Phương pháp hồi qui logistic xây dựng mô hình nhận thức

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Duy Huy Bình ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY ĐA BIẾN LOGISTIC XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHẬN THỨC VỀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÀ DIỄN, TỈNH PHÚ YÊN Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60440224 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS.TS NGUYỄN TIỀN GIANG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: TS BÙI QUANG THÀNH Hà Nội, 2017 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH .i DANH MỤC BẢNG .ii LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÀ DIỄN, TỈNH PHÚ YÊN 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình 1.1.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn, hải văn .4 1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 21 1.2.1 Các hoạt động mang tính quản lý vùng cửa sơng ven biển [1] 21 1.2.2 Các cơng trình thủy lợi lưu vực sông Ba [4] 21 1.2.3 Các cơng trình thủy điện lưu vực sông Ba 22 1.2.4 Các hoạt động phát triển kinh tế xã hội khác 24 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU 29 2.1 Phương pháp nghiên cứu 29 2.1.1 Khái niệm cửa sông 29 2.1.2 Mơ hình nhận thức 30 2.1.3 Phương pháp phân tích hồi quy bước logistic 31 2.2 Số liệu: 34 2.2.1 Biến phụ thuộc: 34 2.2.2 Biến độc lập: 38 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỒI QUY ĐA BIẾN TỪNG BƯỚC LOGISTIC XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHẬN THỨC VỀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI CỬA SÔNG ĐÀ DIỄN, TỈNH PHÚ YÊN 44 3.1 Phân tích thống kê đánh giá liệu ảnh viễn thám Landsat .44 3.1.1 Giai đoạn 1: .44 3.1.2 Giai đoạn 2: .45 3.1.3 Giai đoạn 3: .46 3.2 Kết mơ hình phân tích hồi quy bước logistic: 47 3.2.1 Giai đoạn 1: .48 3.2.2 Giai đoạn 2: .49 3.2.3 Giai đoạn 3: .51 3.2.4 Cả năm .54 3.3 Mô hình nhận thức diễn biến độ rộng cửa sơng 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC HÌNH Hình Vị trí cửa Đà Diễn Hình Hoa gió tính từ số liệu gió đo trạm Tuy Hòa [1] Hình Kè đá phía Bắc cửa Đà Diễn, khu vực hải đăng (11/2017) 25 Hình Hệ thống kè cứng phía Nam cửa Đà Diễn – Xóm Rớ (11/2017) 25 Hình Kè đá bảo vệ bờ Nam cửa sông Đà Diễn (11/2017) .26 Hình Quy trình mơ hình nhận thức (Robinson, 2011) [10] 30 Hình Ảnh thu thập từ vệ tinh Landsat (11/02/2015) .37 Hình Hình ảnh thu thập từ vệ tinh Landsat – SLC off (05/12/2005) 38 Hình Vị trí trạm Củng Sơn (Nguồn: Google Earth) 39 Hình 10 Tọa độ trích xuất liệu 40 Hình 11 Tỷ lệ đóng mở cửa sơng giai đoạn 45 Hình 12 Thời điểm cửa sơng thu hẹp gần hồn tồn 45 Hình 13 Tỷ lệ đóng mở cửa sơng giai đoạn 46 Hình 14 Tỷ lệ đóng mở cửa sơng giai đoạn 46 Hình 15 Đường tần suất lưu lượng trung bình ngày lớn nhiều năm giai đoạn 1977 – 2016 trạm Củng Sơn 47 Hình 16 Kết mơ hình giai đoạn 49 Hình 17 Kết mơ hình giai đoạn 50 Hình 18 Kết mơ hình giai đoạn 52 Hình 19 Kết mơ hình năm .54 Hình 20 Mơ hình nhận thức diễn biến độ rộng cửa sông Đà Diễn .55 i DANH MỤC BẢNG Bảng Tần suất (%) hướng gió thịnh hành khu vực Phú Yên Bảng Đặc trưng thời tiết có bão Tuy Hịa (Phú Yên) .8 Bảng Lưu lượng trung bình ngày lớn năm giai đoạn 1978 – 2016 trạm Củng Sơn .11 Bảng Phân phối dịng chảy bình qn nhiều năm tuyến Củng Sơn (1977-2016) 11 Bảng Kết 32 số biến đổi thủy văn qua giai đoạn, thời kỳ điều tiết so với thời kỳ tự nhiên [3] 13 Bảng Đường kính hạt trung bình (d50) độ chọn lọc (so) trầm tích vùng cửa sơng Đà Diễn [4] 17 Bảng Bảng tính tốn cao độ độ lớn thủy triều dựa số liệu toàn cầu 19 Bảng Đặc trưng sóng khu vực cửa sông Đà Diễn [6] .20 Bảng Các cơng trình thuỷ điện dịng nhánh lớn lưu vực sông Ba [1] 23 Bảng 10 Lượng bùn cát đến hồ Sơng Ba Hạ có hồ An Khê, Krong Hnăng Iayun [1] 23 Bảng 11 Phần trăm biến động đối tượng giai đoạn 1992-2000 [7] 27 Bảng 12 Số liệu đầu cho mơ hình giai đoạn 48 Bảng 13 Số liệu đầu cho mơ hình giai đoạn 49 Bảng 14 Tỷ lệ mở cửa sơng theo lượng sóng hướng sóng điều kiện lăng trụ triều lớn 51 Bảng 15 Số liệu đầu cho mô hình giai đoạn 51 Bảng 16 Tỷ lệ mở cửa sông theo lượng lượng sơng hướng sóng điều kiện lượng sóng lớn 52 Bảng 17 Tỷ lệ mở cửa sơng theo lưu lượng sơng hướng sóng điều kiện lượng sóng trung bình 53 ii LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành thủy văn học với đề tài: "Ứng dụng phương pháp hồi quy đa biến Logistic xây dựng mơ hình nhận thức diễn biến hình thái khu vực cửa sông Đà Diễn, tỉnh Phú Yên" kết trình nghiên cứu thân giúp đỡ, động viên khích lệ giảng viên, bạn bè đồng nghiệp người thân Qua trang viết này, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu khoa học vừa qua Tôi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc PGS TS Nguyễn Tiền Giang tận tình hướng dẫn trực tiếp, định hướng nghiên cứu, cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn TS Bùi Quang Thành, hướng dẫn phụ tơi, ln hỗ trợ tơi q trình nghiên cứu định hướng phương pháp xử lý, phân tích ảnh vệ tinh luận văn Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Bộ môn Thủy văn học tồn điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng trình nghiên cứu khoa học Xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước:“Nghiên cứu sở khoa học để xác định chế bồi lấp, sạt lở đề xuất giải pháp ổn định cửa sông Đà Diễn Đà Nông tỉnh Phú Yên phục vụ phát triển bền vững sở hạ tầng kinh tế xã hội” mã số ĐTĐL.CN.15/15 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội chủ trì, cung cấp số liệu, tài liệu hỗ trợ q trình nghiên cứu Cuối tơi gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp Trung tâm Động lực học Thủy khí Mơi trường giúp đỡ tơi trình học tập thực luận văn Tác giả Phạm Duy Huy Bình MỞ ĐẦU Sơng