Dạng dữ
STT Dữ liệu Số lượng liệu/Đơn Ghi chú
vị
1 Hệ thống các lưu vực sông 19 Bản đồ Bản đồ theo từng
Việt Nam lưu vực sơng
2 Hệ thống trạm khí tượng – 802 Trạm Dữ liệu trạm/Bản đồ
thủy văn trạm
3 Hệ thống đường giao thông 128 Đường Lớp bản đồ toàn bộ
quốc lộ Việt Nam đường quốc lộ VN
4 Mạng lưới sơng ngịi Việt 2,360 Sơng Lớp bản đồ tồn bộ
Nam sông >10km tại VN
5 Dữ liệu mặt cắt sông 342,781 Giá trị Bản đồ theo từng
lưu vực
6 Dữ liệu về ô chứa/ô ruộng 10,556 Giá trị Bản đồ theo từng
lưu vực 7 Dữ liệu thông tin về cao độ đê 16,068 Giá trị
8 Dữ liệu thông tin về đường 4,776 Giá trị
tràn giữa các ô
9 Dữ liệu mực nước 5,260,139 Giá trị
10 Dữ liệu lưu lượng 104,536 Giá trị
Thống kê dữ liệu bản đồ
STT Loại bản đồ Tỷ lệ
1 Bản đồ cao độ lưu vực sơng Hồng-Thái Bình 1/50.000 2 Bản đồ cao độ châu thổ sơng Hồng-Thái Bình 1/25.000
3 Bản đồ cao độ vịnh Bắc bộ 1/50.000
4 Bản đồ giao thông 1/100.000
5 Bản đồ lưu vực sơng tồn Việt Nam 1/100.000
6 Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn 1/100.000 Dưới đây là một số bản đồ tác giả đã thu thập để đáp ứng nội dung cho đề tài.
Sông Cà Lồ
Hỡnh 2.5: Bản đồ cao độ một phần vùng chõu th sng Hng
Bắc Giang Vĩnh Phúc TP. Hà Nội Bắc Ninh Sụng H Hi D- ơng Hà Tây H- ng Yê n TP. Hải Phịng Hồ Bình
2.3 Xây dựng hệ thống thông tin địa lý trực tuyến WebGIS
2.3.1 Phương pháp xử lý dữ liệu bản đồ và kết quả
a, Phương pháp xử lý
Đề xây dựng hệ thống thông tin địa lý trực tuyến tác giả đã thu thập dữ liệu bản đồ nhiều nguồn khác nhau. Công việc xử lý bản đồ khá vất vả với nhiều lớp bản đồ phức tạp cũng như sự đòi hỏi chi tiết số liệu tương ứng để phục vụ đề tài.
Chúng tôi sử dụng QGIS (tên gọi trước đây là Quantum GIS) là một phần mềm GIS mã nguồn mở mạnh và dễ sử dụng, chạy trên nền hệ điều hành Windows để biên tập, xử lý bản đồ.
- Bản đồ lưu vực sông bao gồm16 lưu vực sơng lớn trên tồn lãnh thổ Việt Nam. Đây là lớp bản đồ tổng quát cho người dùng có thể khái quát và dễ dàng thực hiện các thao tác lựa chọn lưu vực tính tốn.
- Đối với bản đồ từng lưu vực sông, sử dụng các kỹ năng xử lý bản đồ cùng các kinh nghiệm phân tích, chia ô ruộng dựa vào cao độ các đường giao thông của lưu vực. Các lớp mặt cắt sông tương ứng sẽ được đưa vào bản đồ phục vụ cho các phương án tính tốn của đề tài. Các ơ ruộng đều được đặt tên đánh số cho đồng nhất tại mỗi lưu vực, các mặt cắt ngang được đặt tên theo các sông và được đánh số theo thứ tự tăng dần từ thượng nguồn ra đến hạ du, cửa biển.
- Lớp bản đồ thống kê tồn bộ trạm khí tượng và trạm thủy văn trên tồn lãnh thổ Việt Nam. Tác giả đã tổng hợp được bản đồ các trạm đo bao gồm: 365 trạm thủy văn và 437 trạm khí tượng trên tồn lãnh thổ Việt Nam gồm cả các đảo, quần đảo lớn nhỏ thuộc nước Việt Nam. Các trạm đo đã được xử lý, phân loại theo nhiều hạng trước khi cập nhật vào bản đồ lưu vực sông.
