TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN | BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Phân chia lưu vực (Watershed division) Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Quản lý lưu vực Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Nội dung Một sớ khái niệm (Concepts) Bản đồ địa hình (Topographic maps) hình độ cao sớ (Digital Elevation Model) Mô Phương pháp phân chia lưu vực (Method of watershed division) Phân chia lưu vực thủ công (Manual delineation) Phân chia lưu vực tự động (Automatic delineation) Xây dựng DEM (Create DEM) Hiệu Xác định hướng dòng chảy (Create a flow direction raster) Tính tốn dịng chảy tích lũy (Generate a flow accumulation raster) dấu vị trí cửa xả (Add outlet) Phác dấu vị trí điểm cao (Mark high points near water body) Phân Đánh Đánh Nối điểm lại với tạo thành đường phân thủy (Connect the marks) chỉnh DEM (Fill DEM) họa mạng lưới dòng chảy (Identify the stream network) định ranh giới lưu vực (Delineate the watershed boundary) Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Một số khái niệm Bản đồ địa hình Thể thay đổi độ cao bề mặt đất dạng điểm độ cao, đường bình độ Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Đường bình độ Mơ hình địa hình 2D Phương pháp phổ biến nhất, thớng đồ địa hình Tập hợp đường độ cao (tưởng tượng) liên tục mặt đất Tập hợp giao tuyến tạo mặt phẳng (song song với mặt thủy chuẩn) với bề mặt địa hình Ví dụ, đường giao mặt nước với bề mặt đất xung quanh Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Một sớ dạng đường bình độ Đồi núi Ao, hồ Vách đá Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Cấu trúc liệu đường bình độ Tập hợp đường nới liền điểm có độ cao Đường bình độ in đậm (ghi giá trị độ cao/ Index contour) Đường bình độ in thường, giá trị nội suy từ bình độ Khoảng cao (contour interval) chênh lệch độ cao đường bình độ liên tiếp (khoảng cách đứng/vertical distance): m, m, 10 m,… Sườn thoải Sườn dốc Khoảng cách ngang (horizontal distance) khoảng cách đo đồ dựa tỉ lệ đồ đường bình độ Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Tính chất đường bình độ Khoảng cách đứng đường bình độ liên tiếp đồng Khoảng cách ngang đường bình độ tỉ lệ nghịch với độ dốc Độ dốc lớn Độ dốc nhỏ Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Tính chất đường bình độ Độ dớc lớn địa hình điểm đường bình độ đường dọc theo pháp tuyến đường bình độ điểm Đường dốc (sống núi) Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Tính chất đường bình độ Đường bình độ không qua cấu trúc cố định nhà cửa Nhà cửa Các đường bình độ lồng vào nhau, không xoắn ốc, không cắt (trừ trường hợp hang động núi hàm ếch) Mỗi đường bình độ phải tự đóng khơng thiết phải nằm khung đồ Vách đá Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Một số khái niệm Mơ hình độ cao sớ (Digital Elevation Model- DEM): Thể dạng số thay đổi liên tục độ cao khơng gian 10 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Bài tập Dựa đồ địa hình, phác họa ranh giới lưu vực sông với cửa xả màu đỏ? 19 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Bài tập Dựa đồ địa hình, phác họa ranh giới lưu vực sơng? 21 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Thủ cơng đồ địa hình Ưu điểm: Khá Có thể phác họa lưu vực đồ giấy, Phù đơn giản, khơng cần máy tính, hợp với lưu vực nhỏ Nhược điểm: Cần Độ hiểu rõ địa hình thủy văn, xác phụ thuộc vào thị lực kinh nghiệm người thực hiện, Không Mất linh hoạt có thay đổi vị trí cửa xả, nhiều thời gian thực lưu vực lớn 22 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Tự động DEM với hỗ trợ GIS Bước 1: Xây dựng DEM Bước 2: Hiệu chỉnh DEM Bước 3: Xác định hướng dịng chảy Bước 4: Tính tốn dịng chảy tích lũy Bước 5: Phác họa mạng lưới dòng chảy Bước 6: Phân định ranh giới lưu vực 23 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Xây dựng DEM Mơ hình DEM xây dựng từ đồ địa hình Kích thước pixel phụ thuộc vào quy mơ lưu vực tỷ lệ đồ địa hình, nhiên, thường dao động khoảng từ 10 – 100 m Trong trường hợp DEM có sẵn trước sử dụng cần kiểm tra tính phù hợp thơng tin bản, bao gồm kích thước pixel hệ tọa độ 24 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Hiệu chỉnh DEM Mô hình DEM chưa hiệu chỉnh có số lỗi điểm trũng/ đỉnh nhọn