Ứng dụng hệ thông tin địa lý( GIS) xây dựng công cụ hỗ trợ quản lí tài nguyên nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Trương Tuấn Anh ỨNG DỤNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN Chuyên ngành: Thuỷ Văn Mã số: 108.604490.0001 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quang Trung PGS.TS Nguyễn Văn Thắng Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Trương Tuấn Anh ỨNG DỤNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2012 Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình thực đề tài hồn thành luận văn Thạc sĩ, nhận quan tâm giúp đỡ tận tình tập thể thầy hướng dẫn Tôi xin chân thành bày tỏ biết ơn sâu sắc tới thầy: PGS TS Nguyễn Quang Trung, PGS TS Nguyễn Văn Thắng ln nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình tơi thực luận văn Tơi xin trân thành cảm ơn quan tâm Ban giám hiệu trường Đại học Thuỷ Lợi, thầy cô khoa Thuỷ Văn, khoa Sau đại học Luận văn thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng thân Tồn q trình nghiên cứu tiến hành cách khoa học, số liệu, kết trình bày luận văn xác, trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn TRƯƠNG TUẤN ANH Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC, SỬ DỤNG, QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC T T 1.1 Điều kiện tự nhiên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn 1.1.1 Vị trí địa lý T T T T T T T T 1.1.2 Địa hình, địa mạo 1.1.3 Đặc điểm khí hậu lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn 1.1.3.1 Nhiệt độ 1.1.3.2 Chế độ gió 1.1.3.3 Chế độ mưa 1.1.3.4 Độ ẩm 10 1.1.3.5 Bốc 10 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 1.1.3.6 Bức xạ nhiệt 11 1.1.4 Thủy văn 11 1.1.4.1 Dòng chảy 12 1.1.4.2 Chế độ thủy văn 14 1.1.5 Thổ nhưỡng 15 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 15 1.2.1 Đặc điểm kinh tế 15 1.2.1.1 Công nghiệp – Tiểu thủ công nghiệp 16 1.2.1.2 Nông nghiệp 16 1.2.1.3 Năng lượng 17 1.2.1.4 Thương mại dịch vụ 18 1.2.2 Đặc điểm xã hội 20 1.2.2.1 Dân số 20 1.2.2.2 Y tế 20 1.2.2.3 Giáo dục 20 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 1.3 Tình hình khai thác, sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 21 T T T T 1.3.1 Khai thác, sử dụng nước nông nghiệp 22 1.3.2 Khai thác, sử dụng nước thuỷ điện 22 1.3.3 Khai thác, sử dụng nước sinh hoạt công nghệp 22 T T T T T T T T T T T T Luận văn thạc sĩ 1.3.4 Khai thác, sử dụng nước khu đô thị 23 T T T T 1.4 Tình hình quản lý tài nguyên nước lưu vực sông 23 T T T T 1.5 Yêu cầu nghiên cứu để xây dựng công cụ hỗ trợ quản lý lưu vực sông 24 T T T T CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG CỤ ỨNG DỤNG VÀ QUY TRÌNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 27 T T 2.1 Các công cụ ứng dụng xây dựng sở liệu 27 T T T T 2.1.1 Microsoft Office Access 27 2.1.1.1 Khái niệm sở liệu Microsoft Office Access 27 2.1.1.2 Tổng quan tình hình sử dụng Access giới Việt Nam 31 T T T 2.1.1.3 Mục đích sử dụng Microsoft Office Access 32 2.1.2 Geographics information system (GIS) 32 2.1.2.1 Các khái niệm GIS 32 2.1.2.2 Quá trình hình thành phát triển Hệ thống thơng tin địa lý 36 A/ Trên giới 36 B/ Ở Việt Nam 38 T T T T T T T