Ba sông lớn khu vực Nam Trung Bộ lưu vực sông nội địa lớn thứ hai lãnh thổ Việt Nam sau lưu vực sông Đồng Nai Cửa Đà Diễn nơi sông Ba (hạ lưu gọi sông Đà Rằng) đổ biển, thuộc phường phường Phú Lâm, thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên Đây nơi ngư dân địa phương sử dụng làm bến cảng với 900 tàu khai thác hải sản xa bờ thường xuyên neo đậu Vùng biển có tiềm lớn khai thác nguồn lợi thủy hải sản, đặc biệt cảng cá cửa sông Đà Diễn trở thành trung tâm buôn bán cá ngừ đại dương lớn duyên hải miền Trung Bên cạnh đó, thành phố Tuy Hịa, thị loại II trực thuộc tỉnh Phú Yên, với dân số 200.000 người thành phố phát triển toàn diện nhiều mặt bao gồm nông nghiệp, công nghiệp, du lịch… nằm dọc theo hai bờ sông Đà Rằng cửa Đà Diễn Có thể thấy, hoạt động thành phố gắn chặt với sông Tuy nhiên, khu vực hạ lưu sông Ba năm gần lại có diễn biến vơ phức tạp Lịng dẫn sơng Đà Rằng có xu hướng bồi lấp hình thành nhiều bãi bồi ven sông Mặt khác, khu vực cửa sông, nơi tiếp nối sơng biển, lại có diễn biến trái ngược theo mùa Cửa sơng Đà Diễn có xu hướng bị bồi lấp bị đóng hồn toàn năm năm 1990,1998 2007, thời gian ngắn lũ lớn xảy ra, cửa sông lại mở rộng lớn, đặc biệt ảnh hưởng trận lũ năm 1993 với lưu lượng lũ 21500 m /s đo đạc trạm thủy văn Củng Sơn khiến cửa sông Đà Diễn mở rộng 1000m Nhưng lưu lượng sông lại chưa phải yếu tố tác động chủ đạo đến diễn biến cửa sơng Có thể nói, cửa sơng Đà Diễn có chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố tự nhiên khác dẫn đến diễn biến phức tạp vùng cửa sông Không thế, tác động từ hoạt động người ví dụ xây dựng cơng trình chỉnh trị sông, khai thác cát, khai thông luồng lạch… gián tiếp gây xáo trộn phức tạp khiến cho cửa sông Đà Diễn không ổn định Đứng trước tình trạng đó, quyền địa phương thực số biện pháp tạm thời nhằm mục đích khắc phục tối đa thiệt hại đến hoạt động kinh tế xã hội địa bàn Nhưng để xây dựng triển khai biện pháp có hiệu cao mang tính lâu dài, cần phải có nghiên cứu khoa học để tìm ngun nhân tác động đến diễn biến cửa sơng Luận văn tập trung xây dựng mơ hình khái niệm diễn biến hình thái cửa sơng Đà Diễn, Phú Yên Phương pháp áp dụng phương pháp phân tích hồi quy bước logistic để xác định mối quan hệ mức độ tác động yếu tố tự nhiên tác động đến chế diễn biến khu vực cửa sông giai đoạn từ 1988 - 2009 Số liệu thu thập phục vụ nghiên cứu gồm số liệu lưu lượng trung bình ngày đo đạc trạm Củng Sơn, số liệu khí tượng, thủy hải văn toàn cầu từ ECMWF, ảnh viễn thám Lansat Kết luận văn nghiên cứu sở để xây dựng mơ hình tốn mơ chế độ thủy thạch động khu vực theo thời đoạn ngắn dài hạn Cấu trúc luận văn gồm phần: Mở đầu Chương 1: Tổng quan đặc điểm địa lý tự nhiên kinh tế xã hội khu vực cửa sông Đà Diễn, tỉnh Phú Yên Chương 2: Phương pháp nghiên cứu số liệu Chương 3: Ứng dụng phương pháp phân tích hồi quy đa biến bước logistic