Ngân hàng dữ liệu phục vụ cho việc nghiên cứu phòng chống lũ lụt ở đồng bằng sông Hồng, Thái Bình.PDF
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.28 MB, 123 trang )
vi
mục lục
Lời cảm ơn iii
Lời cam đoan iv
Tóm tắt v
Danh mục các thuật ngữ viết tắt ix
Danh sách bảng biểu ix
Danh sách hình Vẽ x
Mở đầu 1
Chơng 1: Tổng quan về số liệu vùng đồng bằng
sông hồng, thái bình 5
1.1. Giới thiệu 5
1.2. Các loại số liệu 6
1.2.1. Số liệu thuỷ văn 7
1.2.2. Số liệu khí tợng 9
1.2.3. Số liệu địa hình sông 11
1.2.4. Bản đồ số 12
Chơng 2: xử lý số liệu đầu vào cho các mô hình
tính toán thuỷ lực, thuỷ văn 16
2.1. Mô hình thủy lực 16
2.1.1. Mạng sông 18
2.1.2. Ô ruộng (Ô chứa) 19
2.1.3. Khai toán mặt cắt 19
2.1.4. Tạo giá trị mực nớc và lu lợng làm điều kiện ban đầu 21
2.1.5. Vấn đề xác định hệ số nhám và chỉnh kết quả 22
2.2. Mô hình thủy văn 23
vii
2.3. So sánh kết quả tính toán với số liệu thực đo 24
2.4. Tạo bản đồ ngập lụt 25
Chơng 3: Công nghệ GIS trong việc mô tả bức
tranh ngập lụt 27
3.1 Giới thiệu 27
3.2. Công nghệ GIS 28
3.3. Các khả năng của công nghệ GIS 29
3.4. Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS 31
3.5. Đặc điểm chung các phần mềm công cụ GIS 33
3.6. Tình hình ứng dụng công nghệ GIS 42
3.7. Mục đích sử dụng GIS trong ngân hàng dữ liệu 43
Chơng 4: xây dựng ngân hàng dữ liệu 44
4.1. Nắm bắt yêu cầu 44
4.1.1. Mô tả nghiệp vụ bài toán 44
4.1.2. Mô hình ca sử dụng nghiệp vụ 46
4.1.3. Các ca sử dụng nghiệp vụ 47
4.1.4. Mô tả chi tiết các gói ca sử dụng 47
4.1.5. Các thực thể nghiệp vụ 49
4.2. Phân tích 53
4.2.1. Phân tích từng ca sử dụng 53
4.2.2. Mô hình phân tích 92
4.3. Thiết kế 95
4.3.1. Gói ca sử dụng Quản lý số liệu KTTV 95
4.3.2. Gói ca sử dụng Quản lý số liệu địa hình sông 97
4.3.3. Gói ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 99
4.3.4. Gói ca sử dụng Kết nối với các mô hình tính toán 100
Kết luận 102
Danh mục công trình của tác giả 104
Tài liệu tham khảo 105
viii
Phụ lục 107
Phụ lục A: Thiết kế chơng trình 107
A1. Ca sử dụng tạo bản đồ ngập lụt 107
A2. Ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 108
A3. So sánh kết quả tính toán của các mô hình tính toán với số liệu
thực đo 109
Phụ lục B: Một số giao diện chính của chơng trình 112
B1. Giao diện chính 112
B2. Bản đồ mặt cắt sông 113
B3. Truy vấn số liệu thủy văn 114
B4. Truy vấn số liệu ma 114
B5. Số liệu thủy văn trung bình 115
B6. Truy vấn số liệu x,y mặt cắt 115
B7. Số liệu cao độ đê 116
B8. Tạo bản đồ ngập lụt 116
ix
Danh mục các thuật ngữ viết tắt
Từ hoặc cụm từ Từ viết tắt
Từ tiếng Anh
Hệ thống thông tin địa lý GIS Geographic Information System
Ngôn ngữ mô hình hóa
thống nhất
UML Unified Model Language
Mô hình thủy lực 1 chiều TL1, 1D One Demention Model
Mô hình thủy lực 2 chiều TL2, 2D Two Demention Model
Mô hình số độ cao DEM Digital Evaluation Model
Khí tợng, thủy văn KTTV
Biểu đồ tuần tự BĐTT Sequence Diagram
Biểu đồ lớp đối tợng thực
thi
BĐLĐTTT
Danh sách bảng biểu
Bảng 1.1. Dạng số liệu mực nớc, lu lợng nớc của một số trạm 8
Bảng 1.2. Số lợng các mặt cắt trên các sông 11
Bảng 1.3. Danh sách các bản đồ số 12
x
Danh sách hình Vẽ
Hình 1.1. Vị trí các trạm đo mực nớc, lu lợng nớc 7
Hình 1.2. Dạng đờng quá trình của số liệu thuỷ văn 9
Hình 1.3. Dạng biểu đồ cột của số liệu khí tợng 10
Hình 2.1. Mạng lới sông ngòi và ô lới tính toán 17
Hình 2.2. Chia mặt cắt thành các hình thang 19
Hình 2.3. Một đoạn file đầu vào chứa thông số các mặt cắt ngang 21
Hình 2.4. Đờng quá trình mực nớc tại trạm thuỷ văn Hà Nội của trận lũ
tháng 8/1999 25
Hình 4.1. Sơ đồ tiến trình dự báo lũ lụt 45
Hình 4.2. Mô hình ca sử dụng nghiệp vụ 46
Hình 4.3. Mô hình miền nghiệp vụ 52
Hình 4.4. BĐTT hệ thống cập nhật trạm quan trắc 54
Hình 4.5. BĐLĐTTT ca sử dụng cập nhật trạm quan trắc 55
Hình 4.6. BĐTT ca sử dụng cập nhật trạm quan trắc 55
Hình 4.7. BĐTT hệ thống quản lý số liệu ma 57
