Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành Thủy văn học: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân bố trong đánh giá ảnh hưởng của việc thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước lưu vực sông Cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐINH XUÂN HÙNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ MÔ HÌNH THỦY VĂN PHAN BO TRONG DANH GIÁ ANH

HUONG CUA VIỆC THAY DOI THAM PHU DEN TÀI NGUYEN NUOC LUU VUC SONG CAU

HÀ NỘI, NĂM 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỊNH XUAN HUNG

NGHIEN CUU UNG DUNG CONG NGHE VIEN THAM VA MÔ HÌNH THUY VAN PHAN BO TRONG ĐÁNH GIA ANH

HUONG CUA VIỆC THAY DOI THAM PHU DEN TÀI NGUYEN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CAU

“Chuyên ngành Thủy văn họcMã số 60440225

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1PGS Lê An

2.78, Lê Viết Son

HÀ NỘI, NĂM 2018

LỜI CAM ĐOAN

“Tác giá xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của ban thân tác giả Các kết quảnghiên cứu và ckết luận trong luận văn là trung thực, không sao cfky mộtmn nào và dưới bắt kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã

được thực hiện ích dẫn và ghi nguồn tài iệu tham khảo đúng quy định

“Tác giả luận văn.

Dinh Xuân Hùng.

Lời cảm ơn

Để hoàn thành khóa luận nay, em xin t6 lòng biết ơn sâu sắc đến thay PGS.TS

Ngô Lê An - Giảng viên khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, trường Đại học

Thủy lợi; TS Lê Viết Sơn - Phòng Quy hoạch Thủy lợi Bắc Bộ - Viện Quy hoạch Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình viết luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới NCS.ThS Hà Thanh Lân - Phòng Dao tạo, Hợp tác Quốc tế -Viện Quy hoạch Thủy lợi đã tạo điều.

kiện, giúp đỡ em trong thời gian qua Em chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong,khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, Trường Đại học Thủy lợi cùng các anh chịở Viện Quy hoạch Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức trong thời

gian em học tập Với vin kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ

là nên tảng cho quá trình nghiên cứu luận văn mà còn là hành trang quý bầu

trong quá trình công tác sau này Em chân thành cảm ơn Ban giám đốc Viện

Quy hoạch Thủy lợi đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để em học tập tại

trường Cuối cùng em kính chúc quý thiy, cô dồi dao sức khỏe và thành công,

trong sự nghiệp cao quý Đồng kính chúc các cô, chú, anh, chị trong Viện Quy.hoạch Thủy lợi luôn dồi dio sức khỏe, dat được nhiều thành công trong công,

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BANG BIÊU : viiDANH MỤC TU VIET TAT VA GIẢI THICH THUAT NGỮ viii

MO ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của để ải 12 Mye tiêu nghiên cứu 2

3 Boi tượng và phạm vi nghiên cứu, 3và phương pháp nghiên cứu 3 cận 3 4.2 Phương pháp nghiên cứu 3

CHUONG |: TONG QUAN VE DE TÀI NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về công nghệ 4

1.1.1 Trên thể giới 5

1.12 Trong nước 8

1.1.3 Đánh giá chung về các nghiên cứu trong nước và ngoài nước có liên quan 10

1.2 Tổng quan vé mô hình thủy văn phân bổ hiện nay ul

1.2.1 Ngoài nước "

1.2.2 Trong nước 14

1.2.3 Đánh giá chung về nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn phân bố biện

nay 15

1.3 Một số nghiên cứu ứng dung công nghệ viễn thám kết hợp mô hình thủy văn

phân bố trong quản lý, đánh giá tải nguyên nước 151.3.1 Các nghiên cứu trên thé giới 151.4.2 Các nghiên cứu trong nước „

1.4.3 Đánh giá chung về khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình

thủy văn phân bổ trong quản lý, đánh giả tài nguyên nước: 18

1.4 Tổng quan về số iệu viễn thắm mưa vệ tinh hiện nay 19

1.5 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 231.5.1 Đặc trưng về vị tri dia lý, kinh tế" xã hội 2

1.5.2 Dặc trưng về 2

1.53 Đặc trưng về mưa 241.5.4 Đặc trưng về 28

'CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU : 29

2.1 Phương pháp nghiên cứu va xử lý dữ liệu ảnh Viễn thám 292.1.1 Công nghệ Google Earth Engine 29

2.3.2 Thiết lập mô hình và trình tự thực hiện 46

CHUONG 3: KET QUA VA ĐÁNH GIÁ 33

3.1 Ung dụng công nghệ viễn thám trong xây dựng bản đỏ thảm phủ 533.1.1 Ung dụng công nghệ Google Earth Engine trong xây dựng bản đỏ thảm phủ.

sơ bản 533.1.2 So sảnh, đánh giá kết quả xây dựng bản đồ thâm phủ bằng công nghệ

Google Earth Engine và dữ liệu của SERVIR Mekong 563.2 Kết quả đánh giá dữ liệu mưa vệ tinh 38

3.3 Kết quả, dnh giá mô phòng dòng chảy lưu vực sông Cầu sử bằng mo hình

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Bản đồ thâm phủ miễn Đông Bắc fran qua các năm? (A) 1972: (B) 1986; (C)

2000 và (D) 2014 6

Hình 1.2: Bản đỏ sử dụng đất vùng Tanguar Haor, Sunamganj, Bangladesh 7Hình 1.3: Sơ đồ hiệ trang và cơ edu, diện tích các kiễu thảm thực vật huyện Kỳ Anh,Hà Tĩnh năm 2008 8

Hình 1.4; Ban đồ sử dụng dat các năm 1967; 1989; 1998 và 2005 của xã Châu.

Khé, huyện Con Cuông, tỉnh Nghệ An 9

Hình 1.5: Bản đồ nguy cơ han han các năm 2000;2005;2010 và 2014 sử dụng chỉ số TVDI khu vục huyện Bắc Bình, tinh Bình Thuận 10

Hình 1.6: Ban đồ sử dụng đắtthảm phù lưu vực sông Jiulong, Trung Quốc theo các

năm 2002, 2007 và 2010 12

Hình 1.7: Kết quả hiệu chính dòng chảy lưu vực sông Olifants giai đoạn 1988-2001 13

Hình 1.8: Kết qua mô phòng đồng chay lưu vực sông Olifants giai đoạn 2002-2013 sau

khi sử đụng bộ thông s đã hiệu chinh là

Hình L9: Ty lệ thay đổi ti nguyên nước 4) dưới tác dụng của sử dụng dit vùngGreat Lake-Michigan và Wisconsin sử dung ảnh viễn thám và mô hình SWAT 16Hình 110: Nền ting công nghệ mô hình do Trường Đại học Công nghệ Delft và

Future Water (Hà Lan) xây đựng dua trên mô hình SPHY và công nghệ viễn thảm

phục vụ đánh giá nguồn nước lưu vực sông Hồng 1Hình I.11:Dữ liệu mưa CHIRPS cho châu Phi ngày 04-04-2017 20Hình 1.12: Dữ liệu mưa CMORPH ngày 08-11-2015 ở Autalia 21Hình 1-13: Dữ iệu mưa GPM toàn câu ngày 01-07-2014 2

29Hình 2.2: Lưu vực sông Cầu 6 hợp mau tự nhiên bằng ảnh Landsat các năm: (1) 2000;

2) 2010; (3) 2015 trên nền Google map, 34

Hình 2.3: Bản đỏ độ cao số lưu vực sông 37 Hình 2.4: Bản dé thé nhường lưu vực sông Cau 38 Hình 2.5: Sơ đồ xây dựng bản đồ thảm phủ theo Servir-Mekong 39 Hinh 2.6: Bản đỏ thâm phủ lưu vực sông Cu năm 2000 40

inh 2.7: Bản đồ hàm phi lưu vực sông Cầu năm 2010 41

Hình 2.8:Ban đỏ thảm phủ lưu vực sông Cau năm 2015 4d.

