Đang tải... (xem toàn văn)
The fourth Scientific Conference SEMREGG 2018 330 ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ CÔNG NGHỆ GIS XÁC ĐỊNH VÀ KHOANH VÙNG ĐỒNG NHẤT SỐ LIỆU MƯA NĂM VÙNG ĐÔNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Phạm Linh Chi 1 , Phạm Thị[.]
The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ CƠNG NGHỆ GIS XÁC ĐỊNH VÀ KHOANH VÙNG ĐỒNG NHẤT SỐ LIỆU MƯA NĂM VÙNG ĐÔNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Phạm Linh Chi1, Phạm Thị Bích Thục2 Khoa Khí tượng - Thủy văn, Trường Đại học Tài ngun Mơi trường TP HCM Phịng Tài nguyên nước, Viện Địa lý tài nguyên TP HCM Email: linhchi2111@gmail.com TÓM TẮT Bài báo sử dụng phương pháp phân tích thống kê với kĩ thuật kiểm định Phương sai theo dấu hiệu [1] trợ giúp hệ thống thông tin địa lý (GIS) việc xác định đánh giá tính đồng theo khơng thời gian liệu mưa khu vực Đồng sơng Cửu Long Theo đó, liệu mưa chọn để nghiên cứu từ năm 1999 - 2015 Kết cho thấy, liệu yếu tố mưa phù hợp với thực tế khách quan, khu vực mưa xác định phân tích thống kê tương đối trùng khớp với với quy luật phân bố mưa hoạt động hồn lưu gió mùa Tây Nam vùng Đồng sông Cửu Long; đồng thời loại bỏ sai số q trình quan trắc Từ khóa: Phân tích thống kê, GIS, vùng đồng nhất, số liệu mưa năm, Đồng sông Cửu Long MỞ ĐẦU Mưa yếu tố có vai trị to lớn sản xuất đời sống yếu tố vốn biến động nên mạng lưới quan trắc yếu tố mưa trọng phát triển phát triển dày tương lai, có khu vực ĐBSCL, đồng lớn phì nhiêu Việt Nam, khu vực Đông Nam Á giới [4] Với khối lượng liệu đồ sộ việc đánh giá liệu yếu tố mưa cơng tác quan trọng nhằm chuẩn hóa liệu theo không thời gian tránh trường hợp sai số nghiên cứu tính tốn Có nhiều ngun nhân, tự nhiên nhân tạo làm cho tính đồng chuỗi liệu mưa bị hạn chế Tuy nhiên phân tích nhân tố hình thành mưa để đồng chưa đủ, định tính Hợp lí cần sử dụng phương pháp thống kê, cho phép đánh giá tính đồng chuỗi quan trắc mưa dạng định lượng Phương pháp thống kê cho phép kiểm định tính đồng chuỗi liệu mưa theo không gian cần kết hợp chúng khu vực địa lí đồng [2] Bên cạnh đó, kết hợp hệ thống thơng tin địa lý GIS để kiểm tra phân vùng lại kết phương pháp phân tích thống kê kỹ thuật kiểm định phương sai, cách trực quan theo không gian phương án thích hợp để tạo nguồn liệu tin cậy làm đầu vào phục vụ yêu cầu tính tốn liên quan đến tài ngun nước mưa cho khu vực Đồng sông Cửu Long KHU VỰC NGHIÊN CỨU Khu vực khảo sát nghiên cứu chọn 102 trạm đo mưa thuộc 13 tỉnh thành phố vùng Đồng sông Cửu Long (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp, Hậu Giang) Trong có 58 trạm đo 330 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 