Hình 4.8. BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu ma 58
Hình 4.9. BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu ma 59
Hình 4.10. BĐTT hệ thống cập nhật sông 61
Hình 4.11. BĐLĐTTT ca sử dụng cập nhật sông 62
Hình 4.12. BĐTT ca sử dụng cập nhật sông 62
Hình 4.13. BĐTT hệ thống cập nhật mặt cắt sông 64
Hình 4.14. BĐLĐTTT ca sử dụng cập nhật mặt cắt sông 65
Hình 4.15. BĐTT ca sử dụng cập nhật mặt cắt sông 66
Hình 4.16. BĐTT hệ thống quản lý số x,y mặt cắt 68
Hình 4.17. BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu x,y mặt cắt 69
Hình 4.18. BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu x,y mặt cắt 70
xi
Hình 4.19. BĐTT hệ thống quản lý số liệu cao độ đê 72
Hình 4.20. BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu cao độ đê 73
Hình 4.21. BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu cao độ đê 74
Hình 4.22. BĐTT hệ thống quản lý số liệu bản đồ 76
Hình 4.23. BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu bản đồ 77
Hình 4.24. BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu bản đồ 78
Hình 4.25. BĐTT hệ thống ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 80
Hình 4.26. BĐLĐTTT ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 81
Hình 4.27. BĐTT ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 81
Hình 4.28. BĐTT hệ thống ca sử dụng Tạo số liệu đầu vào cho mô hình thuỷ
văn 83
Hình 4.29. BĐLĐTTT ca sử dụng Tạo số liệu đầu vào cho mô hình thuỷ văn84
Hình 4.30. BĐTT ca sử dụng Tạo số liệu đầu vào cho mô hình thuỷ văn 85
Hình 4.31. BĐTT hệ thống ca sử dụng So sánh số liệu tính toán với số liệu
thực đo 87
Hình 4.32. BĐLĐTTT ca sử dụng So sánh số liệu tính toán với số liệu thực đo
88
Hình 4.33. BĐTT ca sử dụng So sánh số liệu tính toán với số liệu thực đo 88
Hình 4.34. BĐTT hệ thống ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 90
Hình 4.35. BĐLĐTTT ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 91
Hình 4.36. BĐTT ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 91
Hình 4.37. Mô hình phân tích gói ca sử dụng Quản lý số liệu KTTV 92
Hình 4.38. Mô hình phân tích gói ca sử dụng Quản lý số liệu địa hình sông.93
Hình 4.39. Mô hình phân tích gói ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 93
Hình 4.40. Mô hình phân tích gói ca sử dụng Kết nối với các mô hình tính
toán 94
Hình 4.41. Biểu đồ lớp ca sử dụng Quản lý số liệu mực nớc 95
Hình 4.42. BĐTT thực thi ca sử dụng Quản lý số liệu mực nớc 96
xii
Hình 4.43. BĐTT thực thi ca sử dụng Cập nhật mặt cắt 98
Hình 4.44. Biểu đồ lớp ca sử dụng Cập nhật mặt cắt 98
Hình 4.45. BĐTT thực thi ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 99
Hình 4.46. BĐTT thực thi ca sử dụng Tạo số liệu vào cho mô hình thủy văn
100
Hình 4.47. Biểu đồ lớp ca sử dụng Tạo số liệu vào cho mô hình thủy văn 101
Hình 4.48. Biểu đồ lớp ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 101
Hình A1.1. BĐTT thực thi ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 107
Hình A1.2. Biểu đồ lớp ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 107
Hình A2.1. BĐTT thực thi ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 108
Hình A2.2. Biểu lớp ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 109
Hình A3.1. BĐTT thực thi ca sử dụng So sánh kết quả 110
Hình A3.2. Biểu đồ lớp ca sử dụng So sánh kết quả 111
1
Mở đầu
Công nghệ thông tin ngày càng thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của
đời sống x hội. Một trong các lĩnh vực có tính thời sự đợc các nhà khoa học
trong và ngoài nớc đặc biệt quan tâm là Thủy tin học (Hydroinformatics).
Thủy tin học là một lĩnh vực khoa học mới, liên ngành và đang phát triển trên
thế giới. Nội dung cơ bản của Thuỷ tin học là tích hợp các kiến thức về Cơ học
chất lỏng, Thuỷ văn, Toán học, Công nghệ thông tin nhằm nghiên cứu các vấn
đề nớc (lũ lụt, bảo vệ và khai thác hợp lý nguồn nớc, chất lợng v công
nghệ môi trờng nớc).
