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

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 toán các thông số về lưu vực, độ dốc, độ cao, diện tích của các tiểu lưu vực 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.

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: laituananh@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Phân chia lưu vực bước tiên để phục vụ cho mơ hình phân bố thủy văn từ đưa giải pháp việc đánh giá nguồn nước lưu vực, cung cấp thơng tin hữu ích cho việc lập kế hoạch tài nguyên nước, nghiên cứu lũ… Có hai phương pháp sử dụng để phân chia lưu vực (1) tự động dựa vào mơ hình số độ cao DEM kết hợp với GIS (2) phương pháp thủ công đồ địa hình Phần lớn nghiên cứu sử dụng phương pháp thứ (Nguyễn Duy Liêm cộng sự, 2010; Yunxiang Luo cộng sự, 2011; Scott Haag cộng sự, 2019) phương pháp có độ xác cao, phát huy chức cơng cụ máy tính liên kết, tự động hóa, ứng dụng mở rộng tính tốn xử lý phía sau phù hợp với khu vực có địa hình phức tạp, độ dốc lớn Trong nghiên cứu này, phương pháp sử dụng DEM kết hợp với liệu thủy văn sử dụng thuật toán Burn In ArcSWAT áp dụng thử nghiệm cho huyện Thuận Châu tỉnh Sơn La nhằm tính tốn thơng số lưu vực, độ dốc, độ cao, diện tích tiểu lưu vực (Winchell, M cộng sự, 2013) khu vực thường xuyên xảy tai biến lũ quét năm gần chưa có nghiên cứu cụ thể dựa lí thuyết dịng chảy lưới (grid) chảy đến hướng xung quanh ô lưới (hình 1) Hình Hướng dịng chảy mơ hình D8 Dữ liệu sử dụng nghiên cứu liệu sơng ngịi trích xuất từ đồ địa hình 1:50.000 DEM (Digital Elevation Model) có độ phân giải 12.5m tải miễn phí website https://search.asf.alaska.edu/#/ làm liệu đầu vào để phân chia lưu vực, tính tốn thơng số thủy văn đối sánh kết Tiến trình phân chia lưu vực sử dụng cơng cụ ArcSWAT tích hợp GIS thực theo sơ đồ sau: Hình Sơ đồ phương pháp nghiên cứu KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để xác định lưu vực sông cách tự động, hầu hết công cụ xây dựng dựa lý thuyết "mơ hình dịng chảy 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 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 ứng dụng mơ hình thủy văn khác kết hợp với liệu sông ngòi (Winchell, M cộng sự, 2013) Kết sử dụng thuật tốn D8 mơ dịng chảy thể hình phân chia tiểu lưu vực cho huyện Thuận Châu (hình 4) 3.2 Tính tốn thơng số liên quan đến lưu vực Do huyện Thuận Châu có suối Muội chảy qua suối điển hình có lưu vực lớn lũ quét thường xảy lưu vực khứ nên nghiên cứu tác giả lựa chọn lưu vực Suối muội để tính toán Sau phân chia lưu vực, ứng với mạng lưới dịng chảy lưu vực suối Muội có 54 tiểu lưu vực (hình 5) Hình Bản đồ mạng lưới dịng chảy Hình Bản đồ hướng dịng chảy Ứng với giá trị thể màu ô pixel đồ nhận thấy xu hướng dịng chảy lưu vực tập trung hướng Đơng Bắc (97.135 pixel) Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng chức Zonal Statistical tích hợp modul ArcToolbox để liên kết tiểu lưu vực với lớp độ cao, độ dốc để tính tốn độ cao độ dốc trung bình lưu vực Độ cao lưu vực với vị trí thấp 175m cao 1783m Độ cao trung bình 978,5m Các lưu vực nằm độ cao tương đối lớn điều kiện thuận lợi để lũ quét xảy (hình 6) Hình Bản đồ độ cao trung bình tiểu lưu vực Hình 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 tiểu lưu vực từ 10.9 độ đến 28.7 độ Qua đồ thị biểu thị độ dốc trung bình 54 tiểu lưu vực cho thấy độ dốc lưu vực tương đối lớn làm gia tăng khả sinh lũ quét có mưa cường độ lớn thời gian ngắn dòng chảy, độ cao độ dốc tương đối phù hợp với thực tế sử dụng làm liệu đầu vào cho mơ hình nghiên cứu lũ qt, trượt lở đất… Hình Mạng lưới dịng chảy mơ hình 3D KẾT LUẬN Hình Bản đồ độ dốc trung bình tiểu lưu vực Nhìn vào biểu đồ diện tích (hình 7) tiểu lưu vực ta thấy diện tích tiểu lưu vực có diện tích nhỏ 3.18 lớn 2750 Các lưu vực tập trung chủ yếu ngưỡng 1000 Thuận Châu huyện miền núi phía Tây Bắc tỉnh Sơn La có nhiều sơng suối đa số sông suối nhỏ, ngắn dốc, Sự khác biệt địa hình, thổ nhưỡng biến đổi khí hậu tồn cầu năm gần làm cho lũ lụt xảy ngày phức tạp Lũ quét phụ thuộc lớn vào đặc trưng lưu vực độ cao, độ dốc trung bình tiểu lưu vực, chiều dài mạng lưới sơng…, việc ứng dụng công nghệ GIS để thành lập đồ phân chia lưu vực chiết tách thông số địa hình, thủy văn có ý nghĩa khoa học thực tiễn cảnh báo nguy giảm thiểu thiệt hại lũ quét gây 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 Bản đồ diện tích tiểu lưu vực Các kết sau so sánh với liệu trích xuất từ đồ địa hình tỷ lệ 1:50000 chồng xếp lên mơ hình 3D để kiểm chứng kết (hình 8) Kết cho thấy thông số thủy văn mạng lưới https://search.asf.alaska.edu/#/ [3] Yunxiang Luo cộng (2011) GIS Techniques for Watershed Delineation of SWAT Model in Plain Polders, 2050-2057 465 ... làm cho lũ lụt xảy ngày phức tạp Lũ quét phụ thuộc lớn vào đặc trưng lưu vực độ cao, độ dốc trung bình tiểu lưu vực, chiều dài mạng lưới sơng…, việc ứng dụng công nghệ GIS để thành lập đồ phân chia. .. bình 978,5m Các lưu vực nằm độ cao tương đối lớn điều kiện thuận lợi để lũ quét xảy (hình 6) Hình Bản đồ độ cao trung bình tiểu lưu vực Hình Bản đồ phân chia lưu vực huyện Thuận Châu 464 Tuyển... có lưu vực lớn lũ quét thường xảy lưu vực khứ nên nghiên cứu tác giả lựa chọn lưu vực Suối muội để tính tốn Sau phân chia lưu vực, ứng với mạng lưới dòng chảy lưu vực suối Muội có 54 tiểu lưu vực