Theo khái niệm chung, lưu vực là một đơn vị diện tích mặt đất, mà trong đó những quá trình tích luỹ và vận chuyển của nước diễn ra tương đối độc lập với các diện tích xung quanh. Trong thực tế lưu vực thường được hiểu là diện tích mà toàn bộ nước mưa rơi xuống được tập trung về một điểm trước khi chảy ra. Lưu vực này phân cách với các lưu vực khác xung quanh bằng những giông núi, đồi, gò liên tiếp bao quanh nó.
Đường bao xung quanh lưu vực gọi là ranh giới của lưu vực. Như vậy, đường nối liền những giông núi, đồi, gò liên tiếp bao quanh lưu vực gọi là đường ranh giới lưu vực. Nước mưa rơi vào diện tích trong đường ranh giới lưu vực sẽ chảy vào sông suối của lưu vực. Ngược lại, nước mưa rơi vào diện tích ngoài đường ranh giới lưu vực sẽ chảy vào sông suối của các lưu vực khác xung quanh.
Để xác định đường ranh giới này người ta thường dựa vào bản đồ địa hình, bản đồ sông suối và điểm thu nước trên dòng chảy chính bằng cách từ điểm thu nước, theo địa hình và vuông góc với các đường đồng mức, nối các sườn giông, đỉnh núi với nhau tạo thành đường khép kín. Nguyên tắc khoanh vẽ là ranh giới lưu vực phải trùng với đường phân thủy, vuông góc với đường đồng mức và không được cắt ngang qua nhánh sông suối nào ở phía trên điểm thu nước. Cách này thường sử dụng bản đồ địa hình in trên giấy hoặc bản đồ số với sự hỗ trợ của các phần mềm GIS như MapInfo, AutoCad, ArcGIS, MicroStation…
Tuy nhiên, cách vẽ này sẽ tốn nhiều công sức và phụ thuộc vào kinh nghiệm của người vẽ. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ GIS, việc
37
khoanh vẽ ranh giới lưu vực được tự động hóa làm tăng hiệu quả về thời gian và độ chính xác, loại bỏ yếu tố chủ quan của khoanh vẽ. Dữ liệu đầu vào cho khoanh vẽ lưu vực tự động là mô hình số độ cao (DEM – Digital Elevation Model).
a. Về mô hình số độ cao (DEM)
Bề mặt trái đất được mô phỏng dưới dạng các ô lưới, trong đó mỗi ô lưới chứa một giá trị thể hiện độ cao địa hình và được lưu trữ dưới dạng số, có thể quản lý, khai thác và xử lý trên máy tính. Dữ liệu là một dạng ảnh có tọa độ địa lý để thể hiện vị trí của dữ liệu trên bề mặt trái đất. Kích thước mỗi ô lưới (cell) thể hiện độ phân giải của ảnh hay độ chính xác của ảnh.
Hiện nay hệ thống dữ liệu DEM toàn cầu được cung cấp miễn phí tại một số trang web như: http://usgs.gov, http://landcover.org... Dữ liệu này do Cơ quan hàng không và vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ (NASA) xây dựng từ ảnh vệ tinh. Dữ liệu có định dạng geotiff và độ phân giải là 90m và 30m với hệ tọa độ UTM WGS-1984. DEM 30m của NASA phù hợp với việc ứng dụng khoanh vẽ ranh giới lưu vực và được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Pháp, Hà Lan, Nhật Bản, Trung Quốc, Nga….
b. Trích xuất DEM của khu vực nghiên cứu
Dữ liệu DEM thường được lưu trữ cho một khu vực rộng lớn, có thể một tỉnh, một vùng, một quốc gia hay thậm chi cho một khu vực. Do đó, dung lượng dữ liệu sẽ rất lớn (có thể lên tới hàng Gygabyte - GB), trong khi đó với cấu hình máy tính hiện nay, việc đọc (load) dữ liệu có kích thước (size) lớn sẽ rất khó khăn. Để khắc phục tình trạng này người ta bao giờ cũng trích xuất dữ liệu thuộc khu vực nghiên cứu để giảm dung lượng tệp tin giúp máy tính có thể xử lý nhanh hơn.
38
vậy đề tài đã trích xuất DEM của khu vực này từ bản đồ DEM toàn quốc với hệ tọa độ UTM – WGS1984. Để đồng bộ với hệ tọa độ bản đồ nền (hiện trạng rừng, địa hình, thủy văn…), đề tài đã nắn bản đồ DEM về hệ tọa độ VN2000 địa phương (tỉnh Hà Tĩnh) theo các 7 thống số dịch chuyển tọa độ (từ WGS1984 sang VN2000) theo Quyết định số 05/2010/QĐ-BTNMT của Bộ tài nguyên và môi trường.