Hng năm từ 15/6 đến 15/9 c dân vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng
v sông Thái Bình luôn phải sống trong tình trạng bị uy hiếp bởi nạn lũ lụt.
Chỉ trong mấy thập kỷ qua chúng ta đ phải chứng kiến các trận lũ lớn trong
các năm 1945, 1969, 1971, 1995 và 1996, gây thiệt hại lớn về ngời và tài
sản. [1]
Lu vực sông Hồng, sông Thái Bình nằm trong vùng gió mùa Đông
Nam á, chịu ảnh hởng trực tiếp không khí nóng và ẩm của Thái Bình Dơng
và ấn Độ Dơng nên hàng năm thờng xảy ra ma lũ lớn trên các lu vực
sông, gây lũ lụt nghiêm trọng ở toàn vùng đồng bằng và trung du Bắc Bộ. Chỉ
trong vòng 50 năm qua đ có tới 4 trận lũ lớn có mực nớc bằng và vợt mực
nớc thiết kế đê Hà Nội từ 0,7 đến 1,5 m. Các trận lũ này đ gây vỡ đê nhiều
nơi làm ngập hàng trăm ngàn ha đất tự nhiên và hàng triệu ngời bị ảnh
hởng, gây tổn thất hàng ngàn tỷ đồng.
Do tác động biến đổi khí hậu toàn cầu, do nạn phá rừng và khai thác tài
nguyên bừa bi trên toàn lu vực, nên xu thế lũ lụt ngày càng gia tăng, trong
những năm gần đây lũ xảy ra với quy mô lớn hơn và thờng xuyên hơn so với
những năm đầu thế kỷ.
2
Các yếu tố bất lợi về thời tiết cũng gia tăng và có những đột biến, nh
trận lũ tháng 8/1996 do cơn bo số 4 gây nên là trận lụt lớn nhất trên sông Đà
trong khoảng thời gian 100 năm gần đây [1].
Do ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với đời sống, kinh tế x hội, đặc biệt
trong thời kỳ có nhiều biến động phức tạp của khí hậu toàn cầu; vấn đề nghiên
cứu cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp tổng thể dự báo, phòng
tránh lũ - lụt luôn thu hút đợc sự quan tâm và đầu t thích đáng của nhà
nớc, cũng nh các nhà khoa học của các nớc trên thế giới.
Các thành tựu mới nhất của các ngành khoa học và công nghệ khác
nhau đ nhanh chóng đợc đa vào sử dụng trong việc nghiên cứu các cơ sở
khoa học cho việc dự báo, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai lũ - lụt. Then
chốt của việc xây dựng cơ sở khoa học cho công tác dự báo, phòng chống và
giảm nhẹ thiên tai lũ - lụt là xây dựng đợc hệ thống các công cụ và công
nghệ cho phép mô phỏng, dự báo các quá trình tự nhiên, hoặc các quá trình
xảy ra do tác động của con ngời dẫn tới hình thành tình trạng lũ - lụt, cho
phép đánh giá và lựa chọn các phơng án phòng tránh và kiểm soát. Hệ thống
các công cụ và công nghệ này phải đợc kiểm định chặt chẽ qua các tài liệu
lịch sử, cũng nh qua các tiêu chuẩn đợc xây dựng và thống nhất.
Hiện nay trên thế giới các nhà khoa học không phải chỉ quan tâm giải
quyết các vấn đề khoa học làm cơ sở cho việc dự báo và đề xuất các phơng
án kiểm soát lũ lụt tổng thể. Ngày càng nhiều các chơng trình, dự án, đề tài
nghiên cứu các vấn đề khoa học - công nghệ phức tạp làm cơ sở khoa học cho
việc xây dựng các kế hoạch hành động trong trờng hợp xảy ra tình trạng lũ
lụt khẩn cấp (ngập lụt do vỡ đập, vỡ đê, lũ quét, ).
Trong nớc, để chủ động phòng tránh v hạn chế tác hại của lũ lụt
chính phủ chỉ thị cho Bộ Nông nghiệp v phát triển nông thôn thực hiện
chơng trình Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng, sông Thái Bình. Nhiều
3
đơn vị tham gia, nhiều nghiên cứu khoa học và công nghệ đ đợc triển khai
nhằm tăng cờng khả năng và nâng cao chất lợng công nghệ dự báo, cũng
nh các công cụ phục vụ cho việc đánh giá, đề xuất các biện pháp kiểm soát
lũ lụt vùng Đồng bằng sông Hồng, Thái Bình.
Việc số liệu không thống nhất giữa các đơn vị ảnh hởng rất nhiều tới
kết quả tính toán, so sánh giữa các mô hình của các đơn vị khác nhau. Do đó
trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu, xây dựng một ngân hàng dữ liệu thống
nhất của vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình với mục tiêu giúp cho các đơn
vị quan tâm đến phòng chống lụt bo có một ngân hàng dữ liệu hoàn chỉnh với
những số liệu mới nhất về đồng bằng sông Hồng, Thái Bình. Ngoài ra có thể
chiết xuất dữ liệu dới nhiều dạng khác nhau phục vụ cho mục đích so sánh
với các số liệu tính toán từ các mô hình cũng nh là nguồn số liệu đầu vào cho
mô hình tính toán thuỷ lực và thuỷ văn.