Hình 2.9: Sơ đồ diễn giải mô phòng nguồn nước bing mô hinh SWAT 45

Mình 2.10: Phan chia lưu vực bing Watershed Delineation 46

Hình 2.11: Sơ đồ các tiêu lưu vực, các công trnh rên hem vực sông Cau 48 Hình 2.12: Bản đồ điểm do mưa vệ tinh CHIRPS trên lưu vực sông Clu sỉ

Hình 3.1: Bản đồ thảm phủ lưu vực sông Cầu năm 2000 54Hình 32: Bản đồ thâm phủ lưu vực sông Chu năm 2010 55Hình 3.3: Bản đồ thâm phủ lưu vực sông Chu năm 2015 56

3.4: Biểu đồ mưa thực đo và mưa vệ tinh CHIRPS tram Bắc Cạn sẽ

Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ mưa tháng thực đo - mưa vệ tinh CHIRPS tram Bắc Cạn 59Hình 3.6: Biểu đồ mưa thục đo và mưa vệ tính CHIRPS trạm Định Hóa 59Hình 37: Biểu đồ quan hệ mưa thing thực do - mưa vệ tinh CHIRPS trạm Định Hóa.60Biểu đô mưa thực đo và mưa vệ tỉnh CHIRPS trạm Thái Nguyên 60

Hình 39: Biểu đồ quan hệ mưa thing thực đo - mưa vệ tinh CHIRPS trạm Thái

Nguyên, : 6lHình 3.10: Biểu đỏ mưa thực do va mưa vệ tinh CHIRPS trạm Bắc Ninh 1

Hình 3.11: Biểu đồ quan hệ mưa tháng thực đo - mưa vệ tỉnh CHIRPS trạm Bắc Ninh.

3.12: Kết quả mô phỏng dong chảy tại trạm Gia Bảy giai đoạn 1997 ~ 2003 63Mình 3.13: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Gia Bay giai đoạn 1997 — 2003 65

Hình 3.14: Đường phan bố lưu lượng thực đo - lưu lượng mô phỏng tai tram Gia Baygiai đoạn 1997 - 2003 65Mình 3.15: Kết quả kiểm định mô hình tại tram Gia Bay giai doạn 2004- 2011 66Hình 3.16: Đường quan hé lưu lượng thực do - lưu lượng mô phòng theo thang tạitrạm Gia Bay giai đoạn 2004 - 2011 66Hình 3.17: So sánh đường quá trình dong chảy trạm thủy văn Gia Bảy năm 2000 sircdụng bản đồ thảm phủ năm 2000, 2010 và 2015 68Hình 3.18: So sánh đường quá trình đồng chảy trạm thủy văn Gia Bảy năm 2010 sir‘dung ban đồ thảm phủ năm 2000, 2010 và 2015 69inh 3.19: Đường quá trình dòng chảy trạm thủy văn Gia Bay năm 2015 sử dụng banthâm phủ năm 2000, 2010 và 2015 70

DANH MỤC BANG BIEU.

Bảng 1.1: Một số nguồn mưa phổ biển hiện nay 2

Bang 1.2: Nhiệt độ tháng năm trung bình nhiều năm tại các tram (Đơn vị: "C) 24

Bảng 13: Tông lượng mưa trang bình nhiều năm tại một số tram (mm) 25

Bảng Lf: Tan suit mưa năm toi một số tram, 26

Bảng 1.5: Lượng mưa mùa mưa, mia khô và lệ các mùa so với mưa năm (mm) 27

Bang 2.1: Lịch sử phát triển ảnh vệ tinh Landsat qua các mốc thời gian 29

Bang 2.2: Một số thông số h của nguồn ảnh Landsat được sử dung 32 Bang 2.3: Mức đánh giá chi số NSE 44 Bang 2.4: Thông số ho chứa và công trình thủy lợi nhập trong mô hình 47 Bang 2.5: Phân loại thảm phủ và diện tích từng loại trên lưu vực sông Cầu năm 2000;

Bảng 2.6; Các loại hình thd nhường trên lưu vực sông Cầu 49Bảng 27: Phin ngưỡng độ dc trong mô hình 50Bảng 3.1: Sự thay đổi din tích cde lớp thâm phủ theo từng năm 33Bảng 3.2: Tỷ lệ diện tích giữa bản đồ thảm phù của Servir-Mekong và Google EarthEngine 37

Bảng 33: Chỉ s KGE va NSE tại một số tram trên lưi vực song Cau 38

Bảng 3.4: Mức đánh gi chi số NSE và PBIAS 63Bảng 35: Các thông số hiệu chỉnh trong mô hình: 64Bảng 3.6: Lưu lượng thing tram Gia Bay với kịch bản mô phòng đồng chây năm 2000

sử dạng bản đồ thâm phủ năm 2000; 2010 và 2015 (đơn vie ms), 67

Bảng 3.7: Lưu lượng thing tram Gia Bay với kịch bản mô phòng đồng chảy năm 2010

sử đụng bản đồ thâm phủ năm 2000; 2010 và 2015 (đơn vị: ms), 68

Bảng 3.8: Lưu lượng tháng trạm Gia Bay với kịch bin mô phỏng đồng chảy năm 2015

sử dụng bản đỗ thảm phủ năm 2000; 2010 và 2015 (đơn vị: m5) 69

DANH MỤC TỪ VIET TAT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NG"

Geographic Information System - Hệ thing thông tn địa lý Digital Elevation Model ~ Mô hình độ cao số

Soil and Water Assessment Tool ~ Công cụ quản lý đt và nước

Ciobal Precipitation Measurement

MORPHing CPC

Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with StationGoogle Earth Engine

ASTER Global Digital Elevation Model

United States Geological Survey - Cục khảo sát địa chat Hoa Ky

Food and Agriculture Organization - Tổ chức Nông nghiệp vàlương thực Liên Hiệp Quốc

National Aeronautics and Space Administration ~ Cơ quan Hàng.không va Vũ trụ Hoa Kỳ

Kling-Gupta - chi số đánh giá mưa theo công thức Kling-Gupta Nash-Suihife - Chỉ số hiệu quả

Phần trăm sai số

Hệ số tương quan

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết củn đề tài

'Ngày nay, tài nguyên nước là một trong những tải nguyên có ý nghĩa sống còn đổi vớisự phát triển của con người Trong đó, dòng chảy đóng vai tò quan trọng trong hình.thành lên tải nguyên nước Sự biển đổi của thảm phủ thực vật là một trong nhữngnguyên nhân chính gây nên sự thay đổi dong chảy Nghiên cứu sự thay đối của thâm.

ph thực vật có ý nghĩa rt quan trọng trong việc đánh giá biến động dòng chảy,

Khoa học viễn thám là sản phẩm khoa học hiện đại của nhân loại, được hình thành với

của thể kỹ trước, phổ biến ở các nước có nền kinh tẾ mạnh như Mỹ, Anh, Canada, "Nhật Bản, Pháp, và Dai Loan (Trung Quốc) Ngày nay khoa học viễn thám thâm nhập hầu hết vào các nh vực nghiên cứu nói chung và tii nguyễn nước nói riêng, và đã chỉ

ra những thé mạnh, những lợi ich đáng kể như; nghiên cứu được đối tượng từ xa và

trong quá khứ, tiết kiệm thời gian, công sức, cũng như chi phí tải chính Với những wuđiểm về độ bao phủ không gian rộng lớn, chu ky thu nhận dữ liệu ngắn, mức độ chỉkháctiết cao (ảnh vệ tinh độ phân giải cao và siêu cao), st dụng các đái phổ đặc

nhau để quan tric các đối tượng công nghệ viễn thắm dang trở thành công nghệ chủ

dao cho quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường và thin tai hiện naytrên thể giới

Mô hình thủy văn phân bố với ưu điểm là mô hình mã nguồn mở, ích hợp nhiều

dit liệu toàn cả ấp dữ liệu diu ra ở khoảng thời gian dai và không gian nguồ

rong lớn, tính toán nh dữ liệu đầu ra, cung cấp những kin thức ổ

quan nhấtphục vụ cho việc quản lý, đánh giá tài nguyên nước trong vùng nghiên cứu Hiện naytrên thé gi i 06 nhiễu mô hình thủy văn phân bổ được sử dụng, trong nghiên cứu này

sử dụng mô hình SWAT với ưu điểm là dạng mã nguồn mở, được cung cấp miễn phí,

42 liệu đầu vào được xử lý một cách thuận tiga, cho phép mô hình hóa các lưu vue

không có mang hu „ mô phỏng tác động của thay đổi dữ liệu đầu vào nhquan tr

dụng dit, thé nhường và các dữ liệu khi tượng SWAT cho phép mô hình hóa nhỉ{qué trình vật lý trên một lưu vực.

Việc kết hop công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân b6, với mô hình thủy văn

phân bố sử dụng các dữ liệu đầu vào là dữ liệu viễn thám với nhiều ưu điểm như:

nhiễu nguồn thông in, chủ kì thủ nhận thông kin ngắn, xử í trên diện rộng, Không phụthuộc vào điều kiện xã hội chính trị tên mặt đắt Những ưu diễm nỗi bật đó đã làm

cho viễn thám trở thành dữ liệu đầu vào được sử dụng hiệu quả trong mô hình thủy văn phân bố.

