Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh trà vinh

Theo xu thế này, nhằm góp phần giúp tỉnh Trà Vinh, một tỉnh thuộc đồngbằng sông cửu Long, nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng của hiện tượng ngập lụt dễ dàng giám sát và đánh giá thiệt hại d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT TỈNH TRÀ VINH

Ị

Cán bộ hướng dẫn 1: TS PHẠM THỊ HOA

Cán bộ hướng dẫn 2: PGS TS TRẦN DUY KIỀU

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS TRẦN XUÂN TRƯỜNG Cán

bộ chấm phản biện 2: TS PHẠM MINH HẢI

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày tháng … năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn làtrung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

(ký và ghi rõ họ tên)

TRẦN VĂN HẢI

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Thị Hoa và PGS.TS.Trần Duy Kiều đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ rất tận tnh trong thời gian tôithực hiện và hoàn thành luận văn cao học

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Trắc địa bản đồ vàtrường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã giảng dạy, đóng góp ýkiến, tạo điều kiện cho tôi học tập và hoàn thành luận văn của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Dịch vụ viễn thám và địa tin học Cục Viễn thám Quốc gia cùng các anh chị đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong quátrình thu thập số liệu và hoàn thành luận văn này

-Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp và người thân đã làm chỗdựa tinh thần vững chắc cho tôi học tập và công tác

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… … ii LỜI CẢM

LỤC……… …iv DANH MỤC CÁC CHỮ

BẢNG……… vii DANH MỤC CÁC HÌNH

ĐẦU……… ………1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan về ứng dụng của GIS và viễn thám trong ngập lụt 5

1.1.1 Nghiên cứu trên thế giới 5

1.1.2 Nghiên cứu trong nước 7

1.2 Vấn đề nghiên cứu của đề tài

10 1.2.1 Cơ sở khoa học thành lập bản đồ ngập lụt

10 1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17

1.2.3 Nội dung nghiên cứu 17

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 18

2.1 Khái quát chung về viễn thám 18

2.1.1 Khái niệm và nguyên lý cơ bản về viễn thám 18

2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin viễn thám 21

2.1.3 Một số phương pháp phân loại ảnh đa phổ

24 2.1.4 Tư liệu sử dụng trong viễn thám 33

2.1.5 Ứng dụng của viễn thám 35

2.2 Khái quát chung về hệ thông tn địa lý (GIS)

36 2.2.1 Khái niệm và cấu trúc của GIS 36

2.2.2 Các chức năng cơ bản của GIS 40

2.3 Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh .45

2.3.1 Nguyên lý chung 45

2.3.2 Các phương pháp nắn ảnh số 47

2.3.3 Lấy mẫu lại giá trị độ xám các pixel 49

2.4 Quy trình thành lập bản đồ ngập lụt bằng công nghệ viễn thám và GIS50 2.4.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý 50

2.4.2 Quy trình ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ ngập lụt

50 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT TỈNH TRÀ VINH 51

3.1 Tình hình và đặc điểm khu vực nghiên cứu 51

3.1.1 Vị trí khu đo 51

3.1.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên 51

3.2 Tư liệu và phần mềm sử dụng cho nghiên cứu 54

3.2.1 Tư liệu 54

3.2.2 Phần mềm sử dụng cho nghiên cứu 55

3.3 Chiết tách thông tn vùng ngập từ ảnh vệ tinh 57

3.4 Thành lập bản đồ nền địa lý tỉnh Trà Vinh tỷ lệ 1:250 000 59

3.4.1 Quy định kỹ thuật 59

3.4.2 Thành lập bản đồ nền địa lý 66

3.4.3 Xây dựng CSDL nền địa lý 67

3.4.4 Chồng ghép thông tin thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh Trà Vinh tỷ lệ 1:250.000

69 3.5 Phân tích, xác định diện tch vùng ngập 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI

LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

G (Green) Kênh xanh

B (Blue) Kênh lục

Bảng 2.1: So sánh ưu nhược điểm của phương pháp giải đoán bằng mắt

và giải đoán bằng phương pháp số

24

Bảng 3.1: Bảng thống kê các nhóm lớp và các lớp thông tin của CSDL 65Bảng 3.2: Thống kê diện tích đất ngập 72

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Sơ đồ thu nhận ảnh vệ tinh 18

Hình 2.2: Bức xạ và phản xạ của vật thể 19

Hình 2.3: Xác suất sai số PE cho phân loại theo xác suất cực đại 24

Hình 2.4: Khoảng cách "City Block" (d1) và "Ocolit" trong mảng 2 chiều 28 Hình 2.5: Ranh giới cho 3 lớp tập hợp hai chiều 28