Để đạt đợc mục tiêu trên, khi thực hiện đề tài, chúng tôi đ sử dụng
các phơng pháp nghiên cứu khác nhau. Để khảo cứu các vấn đề, chúng tôi sử
dụng phơng pháp phân tích và tổng hợp tài liệu. Khi thực hiện, chúng tôi sử
dụng phơng pháp thu thập, tổng hợp số liệu thực nghiệm. Khi phát triển ứng
dụng, chúng tôi sử dụng phơng pháp phân tích thiết kế hớng đối tợng.
Ngoài việc sử dụng một cách tổng hợp các phơng pháp trên, cùng với các kỹ
năng cần thiết nh: kỹ năng tìm hiểu công cụ, kỹ năng lập trình, kỹ năng soạn
thảo, chúng tôi đ sử dụng các công cụ nh: công cụ phần mềm tự động hoá
quá trình phát triển phần mềm Rational Rose, sử dụng phần mềm nhúng
MapObject 2.0, sử dụng Internet để tra cứu tài liệu,
Về mặt lý thuyết, đề tài đ khảo sát phơng pháp phân tích thiết kế
hớng đối tợng bằng UML góp phần tăng sự hiểu biết về phơng pháp luận
phát triển phần mềm hớng đối tợng. Một đóng góp khác của đề tài là ứng
dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực phòng chống lũ lụt từ đó thúc đẩy
4
nhanh khả năng ứng dụng công nghệ thông tin vào các ngành, lĩnh vực khoa
học khác ở Việt Nam.
Đề tài có ý nghĩa thực tiễn ở Việt Nam, trên cơ sở một ngân hàng dữ
liệu thống nhất các số liệu địa hình, số liệu khí tợng thuỷ văn của vùng đồng
bằng sông Hồng, Thái Bình. Tạo nguồn số liệu đầu vào cho các mô hình tính
toán thuỷ lực, thuỷ văn do Viện Cơ học xây dựng, đề tài còn áp dụng cho việc
quản lý số liệu của các vùng khác, tạo số liệu đầu vào cho các mô hình tính
toán của các đơn vị khác.
Kết cấu của luận văn gồm bốn chơng:
Chơng 1: Tổng quan về số liệu vùng đồng bằng sông Hồng, Thái
Bình. Giới thiệu tổng quan về các yếu tố liên quan đến lũ lụt ở vùng đồng
bằng sông Hồng, Thái Bình và tình hình số liệu hiện có của vùng này.
Chơng 2: Xử lý số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán thuỷ lực,
thuỷ văn. Tập trung nghiên cứu sơ lợc các vấn đề liên quan đến Cơ học chất
lỏng và các mô hình tính toán thuỷ lực, thuỷ văn để từ đó có thể tạo số liệu
đầu vào cho các mô hình này cũng nh sử dụng một cách có hiệu qủa các kết
quả của mô hình tính toán trong dự báo lũ lụt.
Chơng 3: Công nghệ GIS trong việc mô tả bức tranh ngập lụt. Giới
thiệu một số khái niệm cơ bản về GIS, và vai trò của công nghệ GIS trong việc
phòng chống lũ lụt.
Chơng 4: Xây dựng ngân hàng dữ liệu. Tiến hành phân tích, thiết kế
và xây dựng ngân hàng dữ liệu. Qui trình phân tích, thiết kế theo hớng tiếp
cận hớng đối tợng, sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất UML. Ngân
hàng dữ liệu đợc kết nối trực tiếp với các công cụ tính toán có sẵn.
5
Chơng 1: Tổng quan về số liệu vùng đồng bằng
sông hồng, thái bình
1.1. Giới thiệu
Việc tính toán lũ cho hệ thống sông Hồng, Thái Bình là một nhiệm vụ
phức tạp, đòi hỏi nhiều công sức, thời gian và kinh phí. Phải xác định qui luật
hình thành của các tác nhân gây lũ lụt tại Đồng bằng sông Hồng (tác nhân tự
nhiên: ma, tổ hợp các hình thế thời tiết nh áp thấp nhiệt đới, bo, triều, nớc
dâng v.v ; tác nhân do con ngời: vỡ đập, vỡ đê, điều hành các hồ chứa cùng
các giải pháp công trình kiểm soát lũ lụt khác). Từ đó xây dựng quy trình công
nghệ dự báo lũ, lụt tại vùng Đồng bằng sông Hồng; bao gồm một hệ thống các
công nghệ và công cụ hỗ trợ dựa trên kỹ thuật hiện đại (viễn thám, thông tin
địa lý, công nghệ thông tin, công nghệ mô phỏng số v.v ) trong việc dự báo
ngắn hạn; trong việc đánh giá và đề xuất các phơng án phòng chống và kiểm
soát lũ lụt Đồng bằng sông Hồng đảm bảo phát triển bền vững; trong việc xây
dựng kế hoạch hành động khi xảy ra tình trạng khẩn cấp.