Tất cả các dữ liệu đều được chuyển đổi về tọa độ chuẩn trên hệ tọa độ WGS 1984 Zone 48N.
b, Kết quả
Sau khi kết hợp các phương pháp và xử lý theo yêu cầu đầu vào của hệ thống, hệ thống các bản đồ trong từng lưu vực được cập nhật lên hệ thống WebGis như sau:
Hình 2.7: Bản đồ chia ơ vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng
Bản đồ đồng bằng châu thổ sông Hồng đã được chia 310 ô ruộng cùng với mạng lưới sông tương ứng là các mặt cắt ngang sông thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng. Đây là hệ thống sông lớn với hơn 930 mặt cắt ngang sông được đưa vào hệ thống sơng phục vụ nhu cầu tính tốn thuỷ lực cho tồn mạng sơng.
Hình 2.8: Bản đồ chia ơ ruộng lưu vực Tích Bùi
Bản đồ lưu vực sơng Tích - Bùi với 62 ơ ruộng được thiết lập để tính tốn thử nghiệm các phương án ngập lụt cho khu vực. Bởi đây là khu vực nóng trong những năm gần đây về việc ngập diện rộng kéo dài. Mạng lưới mặt cắt bao gồm 3 nhánh sơng chính là sơng Tích, sơng Bùi, sơng Đáy với tổng số hơn 80 mặt cắt ngang đã được đưa vào cơ sở dữ liệu và cập nhật lên hệ thống thông tin địa lý trực tuyến.
Hình 2.9: Bản đồ chia ơ ruộng lưu vực Tam Kỳ
Lưu vực sông Tam Kỳ là một phần của hệ thống lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, đây là một lưu vực sông nhỏ tuy nhiên mạng lưới sông dày đặc với những đặc trưng thủy văn của vùng cửa biển. Lưu vực sông Tam Kỳ được chia với 31 ô ruộng với 87 mặt cắt được phân bố trên nhiều nhánh sông nhỏ được tác giả đặt tên sao cho thuận tiện để sơ đồ hóa vào mơ hình như: sơng Tam Kỳ, Trường Giang, Bàn Thạch, Chò 1, Chò 2, Chò 3, Chò 4, Chò 5, Chò 6.
Dưới đây là bản đồ mạng lưới các trạm khí tượng, thủy văn trên phạm vi tồn quốc. Hình 2.10: Bản đồ mạng lưới trạm trên tồn lãnh thổ Việt Nam
2.3.2 Hệ thống thơng tin địa lý trực tuyến
Các bản đồ chuyên đề chi tiết 16 lưu vực sông lớn và các lưu vực sông nhỏ được cập nhật lên hệ thống thông tin địa lý trực tuyến. Giao diện của hệ thống với các chức năng cho phép người dùng zoom, lựa chọn lưu vực, lựa chọn các trạm, .v.v theo nhu cầu sử dụng như hình 2.11 dưới đây.
Ở bảng điều khiển bên trái cho phép di chuyển bản đồ lên trên, xuống dưới, qua trái, qua phải tùy theo nhu cầu sử dụng của người dùng.
Hình 2.11: Bản đồ các lưu vực sông trên hệ thống thông tin địa lý trực tuyến
Người dùng lựa chọn lưu vực sơng theo danh sách 19 lưu vực sơng có sẵn được tác giả phân chia. Việc lựa chọn lưu vực sơng chỉ cần click chuột vào dịng “Lựa chọn lưu vực” bên góc phải cửa sổ sẽ hiển thị các lưu vực sông để người dùng chọn lựa bằng cách click chuột vào tên lưu vực cần. Các lưu vực sông được chọn sẽ hiển thị ra ngồi màn hình làm việc phục vụ nhu cầu tính tốn cho người dùng.
Hình 2.12: Danh sách các lưu vực sông trên hệ thống thông tin địa lý
Ứng với các lưu vực sơng được chọn, các trạm khí tượng và trạm thủy văn sẽ được hiển thị tương ứng. Người dùng có thể chọn click chuột để lựa các trạm để xem thêm một vài thông tin cơ bản của trạm. Với đồng bằng châu thổ sông Hồng, khi người dùng
chọn trạm thủy văn Hà Nội thì các trạm thủy văn như Hịa Bình, n Bái, Hàm Yên, Na Hang …. sẽ được tô màu vàng thể hiện mối tương quan giữa các trạm trong cùng một
lưu vực. Mối quan hệ này được thiết lập thành một bảng trong cơ sở dữ liệu.
Hình 2.13: Các trạm có sự tác động đến trạm thủy văn Hà Nội
2.4 Xây dựng hệ thống dự báo
2.4.1 Cấu trúc của hệ thống dự báo
Tuân theo kiến trúc 3 tầng của WebGIS đã trình bày ở trên, tác giả đã xây dựng hệ thống dự báo trực tuyến có sơ đồ như hình 2.14. Tuy nhiên, ngồi các lớp tiêu chuẩn, mơ hình được xây dựng thêm lõi tính tốn là mơđun mạng thần kinh nhân tạo hồi tiếp. Các giao tiếp dữ liệu điều phối theo từng nhu cầu cụ thể khi tính tốn hoặc truy vấn dữ liệu hoặc hiển thị bản đồ GIS.
