Tải bản đầy đủ (.pdf) (27 trang)

(TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÍ) XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ GIS XÁC ĐỊNH NGUY CƠ TAI BIẾN LŨ QUÉT LƯU VỰC SÔNG NĂNG, TỈNH BẮC KẠN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (729.26 KB, 27 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------

LÊ NHƯ NGÀ

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ GIS
XÁC ĐỊNH NGUY CƠ TAI BIẾN LŨ QUÉT
LƯU VỰC SÔNG NĂNG, TỈNH BẮC KẠN

Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý
Mã số: 62 44 76 01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÍ

Hà Nội, 2016
i


Luận án được hoàn thành tại Khoa Địa lý - Trường đại học Khoa
học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thạch
2. PGS.TS. Lã Văn Chú
Phản biện 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..............................
Phản biện 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..............................
Phản biện 3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..............................


Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia
chấm luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . vào hồi
giờ
ngày
tháng
năm

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lũ quét là thiên tai nguy hiểm chết người nhất [72]. Lũ quét ở
nước ta ngày càng gia tăng cả về tần suất xuất hiện và tính cực đoan,
xảy ra hằng năm ở vùng núi, thượng nguồn, ở các lưu vực nhỏ và vừa,
nơi thiếu nhiều dữ liệu và nghiên cứu [9, 35]. Sông Năng là lưu vực
nhỏ, đồi núi và thường xuyên xảy ra lũ quét gây thiệt hại lớn về người
và của [10-20]. Hiện tại, độ tin cậy của dự báo, mô phỏng lũ quét vẫn
chưa cao vì tính chất quá phức tạp của lũ quét. Việc nâng cao chất
lượng dữ liệu đầu vào, xây dựng và áp dụng các công cụ, mô hình mới
được ưu tiên [69]. Các mô hình định lượng thủy văn, thủy lực có độ
tin cậy cao nhưng đòi hỏi nhiều số liệu chi tiết và khó áp dụng cho
vùng đồi núi. Nước ta hiện nay, phương pháp phân tích đa biến được
áp dụng phổ biến vì đơn giản nhưng mang nhiều định tính và loại bỏ
tính chất động của lũ quét. Một mô hình định lượng nhờ sự tích hợp
và kế thừa những ưu điểm của GIS, viễn thám và thủy văn sẽ cho phép
mô phỏng được nguy cơ lũ quét chi tiết hơn và tin cậy hơn cho vùng

núi cao và thiếu nhiều số liệu là khả thi và cần thiết.
Từ yêu cầu thực tiễn đó luận án chọn đề tài nghiên cứu “Xây
dựng mô hình tích hợp viễn thám và GIS xác định nguy cơ lũ quét lưu
vực sông Năng, Bắc Kạn”.
2. Mục đích và nhiệm vụ
a) Mục đích: Xây dựng mô hình có khả năng xác định nguy cơ lũ
quét cho lưu vực sông vừa/nhỏ, vùng đồi núi, địa hình dốc, phức tạp,
thiếu nhiều tài liệu hỗ trợ; Áp dụng mô hình để xác định được nguy cơ
lũ quét cho lưu vực sông Năng, Bắc Kạn.
b) Nhiệm vụ: Làm rõ khái niệm, nguyên nhân hình thành và phân
loại lũ quét; Nghiên cứu các công trình khoa học trong và ngoài nước
về lũ quét, từ đó đánh giá những hạn chế của các phương pháp, mô
hình nghiên cứu đã có; đề xuất hướng nghiên cứu của luận án; Đánh
giá, xác định các công cụ GIS, viễn thám và thủy văn áp dụng cho
nghiên cứu lũ quét; Xây dựng mô hình xác định nguy cơ lũ quét; Ứng
dụng mô hình để tính toán và xác định nguy cơ lũ quét cho lưu vực
sông Năng, Bắc Kạn.