Để tính toán, dự báo lũ lụt phải xây dựng đợc các mô hình tính toán.
Một trong những yếu tố quan trọng của các mô hình tính toán thuỷ lực, thuỷ
văn là nguồn số liệu đầu vào. Để các mô hình tính toán có kết quả tốt, nguồn
số liệu đầu vào phải đầy đủ và chính xác.
Tuy số liệu địa hình sông của vùng đ đợc đo đạc đầy đủ năm 2000, số
liệu khí tợng, thuỷ văn từ năm 1960 và đợc cập nhật hàng năm, nhng cha
có phần mềm nào quản lý các số liệu này một cách đầy đủ và nhất quán. Phổ
biến các số liệu này vẫn đợc lu trữ dới tệp dữ liệu văn bản (text), các tệp
excel v.v Điều này gây ra nhiều khó khăn cho việc quản lý số liệu. Khi tạo số
6
liệu vào cho các mô hình này ngời dùng lọc dữ liệu từ các tệp dữ liệu đó và
chuyển thành tệp dữ liệu đầu vào cho các mô hình.
1.2. Các loại số liệu [1, 2, 4, 6]
Số liệu vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình rất đa dạng và lớn gồm:
Số liệu địa hình sông
Số liệu các công trình
Số liệu về các chế độ vận hành công trình
Các kịch bản về lũ
Số liệu khí tợng, thuỷ văn
Số liệu kinh tế x hội
Các bản đồ số vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình
Một số lợng lớn các bản đồ, bản vẽ các số liệu trắc ngang, trắc dọc
liên quan đến 35 con sông trên toàn bộ 86720 km
2
lu vực hệ thống sông
Hồng, Thái Bình. Các số liệu về các hồ chứa, đập, các khu chứa lũ đ đợc thu
thập.
Các số liệu khí tợng, thuỷ văn của 76 trạm đo số liệu khí tợng, thuỷ
văn, 88 trạm đo ma, 31 trạm đo nhiệt độ và bốc hơi rải rác trong toàn bộ lu
vực trong cả quá trình hoạt động của trạm trong thời gian từ năm 1960 đến
năm 2004.
Số liệu về kinh tế x hội:
Thống kê thiệt hại năm 1995, 1998, 1999, năm 2001.
Thu nhập theo đầu ngời của c dân vùng đồng bằng châu thổ sông
Hồng, Thái Bình.
Trích dẫn số liệu kinh tế x hội.
Thông tin về số ngời trong độ tuổi lao động.
Thiệt hại về kinh tế x hội theo từng huyện của từng tỉnh.
7
Với lợng số liệu lớn nh trên, để có thể lu trữ đợc trên máy tính sao
cho việc truy xuất nhanh, hiệu quả với nhiều mục đích khác nhau, dới nhiều
hình thức khác nhau đòi hỏi phải nghiên cứu chi tiết mối quan hệ, mục đích sử
dụng của các loại dữ liệu này.
1.2.1. Số liệu thuỷ văn
Sông Hàn
Sông Hà
Bắc Giang
Hng Yên
Hà Tây
Ninh Bình
Thanh Hoá
TP. Hà Nội
Bắc Kạn
Thái Bình
Hoà Bình
Cao Bằng
Hải Dơng
Lào Cai
Lai Châu
Sơn La
Yên Bái
Hà Giang
Phú Thọ
Tuyên Quang
Vĩnh Phúc
Thái Nguyên
Lạng Sơn
TP. Hải Phòng
Hà Nam
Nam Định
Quảng Ninh
Hình 1.1. Vị trí các trạm đo mực nớc, lu lợng nớc
Số liệu về thuỷ văn gồm danh sách các trạm quan trắc (trạm thuỷ văn)
để đo số liệu mực nớc, số liệu lu lợng nớc. Hàng năm mùa lũ bắt đầu từ
1/6 đến 15/10. Với mỗi trạm thuỷ văn, giá trị mực nớc đợc đo theo ốp thời
gian 6 giờ (vào lúc 1, 7, 13, 19 giờ), nếu trong tình trạng lũ lụt khẩn cấp có thể
đo trong từng giờ. Số liệu đợc gửi về Trung tâm Dự báo khí tợng thuỷ văn
Trung ơng theo m luật điện báo thuỷ văn. Trung tâm Dự báo khí tợng thuỷ
văn chuyển số liệu về dạng bảng 1.1 và gửi cho các đơn vị tham gia dự báo lũ
lụt.
8
Bảng 1.1. Dạng số liệu mực nớc, lu lợng nớc của một số trạm
Thứ tự, tháng,
Ngày, Giờ
Trạm quan trắc (tên viết tắt)
TT T
D G LTD
TAK
Pma
Mte
TDuong
SinHo
VangPo
Patan
NamPo
1
7
1
13
0
0
-99
-99
-99
-99
-99
-99
-99
2
7
1
19
14
6
-99
-99
14
11
2
-99
-99
3
7
2
1
-99
0.1
-99
-99
6
3
4
-99
-99
4
7
2
7
-99
33.9
-99
10
10
8
15
-99
2
5
7
2
13
0
8
20
20
46
56
87
68
58
6
7
2
19
0
0.5
3
0
-99
1
-99
1
8
7
7
3
1
-99
0.2
1
13
-99
0.2
-99
-99
9
8
7
3
7
8
0.1
35
15
35
31.8
31
22
5
9
7
3
13
0
34
13
3
13
5
21
17
4
10
7
3
19
0.1
6
-99
3
4
14
6
7
3
11
7
4
1
0
29
0
-99
0
0.1
0
0
0
12
7
4
7
0.9
4
0
16
0
1.9
3
13
3
13
7
4
13
0
3
0
9
1
0.5
15
33
0
14
7
4
19
0.4
0.1
0
0
0
3.5
0
0
0
15
7
5
1
-99
-99
0
-99
0
-99
0
507
0
16
7
5
7
1
-99
0
-99
0
-99
0
0
0
17
7
5
13
0.1
-99
0
-99
0
-99
0
0
0
18
7
5
19
0
-99
0
-99
0
-99
0
0
0
19
7
6
1
-99
-99
0
-99
0
0
0
0
0
20
7
6
7
-99
-99
0
-99
0
22
18
38
0
21
7
6
13
0
-99
0
-99
0
0.7
0
-99
0
22
7
6
19
0
-99
0
-99
0
0
0
0
0
23
7
7
1
-99
-99
0
3
0
-99
0
0
0
24
7
7
7
1
-99
0
6
0
-99
0
0
0
25
7
7
13
0.1
-99
0
4
12
1
0
6
0
26
7
7
19
0
0.1
0
-99
0
0
24
0
0
27
7
8
1
-99
0.7
0
-99
0
-99
0
0
-99
28
7
8
7
-99
0.1
0
-99
22
0.2
40
47
0
29
7
8
13
0
0
0
0.3
2
2
2
0
0
30
7
8
19
-99
-99
0
0
0
0
0
0
0
31
7
9
1
-99
-99
0
-99
22
5
0
0
4
32
7
9
7
4
-99
0
-99
6
1
0
0
0
33
7
9
13
5
0.2
7
8
10
3
1
0
0
34
7
9
19
0
7.8
2
3
2
2
14
26
19
35
7
10
1
-99
-99
5
2
0
4
0
0
0
36
7
10
7
-99
0.1
5
18
68
41
2
31
7
37
7
10
13
2
13
4
3
32
31
1
13
19
38
7
10
19
-99
1
5
0
0
5
0
0
7
39
7
11
1
0
0.2
2
2
0
0.2
0
0
4
Trong đó giá trị -99 nghĩa là không có số liệu
9
Số liệu thuỷ văn dùng để làm số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán,
để so sánh số liệu tính toán đợc với số liệu thực đo, để kiểm nghiệm các mô
hình tính toán. Trong thực tế số liệu thuỷ văn đợc biểu diễn dới dạng đờng
quá trình.
Hình 1.2. Dạng đờng quá trình của số liệu thuỷ văn
1.2.2. Số liệu khí tợng
Số liệu về khí tợng gồm danh sách các trạm khí tợng, số liệu ma, số
liệu bốc hơi, số liệu nhiệt độ. Loại số liệu này đợc lu theo ốp giờ (chủ yếu
là 7 và 19) và giá trị trung bình ngày. Số liệu khí tợng đợc biểu diễn dới
dạng biểu đồ hình cột (hình 1.3) với trục x là ngày đo, trục y là giá trị đo
(mm). Số liệu về ma gồm 100 trạm. Số liệu đợc thu thập trong khoảng thời
gian từ năm 1961 đến năm 2002. Vị trí các trạm đo đợc thể hiện trên hình
1.4. Cũng giống nh số liệu thuỷ văn, dạng số liệu khí tợng tại một số trạm
đợc mô tả nh trong trong bảng 1.1.
10
Hình 1.3. Dạng biểu đồ cột của số liệu khí tợng
Sông Hàn
Sông Hà
Bắc Giang
Hng Yên
Hà Tây
Ninh Bình
Thanh Hoá
TP. Hà Nội
Bắc Kạn
Thái Bình
Hoà Bình
Cao Bằng
Hải Dơng
Lào Cai
Lai Châu
Sơn La
Yên Bái
Hà Giang
Phú Thọ
Tuyên Quang
Vĩnh Phúc
Thái Nguyên
Lạng Sơn
TP. Hải Phòng
Hà Nam
Nam Định
Quảng Ninh
Hình 1.4. Vị trí các trạm đo ma
11
1.2.3. Số liệu địa hình sông
Đây là số liệu cốt yếu phục vụ cho các mô hình tính thuỷ lực.
