TAP CHÍ KHOA HỌC ĐHQGHN KHTN & CN T XX sò 4PT 2004 C H I T IẾ T H O Á M Ơ H ÌN H s ố Đ Ộ C A O T R Ê N c s Đ ỊA M Ạ O P H Ụ C V Ụ N G H IÊ N c ứ u L Ủ L Ụ T V Ù N G H Ạ L u S Ô N G T H U B ổ N Đ ặ n g V ăn B ào, N g u y ễ n H iệu Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học T ự \h iê n , ĐHQG Hà Nội Mớ đ ầ u Phần h lưu sông Thu Bồn thuộc hai đơn vị hành tinh Q uảng Nam thành phố Đà Năng, có dân cư tập tru n g đông đúc m ột vùng trọng điểm kinh tế cá nước Ớ hàng năm thường chịu ảnh hường đến trậ n lủ, de dọa thường xuyên tới đời sống an toàn gần 70% dân số vùng Lũ hình th àn h trực tiếp bời m ưa đặc điểm m ạng lưới thuý văn, song khả x u ất mửc độ tàn phá vị trí khác nh an lưu vực lại phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm địa hình, đặc trư ng yếu tố: độ chênh cao, độ dốc, hướng dốc N hững kết phân tích dược từ thơng số có ý nghĩa quan trọng cho việc đánh giá cảnh báo tai biến lũ lụt Một cách tiếp cặn mơ hình hố địa hình xây dựng mơ hình khơng gian ba chiềvi bể m ặt địa hình dạng liệu sô - viết t ắ t DEM (Digital Elevation Model) - lưu trữ máy tính Sừ dụng mơ hình này, nhà chun mơn ph ản tích đạc xác thông số vể độ cao, độ dốc hay hướng dổc địa hình, thời xác định vị trí không gian chúng [51 Tuy nhiên, để xây dựng dược DEM gần với địa hình thực, địi hỏi phải có số liệu đo độ cao chi tiết Đây cơng việc khó khăn dơi vỏi vùng đồng bàng nói chung với hạ híu sơng T hu Bơn nói riêng Các bãn đồ tý lệ lớn 1:5.000 hay 1:10.000 khơng có có rấ t khơng N hững bàn đồ ỏ tỷ lệ nhò hơn, độ chênh cao trê n đồng bàng khơng lớn nên đường bìn h độ thưòng r ấ t th a , không th ế dược chi tiế t yếu tơ’ địa hình Để khác phục vâ'n để ngồi đữ liệu độ cao cung cấp từ b ản đổ địa hình, việc áp dụng n h ữ n g hiểu b iết v ề cắc th n h tạo đ ịa hình trìn h địa m ạo để p hân tích làm tă n g dày th êm dường bìn h độ (contour) dịa h ìn h rấ t phù hợp có ý nghĩa q u an trọng C sỡ d liệ u v p h n g p h p th ự c h iệ n 2.1 Cơ sớ d liệ u Cơ sò liệu ban đầu cho việc xây dựng mô hinh số độ cao khu vực nghiên cửu gồm có: - Bán đồ địa hìn h lưới chiếu UTM tỷ lệ 1:50.000 N Địa dư Quốc gia Việt Nam (Chế độ ngụy quyền Sài Gòn cũ) ấn hàn h vào năm 1965 - Bán đồ địa hình liíỏi chiếu G auss tỳ lệ 1:50.000 năm 1994 1:25.000 năm 1999 Tống cục Địa x u ất - Bán đồ địa mạo tỷ lệ 1:50.000 đxtợc lưu trữ Viện Thông tin Tư liệu Địa chất tác giả th n h lập Bán dồ xây dựng theo nguyên tắc nguồn gốc - lịch sử với Đặng Vãn Bào Nguyền Hiệu 10 đơn vị địa mạo bề m ặt có nguồn gốc tuổi khác Bản đồ đà tác giả bô sung hoàn thiện năm 2004 - Tài liệu thực địa địa mạo dấu vết lũ lụ t đ\fỢc bô' sung liên tục từ 1999 đến 2004 - Tài liệu độ sâu ngập lụt trạm đo đạc thuỷ văn dọc sông Thu Bồn sông Hàn 2.2 P h n g p h p th ự c h iệ n a Cơ sở khoa học T h u ật ngữ DEM sử dụng lần M iller Laflam m e vào năm 1958 định nghĩa giông phép thống kê bể m ặt liên tục dịa hình m ột sơ' lượng lổn điểm lựa chọn với toạ độ X, y z củ a chúng Giá trị z điểm cịn lại b ấ t kì toạ độ X, y mơ hình nội suy [8] Xây dựng DEM gồm giai đoạn chính: •> Thu