4. Kết quả của đề tài
3.3.1Quy trình chuyển kết quả của mô hình toán sang GIS và xây dựng bản đồ ngập lụt
tần suất 10% tại trạm thủy văn Củng Sơn
Bảng 3.13 Kết quả tính toán mực nước lũ tại một số vị trí vết lũ, trận lũ chính vụ tần suất 10% tại trạm thủy văn Củng Sơn
STT Tên Vết lũ Tọa độ X Tọa độ Y Cao độ ngập lũ 1993 (m) Cao độ ngập lũ trận lũ 10% (m) Chênh lệch ngập lũ 1993 - tần suất 10% (m) 1 VL1 967340 1450588 3,38 3,19 0,19 2 VL4 966796 1451650 3,57 2,64 0,93 3 VL6 964000 1449155 5,35 4,94 0,41 4 VL7 964326 1447124 5,84 5,51 0,33 5 VL14 948190 1440967 17,81 16,74 1,07 6 VL18 958923 1447534 5,88 5,58 0,30 7 VL24 967450 1445620 5,96 5,69 0,27 8 VL25 964965 1443713 6,72 6,48 0,24 9 VL27 963492 1442716 7,12 6,80 0,32 10 VL38 968647 1441078 5,74 5,53 0,21
3.3 Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba
3.3.1 Quy trình chuyển kết quả của mô hình toán sang GIS và xây dựng bản đồ ngập lụt lụt
Dựa trên các kết quả tính toán thủy lực lũ lưu vực sông Ba với các kịch bản trích xuất các thông tin yêu cầu diện ngập, vị trí ngập, độ sâu ngập, vận tốc dòng chảy… từ mô hình Mike Flood và được số hóa theo định dạng file phần mềm bản đồ Arc-Map thông
qua công cụ nội suy điểm Kriging sau đó chồng lớp lên các bản đồ nền 1:10.000, 1:50.000 theo hệ tọa độ UTM-WGS84 Zone48. Các trị số tính toán trong mô hình được tính toán cho các nút lưới với cao độ mặt đất tự nhiên, cao trình mực nước ngập, độ sâu mực nước ngập, vận tốc dòng chảy theo thời đoạn. Bản đồ sẽ tiếp tục được biên tập, chỉnh sửa theo các yêu cầu kỹ thuật, giao diện thể hiện đáp ứng tiêu chuẩn.
Tổ chức dữ liệu bản đồ GIS: các thông tin được lưu thành từng lớp riêng rẽ trên 1 hệ toạ độ. Hệ thống lưu các lớp nền và chuyên đề được sử dụng linh hoạt cho các nhu cầu sử dụng khác nhau. Cấu trúc CSDL bản đồ ngập lũ bao gồm các trường thông tin như sau: Lớp thông tin địa giới hành chính
Lớp thông tin hệ thống thuỷ văn Lớp thông tin hệ thống giao thông Lớp thông tin địa hình
Lớp thông tin hệ thống thuỷ lợi, thuỷ nông
Lớp thông tin diện tích, vị trí, độ sâu các vùng ngập lũ.
Hệ quy chiếu bản đồ: được thành lập theo lưới chiếu UTM-WGS84 Zone 48N
Biên tập bản đồ: Bố trí bản đồ phụ, bảng giải thích, bảng thống kê vùng ngập lũ, thôn xóm bị ảnh hưởng, dân số bị ảnh hưởng. Trình bày khung, khoảng cách chữ, cỡ chữ trình bày ngoài khung theo qui định kỹ thuật thành lập bản đồ hành chính các cấp. Cỡ chữ có thể xê dịch trong phạm vi nhỏ để trình bày cho phù hợp không bị to hoặc bé quá làm mất cân đối.
a. Xây dựng bản đồ nền
Bản đồ nền là phần dữ liệu cơ bản đầu tiên của bản đồ ngập lụt. Bao gồm các lớp dữ liệu về địa hình, địa mạo; lớp dữ liệu bình đồ; lớp dữ liệu sông suối, lớp dữ liệu dân cư, cơ sở,….
Để xây dựng bản đồ nền, trong báo cáo này học viên sử dụng 2 bản đồ nền dạng số hóa tỉ lệ 1:50.000 và 1:250.000 do Bộ Tài nguyên Môi trường đo đạc và cập nhật. Bản đồ nền 1:50.000 sử dụng cho các bản đồ tỉ lệ nhỏ (định mức 2 khổ A0 theo đề cương) và bản đồ nền 1:250.000 sử dụng cho các bản đồ tỉ lệ lớn (định mức 1 khổ A3 theo đề cương).