xây dựng mơ hình nhận thức diễn biến hình thái cửa sông Đà Diễn, Phú Yên Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÀ DIỄN, TỈNH PHÚ YÊN 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Hạ lưu sơng Ba cịn gọi sơng Đà Rằng Sơng Ba dài 374 km, bắt nguồn từ dãy núi Ngọc Rô, tây bắc tỉnh Kon Tum, từ độ cao 1.549 mét, chảy theo hướng Bắc-Nam qua huyện Kon Plông tỉnh Kon Tum, KBang, Đắk Pơ, An Khê, Kông Chro, Ia Pa, Ayun Pa tỉnh Gia Lai, chuyển sang hướng Tây Bắc-Đông Nam qua huyện Krông Pa (Gia Lai) vào địa phận Phú Yên theo hướng Tây-Đơng làm thành ranh giới tự nhiên Sơn Hịa Sơng Hinh, Sơn Hịa Tây Hịa, Tây Hòa Phú Hòa, Tây Hòa thành phố Tuy Hịa đổ biển Đơng cửa biển Đà Diễn (Hình 1) Hình Vị trí cửa Đà Diễn o (Nguồn: Google Earth) o Tọa độ cửa sông Đà Diễn khoảng 13 5‟23.65” vĩ độ Bắc, 109 19‟40.79” kinh độ Đông Vùng cửa sông nằm phía Nam thành phố Tuy Hịa, giáp với huyện Đơng Hịa – tỉnh Phú n 1.1.2 Đặc điểm địa hình Địa hình tỉnh Phú Yên phức tạp với phần diện tích đồi núi chiếm khoảng 70% diện tích tồn tỉnh Địa hình tỉnh có đỉnh núi cao 1.000 m đỉnh cao 1.470 m Nửa phía Tây tỉnh Phú Yên sườn phía Đơng dãy Trường Sơn, địa hình tỉnh thầp dần từ Tây sang Đông Các vùng núi tương đối thấp phía Bắc cao phía Nam tỉnh Dãy núi Chư Mu, Hịn Bà cao 1000 m, biên giới phía Nam tỉnh Thung lũng sông Ba kéo dài từ Gia Lai – Kon Tum, xuyên qua Phú Yên đến biển Do vị trí địa lý ảnh hưởng địa hình mà vùng hạ du lưu vực sông Ba thường xuyên chịu tác động yếu tố tự nhiên mưa, gió, sóng, bão, áp thấp nhiệt đới, phân bố bồi tích khơng … gây nên lũ lụt, bồi lấp, xói lở khu vực cửa sơng Ngồi ra, tác động người khai thác không hợp lý tài nguyên rừng, khoanh đắp đầm nuôi hải sản, cơng trình dân sinh, thủy lợi, thủy điện… làm thay đổi chế độ dòng chảy lượng bùn cát từ sơng đổ biển Phía thượng nguồn rừng bị tàn phá làm suy thối cạn kiệt dịng chảy mùa khô hạ lưu dẫn đến hậu môi trường vùng ven biển suy thoái hệ sinh thái, giảm nguồn lợi thuỷ sản, thay đổi vận chuyển bùn cát sông, nhiễm mặn suy giảm chất lượng nước 1.1.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn, hải văn 1.1.3.1 Đặc điểm khí tượng Gió Từ số liệu quan trắc trạm Tuy Hoà, Miền Tây Sơn Hòa (Phú Yên) từ năm 1987 đến năm 2007 (Bảng 1), dễ dàng nhận thấy mùa đơng (từ tháng 10 đến tháng năm sau) gió khu vực cửa Đà Diễn có hướng thịnh hành Bắc, tập o trung chủ yếu vào góc từ - 90 (từ Bắc đến Đơng), mùa mưa có tần suất 50 – 60%, sau gió Đơng Bắc với tần suất 30 - 45% Vào tháng 10 tháng 4, gió Đơng Bắc thường chiếm ưu hướng Bảng Tần suất (%) hướng gió thịnh hành khu vực Phú Yên Tháng\Trạm Tuy Hoà Miền Tây Sơn Hoà N - 63,3 NE - 60,4 E - 36,4 N - 51,4 NE - 57,6 E - 43,4 N E - 30,2 NE - 51,0 E - 42,3 E - 37,8 NE - 41,1 E - 35,3 E - 32,3 W - 35,2 W - 31,1 W - 45,2 W - 48,4 W - 31,1 W - 44,6 W - 60,6 W - 64,0 W - 58,5 W - 64,2 W - 63,7