C/ Xu hướng phát triển GIS 39 2.1.2.3 Mục đích yêu cầu xây dựng đồ lưu vực sông 40 2.1.3 Phần mềm MapInfo 42 2.1.4 Microsoft Office Word Excel 43 2.2 Quy trình kỹ thuật xây dựng sở liệu 43 2.2.1 Các sở liệu Access 43 2.2.1.1 Phương pháp xây dựng sở liệu 43 2.2.1.2 Quy trình xây dựng sở liệu 44 2.2.1.3 Kỹ thuật xây dựng sở liệu 45 2.2.2 Cơ sở liệu đồ lưu vực sông 51 2.2.2.1 Quy trình xây dựng đồ 52 2.2.2.2 Kỹ thuật số hóa, nắn chỉnh đồ 53 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU LƯU VỰC SÔNG 55 VU GIA – THU BỒN 55 3.1 Xây dựng sở liệu kinh tế xã hội, sở liệu khí tượng thủy văn 55 3.2 Xây dựng sở liệu tập đồ lưu vực sông 59 3.2.1 Các lớp đồ cần thiết phải xây dựng 59 3.2.2 Kết đầu 59 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Luận văn thạc sĩ 3.3 Xây dựng phần mềm chuyên dụng kết nối sở liệu 63 T T T T 3.3.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình sử dụng xây dựng phần mềm 63 T 3.3.1.1 Các khái niệm ngôn ngữ lập trình C# 63 T 3.3.1.2 Quá trình hình thành phát triển ngơn ngữ lập trình C# 66 3.3.2 Quy trình kỹ thuật xây dựng phần mềm (ngân hàng liệu) 68 3.3.2.1 Quy trình xây dựng ngân hàng liệu 68 T T T 3.3.2.2 Kỹ thuật sử dụng 70 A/ Giải pháp an toàn bảo mật 70 B/ Bắt lỗi quản lý lỗi trình lập trình ngân hàng liệu 70 T T T C/ Kết nối sở liệu kinh tế xã hội, khí tượng thủy văn 71 3.4 Các chức ngân hàng liệu 80 3.4.1 Quản trị người dung 80 3.4.2 Giới thiệu ngân hàng liệu 80 3.4.3 Dữ liệu kinh tế xã hội 81 3.4.4 Bản đồ lưu vực nghiên cứu 83 T T T T T T T T T 3.4.5 Số liệu trạm khí tượng - thủy văn 84 3.4.6 Thư viện ảnh 85 3.4.7 Quản lý tài liệu, báo cáo, văn 86 3.5 Các hỗ trợ khai thác sử dụng 86 3.5.1 Hỗ trợ xây dựng biểu đồ so sánh tỉnh, huyện, năm số liệu 86 3.5.2 Hỗ trợ tính tốn vài kết thủy văn 88 3.5.3 Cho phép tắt mở thêm số lớp đồ khác ngân hàng liệu 89 3.5.4 Xây dựng biểu đồ số liệu khí tượng – thủy văn cho trạm khí tượng thủy văn lưu vực 91 3.5.5 Kết xuất số liệu khí tượng – thủy văn làm đầu vào cho số phần mềm họ MIKE 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 6 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Nội dung Trang Hình 1-1: Vị trí địa lý lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn Hình 1-2: Bản đồ địa hình lưu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn Hình 1-3: Bản đồ lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn Hình 1-4: Thiên tai lũ lụt xảy lưu vực Hình 1-5: Hệ thống dịng chảy lưu vực Hình 1-6: Bản đồ mơ đun dịng chảy năm trung bình nhiều năm lưu vực sơng Thu Bồn Vu Gia 11 Hình 2-1: Các loại hình hệ thống thơng tin 26 Hình 2-2: GIS lĩnh vực nghiên cứu 30 Hình 2-3: Khởi động thiết kế cấu trúc bảng 35 Hình 2-4: Hộp thoại thiết kế cấu trúc bảng 36 Hình 2-5: Khai báo danh sách trường liệu 36 Hình 2-6: Khai báo kiểu liệu 37 Hình 2-7: Đặt tên lưu lại cấu trúc bảng 37 Hinh 2-8: Thiết lập thuộc tính Lookup 38 Hình 2-9: Đưa bảng tham gia thiết lập quan hệ Relationship 38 Hình 2-10: Thực tạo kết nối cặp bảng 39 Hình 2-11: Số liệu nhập vào bảng tay 40 Hình 3-1: Nhập liệu bảng TINH 43 Hình 3-2: Nhập liệu bảng HUYEN_XA 43 Hình 3-3: Cập nhật liệu danh mục liệu bảng CATELOGY 44 Hình 3-4: Nhập