Hình 2.6: Bản chất hình học của phân loại hình hộp 30

Hình 2.7: Mối liên hệ các thành phần của hệ thống thông tin địa lý 38

Hình 2.8: Các thành phần phần cứng của hệ thống thông tin địa lý

39 Hình 2.9: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý

40 Hình 2.10: Sự tương quan giữa GIS và các hệ thông tin khác 43

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh 46

Hình 2.12: Quy trình công nghệ xây dựng CSDL nền địa lý (GIS) 50

Hình 2.13: Quy trình ứng dụng GIS và viễn thám thành lập bản đồ ngập lụt 50

Hình 3.1: Ảnh ASAR sau khi định chuẩn 57

Hình 3.2: Ảnh ASAR sau khi được lọc theo phương pháp lọc Lee 58

Hình 3.3: Hiện trạng ngập tại thời điểm lũ ngày 28/08/2008 59

Hình 3.4: Ảnh Landsat TM 7 – độ phân giải 75m – chụp năm 2008 66

Hình 3.5: Bản đồ nền địa lý tỷ lệ 1:250 000 tỉnh Trà Vinh 67

Hình 3.6: DEM55_1_1 tỉnh Trà Vinh 69

Hình 3.7: Cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ ngập lụt tỉnh Trà Vinh 70

Hình 3.8: Bản đồ ngập lụt tỉnh Trà Vinh (Microstation) 70

Hình 3.9: Bản đồ ngập lụt tỉnh Trà Vinh (ArcGIS) 71

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: Trần Văn Hải

Lớp: CH1TĐ Khóa: 01

Cán bộ hướng dẫn 1: TS Phạm Thị Hoa

Cán bộ hướng dẫn 2: PGS.TS Trần Duy Kiều

Tên đề tài: Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám thành lập bản đồ ngậplụt tỉnh Trà Vinh

1 Mở đầu

Ngập lụt là một hiện tượng tai biến thiên nhiên, là kết quả của quátrình tập trung nước với khối lượng lớn và tràn vào các vùng địa hình thấp, gâyngập lụt trên diện rộng Ngập lụt không chỉ gây tổn hại nặng nề về người vàcủa ở thời điểm đó mà còn tác động tiêu cực rất lâu đến môi trường sinh thái,ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống và các hoạt động kinh tế xã hội con người

Để thành lập bản đồ ngập lụt có thể sử dụng nhiều phương phápkhác nhau Những năm gần đây, ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để giámsát ngập lụt đã nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoàinước Theo xu thế này, nhằm góp phần giúp tỉnh Trà Vinh, một tỉnh thuộc đồngbằng sông cửu Long, nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng của hiện tượng ngập lụt

dễ dàng giám sát và đánh giá thiệt hại do lũ lụt gây ra, đề tài “Ứng dụng công

nghệ GIS và viễn thám thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh Trà Vinh ” đã được đặt ra

lụt tỉnh Trà Vinh;

- Xử lý ảnh viễn thám bằng phần mền ENVI;

- Xây dựng bản đồ ngập lụt tỉnh Trà Vinh dựa trên kết quả phân loại ảnh,

xử lý ảnh; chồng ghép giữa bản đồ nền địa lý, mô hình số độ cao;

- Xác định ranh giới và tính toán diện tích vùng bị ngập lụt của các huyệnthuộc tỉnh Trà Vinh

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Qua phân tch, đánh giá các công trình nghiên cứu liên quan, luận văn đãthống kê lại các phương pháp chủ yếu để thành lập bản đồ ngập lụt, bao gồm:

- Phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa:

Bằng phương pháp trắc địa có thể đo độ sâu ngập lụt, đánh dấu cácđiểm đã bị ngập lụt thông qua các dấu vết của các trận ngập lụt đã xẩy ra để lại,

từ đó khoanh vùng ngập lụt trên bản đồ địa hình và từ đó thành lập ra bản đồchuyên đề về ngập lụt Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi tốn nhiều công sức,kinh phí và thời gian Do vậy không hiệu quả

- Phương pháp nghiên cứu cơ chế và tiến trình lũ thông qua các môhình dự báo lũ dưới góc nhìn của thủy văn học:

