0304 ứng dụng công nghệ gis thành lập bản đồ phân chia lưu vực sông phục vụ cho việc cảnh báo nguy cơ lũ quét ở tỉnh gia lai

Nguyễn Thám tgk Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP HCM _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN CHIA LƯU VỰC SÔNG PHỤC VỤ CHO VIỆC CẢNH BÁO NGUY CƠ LŨ QUÉT Ở TỈNH GIA LAI NGUYỄN THÁM*, HỒ ĐÌNH THANH** TĨM TẮT Lũ qt tai biến thiên nhiên gây nên thảm hoạ lớn không Việt Nam mà tồn giới Vì vậy, để phòng chống giảm nhẹ thiệt hại lũ quét gây cần phân chia, quản lý bảo vệ thơng tin khí tượng thủy văn, tính chất mặt đệm, tác động nhân sinh theo lưu vực Trên sở đồ đường contuor địa hình đồ mạng lưới thuỷ văn, đặc trung hình dạng địa lý tự nhiên lưu vực xác định, với hỗ trợ công nghệ GIS, để xây dựng đồ phân chia lưu vực phục vụ cho việc cảnh báo lũ quét lãnh thổ định ABSTRACT Applying geography information system technology in establishing the partial map of the river basin aiming at warning danger of flash flood in Gia Lai province Flash flood is a natural disaster that causes big strategies not only in Viet Nam but also over the world Therefore, to prevent and reduce loss caused by flash flood, we need to divide, manage and store the information about meteoric hydrography, properties of ground surface, impaction of people at basin Based on the contour topographic map and hydrographic net map; the characteristics of shapes and of natural geography of the basin are defined with the support of GIS technology to establish the partial map of basin, aiming at warning danger of flash flood in the defined territory Mở đầu Lũ quét tượng tự nhiên, chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố lưu vực Lũ quét gây mưa lớn, tập trung lưu vực tự nhiên chưa có tác động chịu tác động mạnh hoạt động kinh tế người Vì vậy, để phịng chống giảm nhẹ thiệt hại lũ quét gây cần phân chia lưu vực, quản lý bảo vệ thơng tin khí tượng thủy văn, đặc điểm mặt đệm, hoạt động dân sinh kinh tế, mức độ * ** TS, Trường Đại học Sư phạm Đại học Huế ThS, Sở GD&ĐT Gia Lai khai thác sử dụng tài nguyên lưu vực Trên sở đồ đơn tính, ứng dụng cơng nghệ GIS để xây dựng đồ phân chia lưu vực lãnh thổ có ý nghĩa khoa học thực tiễn Gia Lai tỉnh Tây Nguyên, nằm đầu nguồn nhiều hệ thống sông chảy xuống vùng Duyên hải Nam Trung Việt Nam lưu vực sơng Mê Kơng Địa hình bị chia cắt phức tạp, có xen kẽ thung lũng, cao nguyên núi cao Đồng thời lượng mưa lớn có phân hóa theo mùa sâu sắc nên việc phân chia lưu vực sông để cảnh báo lũ quét vấn đề cần thiết Nội dung 2.1 Đặc trưng lưu vực Đặc trưng lưu vực có ý nghĩa quan trọng hình thành lũ quét thể yếu tố sau: - Diện tích lưu vực (F): Là diện tích hứng nước mưa tính đến vị trí dọc theo sơng, lưu vực lớn nguồn cung cấp nước cho sông lớn Lũ quét thường hình thành lưu vực có diện tích nhỏ - Chiều dài lưu vực (L): Là khoảng cách theo đường gấp khúc qua điểm đoạn thẳng cắt ngang qua lưu vực vng góc với hướng dòng chảy từ nguồn nước Trong thực tế lấy chiều - Vị trí địa lý: Được biểu thị tọa độ địa lý vùng tiếp giáp đồ mạng lưới sơng ngịi - Cấu tạo địa chất, thổ nhưỡng: Có ảnh hưởng lớn tới khả cung cấp nước lưu vực - Địa hình lưu vực: Hướng núi, độ cao núi lưu vực có ảnh hưởng lớn đến yếu tố khí tượng mưa, gió bão Lưu vực có núi cao thường có tượng mưa nhiều sườn đón gió - Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng tới yếu tố khí hậu tập trung dịng chảy Lưu vực có nhiều rừng có tác dụng điều tiết tốt làm chậm q trình tập trung dịng chảy, ảnh hưởng Fr dài sơng chiều dài lưu vực