thập điếm độ cao địa hình với toạ độ X, y chúng Đây giai đoạn quan trọng m ang tính định đến tính chi tiế t địa hình th ể DEM sau Sô'liệu độ cao th u th ập từ nguồn: - Bản đồ địa hình: Các liệu độ cao từ dồ địa hình bao gồm đường bình độ địa hình điểm độ cao Tùy thuộc vào tỷ lệ đồ m mức dộ chi tiế t mỡ hình cao hay thấp Đối với vùng đồng hạ lưu sông Thu Bồn, trê n đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 1:25.000, n hiều chi tiết quan trọng địa hình thực tế liên quan tới lũ lụ t lòng sông cổ, vách thềm sông, thềm biển không th ể - Đo đạc trực tiếp: Các liệu dộ cao địa hình cịn th u th ập từ kết đo dạc trực tiếp ngồi thực địa cơng cụ chun dụng GPS Phương pháp thu thập liệu có ưu điểm làm chi tiế t hố mơ hình địa hình so với thực tế Tuy nhiên, thực cơng việc khu vực có diện tích rộng, đặc biệt đơi với vùng có địa hìn h phức tạp th ì khả nàng thực rấ t khó k h ăn kinh phí cao ❖ Xây dựng DEM thông qua điểm độ cao thu thập: Có h cách tiếp cận việc xây đựng mơ hình cấu trúc địa hình: Phương pháp m ạng vng (Grid, sử dụng cho khu vực nghiên cứu) phương pháp m ạng tam giác ngẫu nhiên (TIN) Trong phương pháp Grid liệu độ cao tính tốn xếp thành lưới vng, cịn phương pháp TIN điểm phân bô' ngẫu nhiên theo không gian sử dụng để th iết lập th àn h tam giác có kích thước, hình dạng hướng khác nhan ❖ Nội suy mõ hình: trìn h tính tốn giá trị độ cao điểm chưa có số liệu cịn JỉỊÌ vùng thơng qua hàm tốn học Trong q trìn h nội suy, giá trị độ cao điếm nam uiừn hai đường bình độ tính theo cơng thức [4]: h = d2x(H l-H2)/(dl+d2)+H2 Trongđó: h - giã trị củ a pixel tính tốn; H l - giã trị củ a đường binh độ trên; H2- giá trị đưịng bình độ dưới; d l - khống cách từ pixel tính tốn đến dường bình độ trên; d2- khoảng cách từ pixel tính tốn đến đường bình độ Việc nghiên cứu lũ ta i biến liên quan thường tập tru n g vào vấn đề nhií: diện phân bơ đối tượng bị ngập lũ; thòi gian độ ngập sâu; hướng dịng chảy; nhũng biến đổi có th ể diễn lịng sơng; khả bồi tụ , xói lỏ [2,6] Để giải nhủng vấn để này, thơng số chi tiết địa hình từ DEM có ý nghĩa rấ t quan trọng Các lịng sơng cơ’ nơi xuất, trục dộng lực lũ xuất hiện; thềm sông hay biển không bị ngập lũ (trừ lũ th ê ký); bãi bồi sông, bể m ặt tích tụ bị Iigặp lü cấp báo động khác nhau; hav gờ cao ven lòng yếu tố trực tiếp liên quan đến đặc điểm lũ lụt dồng h lưu sông Thu Bồn [1,3] Tuy nhiên, bán đồ địa hinh ỏ tv lệ1:50.000 hay 1:25.000 chúng thường bị trìn h khái q u át hoá làm m ất độ chênh cao nhỏ độ cao chuyển bậc có giá trị nằm giá trị cùa hai đưịng bình độ Việc nghiên cửu đo vẽ địa m ạo có th ẻ khắc phục nhũng khó kh;\n thơng qua đường bình độ cúa cltín vị (lịa hinh nêu với độ cao chúng, từ làm chi tiết liệu địa hinh ban dầu cho việc xây dựng mơ hìn h số độ cao phục vụ nghiên cứu lũ lụt b Xây dựng DEM cho đồng hạ lưu sông Thu Bổn sở dấu hiệu địa mạo ứng dụng GIS Mơ hình số dộ cao khu vực nghiên cứu xây dựng theo quy trìn h th ể hình H ình Sơ đồ tiến trìn h th àn h lập DEM khu vực nghiên cứu Đặng Vãn Bào Nguyễn Hiệu Các đường bình độ điếm độ cao trẽ n bàn đồ địa