Data Server
Client Web Mạng thần
kinh nhân
Server tạo hồi tiếp
Map Server
Hình 2.14: Sơ đồ hoạt động hệ thống dự báo trực tuyến
Quá trình hoạt động của hệ thống dự báo trực tuyến được mô tả như sau: - Người dùng sử dụng trình duyệt web ở phía client (khách).
- Client (khách) gửi yêu cầu của người sử dụng đến WebServer (máy chủ Web). WebServer nhận yêu cầu của người dùng và chuyển yêu cầu đến các ứng dụng Server tương ứng.
- Các hệ thống WebServer, DataServer và MapServer có thể hoạt động tách biệt hoặc tương tác lẫn nhau, tương ứng với mỗi yêu cầu sử dụng của người dùng.
+ Khi người dùng yêu cầu truy cập bản đồ, WebServer gửi yêu cầu đến MapServer và MapServer sẽ chuyển dữ liệu và hiển thị kết quả tại WebServer.
+ Khi người dùng muốn truy cập dữ liệu, WebServer gửi yêu cầu đến DataServer bằng cách click chuột vào những vị trí muốn hiển thị thơng tin và dữ liệu sẽ được DataServer chuyển đến WebServer hiển thị thông tin dữ liệu cho người dùng.
+ Khi người dùng yêu cầu về tính tốn thì WebServer sẽ chuyển u cầu đến ứng dụng Mạng thần kinh nhân tạo, tại đây dữ liệu sẽ được DataServer
chuyển đến và thực hiện tính tốn tại phần lõi tính là Mạng thần kinh nhân tạo, sau đó kết quả sẽ được hiển thị trên Mapserver.
- Kết quả sẽ được gửi về người dùng và hiển thị trên trình duyệt.
2.4.2 Giao diện của hệ thống dự báo
Hệ thống dự báo trực tuyến này sẽ được được đưa vào khai thác và sử dụng trên mạng Internet thông qua các trình duyệt web nên nó sẽ có một số thuộc tính tương tự như một trang web thơng thường. Hệ thống dự báo gồm nhiều lớp khác nhau, nên giao diện của hệ thống sẽ được thiết kế sao cho phù hợp với việc tương tác với các lớp thông tin bản đồ các lưu vực và khai thác hiệu quả dữ liệu của các lớp thông tin trong từng lưu vực.
Hệ thống dự báo trực tuyến được sử dụng trên các trình duyệt web tại địa chỉ
https://dubao.imech.info . Dưới đây là giao diện trang web khi mở đường link bằng
trình duyệt Google Chrome.
Hình 2.15: Giao diện hiển thị các hệ thống sơng Việt Nam
Dựa trên độ lớn diện tích > 10.000 km2 thì trên tồn lãnh thổ Việt Nam được chia làm 16 lưu vực sơng. Ngồi ra, nhóm thực hiện đề tài đã sử dụng số liệu đã thu thập được từ những đề tài nghiên cứu khoa học trước đây của tập thể cán bộ phòng Thủy động lực và giảm nhẹ thiên tai của Viện Cơ học, sử dụng thêm một số tiểu lưu vực con
để tính tốn thử nghiệm mơ hình dự báo, bổ sung thêm các lưu vực sông như là: vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, lưu vực sơng Tích – Bùi, lưu vực sơng Tam Kỳ.
Dưới đây là bản đồ WebGIS của một số lưu vực sơng sẽ được sử dụng để tính tốn thử nghiệm mơ hình dự báo trực tuyến.
Hình 2.17: Bản đồ WebGIS lưu vực sơng Tích – Bùi
2.4.3 Kỹ thuật hỗ trợ
a) Giải pháp về thiết kế giao diện
Hệ thống dự báo trực tuyến được xây dựng dựa trên nền công nghệ Web và thiết kế theo nguyên tắc thống nhất, dễ sử dụng và hướng tới người dùng. Các trang Web sẽ tuân theo chuẩn HTML 5.0, CSS và các tiêu chuẩn được quy định bởi Tổ chức mạng toàn cầu.