Toàn bộ số liệu địa hình lòng dẫn sông đợc Viện Khí tợng thuỷ văn
đo năm 2000. Mạng sông gồm danh sách các sông, số liệu mặt cắt sông, số
liệu x,y của từng mặt cắt, số liệu cao độ đê. Một sông có nhiều mặt cắt. Mỗi
mặt cắt có một tập các số liệu x,y, số liệu cao độ đê tơng ứng. Số lợng các
mặt cắt trên các sông đợc thống kê trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Số lợng các mặt cắt trên các sông
TT
Tên sông Số mặt cắt
1
Sông Hồng 178
2
Sông Đuống 31
3
Sông Luộc 34
4
Sông Ninh Cơ 27
5
Sông Hoá 19
6
Sông Trà Lý 34
7
Sông Lô (sau Tuyên Quang)
Sông Lô (trớc Tuyên Quang)
38
31
8
Sông Phó Đáy 8
9
Sông Cầu 47
10
Sông Thơng 32
11
Sông Lục Nam 15
12
Sông Thái Bình 51
13
Sông Gùa 3
14
Sông Lai Vu 13
15
Sông Văn úc
20
16
Sông Mía 2
17
Sông Mới 2
18
Sông Lạch Tray 24
19
Sông Kinh Môn 17
12
20
Sông Kinh Thầy 25
21
Sông Cấm 13
22
Sông Đá Bạch 12
23
Sông Thao 40
24
Sông Đà (sau đập Hoà Bình)
Sông Đà (trớc đập Hoà Bình)
47
121
25
Sông Bùi 7
26
Sông Đào 9
27
Sông Tích 20
28
Sông Đáy 96
Tổng số 996
Hệ thống đê trong hệ thống sông Hồng, Thái Bình có vai trò rất quan
trọng trong kiểm soát lũ lụt. Cùng với các mặt cắt ngang, cần thu thập số liệu
mô tả đê tơng ứng. Tổng chiều dài của 2 tuyến đê trên các sông đ đợc thu
thập số liệu là hơn 3000 km.
1.2.4. Bản đồ số
Các bản đồ số đợc sử dụng cho mô hình thuỷ văn, mô hình thuỷ lực
(1D mở rộng và 2D), trong việc mô phỏng quá trình lan truyền lũ, quá trình
ngập lụt. Danh sách các loại bản đồ số đợc thống kê trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Danh sách các bản đồ số
TT Loại bản đồ Tỷ lệ
1 Bản đồ cao độ lu vực sông Hồng, Thái Bình
1/50.000
2 Bản đồ cao độ châu thổ sông Hồng, Thái Bình
1/25.000
3 Bản đồ cao độ vịnh Bắc Bộ 1/50.000
4 Bản đồ cao độ vùng Đông Anh, Hà Nội 1/10.000
5 Bản đồ sử dụng đất 1/250.000
6 Bản đồ hiện trạng rừng tỉnh Sơn La 1/100.000
7 Bản đồ hiện trạng rừng tỉnh Lai Châu 1/100.000
13
8 Bản đồ giao thông 1/100.000
9 Bản đồ hành chính 1/100.000
Sử dụng bản đồ số DEM tỷ lệ 1/25000 toàn bộ vùng tính toán trong đê
đợc chia thành 241 ô. Đờng bao các ô là mạng lới đờng giao thông
(đờng quốc lộ, đờng tỉnh lộ). Biên của vùng tính toán ở phía thợng lu là
các vùng có cao độ trong khoảng 100-140 m, ở các vùng đồng bằng ra đến
biển là các vùng có cao độ 5-20 m và vùng Biển Đông (Hình 1.5).
Hình 1.5. Bản đồ chia ô vùng tính toán
Việc xác định biên của vùng tính toán nh trên bảo đảm để cho nớc ra
khỏi vùng tính toán chỉ bằng cách thoát ra biển.
14
Trong một ô các thông số sau cần xác định:
Cao trình thấp nhất H
min
của ô.
Cao trình lớn nhất H
max
của ô.
Quan hệ diện tích và thể tích theo độ cao.
Độ dài đờng tràn giữa các ô, giữa ô với đoạn sông liền kề, giữa ô
với biển.
Cao độ trung bình của ô.
Vị trí các mặt cắt của sơ đồ tính toán mạng sông trong bản đồ chia ô.
Với một lợng dữ liệu lớn và phức tạp, để có thể lu trữ và khai thác
chúng phục vụ cho việc nghiên cứu phòng chống lũ lụt một cách hiệu quả,
việc xây dựng ngân hàng dữ liệu là một nhiệm vụ cấp thiết.
Trong quá trình tìm hiểu và xây dựng ngân hàng dữ liệu, chúng tôi đ
khảo cứu một số đề tài tiêu biểu về lĩnh vực này, gồm:
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thuỷ văn - 2002, Lê Minh Hằng,
Lê Xuân Cầu Trung tâm t liệu khí tợng thuỷ văn. Đề tài này dừng lại
trong phạm vi lu trữ số liệu thuỷ văn. Cho phép nhập số liệu, xem số liệu đ
có trong cơ sở dữ liệu.
Xây dựng cơ sở dữ liệu và bản đồ khí tợng thuỷ văn nguy hiểm-
2003, Đào Thanh Thuỷ, Lê Minh Hằng, Lê Xuân Cầu Trung tâm t liệu khí
tợng thuỷ văn. Đề tài quản lý số liệu khí tợng, đồng thời phát triển thêm với
khả năng ứng dụng công nghệ GIS để mô tả bản đồ dự báo khí tợng thủy văn
(KTTV).