hình sơ hố ph ần mềm 1LWIS Từ b àn đồ địa hìn h tỷ lệ 1: 25.000, liệu ban đầu th u dường bình độ có khoảng cao đểu 5m, p h ần đồng bồ’ sung thêm đường 2,5m N hư vậy, đôi với ph ần địa hình th ấp diíới 10m chi có bốn đường đắn g cao Om, 2,5m, 5m 10m N hư vậy, m ặt nguyên tắc thi phần địa h ìn h nằm h đường bình dộ nội suy th àn h m ột bề m ặ t nghiêng thoải đồng n h ấ t Trên thực tế, đồng bàng khu vực nghiên cứu khơng nghiêng thoải hồn tồn m có tính ph ân bậc rấ t rõ ràng, ví dụ khoảng độ cao từ đường bình dộ 5m đến đường 10m địa hìn h tồn tạ i hai bậc địa hình cao 4-6m 10-15m ph ân b iệt n h a u m ột vách dốc nội suy lại biến chúng th n h bề mặt nghiêng đồng n h ấ t (hình 2) H ình S ự sai lệch bể m ặt địa hình thực bể m ặt địa hình nội suy mơ hình (vẽ giả định) Một ví dụ điển hìn h khác đê cát ven biến, tác động gió có nơi có th ế dạt tối độ cao 20-25m , n h ng chân đê cát có cao có 3m khơng có dường 3m bán đồ phẩn sườn đụ n cát nằm khoảng độ cao 3-õm m áy tính lại nội suy th ẳn g từ đường 5m tới đường 2.5 cách rấ t xa Điều dẫn đến k ết nội suy bị sai khác n hiều so với thực tế Việc xác định lịng sơng cổ có ý nghĩa rấ t quan trọng công tác cảnh báo tai biến lũ lụt Trong kh u vực nghiên cứu, lịng sơng cố có dạn g dái trù n g , dạng tuyến, ph ân bố m ột cách có quy lu ậ t liên kêĩ vỏi nh au th àn h hệ thông rấ t hồn chinh Đâv n h ữ ng đường trục đọng lực dòng chảy lũ Tuy nhiên, lịng sơng cố thường lại khơng th ể trê n đồ địa hình tỷ lệ tru n g bình nhỏ Việc xác định ch ú n g chủ yếu phải dựa vào phương p h áp nghiên cứu địa mạo Sau xác định n h giới chúng bán đồ địa hình, trẽn số kết đo sáu (so với m ặt bằn g xung quanh) thực địa quy lu ậ t ph ân bơ chúng, có thê vẽ bơ Chi lier hố mõ hình số độ cao sở dịu mạo sung đường bình độ đáy đ ể th ể dải trũ n g hướng nghiêng chúng DEM sau Các vách thểm sơng, biển bãi bồi đóng vai trị r ấ t qu an trọ n g dôi vối việc xác định xác khơng gian ngập lũ nh mức dộ ngập sâu Ví dụ, trậ n lũ cuối năm 1999, mực nước cao n h ấ t đo sóng Thu Bồn tạ i Hội An 3,2m Trong khoảng độ cao hai đường bình độ 2,5m 5m trê n đồ địa hìn h tỷ lệ 1:25.000, Hội An tồn bậc địa hình, bậc cao 2-3m bể m ặt tích tụ sơng biển v bãi c t ven lòng bậc cao 4-6m thềm tích tụ c t biển tuổi Hoiocen Hai bậc có địa hình phảng chun tiếp n h au sườn vách dốc Như vậy, vối mực nước cao 3.2m, có bậc địa hình thấp bị ngập có độ sâu ngập từ 0,2-1,Om N ếu tín h tốn trê n DEM, địa hình hai đường 2,5 5m nội suy thành m ột bề m ặt nghiêng đồng n h ấ t, d ẫn đến sai lệch m ặt giá trị độ sâu ngập, đặc biệt tạ i vị trí địa hìn h p h ân bô gần với chân vách chuyến tiệp lên bặc độ cao 4-6m Việc làm dày đng bình độ địa hình trê n sỏ nghiên cứu đặc điểm địa m ạo dấu hiệu liên quan trê n khu vực cách tiếp cận tối ưu n h ấ t đê khắc phục vân để S au tiến hàn h khảo s t nghiên cứu th àn h lập b ản đồ địa mạo, ngồi việc bơ sung thêm điểm độ cao đo GPS thực địa, vị t r í chuyến tiếp bậc địa hình vẽ bơ sung thêm đưịng bình độ Do hầu h ế t bậc thềm biến, sông, bãi bồi khu vực nghiên cứu cấu tạo v ặ t liệu bỏ ròi, m ột m ặt địa hình bị cải biến nhiều hoạt động nhân sinh, vách chuyển tiếp bậc thềm thường vách dốc đứng Đ e thể vách trê n DEM, việc bơ sung thêm hai dường bình độ chạy s t với giá trị độ cao xác định thực địa thực K ế t q u ả Sau đợt nghiên cứu, k ế t hợp với tà i liệu khác v k ế t q u ả khảo s t điều tr a năm 2004, xác lập vị trí cần làm dày đường bìn h độ địa hìn h : gờ cao ven lịng sơng cao 2-3m , vách chuyển tiếp thểm , b ề m ặt tích t.