Phương pháp này dựa vào quy luật chuyển động của nước trong sông vàvào quy luật tập trung nước của lưu vực từng nhánh sông và phân phối nó dọctheo để tnh toán và dự báo Các mô hình và phương pháp thủy văn có ưu điểmcho kết quả tnh toán tương đối chính xác về các thông số ngập lụt dọc theo cáctuyến đất canh tác nhạy cảm với lũ, các công trình dân sinh có nguy cơ bị pháhỏng bởi lũ, đồng thời cho phép đưa ra nhiều kịch bản dự báo khác nhau Tuynhiên, để tnh toán cần nhiều các tham số đầu vào và địa hình bị khái quát đinhiều

- Phương pháp dựa trên quan điểm địa mạo:

Các nhà Địa mạo học trên cơ sở nghiên cứu lũ lụt xác định phạm vi ảnhhưởng của chúng, những đặc điểm của chúng đã diễn ra, dự báo mức độtác động và những thiệt mà chúng gây ra trong tương lai

- Phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS

Đây là hướng nghiên cứu và cảnh báo lũ lụt hiện đại và trực quan, xuấthiện khá phổ biến từ cuối những năm 70, đầu những năm 80 sau khi viễnthám vệ tinh ra đời và đặc biệt là có sự trợ giúp của hệ thông tin địa lý GIS

Đặc điểm của ảnh viễn thám là cho phép thu nhận đồng thời đặc điểmcủa các đối tượng trên một diện tch rộng lớn tại thời điểm bay chụp Việc chiếtxuất các lớp thông tn liên quan đến ngập lụt từ ảnh có thể giúp các nhà nghiêncứu thành lập được bản đồ hiện trạng lũ lụt hay đặc điểm của vùng ngập lụt ởcác thời điểm khác nhau của một khu vực

Luận văn lựa chọn phương pháp sử dụng ảnh viễn thám và mô hình số độ cao (DEM) kết hợp với hệ thông tin địa lý nhằm chiết tách ra các khu vực ngập lụt và cho ra số liệu chi tiết về vùng ngập tại khu vực nghiên cứu.

3 Quy trình ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ ngập lụt

4 Thực nghiệm ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh Trà Vinh

4.2 Tư liệu sử dụng cho nghiên cứu

- Ảnh ENVISAT ASAR được thu ngày 28/08/2008, độ phân giải 75m;

- Ảnh vệ tinh SPOT4: sử dụng ảnh đa phổ có độ phân giải 20m gồmcác ảnh: S4 276 328 chụp ngày 12/07/2009; S4 275 328 chụp ngày09/01/2009; S4 276 329 chụp ngày 12/07/2009; S4 275 329 chụp ngày09/01/2009

Nhận xét: Theo thống kê, vùng có diện tch ngập lớn chủ yếu nằmtrong địa giới 3 huyện Tiểu Cần, Trà Cú và Châu Thành, Càng Long và Cầu Kè

có mức ngập ít, các huyện còn lại hầu như không bị ngập Vùng có diện tchngập lớn là vùng có độ cao trung bình thấp so với mực nước biển Sửdụng các số liệu thống kê diện tích ngập kết hợp với cơ sở dữ liệu đánh giámức độ thiệt hại và từ đó đưa ra phương pháp, định hướng quy hoạch vùng

có độ cao trung bình thấp, vùng dễ bị tổn thương do ngập lụt, tiến hànhđánh giá tổn thất, lập kế hoạch ứng cứu và chỉ đạo ứng cứu phục hồi, khắcphục hậu quả của lũ lụt

- Xử dụng phần mềm xử lý ảnh Envi để chiết tách ra các khu vực ngậplụt tại thời điểm ảnh ENVISAT ASAR được chụp vào ngày 28/8/2008

- Sự tch hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS đã giúp ta dễ dàng đưa

ra được bản đồ hiện trạng ngập lụt với độ chính xác cao Khóa giải đoán tốn ítthời gian, công sức và kinh phí hơn nhiều so với các phương pháptruyền thống trước đây Công nghệ xử lý ảnh vệ tinh để thành lập bản đồngập lụt đã đưa ra các kết quả mà bằng phương pháp truyền thống khônglàm được Do diễn biến quá trình mưa lũ xảy ra nhanh, trên diện rộng tại cáctỉnh ĐBSCL, các phương tiện quan trắc theo dõi rất khó khăn thì ảnh viễnthám là tư liệu không gian có thể cung cấp thông tin về hiện trạng lũ trêndiện rộng

- Từ bản đồ hiện trạng ngập lụt sẽ xác định được diện tích các vùngngập lụt Tập chung chủ yếu ở một số huyện giáp biển, có địa hình thấp(huyện

