Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng ngập lụt 3 chiều (3D)

Bài viết Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng ngập lụt 3 chiều (3D) phân tích nguy cơ và đánh giá thiệt hại do ngập lụt gây ra là một trong những việc làm cần thiết trong công tác quản lý và giảm nhẹ thiên tai đặc biệt với khu vực hạ du các hồ chứa.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG NGẬP LỤT CHIỀU (3D) Nguyễn Hoàng Sơn1, Hoàng Thanh Tùng1 Trường Đại học Thủy lợi, email: sonnh@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Phân tích nguy đánh giá thiệt hại ngập lụt gây việc làm cần thiết công tác quản lý giảm nhẹ thiên tai đặc biệt với khu vực hạ du hồ chứa Tuy nhiên thiếu thông tin trực quan nên việc xây dựng kế hoạch dự phịng khẩn cấp (EPP) cịn gặp nhiều khó khăn Nghiên cứu sử dụng công cụ viễn thám GIS để xây dựng đồ ngập lụt vùng ảnh hưởng công cụ GIS 3D cho vùng hạ lưu hồ Ngàn Trươi Việc mô lũ ngập lụt 3D giúp cho nhà quản lý có nhìn trực quan vùng ngập lụt, sở hạ tầng dân cư vùng ngập lụt từ có biện pháp di dân, phòng chống ngập lụt hiệu Lưu vực hồ chứa nước Ngàn Trươi nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Với đặc điểm địa lý, điều kiện tự nhiên nhân tố ảnh hưởng tạo nên vùng khí hậu có đặc điểm chế độ khí hậu miền Bắc lại vừa có đặc điểm khí hậu Đơng Trường Sơn nên năm khí hậu chia làm mùa rõ rệt Tuyến đập Ngàn Trươi xây dựng sông Ngàn Trươi thuộc xã Hương Đại, huyện Vũ Quang, tỉnh Hà Tĩnh, cách cầu Ngàn Trươi đường Hồ Chí Minh khoảng 500m phía thượng lưu Tràn xả lũ hồ Ngàn Trươi xây dựng tuyến đập phụ xả nước qua Khe Trí chảy vào sơng Ngàn Trươi (Hình 1) Sơng Ngàn Trươi bắt nguồn từ núi cao, có độ cao trung bình từ 800  1000m sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc nhập vào sông Ngàn Sâu xã n Hội, huyện Vũ Quang có chiều dài sơng 62km với diện tích tồn lưu vực 560km2 Sơng Ngàn Trươi chảy qua vùng núi cao có lượng mưa lớn tạo nên nhiều sông suối nhỏ, mật độ lưới sơng 0,73km/ km2, chiều rộng bình qn lưu vực 13,3km, độ cao bình quân lưu vực 422m Trên sông Ngàn Sâu xẩy trận lũ lớn năm 1960, 2002 Moduyn dịng chảy bình quân nhiều năm tính đến Hương Đại 76,5l/ s.km2 Tại trạm Hương Đại đo lưu lượng lớn Qmax = 2080m3/s (ngày 24/10/1971) Qmax = 1660m3/s (ngày 19/08/1970) Hình Vị trí sơng Ngàn Trươi khe Trí PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình minh họa tóm tắt sơ đồ bước thực nghiên cứu Nghiên cứu dựa kết tính tốn thủy lực hai chiều từ mơ hình MIKE FLOOD Mơ hình cho kết mực nước mặt cắt sơng, diện ngập trích xuất từ mơ hình hai chiều dạng lưới Từ kết tính tốn thủy lực chồng lớp với ảnh vệ tinh kết hợp với mơ hình số hóa độ cao DEM để 718 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 tạo nên đồ ngập lụt Nghiên cứu số hóa lớp nhà cửa, lớp cơng trình đập Ngàn Trươi, lớp thực vật dạng 3D Dữ liệu địa lý GIS Dữ liệu từ mơ hình thủy lực Ảnh vệ tinh Mơ hình số độ cao Mơ hình nhà 3D Mơ hình cơng trình 3D Mơ hình Mike Flood phân giải cao 5cm thực năm 2019 khu vực hạ du hồ Ngàn Trươi Mực nước tính từ mơ hình thủy lực Hình Hình ảnh 3D địa hình vùng hạ lưu hồ Ngàn Trươi 3.2 Xây dựng lớp nhà, công trình dạng 3D Kết mơ 3D Từ liệu bay chụp ảnh vệ tinh google earth số hóa tồn lớp nhà, cơng trình từ độ cao xác định từ ảnh bay chụp độ phân giải cao xây dựng mơ hình 3D GIS cho khu vực nghiên