ụ sơng biến đầm lầy cao l-2 m tuổi Holocen muộn, bề m ặt tích tụ sơng biển cao 3-4m tuổi Holocen muộn, bể m ặt tích tụ sơng biển cao 4-6m tuổi Holocen sốm giữa, bề m ặt tích tụ sơng biển cao 8-15m tuổi Pleistocen muộn, chân đê cát, đặc b iệt h ệ thống lạch trũ n g dấu tích dịng sơng cổ Một số đường bìn h độ địa hìn h đ ã sơ' hố bố’ sung vào liệu làm DEM khu vực nghiên cứu như: đường lm , 2m th ế hình thái bãi bồi sơng (hình 3); đường 4,5m cho bậc độ cao bề m ặ t tích tụ sơng - biến tuổi tuổi Holocen muộn (Qrv2-3) phân bố khu vực gần cửa sông; đường 7,Om th ế chuyển bậc địa hình từ thềm tích tụ biển sơng - biển có tuổi Holocen trung, cao 4-6m lên bậc địa hình cao 8-15m Ngoài , dấu hiệu địa m ạo đê lại sau nhủng trận lũ giúp ích cho việc xác định độ cao địa h ình, ví dụ n h đường bìn h độ 3,2m khu vực Hội An xác định trê n thực địa nhờ d ấu v ết củ a trậ n lũ lịch sử năm 1999 để lại trê n hệ thông cồn cát 14 Đạng Vãn Bào Nguyón Hiệu Sau th u th ập đủ số liệu, để tài tiến hành tạo DEM ph ần mềm ILWIS với dộ phân giải 10m Nhờ số liệu thu thập phương pháp thiết lập mô hình số độ cao địa hình hạ lưu sơng T hu Bổn với chất lượng tốt, thể đầy đủ cấu trú c đơn vị địa hình, đáp ứng yêu cầu đ ặ t đơi với việc phân tích cảnh báo tai biến lũ lụ t cho khu vực nghiên cứu H ình Các đường bình độ bô' sung lm , 2m IĨ1Ơ hình số độ cao ỏ kh u vực gần cửa sông Thu Bồn K ế t lu ậ n Mơ hình sơ độ cao tài liệu quan trọng dối với công tác nghiên cứu lũ lụt, dặc biệt việc xác định ph ân bơ’ tính chất Tuy nhiên, vấn để đ ật độ xác mơ hình Đối vối vùng khơng có đồ địa hình tỷ lệ lớn n h đồng h lưu sơng Thu Bồn th ì việc làm dày thêm đường bình độ địa hình để làm chi tiết liệu đâu vào tritớc nội suy mõ hình hết sửc quan trọng Bới khơng, giá trị mơ hình sơ bị sai lệch rấ t nhiều so với hình ảnh th ế giới thực Sử dụng phương pháp dịa mạo hiếu biết địa hình lã sỏ tốt đê xác định độ cao thành tạo dịa mạo để vẽ thêm dường bình độ cho phù hợp vổi quy lu ật phán bô tự nhiên chúng * Cõng trinh hồn thành khn k h ổ Chương trinh nghiên cứu kh học giai đoạn 2004-2005, đ ề tài m ã s ố 74.05.04 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Vàn Bào, Vũ Văn Phái, Đào Đình Bắc, Nguyễn Hiệu, Nghiên cứu cảnh báo tai biến thiên nhiên T rung Bộ Việt Nam sở địa mạo Thông báo Khoa học cùa trường đại học, chuyên san Đ ịa lý ■Địa chính, Bộ Giáo dục Đào tạo, H Nội, 2002, tran g 17-25 C hi 1iCl hố mõ hình số độ cao (rên sờ (lia mạo Đào Đình Bấc, Đặng V ăn Bào, Vũ Vãn Phái, Nguyễn Hiệu, N ghiên cứu dấu vết lũ lụt địa hìn h phục vụ cảnh báo tai biến thiên nhiên vùng hạ lưu sơng Thu Bồn Tạp chí Khoa