Càng Long là 1842 ha, huyện Cầu Kè là 1547 ha, huyện Châu Thành là 3263

ha, huyện Tiểu Cần là 9552 ha, huyện Trà Cú là 6432 ha)

- Cần kết hợp với các mô hình thủy văn, thủy lực nhằm tnh ra cao trìnhngập, đưa ra mức độ ngập cụ thể cho từng vùng, đồng thời có thể dựbáo những vùng sẽ có khả năng bị ảnh hưởng để đề ra các biện pháp phòngchống và cứu hộ kịp thời

- Cần nghiên cứu xây dựng chi tết các chỉ têu đánh giá mức độ thiệthại cho từng đối tượng thuộc lớp phủ bề mặt để phục vụ nhanh chóngcông tác đánh giá thiệt hại do lũ lụt gây ra

- Khi đánh giá nhanh mức độ thiệt hại do ảnh hưởng của lũ lụt cần phải

có đầy đủ cơ sở dữ liệu GIS và DEM với độ chính xác cao

SUMMARY OF DISSERTATION

Master Student’s name: Tran Van Hai

Class: CH1TD Course: 1

The frst supervisor: Dr Pham Thi Hoa

The second supervisor: Asc Prof Dr Tran Duy Kieu

Topic: Application of GIS technology and remote sensing to establishthe flood map in Tra Vinh province

1 Introduction

Flood is a natural calamity phenomenon, as a result of large waterconcentrations and spills into low terrain, causing widespread flooding.Flooding not only damaged people and property at that time it happenedbut also negatively affected the ecological, directly affectng the life andsocio- economic actvities of people

The flood map can be established by various methods In recent years,applicaton of GIS and remote sensing in flood monitoring has been receivedthe atenton from domestic and foreign scientst Following this trend, inorder to help Tra Vinh province, a province in Mekong delta, where floodusually happens, easily monitor and assess the damage caused by floods, the

study “Application of GIS technology and remote sensing to establish the flood

map in Tra Vinh province.” were performed.

Goals of study:

- Establishing the flood map in Tra Vinh Province

- Determination of boudary and calculaton of flooded area ofdistricts in Tra Vinh province

To archieve those goals, the main research topics inlcuded:

- Application of GIS technology and remote sensing to establish

the flood map in Tra Vinh province procedure;

- Remote sensing image processing by ENVI;

- Generation of flood map in Tra Vinh province based on imageclassification, image processing, layer stacking including: DEM, geographicbackground map;

- Determination of boudary and calculaton of flooded area ofdistricts in Tra Vinh province

2 Overview of research situation

By analysing and assessingrelated studies, the thesis has analyzedmain methodologies to establish the flood map, consist of:

- Method of on-site measurement

The geodetc method can be used to measure flooded depths, markingpoints that have been flooded through traces of floods that have occurred,thereby zoning flooded areas on topographic maps and generate a thematicmap on flooding However, this method requires a lot of effort, money andtme So it is not effective

- Method of study on the flood mechanism and the floodprocess through forecasting models under hydrology view

This method is based on the water moton rules in the river and on thewater concentration rules of the river basin and distributes it along forcalculatons and forecasts Hydrological models and methods have theadvantage of providing relatively accurate estimates of flood parametersalong flood-prone where flood-sensitive land routes, floods, and alsoallows for a variety of forecast scenarios However, many of the inputparameters are required and terrain are much more generalized

- Method Based on geomorphological view

Geologists based on the basis of flood research to determine range oftheir impact, their characteristics when they occured, prediction of theirimpact, and what they will damage in the future

- Method of application remote sensing and GIS technology

This is modern and intuitive method for study and warning flood,which has been common since the late 1970s and early 1980s after remotesensing satellite appeared and especially with the support of geographicinformaton system, GIS

Remote sensing imagery characteristcs allow to get object’sproperties on the large scale at the acquisiton time Flooded areainformatons have been extracted from image that can help researchersestablishing the existing flood map or flooded area characteristics at thevarious time on the same area

Thesis picked up method of using remote sensing imagery and DEM combined GIS to extract flooded area and its detailed data in the study area