liệu bảng COMMON_TABLE (số liệu cho cấp xã) 45 Hình 3-5: Nhập liệu vào bảng COMMON_TABLE_2 (số liệu cấp tỉnh theo năm) 46 Hinh 3-6: Lớp đồ hành huyện, tỉnh lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn 48 Hình 3-7: Dữ liệu lớp đồ ranh giới huyện 48 Hình 3-8: Lớp đồ thủy văn lưu vực song 49 Luận văn thạc sĩ Hình 3-9: Lớp đồ trạm khí tượng – thủy văn 49 Hình 3-10: Thơng tin thuộc tính lớp đồ trạm khí tượng – thủy văn 50 Hình 3-11: Cây danh mục kinh tế xã hội 58 Hình 3-12: Thêm dịng liệu 58 Hình 3-13: Thao tác xóa liệu 59 Hình 3-14: Click đúp vào dòng liệu để chỉnh sửa 59 Hình 3-15: Cơng cụ vẽ biểu đồ 60 Hình 3-16: Các bảng thuộc tính 61 Hình 3-17: file liệu excel mẫu 62 Hình 3-18: Hồn tất cập nhật liệu file excel mẫu 63 Hình 3-19: Cách thức thể hiển đồ MapWindow GIS 64 Hình 3-20: Màn hình đăng nhập vào hệ thống 65 Hình 3-21: Trang giới thiệu chung nội dung thông tin 66 Hình 3-22: Thơng tin kinh tế xã hội 67 Hình 3-23: Xây dựng biểu đồ so sánh liệu năm 67 Hình 3-24: Bản đồ lưu vực hiển thị trực tiếp ngân hàng liệu 68 Hình 3-25: Số liệu khí tượng thủy văn trạm lưu vực 69 Hình 3-26: Tập album ảnh thực địa 69 Hình 3-27: Tập thơng tin tài liệu, báo cáo, văn 70 Hình 3-28: Biểu đồ so sánh năm 71 Hình 3-29: Biểu đồ so sánh số liệu huyện 71 Hình 3-30: Các thơng số tự động tính tốn 72 Hình 3-31: Một vài kết khác tính tốn 73 Hình 3-32: Nhóm cơng cụ hỗ trợ thể hiển đồ lưu vực song 74 Hình 3-33: Thay đổi cách thức hiển thị đồ 74 Hình 3-34: Biểu đồ chuỗi số liệu trạm 75 Hình 3-35: Đưa số liệu vào file liệu đầu vào mô hình họ Mike 76 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Nội dung Trang Bảng 1-1: Lượng mưa trung bình tháng, năm số trạm quan trắc Bảng 1-2: Lưu lượng nước trung bình tháng nhiều năm 10 Bảng 1-3: Các cơng trình thuỷ điện lớn lưu vực sông Vu Gia - Thu 14 Bồn Bảng 2-1: Các phiên Microsoft Office Access 24 Bảng 2-2: Các kiểu quan hệ bảng liệu 39 84 Luận văn thạc sĩ Hình 3-24: Bản đồ lưu vực hiển thị trực tiếp ngân hàng liệu 3.4.5 Số liệu trạm khí tượng - thủy văn Số liệu trạm khí tượng - thủy văn được hiển thị đầy đủ chi tiết theo ngày, tháng, năm Phần mềm hỗ trợ khả nhập số liệu năm từ file excel, tiện lợi nhanh cho người quản lý sau cần nhập thêm số liệu Từ phần mềm tính tốn số giá trị tiêu biểu như: tổng lượng mưa, giá trị trung bình năm, giá trị lơn nhất, nhỏ năm, tự động vẽ biểu đồ số liệu trạm khí tượng – thuỷ văn Ngoài Ngân hàng liệu xuất số liệu trạm khí tượng – thủy văn làm số liệu đầu vào cho mơ hình Mike 85 Luận văn thạc sĩ Hình 3-25: Số liệu khí tượng thủy văn trạm lưu vực 3.4.6 Thư viện ảnh Ngân hàng liệu cho phép đăng tải ảnh lên thành album, có khả hiển thị lưu giữ lại nguồn liệu ảnh thực địa lưu vực Hình 3-26: Tập album ảnh thực địa 86 3.4.7 Luận văn thạc sĩ Quản lý tài liệu, báo cáo, văn Người dùng dẫn tài liệu, báo cáo, văn lưu vực nghiên cứu vào ngân hàng liệu Khi mở trực tiếp văn bản, báo cáo ngân hàng liệu Hình 3-27: Tập thông tin tài liệu, báo cáo, văn 3.5 Các hỗ trợ khai thác sử dụng 3.5.1 Hỗ trợ xây dựng biểu đồ so sánh tỉnh, huyện, năm số liệu Dựa số liệu đưa vào sở liệu kinh tế xã hội, phần mềm người dùng cẩn chọn vào nút , tự động phần mềm vẽ biểu đồ so sánh 87 Luận văn thạc sĩ Nếu số liệu tồn tỉnh biểu đồ so sánh năm số liệu tỉnh Nếu số liệu huyện thuộc tỉnh, phần mềm cho phép xây dựng biểu đồ so sánh huyện thuộc tỉnh so sánh năm Hình 3-28: Biểu đồ so sánh năm 88 Luận văn thạc sĩ Hình 3-29: Biểu đồ so sánh số liệu huyện 3.5.2 Hỗ trợ tính toán vài kết thủy văn Phần mềm hỗ trợ tự động tính tốn vài kết như: giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất, ngày xuất giá trị, giá trị trung bình, tổng giá trị năm Hình 3-30: Các thơng số tự động tính tốn 89 Luận văn thạc sĩ Ngồi chọn vào nút (Tính tốn) phần mềm, người dùng chọn lựa tính tốn giá trị trung bình tháng năm, giá trị trung bình năm theo chuỗi số liệu trạm Kết tính tốn xuất file excel, xuất số liệu theo ngày năm theo yêu cầu người dùng, xem biểu đồ số liệu trạm Hình 3-31: Một vài kết khác tính tốn 3.5.3 Cho phép tắt mở thêm số lớp đồ khác ngân hàng liệu Có nhiều lớp đồ đưa vào ngân hàng liệu, nhiên vào người dùng thấy lớp đồ bật sẵn, lớp đồ cịn lại muốn hiển thị người dùng cần tích vào phía trước lớp đồ thư mục bên trái Thơng tin thuộc tính lớp đồ tắt để thuận tiện cho việc quan sát Nhóm cơng cụ phía bên phải đồ cho phép người dùng 90 Luận văn thạc sĩ phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển đồ, xem biểu đồ số liệu trạm thủy văn, xem vài tập đồ khác, Hình 3-32: Nhóm cơng cụ hỗ trợ thể hiển đồ lưu vực sơng Ngồi ra, ngân hàng liệu cịn cho phép người dùng thay đổi cách thức hiển thị loại đối tượng : điểm, đường, vùng Ví dụ làm thay đổi kích thước, hình dạng, màu sắc điểm trạm khí tượng thủy văn, hoắc lớp đối tượng khác 91 Luận văn thạc sĩ Hình 3-33: Thay đổi cách thức hiển thị đồ 3.5.4 Xây dựng biểu đồ số liệu khí tượng – thủy văn cho trạm khí tượng thủy văn lưu vực Hình 3-34: Biểu đồ chuỗi số liệu trạm 92 Luận văn thạc sĩ Biểu đồ số liệu có người dùng chọn vào nút vẽ biểu đồ người dùng chọn trực tiếp vào trạm khí tượng thủy văn đồ lưu vực sơng Trong người dùng thay đổi yếu tố đo trạm, xem chuỗi số liệu theo thời đoạn năm 3.5.5 Kết xuất số liệu khí tượng – thủy văn làm đầu vào cho số phần mềm họ MIKE Trên giao diện trang tính tốn khí tượng thủy văn, có đính kèm hướng dẫn chi tiết cách thức tạo file số liệu định dạng *.dfs0 file số liệu đầu vào cho phần mềm họ Mike Hình 3-35: Đưa số liệu vào file liệu đầu vào mơ hình họ Mike 93 Luận văn thạc sĩ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn Thạc sĩ “Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) xây dựng công cụ hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn” xây dựng phần mềm kết nối sở liệu kinh tế - xã hội, khí tượng - thủy văn tập đồ lưu vực, với ứng dụng kèm như: vẽ biểu đồ so sánh số liệu, biểu đồ số liệu khí tượng thuỷ văn, tính tốn trích xuất liệu cho mơ hình, phần mềm cơng cụ hữu hiệu phục vụ cho công tác quản lý, khai thác tài ngun nước Ngồi ra, phần mềm cịn cho phép người dùng lưu trữ viết, báo cáo khoa học, nghiên cứu lưu vực tập ảnh thực địa, ứng dụng giúp cho việc quản lý tài liệu lưu vực tốt cho phép người dùng kiểm tra tài liệu cách nhanh Việc lập trình ngân hàng liệu giải hai vấn đề giao diện tương tác (Phần mềm có giao diện dễ sử dụng, hiển thị số liệu tập