đánh giá hệ số phủ rừng: Kp = - Chiều rộng lưu vực (B): Được xác F F Trong Fr: diện tích rừng, F: diện tích định theo công thức: B = L lưu vực - Độ cao bình quân lưu vực (Htb): Ảnh - Ao, hồ, đầm lầy: Có ảnh hưởng tới hưởng đến điều kiện thủy văn, khí hậu Htb yếu tố khí hậu tập trung dịng chảy xác định đồ địa Lưu vực có nhiều ao, hồ, đầm lầy hình theo cơng thức: Htb Fi.hi F i=1 Trong đó: Fi diện tích đường đẳng cao, hi độ cao trung bình đường đẳng cao, F diện tích lưu vực - Độ dốc trung bình lưu vực (Jtb): Ảnh hưởng quan trọng tới q trình tập trung dịng chảy, thành tạo lũ tính chất lũ lưu vực Lưu vực dốc dịng chảy tập trung nhanh: h I +I J = ( n + I + I + +I ) tb =∑ n F Trong đó: Jtb biểu thị đơn vị ‰, h hiệu số cao độ đường đẳng cao, In chu vi đường đẳng cao lưu vực có tác dụng điều tiết tốt làm chậm q trình tập trung dịng chảy, ảnh hưởng đánh giá hệ số sau: Đối với ao, hồ Kh = ∑ Fh F Đối với đầm lầy Kđ = ∑ Fd F Trong Fh: diện tích ao hồ, Tđ: diện tích đầm lầy 2.2 Đặc điểm thủy văn tỉnh Gia Lai 2.2.1 Hệ thống sơng suối Gia Lai có nhiều sơng, suối đa số sông nhỏ, ngắn dốc, đại phận sông thuộc vùng thượng nguồn phần nhỏ trung lưu Hệ thống sơng Ba có diện tích lưu vực lớn nhất, nằm phía đơng đông nam tỉnh, gồm nhánh sông Ba sông Ayun Sông chảy qua địa phận tỉnh Gia Lai dài 304 km thuộc huyện Đăk Đoa, Kông Chro, Phú Thiện, Krông pa, thị xã An Khê, thị xã A-yun-pa, phía tây huyện Kbang phía nam huyện Mang Yang Hệ thống sông Sê San gồm nhánh lớn Đăk Bla sông Pô Cô nhánh nhỏ đổ hạ lưu sông Sa Thầy Sơng Sê San có tổng chiều dài 230 km, độ dốc bình qn 5,5%, địa hình dốc dài phía biên giới, 80% diện tích lưu vực có độ cao 600 m Ngoài ra, địa bàn tỉnh cịn có phụ lưu sơng Sê-rê-pơk bao gồm nhánh sông Ia Drăng, Ia Lốp, Ia Muer… Lưu vực chiếm tồn diện tích huyện Chư Prơng phần phía tây huyện Chư Sê, Đức Cơ Chính sông tạo nên vùng trũng Ia Lâu Ia Mơ rộng lớn Do khác biệt địa hình, thổ nhưỡng, khí hậu nên mùa lũ Gia Lai đến chậm mùa mưa từ đến tháng, chiếm khoảng 70 – 80% tổng lượng dịng chảy năm Trên hệ thống sơng Ba, mùa lũ tháng IX kết thúc vào tháng XII Trên hệ thống sông Sê San sông Sê-rê-pôk mùa lũ bắt đầu vào tháng VII kết thúc vào tháng XI Hàng năm, dọc theo hai bờ sông Ba, sông Sê San, sông Sê-rê-pôk xảy tượng sạt lở đất đá, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp đời sống dân cư địa phương 2.2.2 Động lực hình thái dịng sơng Do đặc trưng độ dốc địa hình lớn, có nơi lớn, mật độ chia cắt lớn… - - - - - - nên hình thành dịng chảy sơng ngịi có nhiều nét đặc thù: Mạng lưới khe rãnh, mương xói phát triển với tốc độ phát triển với tốc độ lớn, trường hợp khơng có thực vật che phủ Dịng chảy mặt phát triển mạnh Hệ số dòng chảy lớn Do độ dốc lớn nên xâm thực sâu phát triển, sông đào lịng dội nên thung lũng sơng có hình chữ V hay khe hẻm Quá trình xâm thực đào lịng nhánh sơng đạt đến dịng chảy thuận tiện nhất, mở nhiều lưu vực rộng lớn Các dạng địa hình: Rãnh nơng vùng trũng chưa hình thành rõ rệt, kéo dài nguồn gốc xâm thực, có sườn thoải phủ cỏ, đáy nghiêng lõm, thường phân bố vùng núi, cao nguyên Rãnh sâu có độ cắt sâu lớn, sườn cao dốc hơn, có xuất dạng xói mịn bờ đáy, thể phân nhánh lịng dịng sơng Khe cạn đặc trưng bất đối xứng sườn, tồn lòng uốn khúc dòng tạm thời Thung lũng dạng hoàn thiện mạng lưới sơng ngịi Gia Lai, đặc trưng thung lũng sông Ba thung lũng sông Sê San với dòng chảy thường xuyên 2.3 Thành lập đồ phân chia lưu vực sông 2.3.1 Cơ sở khoa học phân chia lưu vực sơng Trong phương pháp diễn tốn, SSARR đề cập đến thành phần bản: mơ hình hệ thống sơng, mơ hình điều tiết nước chứa mơ hình lưu vực Mơ hình lưu vực mơ hình kết cấu vật lý thủy văn Tư tưởng mơ hình lưu vực mưa lưu vực lũ xảy lưu vực đó, diện tích lưu vực nhỏ cường độ lũ lớn ngược lại Theo lý thuyết chuyển động sóng lũ phương pháp mực nước tương ứng Saint Venant, tốc độ chuyển động  10  0.1 sóng lũ sau: Vq = 15.   