3 Application of GIS technology and remote sensing to establish the flood map procedure

Remote sensing imagery

SPOT Imagery in digital fo ENVISAT ASAR Imagrey

Generation image

Imagery map at scale 1 : 250 000

Result of revising map

Flooded area extracting

E Presentation result o revisin

Geographical background map at scale 1:250 000

Flood map

4 Experiment on Application of GIS technology and remote sensing to establish the flood-map in Tra Vinh province.

- ENVISAT ASAR image, acquisiton date: 28/08/2008, resoluton 75m

- SPOT4 Image, only use multispectral with resolution 20m: S4 276

328, acquisiton date 12/07/2009; S4 275 328, acquisiton date 09/01/2009;S4 276 329, acquisition date 12/07/2009; S4 275 329, acquisitiondate

09/01/2009

- Topographic map at scale 1:25000, 1:50000, 1: 100000, 1:250000

4.3 Layer stacking for establishing flood map in Tra Vinh Province at scale 1:250000

All above data were processed to generate database including layers

such as: basis, terrain, residental, traffic, boundary, hydrology and floodedarea; they has been archived in Geodatabase with structure that is display

in the following, figure 4.1

Fig 4.1: Database structure of flooded area in Tra Vinh porovince

Map products in Arcgis:

Fig 3.2: Flood map in Tra Vinh porovince

According to the results, it is easy to calculate the flooded area thatmainly focus on five districts: Cang Long, Cau Ke, Chau Thanh, Tieu Can,Tra Cu and the area statstics will be illustrated below:

Table 3.1 Flooded area statistics

District Flooded

acreage (ha) District

Flooded acreage (ha)

Comment: According to statistics, the large flooded area is mainly inTieu Can, Tra Cu and Chau Thanh districts, Cang Long and Cau Ke districtshave low flood levels, the remaining districts are almost flooded Largeflooded areas have low to medium elevatons Using the flooded areastatistics combined with the damage assessment database and thusgiven a methodology, planning orientation for low to medium elevationareas, flood vulberable areas ,carry out damage assessment, plan for rescueand direct rescure, overcome the consequences of flood.

- Using ENVI to extract flooded area at the acquisition time,28/8/2008 for ENVISAT ASAR

- The integraton of remote sensing technology and GIS makes it easy

to produce high accuracy flood map The interpretaton key is created withless time- consuming, effort and costly than traditonal methods Satelliteimage processing technology for flood mapping has given results thattraditonal methods can not Due to the rapid evoluton of floods in MekongDelta provinces, it is very difficult to monitor by devices, but remote sensingimagery are spatal data that can provide informaton on current floodsituaton on wide scale

- Flooded acreage was determined and calculated from flood map.Focus on districts near sea, low terrain ( Cang Long district as 1842 ha, Cau

Ke district as

1547 ha, Chau Thanh district as 3263 ha, Tieu Can as 9552 ha, Tra Cu as 6432 ha)

6 Recommendation

multi- temporal Radar data

- Combination between flood forecast and making plan to take image

at VietNam ground station belong project Natural Rescources andEnvironment of Misistry of natural Resources and Environment to get theimage ar the “sensitve” tm of the flood

- Combination hydological modelsto calculate the flooding height,

to given specific flood level for each areas, and to forecast area maybeaffected to plan for prevent and rescures in tme

- Study on generation detailed criteria for damage assessment foreach object on land cover in order to quickly estimate damage caused byflood

- It is necesarry to get fully, high accuracy GIS and DEM database forrapidly assessment flood damages

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Ngập lụt là một hiện tượng tai biến thiên nhiên, là kết quả của quátrình tập trung nước với khối lượng lớn và tràn vào các vùng địa hìnhthấp, gây ngập lụt trên diện rộng, không chỉ gây tổn hại nặng nề về người vàcủa ở thời điểm đó mà còn tác động têu cực rất lâu đến môi trường sinhthái, ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống và các hoạt động kinh tế xã hội conngười

Trong những năm gần đây, những trận lũ lụt xẩy ra ngày càng tăng vớicường độ mạnh như trận lụt mùa hè năm 1998 trên sông Trường Giang,Trung Quốc giết chết chừng 3.000 người và ảnh hưởng đến cuộc sống của

240 triệu người; Tây Âu (1998, 2000), Cộng Hòa Séc (2002), Bangladesh(2001), Italia (2006), Philippines (2007), Thái Lan (2010) làm thủ đô Bangkokngập tràn trong biển nước, có tới 2.3 triệu người bị ảnh hưởng trong trận lũlịch sử này, khoảng hơn 600 người tử vong, ước tnh thiệt hại khoảng 5.1 tỉUSD như [17]