mưa nhân dân (nd), 27 trạm Thủy văn (tv) 17 trạm Khí tượng (kt) trình bày Bảng [5] Khu vực mang đặc điểm chung khí hậu đồng Nam Bộ, có chế độ khí hậu gió mùa cận xích đạo với nhiệt cao quanh năm, lượng mưa lớn phân hố theo mùa Một năm có hai mùa: Mùa mưa tháng 5, kết thúc vào tháng 11; Mùa khô tháng 12, kết thúc vào tháng năm sau Ngồi cịn chịu ảnh hưởng chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa mang tính đặc thù vùng đồng ven biển [4] Bảng 1.Thống kê trạm đo mưa thời gian có số liệu trạm đo mưa ĐBSCL Trạm Năm Sông Đốc 1981-2016 tv 54 Năm Căn 1960-2016 tv 55 Cà Mau 1958-2016 kt 56 Cái Nước 1985-2016 nd 57 U Minh 1984-2016 nd NT U Minh STT Tỉnh Cà Mau Tỉnh Trạm Năm Loại Bạc Liêu NT Đơng Hải 1990-2016 nd Cần Thơ 1985-2016 kt Rạch Gịi 1988-2016 nd Ơ Mơn 1989-2016 nd 58 Thốt Nốt 1999-2016 nd 1981-2016 nd 59 Kế Sách 1982-2016 nd Trần Văn Thời 1982-2016 nd 60 Long Phú 1992-2016 nd 1979-2016 nd 61 Mỹ Tú 1992-2016 nd Viễn An Đông 1989-2016 nd 62 Vĩnh Châu 1995-2016 nd Trần Đề 1989-2016 tv Thới Bình Loại STT Cần Thơ Sóc Trăng 10 Phú Tân 1987-2016 nd 63 11 Đầm Dơi 1984-2016 nd 64 Phụng Hiệp 1977-2016 tv 12 Chợ Lách 1979-2016 tv 65 Đại Ngãi 1977-2016 tv 13 Bình Đại 1978-2016 tv 66 Sóc Trăng 1974-2016 kt 14 Bến Trại 1979-2016 tv 67 Mỹ Thuận 1978-2016 tv Ba Tri 1978-2016 kt 68 Tam Bình 1989-2016 nd Giồng Trơm 1979-2016 nd 69 Trà Ơn 1990-2016 nd 17 Huơng Mỹ 1979-2016 nd 70 Vĩnh Long 1992-2016 kt 18 Mỏ Cày 1979-2016 nd 71 Tân Châu 1915-2016 tv 19 Bến Tre 1912-2016 kt 72 Châu Đốc 1911-2016 kt 20 Tân An 1973-2016 kt 73 Long Xuyên 1913-2016 tv 21 Kiến Bình 1978-2016 tv 74 Chợ Mới 1915-2016 tv 22 Mộc Hóa 1959-2016 kt 75 Vàm Nao 1980-2016 tv 23 Tuyên Nhơn 1981-2016 tv 76 Xuân Tô 1992-2016 tv Bến Lức 1978-2016 tv 77 Tri Tôn 1930-2016 tv 15 16 24 Bến Tre Long An Vĩnh Long An Giang 25 Cần Đước 1978-2016 nd 78 Hội An 1984-2016 nd 26 Duc Hoa 1981-2016 nd 79 Núi Sập 1980-2016 nd 27 Tân Trụ 1978-2016 nd 80 Vĩnh T Trung 1979-2016 nd 28 Vĩnh Hưng 1984-2016 nd 81 Thới Sơn 1979-2016 nd 331 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 STT Tỉnh Trạm Năm Trạm Năm Loại 29 Hậu Giang Vị Thanh 1977-2016 kt 82 Cao Lãnh 1978-2016 kt 30 Mỹ Tho 1910-2016 kt 83 Trường Xuân 1984-2016 tv 31 Hịa Bình 1978-2016 tv 84 Châu Thành 1977-2016 nd 32 Vàm Kênh 1984-2016 tv 85 Hồng Ngự 1985-2016 nd 33 Long Định 1957-2016 tv 86 Mỹ Thọ 1988-2016 nd 34 Cai Lậy 1976-2016 tv 87 Sa Đéc 1910-2016 nd 35 Cái Bè 1984-2016 nd 88 Thanh Bình 1984-2016 nd Chợ Gạo 1978-2016 nd 89 Lai Vung 1977-2016 nd Châu Thành 1978-2016 nd 90 Rạch Giá 1910-2016 kt Gị Cơng Đông 1910-2016 nd 91 Xẻo Rô 1984-2016 tv 36 Tiền Giang 37 