cứu (Hình 4) Hình Sơ đồ bước thực nghiên cứu Các bước tính tốn tiến hành sau: - Xây dựng mơ hình số hóa độ cao DEM 10m từ đồ địa hình 1:10.000 kết hợp cập nhật với địa hình triết xuất từ ảnh bay chụp từ UAV với độ phân giải 5cm hệ Quy chiếu VN 2000 - Số hóa lớp nhà cửa thực vật từ liệu bay chụp ảnh vệ tinh google earth - Từ kết tính tốn thủy lực mơ hình MIKE FLOOD trích xuất mực nước số vị trí mặt cắt điển hình - Xây dựng mơ hình 3D cơng cụ ArcScene - Xây dựng đồ ngập lụt 3D từ mực nước số mặt cắt mơ hình số hóa độ cao DEM - Xây dựng mơ hình mơ trích xuất video theo định dạng có sẵn Hình Minh họa nhà xây dựng dạng mơ hình 3D Các cơng trình đập chính, đập phụ, đập tràn xác định từ vẽ thiết kế đập ảnh bay chụp độ phân giải cao năm 2019 trạng cơng trình (Hình 5) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Xây dựng mơ hình số hóa độ cao DEM Mơ hình số hóa độ cao DEM 10m (xem Hình 3) xây dựng từ đồ 1:10.000 tỉnh Hà Tĩnh kết hợp với ảnh bay chụp độ 719 Hình Minh họa mơ đập Ngàn Trươi mơ hình 3D Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 3.3 Xây dựng mơ hình ngập lụt 3D Các kết từ mơ hình thủy lực trích xuất để đưa vào mơ GIS Nhóm nghiên cứu viết đoạn chương trình cho phép đọc số liệu triết xuất từ đường trình mực nước (Hình 6) để mơ q trình ngập lụt theo thời gian dạng 3D (Hình 7) Hình Minh họa đường trình mực nước hạ lưu sau ngã ba Khe Trí ứng với trường hợp tính toán tràn xả lũ thiết kế 0.5% mưa hạ lưu tương ứng với mưa lũ thiết kế Tiến hành chồng xếp trình ngập lụt 3D địa hình, nhà cửa, cơng trình dạng 3D mơ theo thời gian, nhóm nghiên cứu xây dựng video mơ 3D q trình ngập lụt theo thời gian khu vực hạ du hồ Ngàn Trươi (Hình 7) Video zoom chi tiết vào khu vực cụ thể hiển thị độ sâu ngâp lụt theo thời gian (Hình 8) trực quan cho cơng tác di dân nói riêng phịng chống giảm nhẹ thiên tai nói chung cho khu vực hạ du hồ Hình Minh họa Video chi tiết 3D trình ngập lụt khu vực sau đập có hiển thị độ sâu ngập theo thời gian KẾT LUẬN Các kết đạt từ nghiên cứu khẳng định khả ứng dụng hiệu kỹ thuật viễn thám GIS xây dựng mơ hình mơ 3D ngập lụt giúp nhà quản lý có nhìn trực quan cơng tác phòng chống giảm nhẹ thiên tai TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Minh họa kết mơ 3D ngập lụt vùng hạ lưu hồ Ngàn Trươi [1] Sangyal Lama Tamang and et al., 2014, 3D Flood Simulation System using RS & GIS, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) Vol Issue 5, May – 2014, ISSN: 2278-0181 [2] Hoàng Thanh Tùng, Nguyễn Hoàng Sơn, 2019 Báo cáo thủy văn, thủy lực mô ngập lụt hạ du hồ Ngàn Trươi [3] Milan Kollinger and et al., 2003, Flood simulation and visualization, The 7th Central European Seminar on Computer Graphics, Session 4: Simulation 720 ... mơ hình MIKE FLOOD trích xuất mực nước số vị trí mặt cắt điển hình - Xây dựng mơ hình 3D cơng cụ ArcScene - Xây dựng đồ ngập lụt 3D từ mực nước số mặt cắt mơ hình số hóa độ cao DEM - Xây dựng. .. trình (Hình 5) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3. 1 Xây dựng mơ hình số hóa độ cao DEM Mơ hình số hóa độ cao DEM 10m (xem Hình 3) xây dựng từ đồ 1:10.000 tỉnh Hà Tĩnh kết hợp với ảnh bay chụp độ 719 Hình Minh... Trươi mơ hình 3D Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 3. 3 Xây dựng mơ hình ngập lụt 3D Các kết từ mơ hình thủy lực trích xuất để đưa vào mơ GIS Nhóm nghiên cứu