Việt Nam hiện là quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của hiện tượngbiến đổi khí hậu và nước biển dâng, với hàng chục cơn bão nhiệt đới và đợt

lũ lớn mỗi năm Chúng ta có thể điểm qua những trận lũ lớn như trận đạihồng thủy ở miền Trung năm 1999 khiến hơn 500 người chết, thiệt hạihơn 3.800 tỷ đồng; trận lụt năm 2008 tại Hà Nội làm 17 người thiệt mạng,gần 13.000 hộ dân ven đê ngập nhà cửa; trận lũ lịch sử năm 2011 ở Hà Tĩnh

đã làm 32 người chết và mất tch, hàng chục ngàn ngôi nhà bị ngập nước,giao thông tê liệt; Các trận lụt miền Trung năm 2011, 2013 làm 63 ngườichết, nước lụt đã nhấm chìm 170.000 căn nhà và 23.700 ha rau màu.Trong vòng 10 năm từ năm

2000 đến năm 2010 đã xảy ra 96 trận lũ quét, ảnh hưởng tới các vùng dân

cư, làm chết và mất tch 883 người, bị thương gần 1.500 người; hơn 6.000căn nhà bị đổ trôi; hơn 120.000 căn nhà bị ngập, hư hại nặng; hơn 132.000

ha lúa và hoa màu bị ngập; hàng trăm ha đất canh tác bị vùi lấp; nhiềucông trình

giao thông, thủy lợi, dân sinh kinh tế bị hư hỏng nặng nề, tổng thiệt hại ướctính trên 6.000 tỉ đồng Tháng 10/2010 cơn bão Megi đã gây ra lũ chồng ởmiền Trung chưa từng có trong hơn 100 năm qua đã xảy ra gây thiệt hạinặng nề cho các tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh, Bình Định, Thừa Thiên Huế … như[18].

Do những tác hại to lớn mà lũ lụt gây ra nên việc nghiên cứu các giảipháp phòng chống lũ lụt được tất cả các Quốc gia hết sức coi trọng Các giảipháp xây dựng đê điều, hồ chứa, cải tạo lòng sông … kết hợp với các biệnpháp trồng rừng, xây dựng các phương án phòng tránh ngập lụt và di dân khi

có thông tin dự báo lũ chính xác được thực hiện Việc dự báo và cảnhbáo ngập lụt là rất cần thiết nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và của

Mặt khác, với sự phát triển của công nghệ thông tn như ngày nay đặcbiệt là công nghệ viễn thám và GIS đã và đang phát triển rất mạnh mẽ trênthế giới Viễn thám với ưu điểm ảnh có độ phủ rộng, thời gian xử lý ảnhnhanh do đó việc sử dụng thông tin vệ tin viễn thám trong nghiên cứu, giámsát Trái đất đã trở thành một nhu cầu thiết yếu của nhiều quốc gia, trong đó

có Việt Nam Công nghệ khai thác thông tin vệ tnh đang thực sự phục vụ conngười, mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ, phục

vụ đời sống, sản xuất và kiểm soát tài nguyên môi trường, trong đó khả năngứng dụng của nó vào việc nghiên cứu dự báo đánh giá ngập lụt là rất lớn

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn đó, tác giả tiến hành nghiên cứu

đề tài

“Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh Trà

Vinh ”.

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

a) Mục tiêu của đề tài

- Thành lập bản đồ hiện trạng ngập lụt tỉnh Trà Vinh;

- Xác định ranh giới và tnh toán diện tch vùng bị ngập lụt của cáchuyện thuộc tỉnh Trà Vinh.

b) Nhiệm vụ của đề tài

- Xây dựng cơ sở dữ liệu (GIS) bao gồm các lớp thông tin địa hình,thủy văn, giao thông, dân cư, ranh giới;

- Xây dựng quy trình công nghệ kết hợp ảnh vệ tinh Envisat Asar và hệthống thông tin địa lý thành lập bản đồ ngập lụt

- Phân tích, lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp;

- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quanđến nội dung của luận văn

b) Phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám

Công nghệ giải đoán ảnh: xử lý ảnh số, chiết tách các lớp thông tn,cung cấp dữ liệu đầu vào cho luận văn như: mạng lưới thủy văn, hiệntrạng lớp phủ bề mặt, thành lập bản đồ hiện trạng ngập lụt

c) Phương pháp hiện chỉnh dữ liệu địa hình

Từ các tư liệu bản đồ đã có trong quá trình thu thập, hiện chỉnh lại nộidung thông tin nền địa lý theo dấu hiệu ảnh mới nhất để đưa ra được bản đồnền địa lý phục vụ cho luận văn

d) Phương pháp tích hợp thông tin khi xây dựng cơ sở dữ liệu GIS

Công dụng của GIS là: Xây dựng cơ sở dữ liệu, quản lý thông tin hiệntrạng ngập, phân tích thông tin và đề xuất giải pháp, đánh giá tình hình ngậplụt, đánh giá tổn thất sau thiên tai

e) Phương pháp kết hợp ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS

- Các phương pháp giải đoán và chiết tách thông tin từ ảnh vệ tnhbao gồm phương pháp phân loại tự động, bán tự động (có giám định), giảiđoán bằng mắt và điều vẽ trực tếp trên máy tính, điều vẽ bằng mắt trênảnh in ra kết hợp với các tư liệu bổ sung;

- Các lớp thông tin được chiết tách từ ảnh vệ tinh được số hóa vàchuẩn hóa, đưa vào CSDL chuyên đề;

- Sử dụng các công cụ GIS để chồng các lớp thông tn lên bản đồ nền đểthành lập bản đồ hiện trạng lũ lụt

f) Phương pháp phân tích thống kê

- Các số liệu thống kê thu thập được từ các cơ quan lưu trữ đầu ngànhqua quá trình xử lý, phân tch sẽ bổ sung thêm nội dung cho bản đồ hiệntrạng ngập lụt và là cơ sở để đánh giá các thông tn thu được từ bản đồ mớithành lập;

- Các số liệu thống kê thu được từ phân tích các thông tin là cơ sở đểđánh giá và quy hoạch

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về ứng dụng của GIS và viễn thám trong ngập lụt

1.1.1 Nghiên cứu trên thế giới

Từ những năm 1960, thế giới đã bắt đầu quan tâm sâu sắc hơntới những vấn đề tai biến mang tính toàn cầu Vào những thập niên 70, 80thế kỷ trước đã có nhiều những nghiên cứu về nguy cơ lũ lụt và tai biến do

nó gây ra trên các đồng bằng delta ở Đông và Đông Nam Á của tác giả Oya(1973 và

1977) và của H.Th Verstappen (1983) Các công trình này chủ yếu tập trungvào đo vẽ thành lập bản đồ địa mạo để phân loại các khu vực có nguy cơ

lũ lụt khác nhau trên các đồng bằng châu thổ của các con sông như Kiso,Chikugo, Yoshino (Nhật Bản), sông Mê Kông, Sông Nile (Ai Cập).Phương pháp chủ yếu của các nhà nghiên cứu Nhật Bản là đo vẽ, phân loại

và thành lập bản đồ địa mạo chi tết, từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của

lũ lụt, bao gồm tnh trạng ngập, khả năng bị lầy hóa, trục và hướng dòngchảy trong lũ và một số các tai biến kèm theo như xói lở bờ sông, hiện tượngbồi lấp

Về hướng tếp cận và phương pháp, trong thời gian gần đây, bêncạnh các phương pháp nghiên cứu địa mạo lũ lụt truyền thống, các công trìnhtập trung nhiều hơn cho việc nghiên cứu cảnh báo tai biến lũ lụt, lũ quét với

sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám và GIS (Hess D.P., 2004, Peters G., VanWesten C.J., Montoya L., 2002, Bathurst J.C và nnk, 2003, K.T Chau, K.H Lo,2003)

Dự án SPHERE (Systematc, Paleoflood and Historical Data ForImprovEment of Flood Risk Estmation - Tích hợp dữ liệu về ngập lụt trongquá khứ và tư liệu lịch sử để nâng cao công tác cảnh báo nguy cơ tai biến

ngập lụt) (2000 - 2003) do Trung tâm Khoa học và Môi trường (CSIC) Tây BanNha chủ trì là một trong những dự án lớn ở quy mô xuyên quốc gia đượctriển khai ở Châu Âu, với hai vùng nghiên cứu điểm là Pháp và Tây Ban Nha.Đây là dự án nghiên cứu cảnh

báo ngập lụt với cách tếp cận đa phương pháp (địa chất, địa mạo, lịch sử,thống kê và GIS), nội dung bao gồm: Phân tch và đánh giá các dấu vết ngậplụt trong quá khứ (trong trầm tch bở rời, trên đá gốc ); phân tch các tài liệu

về lũ trong lịch sử (các bức ảnh, tài liệu ghi chép ); sự biến đổi của khí hậu và

cổ khí hậu; thống kê để xác định tần suất lũ; cuối cùng, các dữ liệu đơn tnhđược tch hợp trong GIS để đưa ra các kịch bản cảnh báo nguy cơ tai biếnngập lụt khác nhau

