ỨNG DỤNG GOOGLE EARTH TRONG PHÒNG CHỐNG LŨ TRÊN CÁC LƯU VỰC SÔNG NHỎ, ÁP DỤNG THÍ ĐIỂM CHO LƯU VỰC NGÒI THIA, TỈNH YÊN BÁI An Tuấn Anh Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường
Trang 1ỨNG DỤNG GOOGLE EARTH TRONG PHÒNG CHỐNG LŨ
TRÊN CÁC LƯU VỰC SÔNG NHỎ, ÁP DỤNG THÍ ĐIỂM
CHO LƯU VỰC NGÒI THIA, TỈNH YÊN BÁI
An Tuấn Anh
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường
Bài báo này giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình IFAS (Hệ thống phân tích lũ – dòng chảy tích hợp), bộ mô hình MIKE tính toán ngập lụt hạ lưu lưu vực Ngòi Thia tỉnh Yên Bái được tích hợp trên Google Earth nhằm để thấy rõ được lưu lượng dòng chảy dọc sông, diện ngập lụt trên lưu vực để từ đó đưa ra các giải pháp phòng chống hiệu quả
1 Giới thiệu
Google Earth là một tập hợp những ảnh địa lý lấy từ ảnh vệ tinh, các ảnh hàng không và từ những hệ thống thông tin địa lý GIS
Google Earth là một công cụ rất hữu ích cho các nhà nghiên cứu thủy văn trong việc lập kế hoạch khảo sát, kiểm tra các kết quả tính toán với hiện trạng hiện trạng khảo sát và phục vụ đề xuất các phương án phòng chống thiên tai
Trong nghiên cứu này các kết quả tính toán từ mô hình thủy văn, thủy lực được cập nhật trên nền Google Earth để có thể biểu diễn được một cách trực quan về phân
bố lượng mưa, dòng chảy trong lưu vực, diện ngập trên lưu vực sông như thế nào, từ
đó có thể đưa ra các phương án phòng chống lũ hợp lý, hiệu quả nhất
Bài báo này giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình IFAS (Hệ thống phân tích lũ – dòng chảy tích hợp), bộ mô hình MIKE tính toán ngập lụt hạ lưu lưu vực Ngòi Thia tỉnh Yên Bái được tích hợp trên Google Earth nhằm để thấy rõ được lưu lượng dòng chảy dọc sông, diện ngập lụt trên lưu vực để từ đó đưa ra các giải pháp phòng chống hiệu quả
2 Giới thiệu vùng nghiên cứu
Ngòi Thia là lưu vực bao trọn huyện Trạm Tấu, thị xã Nghĩa Lộ, một phần huyện Cát Thịnh và một phần huyện Văn Yên tỉnh Yên Bái Lưu vực có diện tích 1500
km2 Cửa ra của lưu vực nằm ở địa phận huyện Văn Yên và nhập vào Sông Hồng
Trên lưu vực Ngòi Thia đã xảy ra rất nhiều trận lũ, lũ quét lớn gây thiệt hại nặng nề về người và của, ảnh hưởng đến sản xuất, giao thông liên lạc, ổn định đời sống của đồng bào các dân tộc và thực hiện mục tiêu xóa đói giảm nghèo của địa phương Việc nghiên cứu dự báo mưa lũ, cảnh báo ngập lụt sẽ giúp địa phương qui hoạch sử dụng đất một cách hợp lý cũng như sẵn sàng chuẩn bị đối phó với các nguy
cơ xảy ra lũ, lũ quét
Trang 2Hình 1 Bản đồ lưu vực Ngòi Thia tỉnh Yên Bái
Dưới đây liệt kê thời gian xuất hiện, địa điểm xuất hiện và mức độ thiệt hại của một số trận lũ quét đã xảy ra trên các thôn, bản thuộc huyện Trạm Tấu tỉnh Yên Bái trong những năm gần đây
Bảng 1 Một số trận lũ quét điển hình trên lưu vực Ngòi Thia
1 Ngày 30/6/2001 Thị trấn Trạm Tấu, huyện Trạm Tấu tỉnh Yên Bái
2 Ngày 27/7/2002 Thị trấn Trạm Tấu, Bản Công, Hát Líu huyện Trạm Tấu
tỉnh Yên Bái
3 Ngày 26-27/8/2003 Thị trấn Trạm Tấu, xã Trạm Tấu, Túc Đán huyện Trạm
Tấu tỉnh Yên Bái
4 Ngày 18-19/9/2005 tại Túc Đán, Tà Xi Láng, thị trấn Trạm Tấu, Bản Công,
Hát Líu, xã Trạm Tấu huyện Trạm Tấu tỉnh Yên Bái
5 Ngày 4/10/2007 tại huyện Trạm Tấu, huyện Văn Chấn, thị xã nghĩa lộ
tỉnh Yên Bái
3 Giới thiệu mô hình
Mô hình IFAS
IFAS là hệ thống phân tích lũ - dòng chảy nhỏ gọn do Trung tâm Quốc tế về Quản lý thảm họa và rủi ro tài nguyên nước (ICHARM) phát triển như một bộ công cụ nhằm dự báo lũ hiệu quả và phù hợp hơn cho các nước đang phát triển Hệ thống này
có khả năng cung cấp giao diện để nhập dữ liệu mưa đầu vào không chỉ sử dụng dữ