Vi vậy, đảnh giá sự biển động của thảm phủ thực vật ứng dụng công nghệ viễn thám

mô hình SWAT giúp ta có c

vật phục vụ công tác đánh giá sự biển động tải nguyên nước trên lưu vực sông Cầu.nhìn tổng quan hơn về sự biến đổi thảm phủ thực

Dé tải “Nghién cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân bố trong đánh giá ảnh hưởng của việc thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước lưu vực sông Cau” sử dụng công nghệ viễn thám phân tích sự thay đổi thảm phủ thực vật Ất hợp mô hình thủy văn phân bố SWAT đánh giá tác động của thảm phủ thực vật «qua các năm 2000, 2010 và 2015 đến đồng chảy trên lưu vực sông Cần

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mặc tiêu chính cia luận văn là nghiên cứu sử dụng công nghệ viễn thám và mô hình

thuỷ văn để đánh giá ảnh hưởng của thảm phủ đến tii nguyên nước trên lưu vực sông

"Để đại được mục tiêu nghiên cứu này, luận văn cin thực hiện các mục tiêu sau

~ Nghiên cứu cơ sở Khoa học của việc ứng dụng công nghệ viỄn thám trong xây dựng

bn đồ thim phủ và cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình thủy văn phân bổ.

~ Nghiên cứu ứng đụng công nghệ viễn thám trong phân tích, đánh giá quả trình thay

<i thảm phủ thực vậ rên lưu vực sông Cầu.

- Nghiên cứu xây dựng mô hình thủy văn phân bố SWAT dựa trên đầu vào từ công.

nghệ viễn thám và ứng dụng mô hình trong mô phỏng diễn biển tai nguyên nước.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Sự thay đổi ca thảm phủ thực vật nh hưởng, đối ni

nguyên nước (cụ thé là dồng chảy) lưu vục sông Cầu xét trong các năm 2000; 2010 và2015

- Phạm vi nại én cứu: về không gia là lưu vực sông Cầu Do thời gian còn hạn chế,

luận văn chỉ nghiên cứu tập trung vào dòng chảy (thời đoạn tháng) mà không xem xét

sắc đối tượng nghiên cấu khác như nước ngằm, chế độ dng chảy, nhu cầu sử dụng

4 Cách tiếp {in và phương pháp nghiên cứ

4.1 Cách tiếp

cặn tổng hợp: tgp cận theo các bước thu thập dữ iệu vệ tinh và các à liệu thực

tổ Kidm định dữ liga vệ tinh để áp dụng cho những vùng thu hoặc không có số liệu thực tế

- Tiếp cận kế thữn: sử dụng các phương pháp tính toán, phân loi sử dung đắt bằng

công nghệ viễn thắm và các kinh nghiệm nghiên cứu trước diy ứng dụng mô hìnhSWAT.

4.2 Phương phúp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của đề tkết hợp dữ liệu viễn thám làm đầu vào với mô

hình thủy văn phân bổ SWAT dé mô phỏng dòng chảy ti trạm thủy vin Gia Bảy vớiba kịch bản thâm phủ các năm 2000, 2010 và 2015, Để từ đó đánh giá được sự thay

cđỗi các loại hình thảm phủ và dong chảy ứng với ba kịch bản thảm phủ trong giai đoạn

2000-2015

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE ĐÈ TÀI NGHIÊN CUU UNG DỤNG CONG NGHỆ VIÊN THÁM VÀ MO HÌNH THỦY VAN PHAN BO

TRONG ĐÁNH GIA ANH HUONG CUA VIỆC THAY DOI THÁM PHU

DEN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SONG CAU 1.1 Tổng quan về công nghệ Viễn thám

Viễn thắm là một khoa học và một nghệ thuật của sự nghiên cứu các thông tin thúnhận được thông qua sự phân tích các dữ liệu nhận được bằng các công cụ kỹ thuật ma

Khong tiếp xúc với đối tượng, một vùng hoặc một hiện tượng nảo diy,

Kết nhiễu inh vực khoa hoe kỳ

“Công nghệ viễn thẩm là một ky thuật đa ngành, nó

thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau như:~ Thu thập thông tin:

xử lý thông tin;

~ Phân tích và giải đoán thông tin;

Đưa ra các sin phẩm dưới dang bản đồ chuyên đỀ và tổng hợp

(Công nghệ viễn thám là sản phẩm khoa học được ứng dụng rộng rãi từ những năm

1970 của thé kỳ trước, phổ biến ở các nước có nỀn kinh té mạnh như Mỹ, Anh.

Canada, Nhật Ban, Pháp, và Đài Loan (Trung Quốc) Lich sử ứng dụng công nghệ

ft đầu vào năm 1972 khi

viễn thám cho các mục đích dân sự được tỉnh Landsat

cung cắp các bức ảnh vệ tinh đầu tiên Đến nay, rên thể tới có khoảng 50 vệ tinh có

sit dung là "viễn thám” trong tổng số hơn 1.200 vệ tinh đang hoạt động Hau

mục di

tết các vệtỉnh do các cường quốc vũ trụ là Mỹ, Nga, Châu Âu, Nhật Bản, Trung Quốc phát triển và phóng lên quỳ đạo Nhìn chung, số lượng vệ tỉnh viễn thám ngày càng tăng về số lượng và da dạng về chúng loại (da phổ, iêu phổ, radar, camera), về kích

thước (miero, vệ tinh nhỏ, vệ nh), quỹ đạo (quỹ đạo thấp, quỹ đạo cục, quy đạo đồng

bộ mặt trời) và có xu hướng được phát triển thành các chùm vệ tỉnh [1]

Cong nghệ vithám là một trong những thành tựu kỹ thuật vũ trụ rong những thập.niên gin đây đã đạt đến trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến cho nhiều nước

trên thé giới không những đối với các nước đang phát triển có trình độ tiên tiến mà còn

đối với các nước đang phát triển có nén công nghiệp và kinh tế còn lạc hậu Năm

1982, trong Hội nghị sử dung vũ trụ vào mục đích hỏa bình do Liên hợp quốc tổ chức

tại Viên (Áo) (UNISPACE) đã có một nghị quyết quan trọng là việc chuyển giao kỹ

thuật tiên tién này cho tat cả các nước, đặc biệt La các nước dang phát triển Đó là trách

nhiệm của các nước phát triển, các tổ chức quốc tế để nhanh chóng giúp đỡ các

nước đang phát triển có những hiểu biết chính xác vẻ tài nguyên thiên nhiên, điều kiệnphát triễn kinh tế - xã hội và bảo, È mỗi trường ở các nước đó

Hiện nay có rất nhiễu loại vệ tỉnh, tàu vũ trụ điều tr thiên nhiễn của nhiều nước khác nhau phóng lên như: Mỹ, Pháp, Nga, An Độ, Nhật Bản, Cơ quan vũ trụ Châu Au, với số lượng trạm thư mặt đất cũng nhiễu hơn như: Cuiaba (Brazil), Prince Albert

(Canada), Fairbank (Alaska, Mỹ), Green Belt (Mariland, Mỹ), Kiruna (Thụy Điển,

Fueino (Ytalia), Tookyo (NIBản) đã mang lại những hiệu quả to lớn [2]

Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) dang cung cắp các công cụ mới để năng

cao việc quản lý hệ sinh thấi Việc thu thập dữ liệu từ xa tạo điều kiện cho các phântích tổng hợp về chức năng của hệ thống Trái đắt, mô hình va thay đổi theo quy mô địa phương, vùng và toàn cầu theo thời gian; các dữ liệu này cũng là mỗi liên kết quan trong giữa nghiên cứu sinh thi sâu rộng, địa phương, bảo tồn và quản lý đa dạng sinh

học khu vực, quốc gia và quốc tế 3] ViỄn thám sẽ trở nên hữu ích vì nó cung cấp cái

nhìn tổhợp và là công cụ đánh.và giám sắt tải nguyên môi trường [4]

Hiện nay trên thé giới và Việt Nam có những công trình nghiên cứu ứng dụng công.

nghệ Viễn thám va GIS trong các lĩnh vực nói chung và đánh giá sự thay đổi thám phủ,

nói iêng như

LLL Trên thé giới

= Năm 2016, Masoud Minaei và Wolfgang Kainz xây dựng bản đỗ thim phủ sử dụng

cảnh vệ tinh Landsat bằng công nghệ phân loại có giám sát(supervised-elassification)

và phân loại không giấm sát (unsupervised-classification) cùng với GIS bằng thuật

toán phân loại theo pixel thời ky 1972 - 2014 ở miễn Đông Bắc tran để đánh giá sự5

thay đổi của môi trường thông qua sự biến đổi của thảm phủ trong các năm 1972,

1986, 2000 và 2014 Từ đó đưa ra kế hoạch và chương trình nhằm quản lý hiệu quảcác dịch vụ sinh thái