Hình 4.1. Dữ liệu DEM và ranh giới huyện Hương Sơn
c. Khoanh vẽ ranh giới lưu vực thủy điện Hương Sơn từ DEM
Ranh giơi lưu vực thủy điện Hương Sơn được khoanh vẽ hoàn toàn tự động bằng phần mềm ArcGIS 10.2. Sử dụng tư bản đồ DEM sau khi đã làm mềm, đề tài tiến hành thành lập bản đồ hướng dòng chảy như sau:
39
Hình 4.2. Bản đồ hướng dòng chảy khu vực nghiên cứu
Tiếp theo, từ bản đồ hướng dòng chảy, đề tài cũng thành lập bản đồ tích lũy dòng chảy như sau:
Hình 4.3. Bản đồ tích lũy dòng chảy khu vực nghiên cứu
40
lũy dòng chảy:
Hình 4.4. Bản đồ sông suối khu vực nghiên cứu dạng raster
Từ các kết quả đã trình bày ở trên đề tài dựa vào tọa độ GPS của điểm đầu ra hay còn gọi là điểm thu nước của nhà máy thủy điện Hương Sơn để sử dụng chức năng khoanh vẽ ranh giới lưu vực tự động của phần mềm ArcGIS 10.2. Điểm thu nước được xác định tại vị trí thấp nhất đi qua vị trí xây dựng đập ngăn nước trên dòng chảy chính. Sử dụng máy định vị toàn cầu (GPS), đề tài xác định được điểm thu nước của lưu vực thủy điện Hương Sơn tại vị trí có tọa độ là: Kinh độ là 535.130 (m) và vĩ độ là 2.044.717 (m) theo hệ tọa độ VN2000. Từ điểm tọa độ điểm thu nước và bản đồ hướng dòng chảy, đề tài đã xác định được ranh giới lưu vực thủy điện Hương Sơn như sau:
41
Hình 4.5. Ranh giới lưu vực thủy điện Hương Sơn trên mô hình 3D
d. Đặc điểm lưu vực thủy điện Hương Sơn - Diện tích lưu vực: 59.070 ha, trong đó:
+ Phần diện tích nằm ở nước CHDCND Lào: 4.490 ha + Phần diện tích nằm ở Việt Nam là: 54.400 ha
Trong giới hạn của đề tài, tác giả chỉ tính đến phần diện tích lưu vực nằm trong ranh giới của Việt Nam để xác định hiện trạng rừng và đánh giá biến động tài nguyên rừng trong lưu vực.
Lưu vực thủy điện Hương Sơn bao gồm 4 xã của huyện Hương Sơn, bao gồm: xã Sơn Kim 1 có 21.840 ha chiếm 40% , xã Sơn Kim 2 có 20.470 ha chiếm 38%, xã Sơn Tây 11.670 ha chiếm 21% và Thị trấn Tây Sơn có 420 ha chiếm 1% diện tích tự nhiên của lưu vực.
- Đặc điểm độ cao của lưu vực thủy điện Hương Sơn
Kết quả thống kê độ cao của lưu vực thủy điện Hương Sơn thuộc địa phận huyện Hương Sơn cho thấy, điểm thấp nhất trong lưu vực thủy điện
42
Hương Sơn là 18 m, cao nhất là 1909m và độ cao trung bình toàn lưu vực là 477,4 m. Căn cứ vào kết quả tính toán được, đề tài chia độ cao ở lưu vực Hương Sơn làm 3 cấp: Cấp 1 có độ cao dưới 500 m; Cấp 2 có độ cao từ 500 – 1500m và cấp 3 có độ cao trên 1500 m.
Hình 4.6. Phân cấp độ cao lưu vực thủy điện Hương Sơn
Bảng 4.1. Thống kê phân cấp độ cao trong lưu vực thủy điện Hương Sơn
Cấp độ cao Số Pixel Tỷ lệ %
Cấp 1 (Dưới 500 m) 378572 62,28
Cấp 2 (Từ 500 – 1500 m) 221316 36,41
Cấp 3 (Trên 1500 m) 7970 1,31
Kết quả ở hình 4.9 và bảng 4.1 cho thấy phần lớn diện tích lưu vực thủy điện Hương Sơn có độ cao dưới 500 m, với tỷ lệ 62,28% diện tích toàn lưu vực, trong khi đó diện tích có độ cao từ 500 – 1500 m chỉ chiếm 36,41%, còn lại diện tích có độ cao trên 1500 m chỉ chiếm 1,31%.
43
- Đặc điểm độ dốc của lưu vực thủy điện Hương Sơn
Kết quả thống kê độ dốc trong lưu vực thủy điện Hương Sơn cho thấy độ dốc trong lưu vực Hương Sơn dao động từ 0 – 720, trong đó phần lớn diện tích nằm trong khoảng từ 10 – 300, độ dốc bình quân toàn lưu vực là 190. Dựa vào kết quả thống kê, đề tài chia độ dốc trong lưu vực thủy điện Hương Sơn thành 3 cấp: Cấp 1 từ dưới 100; Cấp 2 từ 10 – 300 và Cấp 3 trên 300. Kết quả phân cấp độ dốc như sau:
Hình 4.7. Phân cấp độ dốc lưu vực thủy điện Hương Sơn Bảng 4.2. Thống kê phân cấp độ dốc lưu vực thủy điện Hương Sơn
Cấp độ dốc Số Pixel Tỷ lệ %
Cấp 1 (Dưới 10 độ) 127888 21,04
Cấp 2 (Ttừ 10 – 30 độ) 381639 62,78
Cấp 3 (trên 30 độ) 98331 16,18
44
độ dốc từ 10 đến 30 độ với tỷ lệ 62,78%; độ dốc dưới 10 độ chiếm 21,04% và trên 30 độ chiếm 16,18% diện tích toàn lưu vực.