38 Loại STT Tỉnh Đồng Tháp 39 An Hữu 1993-2016 nd 92 Phú Quốc 1957-2016 kt 40 Hậu Mỹ Bắc 1978-2016 nd 93 An Biên 1978-2016 nd 41 Phú Mỹ 1991-2016 nd 94 Gò Quao 1978-2016 nd 42 Mỹ Phước 1978-2016 nd 95 Giồng Riềng 1978-2016 nd 43 Trà Vinh 1910-2016 tv 96 Hà Tiên 1911-2016 nd 44 Càng Long 1978-2016 kt 97 Kiên Lương 1962-2016 nd Bến Giá 1989-2016 nd 98 Hịn Đất (Tri Tơn) 1978-2015 nd 46 Tiểu Cần 1979-2016 nd 99 Vĩnh Hòa Hưng 1981-2016 nd 47 Trà Cú 1977-2016 nd 100 Vĩnh Thuận 1978-2016 nd 48 Phước Long 1978-2016 tv 101 An Minh 1984-2016 nd 49 Gành Hào 1978-2016 tv 102 Thổ Chu 1995-2016 kt Bạc Liêu 1984-2016 kt Giá Rai 1984-2016 nd Ngăn Dừa 1987-2016 nd 45 50 51 52 53 Trà Vinh Bạc Liêu Kiên Giang Long Điền Tân 1992-2016 nd DỮ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Dữ liệu nghiên cứu Dữ liệu nghiên cứu báo cáo số liệu mưa bình quân tháng trạm đo mưa Đài khí tượng thủy văn Nam Bộ cung cấp Thời gian có số liệu trạm trình bày Bảng Các điểm thu kết quan trắc biểu diễn qua đồ Hình 1: 332 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Hình Vị trí điểm thu kết quan trắc mưa 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 3.2.1 Phương pháp Modified Z - Scores [3] Sử dụng phương pháp Modified Z - Scores [3] để phát giá trị đo đạc bất thường (quá lớn nhỏ) chuỗi liệu thô Các bước thực hiện: B1: Tìm trung vị độ lệch tuyệt đối (MAD) MAD = median {|xi − ̅ |}, ̅ trung bình chuỗi số B2: Tính độ khác biệt biến số: Mi = 0,6745 ̅ B3: Nếu | Mi | > 3,5 xi điểm bất thường 3.2.2 Phương pháp thử dần Tiến hành đánh giá tính đồng cho trạm tỉnh, sau đánh giá tính đồng chuỗi số liệu tỉnh lân cận dựa vào giá trị bình quân giá trị bình quân mưa nhiều năm trạm (Xtbtb) 3.2.3 Phương pháp phân tích phương sai theo dấu hiệu [1] 3.2.3.1 Một số khái niệm liên quan a Giả thiết không (Null Hypothesis - Ho) Giả thiết Ho giả thiết ban đầu đưa để kiểm định Thường giả thiết thiên công nhận 333 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 b Mức ý nghĩa ( ) Mức ý nghĩa xác suất loại bỏ khơng xác giả thiết Ho, hay gọi xác suất sai lầm loại Ngược lại với mức ý nghĩa mức tin cậy: = - Giá trị nhỏ mức tin cậy lớn c Miền tới hạn - Biên tới hạn Miền tới hạn: Là miền tập hợp giá trị xác định theo tiêu kiểm định mức ý nghĩa, giá trị tính tốn rơi vào miền giả thiết Ho bị bác bỏ Biên tới hạn (Fth): Là ngưỡng giá trị cho phép Ftt để chấp nhận giả thiết Ho 3.2.3.2 Quy trình phân tích a Quy trình phân tích Chọn chuỗi liệu mưa năm từ năm 1999 - 2015 trạm đo mưa ĐBSCL làm chuỗi liệu nghiên cứu, bước phân tích kiểm định tính đồng chuỗi liệu tiến hành theo bước (B) sau: - B1: Xác lập giả thiết Ho Chọn giá trị trung