Hình 1.1: Ban dé thảm phú miền Đông Bắc Iran qua các năm: (A) 1972; (B) 1986; (C)

2000 và (D) 2014

= Năm 2017, Md Inzamul Haque, Rony Basak sử dụng ảnh Landsat 3.4,5,7 đánh giá

sự thay đổi của sử dụng giai đoạn 1980 - 2010 bằng cách sử dụng cả hai phương,

lắp cận sau phân loại (post-classification)

pháp: trước phân loại (pre-classification) và

lợp GIS ving Tanguar Haor, Sunamganj, Bangladesh, Đây là một vùng kinh tế-xã

hội phát triển cùng với đó có sự đa dang sinh học Nghiên cứu này đã thống kê rằng40% điệ đất của vùng này đã được chuyên đổi cơ iu sử dung trong vòng 30 năm

qua, cũng với sự phát iển của đô thị điện tích rồng và hỖ nước lớn bị thu hẹp Vì thế, nghiên cứu giúp đánh giá sự thay đối của cơ cấu sử dụng đắt dé từ đó đưa ra được giải hấp một cách bên vũng, bảo vệ hệ sin th

(2001) 2010) |e

Hinh 1.2: Ban đồ sử dung đất ving Tanguar Haor, Sunamganj, Bangladesh

~ Năm 2010, Ramesh P Singh, Sudipa Roy và F Kogan đã sử dung ảnh vệ nh phân

giải rất cao của Cơ quan Quản lý Khí quyển và Dai dương Quốc gia My (NOAA) xây ‘dmg Chi số điều kiện thực vật (VCD và Chỉ số điều kiện nhiệt độ (TCD phát triển từ chi số thực vật (NDVI) để theo dõi tình trạng thực vật và theo dõi hạn hán Kết quả cho thấy việc sử dung các chỉ số VCI và TCI đánh giá và giám sát được hạn hán của

Ân Độ [7]

- Năm 2015, Andres Sierra-Soler, Jan Adamowski, Julien Malard, 7 himing Qi

Hossein Saadat và Santosh Pingale sử dung ảnh Landsat ETM+ kết hợp chỉ số chuẩn

hóa lượng mưa tiêu chuẩn (SPI) để đánh giá tỉnh tang hạn hán Phương pháp này đã

cung cấp chính xác về vị trí và phạm vi bị ảnh hưởng của hạn hán và đã được sử dụng là một hệ thống giám sát hạn hán vùng miễn rung Mexico 8]

~ Năm 2007, F, N, Kogan đã sử dụng ảnh viễn thám bức xạ độ phân giải siêu cao (AVHRR) để tính toán chỉ số thực vật giai đoạn 1984 - 1987 vùng Sudan Kết quả

nghiên cứu chỉ ra rằng, chỉ số điều kiện thực vat VCI có thể tính toán được tác động

cia thời iết đến thảm phủ thực vật mà không bị ảnh hưởng bởi yếu tổ địa hình khí

hậu so với chỉ số NDVI, vốn bị tắc động bởi những yếu t tiên dẫn đến sai khác 9]

1.1.2 Trong nước.

Hiện nay, cũng với sự phát viễn của Khoa học công nghệ nổi chung, công nghệ viễn

thám ngảy càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là giám sát,

quản Ij ti nguyên nước, đánh giá sự thay đổi thảm phủ.

~ Năm 2008, nhóm nghiên cứu bao gồm Nguyễn Quang Tuấn, Trần Văn No, Đỗ Thi

"Việt Hương ở Khoa Dia lý Dịa chit, Trường Dai học Khoa học Huế bằng công nghệ

viễn thám - phương pháp giải đoán ảnh Landsat kết hợp GIS trong việc thành lập bản

đổ hiện trạng thảm phủ thực vật ở huyện Kỷ Anh, Hà Tĩnh Ứng dụng có góp phin to

lớn trong công túc quản lý, bảo vệ và khai thác thim thực vật cũng như quy hoạchvùng lãnh thổ một cách hợp lý.

Hình 1.3: Sơ đồ hiện trạng và tích các kiểu thảm thực vật huyện K Anh,“Tĩnh năm 2008,

~ Năm 2013, Phạm Văn Mạnh đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá tác động của nhiệt độ, độ âm đến lớp ph thực vật thông qua chỉ số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên Bằng việc sử dụng anh vệ tinh MODIS_ chu kỳ 8-16 thực vật (NDVI) với nhiệt độ b mặt và độ ẩmngày xây dựng mỗi quan hệ giữa chỉ

không khí bằng các phương trình tương quan Từ đó xây dựng bản đồ vùng rừng trồng.

và rừng tự nhiên của khu vực nghiên cứu.

- Năm 2012, Bio Minh Trường và Lê Trọng Toán ở Trung tâm Nghiên cứu Tài

nguyên và Môi trường, Dai học Quốc gia Hà Nội đã ứng dụng công nghệ ViỄn thẩm và GIS vào nghiên cứu và quản lý sử dụng đắt tại xã Châu Khê, huyện Con Cuông tỉnh Nghệ An Nghiên cứu đã sử dụng ảnh vệ tinh Corona, Landsat để điều tra tình

8

hình thay đổi của thám thực vật che phủ giai đoạn 1954 - 2005 nhằm mang lại cái nhìn

tổng quan về mục đích sử dụng đắt của vùng nghiên cứu, từ đó đưa ra chính sách phát

triển phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội một cách bén vững.

1967 1989

a 4

Hình 1.4: Bản đồ sử dung đất qua các năm 1967; 1989; 1998 và 2005 của xã Châu

Khê, huyện Con Cuông, tinh Nghệ An.

~ Năm 2015, Trịnh Lê Hùng, Đào Khánh Hoài ứng dụng công nghệ ViỄn thám từ tư

liệu ảnh vệ tỉnh đa phd Landsat đánh giá nguy cơ hạn hán huyện Bắc Bình, tinh Bình.

“Thuận bằng chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật (TDVD, kết quả thu được có thể thành.

sm thiểu thiệt hại do han han gây ra [10]

lập bản đỗ nguy cơ khô hạn v

Hình 1.5: Ban đồ nguy cơ hạn hán các năm 2000;2005;2010 và 2014 sử dụng chỉ số.

TVDI khu vực huyện Bắc Bình, tinh Bình Thuận.

1.1.3 Đánh giá chung về các nghiên cứu trong nước và ngoài nước có liên quan

“Công nghệ viễn thám và GIS là công cụ hiệu quả trong việc cung cắp phương tiện để

4quin lý trong mọi lĩnh vực hiện nay nối chung vả lĩnh vue giám sắt, đánh giá tải

"nguyên nước nói iêng Công nghệ viễn thám kết hợp GIS đã được công nhận rộng rãi như là một công cụ hiệu quá cho các kế hoạch và ra quyết định nhiệm vụ Chúng cho.

phép lưu trữ hiệu quả, thao tác và phân tích dữ liệu địa lý [12] Dữ liệu hình ảnh vệ

tinh cung cấp khả năng thu thập thông tin về đổi tượng cin nghiên cứu ở những

Xhoảng thời gian thường xuyên hơn và tiết kiệm hơn so với các phương phip truyền thống (13) Sự phát tiến mạnh mẽ của các vệ nh viễn thám và vệ tinh quan sắt ri

hứng minh cho nhu cầu ngày cảng tăng của thông tin viễn thẩm, Có t

l0

{img dung của viễn thám trên thé giới vẫn đang được nghiên cúu, phát triển và mỡ rộng

không ngừng,

1.2 Tông quan về mô hình thiy văn phân bố

Mô Hình thuỷ văn thông số phân bổ l loại mô hình mưa dòng chay có xem xế đến sự hân bổ về không gian các đặc điểm tự nhiên cũng như khí tượng thuỷ văn trên toàn lưu vực, Hiện nay, mô bình thủy văn thông số phân bố đã phát triển và trở nên phd biển được áp dụng ở nhiễu nước trén thể giới [I4]

“Cùng với sự phát triển nhanh chồng của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, từngbước chuyển dich và phát tiễn theo hướng tích cực, vẫn đề đánh giá và quản lí tàinguyễn nước đang ngày cing được quan tâm và dang chú trọng thực hiện Việc tiến

hành các nghiền cứu ứng dụng các công nghệ nhằm khai thấc và quản lí nguồn ti nguyên này tốt nhất là vô cùng cần thiết Do nước có quan hệ mạng lưới không giới

hạn trong một khu vực địa lý hay ranh giới hành chính mà nó chảy qua nhiều vùng.

khác nhau việc sử dung nước có mỗi liên quan mật thiết với sự thay đổi của lớp thảm

phủ Chính vì vậy cách tiếp cận nghiên cứu theo sự thay đổi của thảm phủ thực vật sẽ

giúp cho việc đánh giá tải nguyên nước cho vùng nghiền cứu.

