool chọn Universal Transform

- Chọn Format, Mapinfor Tab

- Chọn file cần chuyển

- Chọn thư mục đến và format cần chuyển là ERSI SHAPE

Bước 3:

- Nhập file số liệu vừa chuyển đổi vào ILWISH

- Trong ILWISH, vào thẻ Navigator sau đó vào vào thư mục có số liệu cần chuyển , kích vào file cần chuyển sang DEM

- Vào thẻ Operation list chọn lệnh Atribute map of Segment tạo thành một bản đồ Segment

- Kích vào file đã dịch chọn Property -> chọn Break Dependency link để tính toán chính xác hơn

- Để xây dựng bản đồ DEM phải tạo một hệ toạ độ mới (hình 3) Kích chuột phải vào file cần chọn -> chọn Property -> Domain sau đó chọn Value

- Kích chuột phải vào file dem_qnam sau đó lựa chọn Contour Interpolation

từ menu, hộp thoại Interpolate Contour Map đựoc mở ra như hình 4

Hình 4: Các hộp thoại lựa chọn các thông số tính DEM

- Tại vị trí Output Raster Map vào DEM_qnam

- Lựa chọn GeoReference mới với kích thước của pixel là 50, và các lựa chọn khác

- Lựa chọn Description: DEM quang nam

Hình 5 : Hộp thoại Display options

Hình 6: Bản đồ DEM lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia

Bản đồ DEM lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia mô phỏng gần đúng

bề mặt địa hình vùng nghiên cứu, với 1pixel có kích thước 50m x 50m (tương đương 1 ô có diện tích 0,25 ha ngoài thực tế) đã được tạo ra từ bản đồ địa hình

Từ bản dồ DEM vừa tính toán được số liệu được xuất sang dạng dạng ASCII bằng thẻ export trong Operation list Từ định dạng kiểu số liệu này có thể được mở trong Arcview, Arcmap và dùng để chạy trong các chương trình khác

Đề tài

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA

và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình

lũ trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia

Chuyên đề 3:

Nghiên cứu, chuyển đổi bản đồ số sử dụng đất thành dạng raster ô lưới vuông, độ phân giải 50 x 50m

1 - Khái quát điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia

Hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia là một trong 9 hệ thống sông lớn ở nước ta và là hệ thống sông lớn nhất ở khu vực Trung Trung Bộ Lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia được giới hạn ở phía bắc bởi dãy núi Bạch Mã - một nhánh núi đâm ra biển ở phần cuối dãy Trường Sơn Bắc, phía tây là khối núi Nam - Ngãi - Định thuộc phần đầu của dãy Trường Sơn Nam với những đỉnh núi cao trên 2000m, phía tây nam là khối núi Kon Tum với đỉnh Ngọc Linh cao 2598m, phía nam là dãy núi Nam Ngãi và phía đông là biển Những dãy núi trên chính là đường phân nước giữa hệ thống sông Thu Bồn với sông Hương thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế ở phía bắc, sông Sê Công (thuộc Lào) ở phía tây, sông Sê San thuộc địa phận tỉnh Kon Tum ở phía tây nam, các sông Tam Kỳ (tỉnh Quảng Nam), sông Trà Bồng, Trà Khúc (tỉnh Quảng Ngãi) ở phía nam [11]

Với diện tích 11.390 km2, hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia bao trùm hầu hết lãnh thổ thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam, trong đó có khoảng 500

km2 ở thượng nguồn sông Cái nằm ở tỉnh Kon Tum

Địa hình

Địa hình trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia gồm có dạng địa hình núi, trung du và đồng bằng Vùng núi là thượng nguồn các dòng sông nằm

ở sườn phía đông dãy Trường Sơn Nam Địa hình không những cao mà còn dốc

và bị chia cắt mạnh Độ cao địa hình từ 1000m trở lên với những đỉnh núi cao trên 1000m như: Núi Mang (1768m), Bà Nà (1467m), A Tuất (2500m), Lum Heo (2045m), núi Tiên (2032m) ở thượng nguồn sông Vu Gia, Ngọc Linh (2598m), Hòn Ba (1358m) ở thượng nguồn sông Tranh… Vùng trung du là vùng chuyển tiếp từ vùng núi đến đồng bằng có độ cao từ 100m đến dưới 800m

Ở trung lưu sông Thu Bồn có các dãy núi chạy theo hướng bắc nam ở các huyện: Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn với những đỉnh núi cao từ 500-800m Các dải núi ở trung lưu chạy theo hướng bắc - nam cho nên độ dốc địa hình thấp dần theo hướng bắc-nam bắt đầu từ địa phận bắc huyện Trà My đến giáp phía tây huyện Duy Xuyên Đây là nơi hợp lưu của các sông nhánh tương đối lớn của dòng chính sông Thu Bồn như các sông: Tranh, Trường, Tiên, Lân, Ngọn Thu Bồn, Khe Diên, Khe Le Địa hình vùng đồng bằng hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia thấp dưới 30m, tương đối bằng phẳng, gồm địa phận các huyện: Đại Lộc,

Duy Xuyên, Điện Bàn, Thăng Bình, thị xã Hội An, thị xã Tam Kỳ và huyện Hoà Vang (thành phố Đà Nẵng) Ở đây có một số sông nhỏ như: Khe Công, Khe Cầu, Quảng Huế Trong đồng bằng có các dải cát chạy dọc theo bờ biển với độ cao trên dưới 5m

Địa chất

Trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia có các loại đá sau đây [11]:

- Đá kết tinh Gơ-nai, amphibolit, đá phiến thạch anh cùng với các thành tạo mác ma xâm nhập grano-dioxitgnai của vùng rìa địa khối Kon Tum Các loại

đá này phân bố chủ yếu ở vùng nam Quảng Nam, thuộc các huyện Trà My, Phước Sơn, Tiên Phước và phía nam huyện Hiệp Đức

- Đá gốc trầm tích cát bột kết hoặc đá mác ma xâm nhập thuộc phức hệ Quế Sơn, phân bố rộng rãi ở vùng bắc Quảng Nam thuộc hầu hết các huyện Hiên, Giàng, Quế Sơn, Hiệp Đức, vùng tây các huyện Hoà Vang, Đại Lộc, Duy Xuyên, Thăng Bình và một phần vùng cao phía tây các huyện Tam Kỳ, Núi Thành

- Trầm tích đệ tứ gồm các thành tạo aluvi cổ và trẻ nằm rải rác ở một số vùng đồi núi và đồng bằng ven biển, phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng ven biển thuộc địa phận các huyện: Hoà Vang, Điện Bàn, đông Duy Xuyên, Hội An, đông Thăng Bình, Tam Kỳ, Núi Thành

Thổ nhưỡng

Trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia có các nhóm đất dưới đây [11]:

- Nhóm đất cồn cát và đất cát biển: Nhóm đất này có diện tích khoảng 9.779ha được hình thành ở ven biển của sông Thu Bồn từ Đà Nẵng đến Duy Nghĩa với những dải cát rộng hẹp khác nhau tuỳ theo tương tác giữa sông biển