đồ sao, người sử dụng có chức để khai thác sở liệu) Để thiết kế sở liệu thống lĩnh vực đòi hỏi người thực phải điều tra xác định rõ công nghệ sử dụng cách cụ thể khuôn dạng liệu, cấu trúc sở liệu, phần mềm để biên tập đồ, ngôn ngữ xây dựng phần mềm, thiết kế giao diện, Để đáp ứng yêu cầu đó, người thực phải nắm vấn đề lý thuyết, mà phải có kiến thức chuyên sâu Cơ sở liệu, biên tập đồ, thiết kế lập trình Với kết thu được, đánh giá ngân hàng liệu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn hoàn thành mục tiêu luận văn đề 94 Luận văn thạc sĩ Kiến nghị Ngân hàng liệu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn công cụ hỗ trợ khai thác quản lý tài nguyên nước hiệu Nếu đầu tư phát triển mạng Internet kênh cung cấp liệu tốt cho nhà nghiên cứu khoa học Đầu tư cho phần mềm công việc cần thiết để công tác quản lý tài nguyên nước lưu vực sông tốt 95 Luận văn thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO Niên giám thống kê, Tổng cục Thống kê năm 2010, 2011 Nguyễn Trần Cầu Nguyễn Cẩm Vân (1995), “ Hệ thông tin địa lý xây dựng sở liệu địa lý đồ hành để quản lý lãnh thổ”, tạp chí địa chính, trang 2324 Lê Huỳnh, Lê Ngọc Nam, Vũ Bích Vân, Trần Minh Ý (2003), Bản đồ học chuyên đề, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Quyết định 20/2005/QĐ-BNN Bộ trưởng Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn ngày 13 tháng năm 2005 việc thành lập ban quản lý quy hoạch lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn Đỗ Quang Thiên, Trân Hữu Tuyên, Báo cáo: Các kiểu xói lở bờ sơng Thu Bồn tác động đến mơi trường khu vực, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ Trang thông tin giới thiệu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn : http://www.luccivietnam.info/html/vt_overview_basin.html Đánh giá môi trường chiến lược (dmc-sea), quy hoạch thủy điện lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn tỉnh Quảng Nam, Bộ Tài nguyên Môi trường, Bộ Công thương, Tổng cục điện lực, Ngân hàng Châu Á Thái Bình Dương, Tháng năm 2008 Nguyễn Ngọc Bình Dương, Thái Thanh Phong, Các giải pháp lập trình C#, nhà xuất Giao thông Vận tải (10/2006) Trung tâm đào tạo mạng máy tính Nhất Nghệ, Visual Studio 2008: lập trình C# 2008 10 Trang Web: http://www.wikipedia 96 Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC Mẫu cập nhật số liệu (1 năm) trạm khí tượng - thủy văn 97 Công cụ hướng dẫn sử dụng kèm Luận văn thạc sĩ 98 Hướng dẫn xuất định dạng file số liệu Hướng dẫn sử dụng Ngân hàng liệu Luận văn thạc sĩ ... đích quản lý thống tài nguyên nước lưu vực sông, đạt hiệu cao khai thác sử dụng, tác giả lựa chọn đề tài ? ?Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) xây dựng công cụ hỗ trợ quản lý tài nguyên nước. .. Luận văn ? ?Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (gis) xây dựng công cụ hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông vu gia - thu bồn”, tiến hành xây dựng ngân hàng liệu hỗ trợ cho công tác quản lý... cứu để xây dựng công cụ hỗ trợ quản lý lưu vực sông 24 T T T T CHƯƠNG 2: CÁC CƠNG CỤ ỨNG DỤNG VÀ QUY TRÌNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 27 T T 2.1 Các công cụ ứng dụng xây dựng