“Các mô hình thủy văn phân bé sử dụng các dữ liệu đầu vào là dữ liệu viễn thám với nhiễu ưu điểm như: nhiễu nguồn thông tn, chủ kì thủ nhận thông tin ngắn xử í trên diện rộng, không phụ thuộc vào diễu kiện xã hội - chính tỉ trên mặt đất Những tu điểm nỗi bật đó đã làm cho viễn thám trở thành dữ liệu đầu vào được sử dụng hiệu quả

trong mô hình thủy văn phân bổ

Hiện nay có một số nghiên cứu nổi bật vỀ ứng dung mô hình thủy văn phân bổ tong

và ngoài nước nh:

1.2.1 Ngoài nước

- Subhash Thakurl, Deva Kant, M.K Hardaha and S.K.Sharma (2016) đã nghiên cứu.

mô hình SWAT, GIS và công nghệ viễn thám để phân tích, đánh giá ảnh hưởng của sit

dụng đắuthảm phủ đến dong chay Nj hiên cứu cũng chỉ ra ring SWAT là một công

cu hiệu quả tong việc phân tích tác động của việc sử dụng đắthảm phủ lên đồng chảy

trong các khu vực có số liệu sẵn có hạn chổ Nghiên cứu cũng cho thấy mô hình mô

"

phỏng thủy lực rit cần thiết để đánh giá đặc điểm thuỷ văn của lưu vục sông Đây là

công cụ hiệu quả để đánh giá tác động và tác động xảy ra trong chế độ thủy văn, chúng

có thể được sử dụng để tìm ra, dự đoán và hiểu những gì đã xây ra và sẽ xây ra rong suốt lưu vực theo thời gian và không gian, nghiên cứu còn xác định vai trồ tương tác ccủa mô hình SWAT va GIS trong việc cải tiến quản lý rừng du nguồn.

- Jinliang Huang, Pei Zhou, Zengrong Zhou và Yaling Huang (2012) đã đánh giá ảnh

hưởng của sử dụng dat và thảm phi của ba mốc thời gian khác nhau đến chat lượng

nước trong sông của lưu vực sông Jiulong, phía bắc Trung Quốc Kết quả cho thấy

cùng với sự thay đổi của sử dụng đất và thảm phủ ảnh hưởng đến lượng NH4+-N và.

“TP trong song.

Hình 1.6: Bản đồ sử dung dat/tham phủ lưu vực sông Jiulong, Trung Quốc theo các.

năm 2002, 2007 và 2010.

~ Năm 2016, Charles Gyamfi, Julius Musyoka Ndambuki và Ramadhan Wanjala Salim

ấp dụng mô hình SWAT trong kiểm định hiệu chỉnh giai đoạn 1988-2001 và mô phỏng ding chảy giai đoạn 2002-2013 trên lưu vực sông Olifants Két quả thu được cho thấy khả năng ứng dụng của mô hình SWAT như một công cụ hỗ trợ quyết định

(DST) của các nhà quản lý nước và các quyết định liên quan khác, đặc biệt là tài

nguyên nước [15]

12

eae NET" ies

Hình 1.7: Kết quả hiệu chính dòng chảy lưu vục sông Olifants giai đoạn 1988-2001

comet) +See)

Hình 1.8: Kết qua mo phong đồng chảy lưu vực sông Olifants giải đoạn 2002-2013 sau

Khi sử dụng bộ thông số đã hiệu chỉnh

= Năm 2013, Akansha Kushwaha, Manoj K Jain tiền hành nghiên cứu, kiểm tra sự phù hop của mô hình SWAT (Công cụ đánh giá dat vi nước) để ước lượng dòng chảy và tìm higu sự nhạy cảm của các tham số đầu vào mô hình trong lưu vực rừng chủ yếu ở

vàng Kumaun của Himalaya Khu vực nghiên cứu Dabka là một lưu vực nhỏ (69.41

km?) nằm ở phía Tây Bắc của Nainital ở Uttarakhand, Mô hình SWAT được hiệu

chỉnh đồng chảy hàng tháng tại một vị trí đo trung gian ở vùng thượng lưu Bagihala có

dign tích khoảng 65.78 km? do không có sẵn dữ liệu thực đo tại sông chính Một phân

tích độ nhạy cục bộ được thực hiện tén 13 biến đầu vào vé đầu ra mô hình như năng suất nước, đồng chảy bé mặt và dòng chảy cơ bản để tìm hiểu sâu hơn vé vai trò của cae tham số m6 hình khác nhau để lựa chọn giá t tham số thích hop Nghiên cứu kết

luận rằng mô hình thực hiện tốt với gi trị sai số trung bình gốc (RMSE) 0.242 để hiệu

chỉnh và 081 để kiểm định Hiệu suất Nash Sutcliffe (NSE) cho thai gian hiệu chỉnh

và kiểm định đạt được là 0.77 và 0.73 tương ứng trong khi Hệ số xác định (R2) cho.

l3

hiệu chính và thời gian kiểm định là 0,86 và 0,90 cho thấy hiệu suất mô hình tốt Các

thông số mô hình nhạy cảm nhất ảnh hưởng đến năng suất nước là CN2, GWQMN và

SOL_Z Trên cơ sở nhạy cảm của các tham số mô hình, xếp hang các thông số nhạy cam nhất từ nhạy cảm cao nhất đến độ nhạy thấp hơn trên dòng chảy là CN2, SOI K'

và SOL_AWC trong khi đó lưu lượng cơ bản SOI, AWC, SOL, Z và GWOMN được

cho là nhạy hơn theo sau là CN2, ESCO và SOL_K [16]

= Năm 3010, Các vịnh nội địa ở miễn nam Delaware (Mỹ) đang phải đổi mat với nh

trang phân bón tử hoạt động sin xuất nông nghiệp - vốn là ngành sản xuất mũi nhọn

của ving, thải ra lưu vực sông vùng vinh nội địa, điều này ảnh hưởng đến lượng oxi

trong sông Aditya Sood, William F, Ritter sử dụng công cụ SWAT để đánh giá, đưara năm kịch bản để do lường, giảm tải lượng phân bón trong sông Két quả cho thấy,

dong chảy ngầm cùng với việc trồng rừng trên một phần diện tích dat nông nghiệp đã góp phần đến việ giảm tải nồng độ phân bón trong dòng chảy, góp phin ting lượng

cú, giáp ti tạo và cân bằng hệsinhthái lưu vực [17]1.2.2 Trong mước

= Hà Thanh Lân và cộng sự (2017) kết hợp mô hình thủy văn phân bổ SWAT với số

liệu đầu vào từ nguồn viễn thám như thảm phủ, thổ nhường, địa hình, khí trang thủy

văn (mưa, bốc hoi ) đánh giá biến động dòng chảy và các dich vụ hệ sinh thái cho.

lưu vực sông Diy.

= Hoàng Van Đại và cộng sự (2016) trong nghiên cứu “Ung dụng mô hình phân bổ

MIKE SHE mô phỏng dòng chảy mặt cho lưu vực sông La” đã nghiên cứu mô phỏng,cđánh giá quá trình sản sinh dòng chảy trong lưu vực sông sử dụng mô hình thủy vănMIKE SHE của Viện Thủy lực Dan Mạch

- Nguyễn Thị Liễu, tường Đại học Nông Lâm Tp.Hồ Chi Minh (2014) đã nghiên cứu

ứng dụng GIS và mô hình SWAT mô phỏng tác động của sự thay đổi thảm phủ lên.