bình (Xtbtb) giá trị trung bình mưa (Xtb) trạm từ năm 19992015 làm giả thiết Ho, giả thiết xu hội tụ chuỗi số tiến gần Xtbtb, khẳng định khác biệt giá trị Xtb với giá trị Xtbtb - B2: Chọn mức ý nghĩa ờng chọn 1, 2, 10 %) [2] Chọn 0,05 = % Mức ý nghĩa cho độ tin cậy 95 %, có nghĩa chấp nhận sai sót % loại bỏ khơng xác giả thiết Ho trường hợp Ho Ngoài ra, mức ý nghĩa cịn cho thấy việc chấp nhận có % số liệu Xtb chuỗi có sai khác với giả thiết Ho (Xtbtb) - B3: Xác định miền tới hạn biên tới hạn dựa vào dạng phân bố tiêu mức ý nghĩa Sử dụng bảng tra Fisher [2] mức ý nghĩa chọn để xác định Fth - B4: Tính tiêu thống kê theo tài liệu quan trắc (Ftt) [1] F = tt 𝒏 𝒌 ∑𝒊𝒊 𝒌 𝟏 𝒌 ̅ ̅ 𝟐 𝟏 𝒏𝒊 𝑿𝒊 𝑿 𝒋 𝒏𝒊 ̅𝒊 𝟐 ∑𝒊𝒊 𝒌𝟏 ∑𝒋 𝟏 𝑿𝒊𝒋 𝑿 n-k, k-1: bậc tự k: tổng số lớp, lưu vực ni: số năm quan trắc lớp i ̅ ̅ : Tổng bình phương lớp ∑ ∑ ∑ ̅ : Tổng bình phương nội lớp - B5: So sánh Ftt với biên tới hạn (Fth) kết luận chấp nhận hay loại bỏ giả thiết Ho Nếu Ftt < Fth chấp nhận giả thiết Ho ngược lại bác bỏ giả thiết Ho b Quy trình đánh giá tính đồng chuỗi số liệu mưa năm (1999 - 2015) số trạm ĐBSCL (thuộc nhóm đồng thứ 4) (Các trạm cịn lại tiến hành phân tích tương tự kết thống kê mục 4.1) 334 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Bảng Chuỗi số liệu mưa năm (1999 - 2015) số trạm ĐBSCL (thuộc nhóm đồng thứ 4) Kiên Giang Cà Mau j i 10 11 STT Trạm Năm Xẻo Rô An Minh An Biên Sông Đốc Năm Căn Cà Mau U Minh NT U Minh Trần Văn Thời Thới Bình Viễn An Đơng 1999 3074 3177 3344 2260 2964 3549 3067 3258 3306 2837 2987 2000 2941 2274 2223 2499 2880 2630 3006 2871 2520 2612 2933 2001 2242 2031 3014 2372 2637 2393 2471 2032 1542 2442 2860 2002 1787 2233 1950 2221 2215 2303 2401 2041 2054 2335 2331 2003 2377 2030 2280 2026 2377 2488 2420 2450 2214 2117 2258 2004 1743 2444 2132 1935 1781 1932 2535 2120 2018 2285 1653 2005 1961 2377 1638 2047 2769 2204 2060 2447 2053 2171 2093 2006 2528 3097 1475 2389 2213 2345 2533 2282 2375 2115 1707 2007 2768 2997 2634 2508 2613 2611 3291 2929 2938 2871 3385 10 2008 2181 2603 2376 3064 2904 2602 2740 2518 2797 2603 2417 11 2009 2312 2466 2294 2446 2314 2244 2456 2485 2168 2406 1844 12 2010 2236 2351 1614 2422 2811 1987 2553 2515 2192 2335 2136 13 2011 2204 2101 2057 2186 2324 2446 2434 2157 2317 2086 1800 14 2012 2154 2499 2321 2239 2243 2154 2768 2862 2119 2387 1881 15 2013 2621 2347 3113 2403 2250 1941 2410 2231 2114 2466 2060 16 2014 2498 2020 2088 2389 1935 2066 1883 3001 2400 2017 2270 17 2015 2146 2189 1399 2097 2228 2297 1927 2251 2291 2058 2114 tb 2340 2426 2233 2324 2439 2364 2527 2497 2319 2361 2278 tb.tb 2373 B1: Gọi Ho giá trị bình quân mưa nhiều năm (1999 - 2015) 