Trong đó: Qi lưu lượng, F diện tích lưu vực Như tốc độ chuyển động sóng lũ tỉ lệ nghịch với diện tích lưu vực Mỗi lưu vực hệ thống, lưu vực tác động lớn đến dòng chảy thuỷ văn Phân chia lưu vực để quản lý thông tin lưu vực đưa giải pháp khai thác bảo vệ lưu vực .α Q i  Hình Bản đồ mạng lưới thuỷ văn Gia Lai Hình Bản đồ contuor địa hình (Nguồn: Trung tâm liệu Bộ TN – MT) (Nguồn: Trung tâm liệu Bộ TN – MT) 2.3.2 Thành lập đồ phân chia lưu vực Sau xác định đường phân nước lưu vực đồ địa hình tiến hành thành lập đồ mơ hình số độ cao (DEM) phần mềm Vertical Mapper 3.0 Để đảm bảo độ xác, thường dùng đồ địa hình tỷ lệ 1:10 000 1:50 000 Quá trình thành lập DEM tiến hành theo bước sau: Địa hình dạng đường P oly −to− p   o in t → Địa hình dạng điểm  I nver z   e → DEM Sử dụng phần mềm Arc hydro để chạy đồ thuỷ văn theo đường dẫn sau: Flow Direction SINK DEM St Definition F.AC ST Segner CAT MF Kết thành lập đồ phân chia lưu vực tỉnh Gia Lai sau: VER Hình Bản đồ mơ hình số độ cao Hình Bản đồ phân chia lưu vực Từ đồ phân chia lưu vực, chồng xếp với đồ đơn vị khác để thành lập đồ cảnh báo nguy lũ quét tỉnh Gia Lai 3 Kết luận Tỉnh Gia Lai có nhiều sơng suối đa số sơng suối nhỏ, ngắn dốc, đại phận sông vùng thượng nguồn 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, vậy, việc ứng dụng công nghệ GIS để thành lập đồ phân chia lưu vực có ý nghĩa khoa học thực tiễn nhằm cảnh báo nguy giảm thiểu thiệt hại lũ quét gây 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đài Khí tượng Thủy văn Tây Nguyên, Số liệu thống kê từ năm 1990 – 2006 Nguyễn Đình Hịe, Nguyễn Thế Thôn (2001), Địa chất môi trường, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Văn Tuần (2001), Địa lý thủy văn, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội Nguyễn Ngọc Thạch tgk (2002), Viễn thám nghiên cứu tài nguyên môi trường, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Ngọc Thạch (2006), Hệ thông tin địa lý, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội Nguyễn Văn Tuần tgk (2001), Dự báo thủy văn, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội Ủy ban Khoa học Kỹ thuật Gia Lai (1984), Đặc điểm khí hậu tỉnh Gia Lai Kon Tum C W Fetter (2000), Địa chất thủy văn ứng dụng, Nxb Giáo dục, Hà Nội Heywood, I., S Cornelius, and S Carver (2003), An Introduction to Geographical Information Systems 2nd Edition Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey H M Raghunath (2006), Hydrology - Principles, Analysis, Design, Published by New Age International (P) Ltd., Publishers, Second Edition New Delhi  ... Kết thành lập đồ phân chia lưu vực tỉnh Gia Lai sau: VER Hình Bản đồ mơ hình số độ cao Hình Bản đồ phân chia lưu vực Từ đồ phân chia lưu vực, chồng xếp với đồ đơn vị khác để thành lập đồ cảnh báo. .. làm cho lũ lụt xảy ngày phức tạp Lũ quét phụ thuộc lớn vào đặc trưng lưu vực, vậy, việc ứng dụng công nghệ GIS để thành lập đồ phân chia lưu vực có ý nghĩa khoa học thực tiễn nhằm cảnh báo nguy. .. Thung lũng dạng hồn thiện mạng lưới sơng ngịi Gia Lai, đặc trưng thung lũng sông Ba thung lũng sông Sê San với dòng chảy thường xuyên 2.3 Thành lập đồ phân chia lưu vực sông 2.3.1 Cơ sở khoa học phân