đồng chảy lưu vục sông Tà Lai, Kết quả nghiên cứu đã mô phỏng đồng chảy trên lưu

vực thời kì 1978 — 2010 trong SWAT với kết quả thu được khá tốt khi đối

liệu thực do trong giai đoạn 1978 - 1990 tại vị trí quan trắc là trạm thủy văn Tà Lai

iéu với số

trên dang chính sông Đẳng Nai

~ Nguyễn Duy Liêm và ding tác giả thực hiện nghiên cửu “Ứng dung công nghệ gis và

mô hình SWAT đánh giá lưu lượng dong chủy lưu vực sông BÉ” đã ích hợp côngnghệ mô hình SWAT và GIS để mô phỏng dòng chiy trên lưu vực sông Bé từ dữ liệu

sáo độ số (DEM), sử dụng đất va thời iết

1.2.3 Dinh gi chung về nghiên cứu ứng dựng mô hình thủy văn phân bổ hiện nay Cùng với sự tiến bộ của khoa học máy tính cũng như công nghệ đo đạc (bằng trạm do hoặc do đạc bằng vệ tinh), công nghệ mô hình toán thủy văn đã có những bước tiến vượt bậc trong thời gian qua Với nguồn dữ liệu mở, sử dụng số liệu đầu vào dưới

dang 6 lưới vớ phạm vi nghiên cứu rộng lớn về thời gian và không gian, mô hình thủyvăn phân bé giáp đánh giá, giám sát được nguồn tai nguyên nước một cách cụ thể vàkịp thời trên một vùng nghiên cứu.

“Các nghiên cứu ngoài nước kể trên đã cho thấy mô hình thủy văn phân bổ đã được ứng

cdụng rit phổ biển Hiện nay, đã có nhiều nền ting n

yy dựng như mô hình SWAT (Mỹ), VIC

(Mỹ), HYPE (Thụy Điển), MIKE SHE (Ban Mạch) v.v Ở Việt Nam hiện nay, môi"hình toán được các trường đại

học, các viện nghiên cứu lớn trên thể giới

ình thủy văn phân bổ đang được ứng dụng và phát iển rộng rãi, nhất là rong quản lý

tài nguyên nước.

1.3 Mật số nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp mô hình thủy văn phân bố trong quản lý, đánh giá tài nguyên nước

1.3.1 Các nghiên cứu trên thé giới

Hiện nay, rên thé giới có những công tình nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thâm

và mô hình thủy văn phân bé trong quản lý, ảnh gi ti nguyễn nước như:

Sử dung ảnh vệ tinh kết hop mô bình SWAT mô phòng sự bốc thoát hơi nước cây

1 theo các kịch bản khác nhau trên lưu vực sông Shiyang, huyện Khánh Dương,tinh Cam Tức, Trung Quốc, 2015 của nhóm tác giả Xin Liv, Sufen Wang, Han Xue vàVijay P Singh

- Ứng dung mô hình SWAT và các dữ iệu ảnh vệ tỉnh đảnh giá nguồn nước vùngPampa trên lưu vực sông CarcaraBd, tinh Santa Fe, Argentina, 2016 của tác giả

Romagnoli M và cộng sự.

~ Tích hợp công nghệ viễn thám và mô hình WEP trong dự báo nguồn nước lưu vực

sông Hải Hà, Trung Quốc của Changbo Qin, Yangwen Jia, Z-(Bob) Su, Zuhao Zhou,

‘Yaqin Qiu và Shen Suhui - 2008.

- Đánh giá sự thay đổi của sử dụng đất đến tải nguyên nước vùng hồ Great Lakes

thuộc Michigan và Wisconsin sử dung công nghệ viễn thám và mô hình SWAT của

nhóm tác giả A P Nejadhashemi, B.J Wardynski, J D Munoz năm 2008,

\ Tÿỹỹ

Hình 1.9: Ty lệ thay đổi tải nguyên nước (%6) dưới tác dung của sử dụng đất vùng

Great Lake-Michigan và Wisconsin sử dụng ảnh viễn thám và mô hình SWAT~ Trường Dai học Công nghệ Delft (Hà Lan) và Future Water (Hà Lan) thực hiện.

"nghiên cứu quản lý tải nguyên nước cho lưu vực sông Hồng cho cả phần lưi vực phía

‘Trung Quốc và Việt Nam đã sử dụng mô hình thủy văn (SPHY) và nguồn số liệu đầu

ào từ viễn thảm để đánh giá biển động tài nguyên nước trên lưu vực sông để từ đỏ cỏ ae gii pháp quản ý, vận hành hệ thống hd chứa một cách phù hợp.

Hình 1.10; Nền ting công nghệ mô hình do Trường Đại học Công nghệ Delft và

Future Water (Hà Lan) xây dung dựa trên mô hình SPHY vi công nghệ viễn thám,

phục vụ đánh giá nguồn nước lưu vực sông Hồng

‘Nam 2016, quản lý tii nguyên nước Morocco phải đối mặt với những thách thức lớn & cả cắp độ, chất lượng và số lượng Yassine Bouslihim và cộng sự sử dụng mô hình

SWAT và dữ liệu viễn thám đầu vio (địa hình, khí hậu, thổ nhường ) tong đánh giá

sur thích ứng của mô hình này với lưu vực sông Sebou để từ đó thí điểm, xây dựng bộ

mô hình chung cho các lưu vue sông khác, Kết quả thấy ring, mô hình SWAT kết hop

đầu vào là các dữ liệu viễn thám có thé đại điện rong mô phỏng, quản lý tài nguyên

ng Bab-Merzoka Mô hình này

có thé mỡ ra quan điểm về tác động của biến đỗi khí hậu và những thay đổi do con

nước lưu vực sông Sebou, từ đó thí điểm ở lưu vụ

người gây ra đến tai nguyên nước, cả về số lượng và chất lượng [I8]

1.3.2 Các nghiên cứu trong nước

“Cũng với sự phát iển của viễn thám, ở Việt Nam đã xuất hiện những nghiên cửu kết

hợp viễn thám, GIS và mồ hình thủy văn phân bổ trong đánh giá ải nguyên nước như:

~ Nguyễn Thị Hồng và đồng tác giả (2014) thực hiện nghiên cứu “Ung dụng GIS va

mô hình SWAT đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến lưu lượng dong chảy lưuvue sông Vuia” đã sử dụng mô hình SWAT đánh giá quá trình sản sinh dong chảy

trên lưu vực sông Vu Gia đưới tác động của các hoạt động thay đổi mục

sử dung

Thị Thu An - Ứng dung mô hình SWAT (Soil and Water

Assessment Tool) đánh giá tie động của biến đổi khí hận đến dang chúy lưu vực sông

i, 2012, Nghị

chảy lưu vực sông Đồng Nai theo các kịch bản trong tương lai bằng mô hình SWA'

cứu đánh gid được tác động của biển đổi khí hậu lên dồng

= Hà Thanh Lân và cộng sự (2017) kết hợp mô hình thủy văn phân bổ SWAT với số

liệu đầu vào từ nguồn viễn thắm như thảm phù, thổ nhưỡng, địa hình, khi tượng thủy

văn (mưa, bốc hoi ) đánh giá biến động dòng chảy và các dich vụ hệ sinh thái cho.

ưu vực sông Day.

.3 Đánh giá chung về khả năng ứng dung công nghệ viễn thám và mô hình thủyvăn phân bố trong quản lý, dinh giá tài nguyên nước:

Cùng với sự phát triển mạnh mê của khoa họcng nghệ viễn thám hiện nay ứng

<dung rất nhiễu trong lĩnh vực khoa học, xã hội, quốc phòng và đặc biệt trong lĩnh

vực quản lý, đánh giá tải nguyên nước hiện nay với ưu điểm nghiên cứu được đốitượng từ xã và trong quá khứ,iết kiệm thời gian, công sức, cũng như chỉ phí tai chính.

Ngoài ra với độ bao phi không gian rộng lớn, chu kỹ thu nhận dữ hộu ngắn, mức độ

chỉ tiết cao (ảnh vệ tỉnh độ phân giải cao và siêu cao), sử dụng các dai phổ đặc biệt

khác nhau để quan tric các đối tượng công nghệ thắm đang trở thành côngchủ đạo cho quản i.đánh giá tài nguyên nước hiện nay trên.

tình thủy văn phân bố với ưu điểm là mô hình mã nguồn mớ, tích hợp nhiều

nguồn dữ liệu toàn cầu, cung cắp dữ liệu đầu ra ở khoảng thời gian dài và không gian

rộng lớn, tính toán nhiễu dữ liệu đầu ra, cong cắp những kiến thức tổng quan nhất

phục vụ cho việc quản lý, đánh giá tii nguyên nước trong ving nghiên cứu Hiện nay

trên thé giới có nhiễu mô hình thủy văn phân bổ được sử dung, wong nghiên cứu này,

cm sử đụng mô hình SWAT với ưu điễm là dang mã nguồn mở, được cung cắp miỄn

phí, dữ liệu đầu vào được xử lý một cách thuận tiện, cho phép mô hình hóa các lưuvực không có mạng lưới quan tric, mô phỏng tác động của thay đổi dữ liêu đầu vàonhư sử dụng đất, thổ nhường và các dữ liệu khí tượng SWAT cho phép mô hình hóa

nhiễu quá trình vật lý trên một lưu vực.