Với các bản đồ nền dạng số hóa được Bộ Tài nguyên Môi trường đo đạc và cập nhật được phân theo cấp hành chính cấp tỉnh, huyện, xa chính vì vậy cần cắt và chỉnh sửa để tạo ra phần dữ liệu nền cho lưu vực sông Ba
b. Xây dựng lớp dữ liệu ngập lụt
Kết quả tính toán thủy lực từ mô hình Mike Flood được trính xuất ra dưới dạng file *.xls mở trong phần mềm văn phòng Excel. Kết quả bao gồm : vị trí tọa độ X, Y của từng điểm (hệ tọa độ UTM-WGS84 Zone48N) và độ sâu ngập Z (m)
Hình 3.28. Kết quả trích xuất từ mô hình MIKE FLOOD
Từ kết quả định dạng *.xls đưa vào Arc-Map thông qua Add data
Dữ liệu độ sâu ngập được đưa vào dưới dạng điểm (point), sau khi đưa vào Arc-Map thực hiện tạo điểm thông qua công cụ Display XY Data. Ở đây cần lưu ý khi tạo điểm cần nhập đúng hệ tọa độ tham chiếu (trong nghiên cứu này, toàn bộ sử dụng hệ tọa độ UTM-WGS84 Zone48N)
Sau khi tạo điểm, sử dụng phương pháp nội suy tạo file dữ liệu bản đồ ngập lụt. Trong Arc-Map sử dụng 3 phương pháp nội suy chính, bao gồm : IDW, Kriging và Natural Neighbor [11].
Kriging là một nhóm các kỹ thuật sử dụng trong địa thống kê để nội suy một giá trị của trường ngẫu nhiên (như độ cao z của địa hình) tại điểm không được đo đạc thực tế từ những điểm được đo đạc gần đó.
Lý thuyết phía sau phép nội suy và ngoại suy bằng Kriging được nhà toán học người Pháp Georges Matheron phát triển dựa trên luận văn thạc sĩ của Daniel Gerhardus Krige, người tiên phong trong phương pháp tính trung bình khoảng cách có trọng số (distance- weighted average) về cấp độ vàng ở Witwatersrand, Nam Phi.
Kriging thuộc nhóm thuật toán bình phương tối thiểu tuyến tính. Mục đích của phương pháp kriging là ước tính giá trị của một hàm số thực chưa biết, f {\displaystyle f}, tại một điểm, x* {\displaystyle x^{*}}, cho ra các giá trị của hàm tại các điểm khác, {\displaystyle x_{1},\ldots ,x_{n}}x1,x2,….xn. Cách tính theo Kriging được gọi là tuyến tính vì giá trị phỏng đoán f(x*){\displaystyle {\hat {f}}(x^{*})} là một tổ hợp tuyến tính được biểu diễn như sau:
Các trọng số{\displaystyle \lambda _{i}} λi là các đáp án của hệ các phương trình tuyến tính, được tạo ra bằng phương pháp cộng, mà {\displaystyle f} là sample-path của một quá trình ngẫu nhiên {\displaystyle F(x)}, và sai số
được giảm đến mức tối thiểu trong một số trường hợp. Ví dụ, tính theo simple kriging có nghĩa là tính trung bình và hiệp phương sai của {\displaystyle F(x)} đã biết và sau đó phương pháp suy đoán kriging là công cụ để tối thiểu hóa hiệp phương sai của sai số dự đoán.
Trong đó:
T* : giá trị cần ước lượng tại 1 tọa độ trong không gian. u: giá trị trung bình.
W: trọng số phụ thuộc vào vị trí của dữ liệu. gj: giá trị những điểm khác.
n: số dữ liệu xung quanh dùng để ước lượng giá trị T
Kriging nội suy giá trị cho các điểm xung quanh một điểm giá trị. Những điểm gần điểm gốc sẽ ảnh hưởng nhiều hơn những điểm ở xa. Quá trình hai bước của Kriging bắt đầu với ước tính mức độ tương quan và sau đó thực hiện phép nội suy.
Ưu điểm của phương pháp Kriging là giá trị của các điểm được gán không chỉ phụ thuộc vào khoảng cách mà còn phụ thuộc vào sự phân bố không gian các điểm. Điều này làm cho các giá trị nội suy mang tính tương quan không gian nhiều hơn.
Tại cửa sổ chính công cụ Kriging nhập các dữ liệu đầu vào để nội suy. Nhập số liệu điểm độ cao ngập vừa được tạo phía trên vào cửa sổ Input point features. Tại ô Z value field chọn trường dữ liệu chiều cao ngập Z (m). Tại cửa sô Output surface raster nhập vị trí folder đầu ra. Tại Output cell size (kích thước phần từ đầu ra), trong nghiên cứu này chọn Output cell size bằng 5. Number of points bằng 5 và Maximum Distance bằng 300 → OK
Sau khi file dữ liệu độ ngập được xây dựng, add lớp dữ liệu ngập lên lớp bản đồ nền đã tạo ở trên và bắt đầu biên tập, trích xuất bản đồ.
c. Biên tập và trích xuất bản đồ ngập lụt
Biên tập bản đồ là bước cuối cùng khi xây dựng bạn đồ ngập lụt sông Ba. Thực hiện add các lớp dữ liệu nền và dữ liệu độ sâu ngập đã thực hiện xây dựng ở trên lên cùng một Layers. Thêm các trường dữ liệu công trình thủy lợi, các trạm thủy văn, trạm khí tượng, kênh, vị trí Ủy ban nhân dân cấp tỉnh, huyện, xã …