không mong muốn Điểm trũng lấp đầy Mặt cắt điểm trũng trước sau hiệu chỉnh DEM Đỉnh nhọn loại bỏ Mặt cắt đỉnh nhọn trước sau hiệu chỉnh DEM 25 Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Xác định hướng dòng chảy (D8- Single Flow) Hướng dòng chảy cho pixel xác định sở so sánh độ chênh cao (độ dớc) pixel với pixel xung quanh: ∆𝐡i = (H – Hi)/ Di (78 – 74)/1 = (78 – 72)/1 = (78 – 67)/ = 6,36 max Hướng dịng chảy DEM Trong đó, ∆hi độ chênh cao, H độ cao pixel cần xác định hướng dòng chảy, Hi độ cao pixel lân cận, Di khoảng cách pixel (1 2) Hướng dịng chảy hướng tới pixel có độ chênh cao (độ dốc) lớn (47 – 22)/ = 17,68 (47 – 21)/1 = 26 max (47 – 12)/ = 24,75 Do nước chảy từ cao xuống thấp nên pixel chảy pixel 11 (47 – 34)/1 = 13 pixel lại (53,61,58,55) với độ cao lớn khơng cần tính 26 Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Tính tốn dịng chảy tích lũy Sự tích lũy dịng chảy cho pixel khu vực DEM xác định cách tính tổng sớ pixel tập trung nước pixel theo hướng dịng chảy (trực tiếp lẫn gián tiếp) Bản đồ dòng chảy tích lũy đồ sơng śi lưu vực điều kiện tự nhiên Hướng dòng chảy Dịng chảy tích lũy 28 Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phác họa mạng lưới dòng chảy Mạng lưới dòng chảy lưu vực DEM xác định cách thiết lập ngưỡng giá trị cho dịng chảy tích lũy Pixel có dịng chảy tích lũy lớn ngưỡng mơ Hướng dịng chảy pixel mơ kế thừa từ raster hướng dịng chảy Ví dụ: mạng lưới dịng chảy lưu vực thiết lập ngưỡng lớn pixel Mạng lưới dòng chảy Hướng dịng chảy Dịng chảy tích lũy 29 Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân định ranh giới lưu vực Hiển thị tọa độ cửa xả lưu vực lên đồ dịng chảy tích lũy, Khoanh vẽ ranh giới lưu vực bao gồm pixel chảy cửa xả Ranh giới lưu vực Hướng dịng chảy Dịng chảy tích lũy 30 Phân chia lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Bài tập Cho DEM (kích thước pixel = 10 m) Sử dụng mơ hình D8, xác định hướng dịng chảy (nếu pixel khơng xác định hướng ghi Na) cho: định mạng lưới dòng chảy lưu vực (ngưỡng dịng chảy tích lũy lớn pixel)? Xác Phác họa ranh giới lưu vực? Pixel hàng cột 1? Pixel hàng cột 5? 10 15 20 18 15 Pixel hàng cột 2? 14 18 25 21 17 Tồn pixel? Tính tốn dịng chảy tích lũy cho: Pixel hàng cột 1? Pixel hàng cột 5? 12 16 20 16 14 10 12 11 13 10 11 Pixel hàng cột 2? Tồn pixel? 31 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Bài tập nhà Cho DEM (kích thước pixel = 10 m) Sử dụng mơ hình D8, xác định hướng dịng chảy (mũi tên)? Nếu pixel khơng xác định hướng ghi Na Tính tốn dịng chảy tích lũy? định mạng lưới dịng chảy lưu vực (ngưỡng dịng chảy tích lũy lớn pixel)? Xác Phác họa ranh giới lưu vực đến pixel màu đỏ? 36 32 38 43 46 39 36 31 35 34 47 38 34 30 29 49 45 40 35 33 52 50 47 41 37 33 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Tự động DEM với hỗ trợ GIS Ưu điểm: Không Độ xác phụ thuộc vào DEM, Linh hoạt có thay đổi vị trí cửa xả, Nhanh cần hiểu rõ địa hình thủy văn, chóng thực lưu vực lớn Nhược điểm: Phức tạp, cần máy tính, Khơng thể phác họa lưu vực đồ giấy 35 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Yêu cầu cần đạt Bản đồ địa hình thể thay đổi độ cao bề mặt đất dạng điểm độ cao, đường bình độ Mơ hình độ cao sớ (Digital Elevation Model- DEM) thể dạng số thay đổi liên tục độ cao không gian Phân chia lưu vực thủ công bao gồm bước: Đánh dấu vị trí cửa xả, Đánh dấu vị trí điểm cao nhất, Nối điểm lại với tạo thành đường phân thủy cho vng góc vng góc với đường bình độ Phân chia lưu vực tự động bao gồm bước: Xây dựng DEM, Hiệu chỉnh DEM, Xác định hướng dịng chảy, Tính tốn dịng chảy tích lũy, Phác họa mạng lưới dịng chảy, Phân định ranh giới lưu vực 36 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Phân chia lưu vực Yêu cầu cần đạt Theo mơ hình D8, hướng dịng chảy cho pixel hướng tới điểm có độ chênh cao lớn Sự tích lũy dịng chảy cho pixel khu vực mơ hình DEM xác định cách tính tổng sớ pixel tập trung nước pixel theo hướng dịng chảy (trực tiếp lẫn gián tiếp) Mạng lưới dòng chảy lưu vực mơ hình DEM xác định cách thiết lập ngưỡng giá trị cho dòng chảy tích lũy Khi đó, pixel có dịng chảy tích lũy lớn giá trị ngưỡng mô Hiển thị tọa độ cửa xả lưu vực lên đồ dịng chảy tích lũy, sau khoanh vẽ ranh giới lưu vực bao gồm pixel chảy cửa xả 37