Việc kết hợp công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân b6, với mô hình thủy văn

phân bổ sử dụng các dữ liệu đầu vào là dữ liệu viễn thám với nhiều ưu điểm như:

nhiều nguồn thông tin, chu kì thu nhận thông tin ngắn, xử lí trên dign rộng không phụ.

thuộc vào điềuén xã hội ~ chính trị trên mặt đắt Những trù điểm nồi bật đó đã làmIg

cho viễn thầm trở thành dữ lệu đầu vào được sử dụng hiệu quả trong mô Hình thấy

văn phân bổ,

Vi vậy, đánh giá sự biển động của thảm phủ thực vật ứng dụng công nghệ viễn thám

và mô hình SWAT giúp ta có có cái nhìn tổng quan hơn vé sự biển đồi thảm phủ thực

vật phục vụ công tác đánh giá sự biển động tài nguyên nước trên lưu vực sông Cau,1.4 Tổng quan về số liệu viễn thám mưa vệ tỉnh hiện nay

Lượng mưa (Precipitation - P) là đầu vào duy nhất của nước vào lưu vực sông Trên

thể giới hiện nay có khá nhiều nguồn mưa vệ tinh, trong dé CHIRPS, TRMM,

'CMORPH là một số nguồn mưa phổ bí hiện nay.

= CHIRPS (ate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station) là dữ

liệu lượng mưa toàn cẫu gin 30 năm của Cục Kihio sit dia chit Hoa Kỳ (USGS) và

nhóm hiểm hoa khí hậu (CHG) CHIRPS kết hợp hình ảnh vệ tỉnh có độ phân giải 0.05

© với dữ liệu tram tại chỗ để tạo ra chuỗi thời gian mưa theo dạng lưới dé phân tích và

theo dõi hạn hán theo mùa

Hình I-L1:Dữ liệu mưa CHIRPS cho châu Phi ngày 04-04-2017

Nguồn: p/h, goog uesb cdu/dataicirps)

- CMORPH là dit liệu mưa được tạo ra bởi kỹ thuật CMORPH (MORPHing CPC) là

sản phẩm của Cục Đại dương và Khí quyển qué gia Hoa Kỳ tạo ra các phân tích: lượng mưa toàn cầu ở độ phân giải không gian và thời ian rất cao Kỹ thuật này sử

đụng ước tính lượng mưa đã được bắt nguồn từ tàu thăm dồ thấp quan sắt từ bước

sóng vệ tinh riêng , và có các tính năng được vận chuyển qua thông tin tuyên tr)không gian mà thu được hoàn toàn từ dữ liệu IR vệ tỉnh địa tinh.

Hình 1.12: Dữ liệu mưa CMORPH ngày 08-11-2015 ở Autralia

~ GPM (Global Precipitation Measurement) là sản phẩm nâng cấp từ sản phẩm mưa “TRMIM với độ phân giải theo không gian và thi gian chỉ tit hơn Thêm vào đó, GPM cũng mang theo một radar băng tin kép với khả năng thăm đò bên trong một hệ thống mây và gời về dữ liệu chỉ ễt của mỗi lớp mây Ngoài ra, GPM côn được trang bị hệ thống cảm biến tối tân cho phép phát hiện tuyết rơi và mưa nhẹ Đây là một bước tiến

‘quan trọng trong hoạt động quan sit mưa Việc không có khả năng phút hiện các dang

‘mura nhất định như mưa tuyết thể hiện một khuyết điểm trong các nỗ lực trước đây nhằm tạo ra một hệ thống quan sát khí tượng toàn cầu thực sự Các dạng mưa này thường xuất hiện nhiều hơn tại các vĩ độ cao Sứ mạng GPM có nhiều ứng dung trên thực tế liên quan đến việc quan sát tác động của nhiều cắp độ mưa khác nhau lên môi

trường GPM sẽ à một công cụ tuyệt vời để định mức vòng tuẫn hoàn nước

sầu - yếu tổ ảnh hưởng không nhỏ đến sản lượng nông nghiệp tại nhiều nơi trên thể

Gi, Ngoài ra, GPM cũng có thể

Ii lụt và bão hình thành từ áp thấp nhiệt đới Qua đó, bằng việc dự đoán đường di của "bão, người dân sẽ có thêm thời gian để sơ tn và giảm thiểu thiệt hại về người.

ung cấp các cảnh báo chính xác hơn về thiên lai như

By

Hình 1.13: Dữ liệu mua GPM toàn cầu ngày 01-07-2014

(nguồn: hups://climatedataguide.uear

Bang 1.1: Một số nguồn mưa phổ biển hiện nay

TÊN ĐỮ | NGÀYBÁT ĐẦU: | ĐỌPHÂNGIẢI | ĐỘPHÂNGHẢI | coonLIgU - | NGÀY KÉTTHÚC | THEO KHÔNG GIAN | THEOTHỜI GIAN | NC

{iu điểm của ảnh mưa viễn thám hiện nay so với các phương pháp đo đạc truyễn thing

là độ phân giải không gian rất cao (từ Š km cho đến 25 km), phân bổ theo dạng 6 tưới

Về chu kỳ, ảnh CHIRPS trong nghiên cứu hiện cung cắp số liệu theo ngày và tháng.

Một số ảnh mưa khác có độ chu kỳ lặp lại cao hơn như TRMM, GPM và CMORPH là

3 giờ tới 30 phút, Như vậy số liệu mưa vệ tỉnh có độ phân giải và tần suất đo đạc rất

phong phú thích hợp với nhiều mục dich sử dụng khác nhau như tinh toán cân bằng

nước, sử dụng làm số liệu đầu vào cho các mô hình thủy văn.

1.8 Tông quan về khu vực nghiên cứu

15.1 Đặc trưng về vj trí đị lý, kinh tế: xã hội

Luu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn ở nước ta trải dai trên phạm vi từ 21007" đến 22°18" vĩ Bắc và 105/28" đến 106008" kinh Đông, được bao bọc ở phía

Tay bởi cánh cung sông Gâm, ở phía Đông bởi cánh cung Ngân Sơn, ở phía Bắc và

“Tây Bắc bởi những đầy núi cao hơn 1000m, Địa hình lưu vực sông Cầu khá da dạng

bao gồm cả miễn núi, trung du và đồng bằng, có xu thể thấp din theo hướng Tây

Bắc-Đông Nam [19]

Diện tích lưu vực là 6.030 kx

hiểm 47 % diện tích toàn vùng của 6 tinh: Bắc Can, 'suyên, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hải Dương với tổng dân số hơn 5,1 triệu người Toản lưu vực độ che phủ rừng khoảng 60%, rừng nguyên sinh một phan bi

thay thế bằng rừng tái sinh nghèo kiệt, tỷ lệ mắt rừng tự nhiên khoảng trên 1% năm Hệ thực vật có khoảng gin 1,000 loa + trong đó có nhiễu động,i gần 500 loài động vịthực vật thuộc loại quý hiểm hoặc đặc biệt quý hiểm [20]

1.5.2 Đặc trưng về nhiệt độ

Nhiệt độ trùng bình của không khí hàng năm dao động từ 22.2°C = 23,9%C Do ảnh

hưởng mạnh mẽ của gió mùa cục đới chế độ nhiệt trong lưu vực hình thành 2 mù

nóng lạnh rõ rệt Mùa hè từ tháng V đến hết tháng IX, tháng nóng nhất là tháng VII có nhiệt độ trung bình đều dat từ 27,5'C + 29,2°C Trữ vũng núi cao Tam Đảo 23.3°C,

day là khu nghỉ mát lý tưởng trong mùa hè Nhiệt độ trung bình thấp nhất thường xảyra vào các tháng XII, L

"Vào mùa lạnh từ tháiXII tới thing III năm sau, nhiệt độ trung bình hàng thing dao

động giữa các nơi trong lưu vực từ 15°C + 20°C, Tháng lạnh nhất trong năm là tháng 1

khoảng từ 14.8°C ~ 16,8°C, cá biệt như Tam Đảo (11,7"C).