Trang 3liệu từ vệ tinh mà cả số liệu mưa quan trắc bề mặt, cũng như các chức năng GIS nhằm thiết lập mạng lưới sông ngòi và ước tính các thông số của cơ chế phân tích dòng chảy mặc định và giao diện hiển thị kết quả đầu ra Mô hình có thể dùng để dự báo mưa – dòng chảy ở các lưu vực thiếu số liệu quan trắc mưa
Cấu trúc của mô hình IFAS:
Mô hình IFAS là mô hình thông số phân bố (chia lưu vực ra thành các ô lưới có kích thước (L x L) )
Tính toán mưa dòng chảy tại các ô lưới trên lưu vực
Mỗi ô lưới được cấu tạo bởi 3 (hoặc 2) bể chứa riêng biệt theo chiều thẳng đứng
Kết quả của mô hình là dòng chảy tại bất kỳ một ô lưới nào trên bề mặt lưu vực
Thông số mô hình IFAS:
Với: R: lượng mưa
Eps: bốc hơi nước
Q0: dòng chảy ngầm
QSF: dòng chảy mặt
Qri: dòng chảy sát mặt
h: chiều cao bể chứa
SF2: chiều cao lớp dòng chảy sát mặt
SF1: chiều cao lớp dòng chảy mặt
Sf0: chiều cao lớp dòng chảy ngầm
A = L * L: khu vực lưới với L, chiều dài lưới
Trang 41 If h<Sf2, then （1）
2 If Sf1＜h＜Sf2, then
（2）
3 If Sf0＜h＜Sf1, then （3）
4 If h＜Sf0, then （4）
Mô hình MIKE
Bộ mô hình này có thể tích hợp nhiều mô đun khác nhau, nhưng trong khuôn khổ nghiên cứu này chỉ sử dụng mô đun HD (Mike 11) kết hợp với mô hình Mike11 GIS tính toán ngập lụt hạ lưu hệ thống sông
Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập
mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm Dự báo lũ, Tải khuyếch tán, Chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn lắng không có cố kết Mô-đun MIKE 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint Venant Các ứng dụng liên quan đến mô-đun MIKE 11 HD bao gồm:
Dự báo lũ và vận hành hồ chứa
Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ
Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát bề mặt
Thiết kế các hệ thống kênh dẫn
Nghiên cứu sóng triều và dâng nước do mưa ở sông và cửa sông
Sf1
Sf2
Sf0
Trang 54 Ứng dụng mô hình
4.1 Cơ sở dữ liệu
- Dữ liệu địa hình, thảm thực vật, số liệu mưa được lấy từ vệ tinh
- Dữ liệu khí tượng thuỷ văn đã thu thập: số liệu mưa giờ tại Trạm Văn Chấn,
số liệu vệ tinh
4.2 Sơ đồ công nghệ
Hình 2 Sơ đồ khối công nghệ tính toán
4.3 Thiết lập mô hình
Mô hình IFAS
Với diện tích là 1484 km2, mô hình IFAS chia lưu vực ra thành 1484 ô lưới (1km x 1km) tất cả các số liệu địa hình, số liệu thảm phủ thực vật, số liệu đất, khí tượng đều được đưa vào mô hình theo số liệu thực đo hoặc số liệu từ vệ tinh (trường hợp khu vực nghiên cứu thiếu số liệu tính toán)
Mô hình IFAS (Hệ thống phân tích lũ tích
hợp)
Số liệu lấy từ vệ tinh
(địa hình, thảm phủ, đất,
mưa)
Số liệu đo đạc (địa hình, thảm phủ, đất, mưa, dòng chảy)
GOOGLE EARTH
(Mô phỏng kết quả tính toán của
mô hình IFAS và MIKE 11- GIS trên google earth)
Mô hình MIKE (Tính toán thủy lực, ngập lụt lưu vực sông)
Giải pháp qui hoạch phòng chống lũ hiệu quả
Lưu vực có đủ số liệu tính toán
Lưu vực không đủ
(hoặc không có) số
liệu tính toán
Lưu vực nghiên cứu
Trang 6Hình 3a Miền tính trong mô hình IFAS Hình 3b Thông số trong mô hình IFAS
Mô hình Mike
Mạng sông được giới hạn bởi 5
biên trên: Biên trên 1 (Q~t) tại đầu
nguồn suối Ngòi Thia, biên trên 2, 3, 4
(Q~t) tại đầu nguồn các suối nhánh, số
liệu dòng chảy biên trên được trích
xuất từ mô hình IFAS ,biên dưới (H~t)
tại cửa ra của lưu vực
Do suối ngòi Thia là con suối
nhỏ, không có tài liệu đo đạc địa hình
nên số liệu mặt cắt ngang được lấy từ
tài bản đồ DEM với độ phân dải 5m x
5m (xây dựng từ bản đồ 1/5000)
Mạng sông được mô phỏng bởi 39 mặt
cắt: trong đó 17 mặt cắt trên nhánh
suối chính và 22mặt cắt trên 3 nhánh
suối phụ
Mô hình Mike11 kết hợp với