học Trái đất, sô 1, 2001, Hà Nội, tran g 76-81 Đặng Văn Bào, Đào Đ ình Bắc, Nguyễn Q uang Mỹ, Vũ Vàn P hái, Nguyễn Hiệu, Bản đồ địa mạo cảnh báo lũ lụ t vùng đồng ven biển T rung Bộ Việt Nam, Tạp ch í Khoa học, Đại học Quốc gia H Nội, chuyên san K hoa học T ự nhiên & Công nghệ, T.XVIII, Nft 2, 2002, H a Nội, tra n g 17-25 ITC, Introduction to Geographic Information System s w ith special em phasis on the IL W IS system (Integrated L a n d a n d Water Inform ation System ), Published by International In stitu te for Aerospace Survey & E a rth Sciences (ITC), 1990, p.94 Lanza L., Siccardi F., The role of GIS as a tool for assessm ent of flood hazard a t the regional scale, Advances in N atural an d Technological H azards Research "Geographical Inform ation system in Assessing N atural Hazards", Kluwer Academic Publisher, 1995, pp 199-218 (Edited by Alberto C arrara and F austo Guzzetti) V erstappen H Th., Flood susceptibility surveys, Applied Geomorphology (Geomorphological surveys for environm ental development), Elsevier Scientific Publishing Company, A m sterdam - Oxford- New York, 1981, pp 297 - 331 Wise S.M., The effect of GIS interpolation errors on the use of digital elevation models ill Geomorphology, L andform Monitoring M odeling an d A nalysis, Wiley Publisher, 1997, pp.139-164 Stocks M.A., Heywood D.I., T errain modeling for m ountains M ountain environm ents and Geographic Inform ation System s, Taylor & F rancis P ublisher, 1994, pp 26-40 VNU JOURNAL OF SCIENCE Nat Sci &Tech T.xx N„4AP 2004 IM P R O V IN G D E T A IL S O F D E M B A S E D O N G E O M O R P H O L O G IC A L S U R V E Y F O R F L O O D S T U D Y O F T H E L O W E R S E C T IO N O F T H U B O N R IV E R D a n g V an B ao , N g u y e n H ieu D epartm ent o f Geography, College o f Science, V N U The detail d a ta of altitu d e is very necessary for building th e DEM of th e lower section of ThuBon R iver for flood study The m ajor source of this data is from topographic m aps a t scale 1:50.000 and 1:25.000 On these maps, th e landform units related to flood characteristics on th e plain such as: former rivers, n a tu l levees, alluvial warp are often generalized The border of these landform units and th eir height are determ ined by geomorphological study and survey in the study area The re su lt is a very im portant data source to m ake DEM of study area more detailed and m ore useful for flood study ... hìn h số độ cao phục vụ nghiên cứu lũ lụt b Xây dựng DEM cho đồng hạ lưu sông Thu Bổn sở dấu hiệu địa mạo ứng dụng GIS Mô hình số dộ cao khu vực nghiên cứu xây dựng theo quy trìn h th ể hình H... bình độ địa hình điểm độ cao Tùy thu? ??c vào tỷ lệ đồ m mức dộ chi tiế t mỡ hình cao hay thấp Đối với vùng đồng hạ lưu sông Thu Bồn, trê n đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 1:25.000, n hiều chi tiết quan... với toạ độ X, y chúng Đây giai đoạn quan trọng m ang tính định đến tính chi tiế t địa hình th ể DEM sau Sơ'liệu độ cao th u th ập từ nguồn: - Bản đồ địa hình: Các liệu độ cao từ dồ địa hình bao