Bảng 1.2: Nhiệt độ tháng năm trung bình nhiều năm tại các tram (Dom vị: °C)

Trạm [1] H [MT] V | VE[VHIVHIW|X |XI[XH [Năm

BicCon | 148 | 16s | 195 | 251 [262 | 275 | ars [ara | 259 | 253 | 195 | 160 | 222Dinh Hoa169 | toa | 235 | 267 | 2x0 | 379 [are | 364 | 336 | 2 | 66 | 227

Thấi Nguyên | tới | 174 | 201 | 233 | 272 | 2x9 [ao [aes [ara [209 [ara fra | ms

Bắc Ging | tốt | 174 [200 | 235 | 272 | 2x9 | 355 [ana [ara | 248 [aia | tre [394

BiếNnh | 164 | 178 [307 | 241 | 273 | 391 [292 [ass | avs | ast [34 | t9 | 337VRhYên | l6 | tra | 203 | 2 | 277 | 290 [392 | 346 | a7 | 352 [are | ma | sa»

Tambo | H | tài [usa [we asa [asa faa [ais | 9s | 163 | oa | ans

15.3 Đặc trưng về mura

Lượng mưa trung bình nhiều năm trong trên lưu vực sông Cầu từ 1.300-1.900mm: Cábiệt có trạm Tam Dao mưa năm lên tới trên 2.418 mm Vũng có lượng mưa trung bình

là vùng đổi núi Tân Yên, Yên Thể, Hiệp Hoà, Sơn Động, Bắc Giang và vùng đồng bằng như Đáp Cầu (Bắc Ninh) lượng mưa đạt từ 1.400 + 1.500 mm năm

Hệ số biến động Cv của lượng mưa năm trên lớn lưu vực nói chung là nhỏ tử 0,15 +

CCũng như hầu hốt các vàng tong lãnh thổ Việt Nam, chế độ mưa trong năm lưu vực

sông Clu cũng chia thành hai mùa rõ rộ: Mùa mưa và mùa khô,

Mùa mưa hing năm thường từ thắng V đến IX; tùy thuộc vào thời gian hoạt động của

các hình thé thời tiết gây mưa sớm hay muộn mà ở một vải nơi trong một số năm mùa.

mưa có thé bit đầu sớm từ tháng IV và kết thúc muộn vào thing IX Lượng mưa trong mùa mưa chiếm khoảng (74 - 79)% lượng mưa năm, trung bình toàn lưu vục khoảng

1776 Ba thing liên tục cổ lượng mưa trung bình lớn nhất thường xuất hiện vào tháng

VI-VIHI với lượng mưa chiếm (40-60)% lượng mưa năm, trung bình toàn lưu vực sông

Khoảng 52% lượng mưa năm; tong đó lượng mưa trung bình thing lớn nhất (chiếmtháng VII hay tháng VI

17-25%) thường xuất hiện ví

Mùa khô từ thắng X đến thắng IV năm sau, lượng mưa từ 21 - 26 f tổng lượng mưa

năm Tháng mưa ít nhất là tháng XII, 1, hẳu hết trên lưu vực ở thời kỳ nảy lượng mưa.

chỉ ở mức trên đưới 20,0 mm, nghĩa là bằng khoảng 1/3 tổng lượng bốc hơi trong

thing Do vậy, giai đoạn này là thời kỳ khô hạn trên lưu vực.

Bảng 1.3: Tổng lượng mưa trung bình nhiễu năm tại một số trạm (mm)

r[geen [im [oar ns so [no [pm [me+ [@wMa— [is Jor [oso [1501 [is [in feet

3_ | Chợ Đồn 1787 |014 |-0.49 |1847 |1672 |I1569 |1497

© [ote — |Rmjos jean [rar dit [uae [nĐ+ [im ea [is [or [ox [res Trao {na [n5[angen [1916 Jois [oes [t0 [1063 [asso [ii[finn pisos [022 [oso [im [1258 [1155 [inPhi tong frais [a2 [oar [149s [118s [1019 [ows3 [env ven [157s [o20 [076 [1326 [140 [153 fram

10 | Điểm Mặc 1841 |021 1424 1230 1133 1070

vi fem [1996 [ous [oar [1470 [im [im Tim"Home — |9 Joa [or [mae [se srs Lam1s vontar [re loa [22 [res [h9 lon [1092

3L | Qué Võ 1375 |o22 |o2s [1374 [1176 |l075 |10092 |TamĐảo |24is |ols |029 |2397 [2112 [1967 [18722 |VinhYên [1521 |020 |059 [1492 [1303 [ion [usa24 | Da Phúc 1375 |024 |00s [1377 |Hs3 |1033 |9532s [Dong Anh [1416 |o25 |o42 [1392 [1164 [1050 |977

Bảng 1.5: Lượng mưa mùa mưa, mùa khô va ti lệ các mùa so với mưa năm (mm)Mùa mưa Mùa khô

TT [Trạm Xăm — | Mùamma |Tÿ() | Mùakhô |Tylệ(%)

25_| Bing Anh mm 1088) T68 san E5

154 Đặc trumg về chế độ thủy văn

Sông Cầu có chiều dai lưu vực trên 288 km, độ cao bình quân lưu vực 150 m, độ dốc

Đình quan 16,1%, chiều rộng trung bình: 30.7km, mật độ lưới sông 0,95 km/kmẺ và hệ

số uốn khúc 2,02,

Lưu vực sông Cầu có đồng chính sông Cầu với chiều dầi 288.5 km bắt nguồn từ núi

Van On ở độ cao 1175m và đổ vào sông Thái Bình ở Phả Lại Trong lưu vực sông Cầu

s6 tới 26 phụ lưu cắp I với tổng chiều đài 71km và 41 phụ lưu cấp H với tổng chiều

dải 643km, đồ là chưa ké hàng trăm km sông cấp II, IV và các sông subi ngắn dưới

10km Lưu vực sông Cầu nằm trong vùng mưa lớn của Bắc Kan và Thái Nguyên

‘Téng lượng nước hàng năm dat 4,200 km” Sông Cầu được điều tiết bới hd Núi Cốc

với dung tích hing trăm triệu m*, [21]

“Chế độ thuỷ văn cia các sông trong lưu vục sông Cầu được chia thành 2 mùa: mia lũ

và mùa kiệc Mùa lữ bắt đầu từ tháng VI đến tháng IX và chiếm 70 - 80% tổng lượng

đồng chảy năm Mùa kiệt tử tháng X đến thing V năm sau, chỉ chiếm 20 - 30% tổnglượng dong chảy năm Lưu lượng đồng chảy trung bình các thing trong năm chênh

lệch nhau tới 10 Lin, mực nước cao và thấp nhất chênh nhau khá lớn, có thể tới 5 - 6m.

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU

Phương pháp nghiên cứu của để tài thụ thập, xây dụng dữ liệu viễn thám như đa hình,

thổ nhưỡng, mưa vệ tỉnh CHIRPS và thảm phủ các năm 2000; 2010 và 2015 kết hợpvới mô hình SWAT để đánh giá được sự thay đổi thảm phủ và mô phỏng dòng chảy,

"Hình 2.1: Phương pháp nghiên cứu ca đề tài

2.1 Phương pháp nghiên cứu và xử lý dữ iệu ảnh Viễn thám2.11 Dữ liệu ảnh viễn thám

Anh vệ tinh Landsat đã và đang được sử dung rộng rãi trong các lĩnh vực giám sát tài

nguyên nước, môi trường, giáo dục, y tế, quốc phòng Landsat là hệ thống vệ tỉnh

chụp ảnh tri đất Landsat (Land satellite) được thiết kế năm 1960 và phóng năm 1972,inh đầu tiên quan sát tri đắt trên phạm vi rộng lớn Chương trình viễn thám

Landsat được phát triển bởi NASA (National Aeronautics and Space

Administration-Co quan Hang không và Không gian Hoa Kỳ) Cho đến nay đã có nhiễu thé hệ vệ tỉnh

Landsat được nghiên cứu va phat triển.

Bảng 2.1: Lịch sử phát triển ảnh vệ tinh Landsat qua các mốc thời gian

- Thời gian bắt _ Phin gii

Tên vé tinh — đầu Thời gian Chú kỳ — | Bo rong inh

Landsat7 | 01/01/1999-nay | l6ngày 15-90 m 185 kmLandsat 8 | 1U04/2013my | l6ngày 15.90 m 185 km

N Em 7 Pe emia

Hình 2.2: Các thé hệ vệ tinh Landsat sinh đến năm 2020 (Nguồn: Đỗ Văn Tú) Anh vệ tỉnh Landsat được sử dung rộng rãi trên toàn thé giới bởi đây là hệ thống viễn

thám đồng góp lớn tong nghiên cứu tải nguyên trái đắt nhụ:+ Nông lâm nghiệp

+ Thủy sản

+ Quy hoạch ving

$ Thành lập ban đỏ

30