Bangladesh đã xây dựng thành công hệ thống giám sát và cảnh báo

lũ lụt trên cơ sở ứng dụng mô hình thủy văn và thủy lực MIKE-11 (của ĐanMạch) dưới sự trợ giúp của UNDP/WMO kết hợp với tư liệu viễn thám GMS,NOAA-12 và NOAA-14 Hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt này được ápdụng cho vùng lãnh thổ rộng 82.000 km2, trên đoạn dài 7.270 km sông, 195nhánh, sử dụng 30 trạm giám sát

Trung Quốc đã xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt trên

cơ sở sử dụng tư liệu viễn thám FY-II, OLR, GPCP, ERS-II, SSM/I

Ấn Độ bắt đầu xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt từ năm

1959 cho khu vực sông Hằng Hiện nay, ở Ấn Độ có 145 trung tâm dự báo,

500 trạm khí tượng, 350 trạm thủy văn phục vụ cho vùng lưu vực rộng240.000 km2, sử dụng khả năng thông tn của các tư liệu ảnh vệ tinh IRS, TMLandsat-5, ERS, RADASAT

Một số nước thuộc Châu Phi sử dụng mô hình thủy văn FEWS NET kếthợp với hệ thống thông tin địa lý GIS để xây dựng hệ thống giám sát và cảnhbáo lũ lụt cho 5.600 vùng hạ lưu với sự trợ giúp xây dựng của tổ chứcUSGS/EROS

Cơ quan hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) thực hiện trương trìnhSentinel Asia, đây là chương trình chia sẻ thông tin về thiên tai giữa các nướctrong khu vực Châu Á - Thái Bình Dương Các thông tin được chia sẻ thôngqua mạng Web GIS, tạo ra một số cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh trong việc giám

sát thiên tai Chương trình Sentinel Asia là sự khởi đầu cho việc thành lậpmột điểm phân phối thông tin quan trọng dựa trên nền tảng Internet,thông tin được phân phối ở đây là dữ liệu ảnh vệ tinh không gian về thảmhọa thiên nhiên trong khu vực Châu Á Thái Bình Dương.

Thái Lan là một nước nằm ở khu vực Đông Nam Châu Á, có nhiềuđiểm tương đồng về điều kiện tự nhiên với Việt Nam Thái Lan đặc biệt quantâm đến việc xây dựng hệ thống giám sát thiên tai nói chung và lũ lụt nóiriêng Thái Lan cũng là nước có tềm lực về công nghệ và có các công cụ hữuhiệu áp dụng trong việc phòng chống thiên tai về lũ lụt Thái Lan đã đưa rađánh giá rằng: đây là hiện tượng thiên tai có tần suất sao, mức độ gây thiệthại trung bình, mức độ quản lý và ứng phó cũng mới chỉ đạt mức trung bình

và tính rủi ro là rất cao Một trong những hướng được Thái Lan quan tâm làứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc quản lý thiên tai

1.1.2 Nghiên cứu trong nước

Ở Việt nam, những nghiên cứu liên quan đến tai biến ngập lụt thực sựđược định hình vào những năm 90 thế kỷ XX Xuất hiện nhiều công trìnhnghiên cứu liên quan đến địa chất đô thị và địa chất môi trường như: ngậplụt, lũ quét, trượt lở đất, xói lở, bồi tụ bờ sông, bờ biển của nhiều tác giảkhác nhau Đặc biệt, trong những năm cuối của thế kỷ XX, được sự chỉ đạocủa Bộ Khoa học - Công nghệ và Môi trường, hoàng loạt đề tài cấp Nhà nước,cấp Bộ và cấp cơ sở đã tập trung vào hướng nghiên cứu tai biến thiên nhiên.Một số công trình liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài đáng chú ý:

Tiếp cận nghiên cứu thủy văn như [12] có nhiệm vụ nghiên cứu, đánhgiá lũ lụt nói chung và các trận lũ 1998, 1999 nói riêng ở bốn lưu vực sông:Hương-Bồ, Thu Bồn-Vu Gia, Trà Khúc-Vệ và Kôn-Hà Thanh nhằm nâng caonăng lực cảnh báo ngập lụt và làm cơ sở cho việc kiểm soát ngập lụt Để dựbáo lũ đề tài đã áp dụng thử các mô hình thủy văn khác nhau (TANK, HEC-