11 trạm Bảng Xtb.tb = 2373 B2: Chọn mức ý nghĩa = 0,05 B3: Xác định Fth dựa vào bảng tra Fisher mức ý nghĩa B4: Xác định Ftt dựa vào số liệu quan trắc: - Đầu tiên, tính Tổng bình phương lớp: ∑𝒊𝒊 𝒊 - Sau đó, xác định Tổng bình phương nội lớp: ∑𝒊 = 0,05 Thu được: Fth = 3,97 𝒌 𝟏 𝒏𝒊 ̅𝒊 𝑿 𝒌 ∑𝒋 𝒏𝒊 𝟏 𝒋 𝟏 ̅ 𝑿 𝑿𝒊𝒋 𝟐 = 1387489 ̅𝒊 𝑿 𝟐 = 26569863 335 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 ̅ ∑ - Cuối cùng, thu được: Ftt = ∑ ∑ ̅ ̅ = 0,92 B5: Nhận thấy Ftt < Fth nên giả thiết Ho chấp nhận, chuỗi số liệu đồng 3.2.4 Phương pháp GIS (Geographic Information S stem) 3.2.4.1 Xây dựng liệu không gian Sử dụng phần mềm Mapinfo xây dựng: * Nhóm lớp chung: Lớp hành chính, lớp vị trí (các trạm đo mưa), lớp thủy văn * Nhóm chuyên đề: Lớp đường đồng mức lượng mưa bình quân năm trạm đo mưa khu vực nghiên cứu 3.2.4.2 Xây dựng liệu thuộc tính Với lớp liệu khơng gian Mapinfo có bảng thuộc tính kèm Từ tiến hành xây dựng liệu thuộc tính cho trạm đo mưa, phục vụ cho công việc vẽ đường đồng mức sau KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Kết đánh giá tính đồng phân vùng đồng Sau kiểm định tính đồng chuỗi liệu mưa bình quân nhiều năm trạm ĐBSCL kết thu nhóm vùng đồng nhất, bước thực phân tích liệu theo phương pháp Phân tích phương sai theo dấu hiệu tóm tắt thể bảng tương ứng với nhóm đây: Bảng Nhóm đồng số liệu mưa thứ STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 336 Tên trạm Cần Thơ Rạch Gịi Ơ Mơn Thốt Nốt Mỹ Thuận Tam Bình Trà Ơn Vĩnh Long Kế Sách Long Phú Mỹ Tú Vĩnh Châu Trần Đề Phụng Hiệp Đại Ngãi Chợ Lách Bình Đại Bến Trai Xtb 1548 1678 1559 1457 1500 1480 1767 1499 1502 1691 1634 1639 1596 1732 1771 1477 1494 1547 STT 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 Tên trạm Ba Tri Hương Mỹ Bến Tre Trà Vinh Càng Long Bến Giá Tiểu Cần Trà Cú Hòa Bình Vàm Kênh Long Định Cai Lậy Gị Cơng Đơng Mỹ Phước Hậu Mỹ Bắc Tân An Kiến Bình Mộc Hóa Tuyên Nhơn Bến Lức Xtb 1561 1637 1529 1455 1646 1631 1495 1625 1448 1511 1514 1457 1498 1411 1686 1561 1502 1651 1466 1669 ... 3.2.3.2 Quy trình phân tích a Quy trình phân tích Chọn chuỗi liệu mưa năm từ năm 1999 - 2015 trạm đo mưa ĐBSCL làm chuỗi liệu nghiên cứu, bước phân tích kiểm định tính đồng chuỗi liệu tiến hành theo... nhiều năm trạm ĐBSCL kết thu nhóm vùng đồng nhất, bước thực phân tích liệu theo phương pháp Phân tích phương sai theo dấu hiệu tóm tắt thể bảng tương ứng với nhóm đây: Bảng Nhóm đồng số liệu mưa. .. xây dựng liệu thuộc tính cho trạm đo mưa, phục vụ cho công việc vẽ đường đồng mức sau KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Kết đánh giá tính đồng phân vùng đồng Sau kiểm định tính đồng chuỗi liệu mưa bình