Cả hai đề tài trên chỉ đơn thuần lu trữ số liệu KTTV, cha có số liệu
địa hình, và đặc biệt không tích hợp với các mô hình tính toán để dự báo lũ
lụt. Trong luận văn này, ngân hàng dữ liệu mà chúng tôi xây dựng không chỉ
quản lý số liệu KTTV mà còn quản lý số liệu địa hình, và quan trọng hơn các
loại dữ liệu này đợc kết nối với các mô hình tính toán, làm số liệu đầu vào
15
cho các mô hình tính toán. Kết quả tính toán từ các mô hình đợc so sánh với
số liệu thực đo và đợc dùng trong việc tạo bức tranh ngập lụt.
16
Chơng 2: xử lý số liệu đầu vào cho các mô hình
tính toán thuỷ lực, thuỷ văn
Hệ thống sông Hồng, Thái Bình trải rộng khắp đồng bằng bắc bộ với
địa hình khá đa dạng từ vùng núi đến đồng bằng. Với địa hình phức tạp và
rộng lớn nh vậy thì việc xử lý số liệu phục vụ cho việc tính toán các phơng
án phòng chống lũ, lụt mất rất nhiều thời gian và công sức.
Các bộ chơng trình tính toán thủy văn có thể cho ta dự báo lu lợng
trên các sông Đà, Thao, Lô, Cầu, Thơng, Lục Nam trớc 24, 48 giờ. Sử dụng
bộ chơng trình tính toán thủy lực một chiều và bộ chơng trình tính toán điều
tiết hồ Hòa Bình ta có thể có dự báo mực nớc hồ Hòa Bình, mực nớc tại
trạm thủy văn Hà Nội, Phả Lại. Những dự báo này là cơ sở để có thể phát lệnh
phân lũ hoặc chậm lũ. Ngân hàng dữ liệu đợc kết nối với tất cả các chơng
trình tính toán này. Trong chơng này chúng tôi xin trình bày những công việc
xử lý cốt yếu để tạo các tệp dữ liệu đầu vào cho các mô hình tính toán thủy
lực, thủy văn do Viện Cơ học xây dựng.
2.1. Mô hình thủy lực [1]
Để mô phỏng đợc các trận lũ đ và sẽ xảy ra trên hệ thống sông Hồng,
Thái Bình, một điều rất quan trọng là phải sử dụng bộ chơng trình tính toán
thuỷ lực có khả năng mô phỏng đợc dòng chảy trong hệ thống sông phức tạp
với các đặc điểm riêng biệt nh hệ thống sông Hồng, Thái Bình. Bộ chơng
trình này đ đợc sử dụng để nghiên cứu quá trình lan truyền trên hệ thống
sông và tràn qua đê của các trận lũ lớn có khả năng xảy ra trên hệ thống sông
Hồng, Thái Bình và hiệu quả của các biện pháp kiểm soát lũ:
- Củng cố hệ thống đê;
- Sử dụng các hồ Hòa Bình, Thác Bà,
17
- Phân lũ;
- Chậm lũ.
Các yếu tố liên quan đến mô hình thủy lực gồm:
Số liệu thủy văn (mực nớc, lu lợng nớc)
Số liệu địa hình sông (mặt cắt sông, số liệu cao độ đê)
Số liệu các khu phân lũ, chậm lũ, các hồ chứa (ô chứa)
Để mô phỏng quá trình lan truyền lũ trong hệ thống sông Hồng, Thái
Bình quá trình mô phỏng lũ đợc xét trong các thành phần:
Mạng sông.
Ô ruộng.
Hình 2.1. Mạng lới sông ngòi và ô lới tính toán
Tất cả các sông trong hệ thống đợc liên kết với nhau trong mạng sông.
Các khu phân lũ, chậm lũ đợc mô phỏng nh các ô ruộng đợc liên kết với
18
mạng sông qua các công trình. Hình 2.1 mô tả mạng lới sông ngòi với mặt
cắt đợc nối với các ô trong vùng tính toán.
2.1.1. Mạng sông
Mạng sông đợc xây dựng từ các đoạn sông và các nút.
a) Nút sông
Có 2 loại nút sông:
Nút biên: Là vị trí tiếp xúc của hệ thống (ở đây là mạng sông) với các
yếu tố bên ngoài của hệ thống. Tại mỗi nút biên sẽ cho 1 điều kiện biên. Mô
hình thủy lực một chiều do Viện cơ học xây dựng sử dụng 2 loại điều kiện
biên.
- Cho mực nớc (nút biên Z).
- Cho lu lợng (nút biên Q).
- Cho quan hệ giữa mực nớc và lu lợng.
Nút trong của mạng (đơn giản gọi là nút): là vị trí tiếp xúc của từ 2 đoạn
sông trở lên.
Nút sông chỉ có một đặc trng duy nhất là cao trình mực nớc tại nút
đó.
b) Đoạn sông
Đoạn sông là mô hình của đoạn sông thực nằm giữa 2 nút sông. Vì vậy,
đoạn sông có các đặc trng sau:
- Nút đầu đoạn.
- Nút cuối đoạn.
- Mặt cắt đầu đoạn.
- Mặt cắt cuối đoạn.
- Độ dài của đoạn
- Các yếu tố thủy lực của đoạn nh: độ dốc, hệ số nhám, lu lợng
bổ sung,