Mô hình Mike 11GIS được tích hợp
trong Arcview để đưa ra bản đồ ngập
lụt trên hệ thống sông
Hình 4 Sơ đồ thủy lực suối Ngòi Thia
Trang 74.4 Kết quả tính toán
Mô hình IFAS cho kết quả tính toán mưa, dòng chảy tại bất kỳ ô lưới nào trên lưu vực, kết quả tính toán làm đầu vào cho tính toán thủy lực và ngập lụt trên lưu vực sông
Hình 5a Kết quả tính toán dòng chảy
trong mô hình IFAS
Hình 5b Kết quả tỉnh toán dòng chảy xuất
ra Google Earth
Mô hình mô phỏng ngập lụt
Hình 6a Bản đồ ngập lụt trong mô hình
Mike11 GIS
Hình 6b Bản đồ ngập lụt lưu vực suối Ngòi Thia trên Google Earth
Trang 8Ngoài việc mô phỏng ngập lụt trong mô hình toán thì việc đưa kết quả ngập lụt
đã tính toán được vào Google Earth sẽ mang lại hiệu quả rất lớn trong việc kiểm tra lại vùng ngập hiện trạng đã khảo sát, xác định được mức độ thiệt hại thực tế trong lưu vực nghiên cứu, chủ động phòng chống di dời người dân ra khỏi khu vực nguy hiểm, quy hoạch tái định cư cho người dân
5 Kết luận
- Ứng dụng được mô hình IFAS trong công tác dự báo, cảnh báo với những vùng thiếu số liệu quan trắc là rất cần thiết nhất là đối với những lưu vực nhỏ, khó khăn như ở Việt Nam
- Kết quả dự báo lũ trong mô hình IFAS, ngập lụt trong mô hình Mike 11GIS được đưa lên Google Earth thể hiện rất trực quan, phục vụ tốt công tác phòng chống lũ của địa phương
- Một điểm đáng chú ý nữa là Google Earth có thể giúp các nhà khoa học đánh giá được:
+ Mức độ tin cậy của số liệu khảo sát (vị trí khảo sát, vị trí lấy mẫu, vị trí các mặt cắt địa hình, vị trí điều tra hiện trạng vùng nghiên cứu)
+ Các kết quả tính toán ngập lụt từ các mô hình thủy lực có phù hợp với hiện trạng khảo sát hay không (Phương án ngập hiện trạng có đúng với khảo sát thực địa hay không)
+ Đề xuất phương án di dời người dân khỏi khu vực nguy hiểm, quy hoạch tái định cư cho người dân (Giai đoạn tính toán các kịch bản)
- Công nghệ dự báo này mong muốn được phát triển ra các lưu vực khác trên lãnh thổ Việt Nam
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Johan N Hartnack, Henrik Madsen, Jacob V.T Sorensen (2006) Data assimilation in a combined 1D-2D flood model using the ensemble kalman filter The 4th Asia-Pacific DHI software conference, Shanghai -2006, p
2 Tawatchai Tingsanchali and D Eng (2009) Flood impact assessment in the surrouding area of Suvarnabhumi airport, Thailand Advances in GeoSciences, Volume 11 (Hydrological Science), p 283-298
3 Trần Ngọc Anh (2011) Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu các sông Bến Hải và Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị
4 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường (2010), báo cáo tổng kết Dự án: Lã Thanh Hà Dự án “Phân vùng và cảnh báo nguy cơ lũ quét các tỉnh miền núi phía Bắc”
Trang 9APPLICATION OF GOOGLE EARTH IN FLOOD PREVENTION ON THE SMALL RIVER BASINS, APPLIED TO NGOI THIA BASIN,
YEN BAI PROVINCE
An Tuan Anh
Vietnam Institute of Meteorology, Hydrology and Environment
Google Earth is a collection of images taken from the geo satellite imagery, and aerial photography and from the geographic information system GIS
Google Earth is a useful tool for researchers in hydrological planning survey and inspection of calculated results with the current state and status survey for the proposed disaster plan
Calculation results from hydrological modeling, hydraulic models can be updated in the Google Earth background to visually illustrate distributions of rainfall, stream flow in the basin, river basin flooded area to see how and from which to make plans for effective flood prevention