Giao diện trang web sử dụng giao diện hiển thị Responsive, tương thích với mọi trình duyệt và màn hình hiển thị của máy tính để bàn, máy tính bảng cũng như các thiết bị di dộng. Trang web có thể truy cập dễ dàng bằng tất cả các thiết bị nên đáp ứng được nhu cầu của nhiều đối tượng sử dụng. Do có thể quản lí nhiều hiển thị chỉ với một lần chỉnh sửa nên giảm chi phí và thời gian thiết kế cho nhiều loại màn hình, tối ưu hố với các bộ máy tìm kiếm (cải thiện SEO) cho website.
b) Giải pháp an tồn, bảo mật
Dù với kinh phí hạn chế, khi thiết lập hệ thống trực tuyến cũng cần đảm bảo các yếu tố an toàn và bảo mật. Ngoài việc sử dụng máy chủ riêng được ảo hoá trên nền điện toán đám mây (hiện nay với chi phí rất rẻ) đảm bảo độ mở rộng theo nhu cầu cũng như đảm bảo sao lưu tốt. Ngoài ra, để đảm bảo yếu tố bảo mật, hệ thống sử dụng miễn phí dịch vụ DNS của Cloudflare miễn phí có chức năng phân giải tên miền nhanh, hỗ trợ CDN, tường lửa hạn chế tấn công từ chối dịch vụ DDoS và Spam, cũng như mã hoá dữ liệu truyền tải SSL. Ngoài ra, máy chủ web cũng được thiết lập hệ thống tường lửa và cài đặt các chương trình diệt virus riêng.
CHƯƠNG III
THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG DỰ BÁO CHO MỘT SỐ LƯU VỰC 3.1 Kết quả dự báo mực nước đồng bằng châu thổ sông Hồng
Đồng bằng châu thổ sông Hồng trải rộng từ vĩ độ 21°34´B (huyện Lập Thạch) tới vùng bãi bồi khoảng 19°5´B (huyện Kim Sơn), từ 105°17´Đ (huyện Ba Vì) đến 107°7 ´Đ (trên đảo Cát Bà).
Tồn vùng có diện tích trên 14.860 km², tỷ lệ khoảng 4,5% tổng diện tích cả nước. Khu vực này bao gồm 10 tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Vĩnh Phúc, Hà Nam, Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh, Thái Bình, Nam Định và Ninh Bình.
- Phía Bắc, Đơng Bắc giáp Trung du và miền núi Bắc Bộ. - Phía Tây giáp Tây Bắc.
- Phía Nam giáp Bắc Trung Bộ. - Phía Đơng giáp Vịnh Bắc Bộ.
Đồng bằng sơng Hồng có một mạng lưới sơng ngịi dày đặc vừa bao gồm hạ lưu các sông lớn với các chi lưu dày đặc, vừa là hệ thống kênh đào, có sơng đổ ra biển, nhưng cũng có sơng chỉ chảy trong phạm vi một ơ trũng, gọi là sơng nội địa. Đồng bằng sơng Hồng tuy có nhiều sơng nhưng quan trọng nhất là hệ thống sông Hồng và sơng Thái Bình. Hai hệ thống sơng này cung cấp một lượng nước ngọt lớn và lượng phù sa cao cho đồng bằng. Tuy vậy, chế độ thủy văn và hải văn của đồng bằng sông Hồng khiến cho vấn đề chống lũ lụt, chống úng và chống mặn là những mối quan tâm hàng đầu của cư dân nơi đây mà biện pháp an tồn nhất là đắp đê. Vì thế tuy đắp đê, giữ đê là một cơng trình rất vất vả, tốn kém, cư dân đồng bằng sông Hồng từ xa xưa đến nay vẫn phải tự tổ chức sao cho có thể tiến hành việc đắp đê được vững chắc.
Có thể thấy rằng vị trí địa lý tại đồng bằng sông Hồng thuận lợi cho lưu thông, trao đổi với các vùng khác và thế giới. Nơi đây có nguồn đất phù sa được bồi đắp bởi sông Hồng là nguồn tài nguyên quý nhất, phù hợp cho việc canh tác, đặc biệt là trồng lúa nước của nhân dân trong vùng. Vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng đã và đang là vùng kinh tế trọng điểm, sản xuất lúa gạo lớn thứ 2 cả nước, chỉ sau đồng bằng sơng Cửu Long.
Hình 3.1: Vị trí địa lý vùng đồng bằng châu thổ sơng Hồng – Thái Bình
Hàng năm, từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 9 cư dân vùng châu thổ sông Hồng - Thái Bình ln sống trong tình trạng bị uy hiếp bởi nạn lũ lụt. Để chủ động phòng tránh và hạn chế các tác hại, song song với việc phát triển kinh tế, chúng ta phải ln ln tìm kiếm các biện pháp hữu hiệu đối phó với lũ lụt.
Tập thể nghiên cứu lũ lụt Viện Cơ học đã xây dựng và phát triển nhiều mơ hình thủy lực nhằm mơ phỏng và dự báo các yếu tố thủy văn thủy lực, từ đó phục vụ cho việc đề xuất, đánh giá và điều hành phòng chống lụt bão. Trong nghiên cứu này sử dụng lại một phần số liệu của mơ hình thủy lực đã phát triển để tính tốn, thử “dự báo” lại mực nước tại trạm Hà Nội trong hệ thống.
Với đặc điểm tự nhiên là có nhiều con sơng lớn như sơng Đà, sông Thao, sông Lô,