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu: Lũ quét và các nhân tố gây ra lũ quét.
Tập trung vào một loại lũ quét điển hình ở nước ta - đó là lũ quét sườn
dốc và nghẽn dòng tự nhiên do mưa lớn.
b) Phạm vi nghiên cứu: Các lưu vực sông vừa/nhỏ, vùng đồi núi.
Áp dụng cho lưu vực sông Năng, tỉnh Bắc Kạn.
4. Đóng góp mới của luận án
- Đưa ra mô hình phân bố xác định nguy cơ lũ quét định tính bán
định lượng trên cơ sở phân tích diễn biến đặc trưng thủy văn dưới sự
hỗ trợ của GIS và viễn thám.
- Lượng hóa được mối quan hệ giữa lũ quét với các điều kiện tự

nhiên, khí tượng - thủy văn lưu vực sông Năng, tỉnh Bắc Kạn.
- Trên cơ sở phương pháp, mô hình lũ quét mới đã xây dựng
được các bản đồ mới về nguy cơ lũ quét cho lưu vực sông Năng, tỉnh
Bắc Kạn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a) Ý nghĩa khoa học:
- Nghiên cứu này chứng minh được việc tích hợp GIS, viễn thám
để xác định nguy cơ lũ quét cho lưu vực nhỏ vùng đồi núi, địa hình
phức tạp, thiếu tài liệu hỗ trợ là có cơ sở khoa học, phù hợp, khả thi và
cải thiện được chất lượng kết quả.
- Củng cố thêm vai trò quan trọng của viễn thám trong xây dựng
dữ liệu lớp phủ và NDVI trong bài toán lũ quét; Khẳng định được vai
trò quan trọng và tính hiệu quả cao của GIS trong mô hình hóa bài
toán thủy văn và lũ quét.
b) Ý nghĩa thực tiễn:
- Cơ sở khoa học về lũ quét, mô hình lũ quét, kết quả mô phỏng
lũ quét của luận án là tài liệu tin cậy để tham khảo và có thể được áp
dụng cho vùng nghiên cứu khác;
- Kết quả mô phỏng nguy cơ lũ quét là tài liệu tin cậy và có giá trị
giúp cho quy hoạch, phân vùng kinh tế - xã hội, quản lý và giảm nhẹ
thiên tai lưu vực sông Năng, tỉnh Bắc Kạn.


6. Phương pháp nghiên cứu
·
·
·
·

Cơ sở khoa học và đặc trưng lũ quét, thủy văn;

Các công cụ của GIS trong thủy văn, lũ quét;
Các công cụ của Viễn thám trong thủy văn, lũ quét;
Các ưu điểm và hạn chế của phương pháp nghiên cứu
lũ quét hiện tại.

Xây dựng mô hình
Mô hình ý tưởng
xác định nguy cơ
lũ quét

Dữ liệu:
- mưa
- sdđ/lớp phủ
- NDVI
- đất
- độ dốc
- lũ quét lịch sử

Lập trình
Phần mềm (mô hình
vật lý) xác định nguy
cơ lũ quét

Mô phỏng nguy cơ
lũ quét

Phân tích tương quan lũ
quét với các nhân tố

Nguy cơ lũ quét

lưu vực sông Năng

Hình 1-1. Quy trình tổng quát nghiên cứu của luận án
7. Cấu trúc luận án
Luận án bao gồm 199 trang A4, gồm: mở đầu, 4 chương nội
dung, kết luận, tài liệu tham khảo và phần phụ lục. Trong đó, Chương
1 - Tổng quan về vấn đề nghiên cứu (31 trang); Chương 2 - Mô hình
xác định nguy cơ lũ quét (27 trang); Chương 3 - Đặc điểm lũ quét và
các nhân tố hình thành lũ quét lưu vực sông Năng, Bắc Kạn (32
trang); Chương 4 - Tính toán, xác định nguy cơ lũ quét lưu vực sông
Năng, tỉnh Bắc Kạn (37 trang).
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.
1.1. Khái niệm lũ quét
Khái niệm lũ quét chưa hoàn toàn thống nhất. Dựa trên phạm vi
và đối tượng nghiên cứu, luận án sử dụng khái niệm: “Lũ quét là
những trận lũ lớn, xảy ra bất ngờ, tồn tại trong một thời gian ngắn, có
dòng chảy xiết, có hàm lượng chất rắn cao và có sức tàn phá lớn hơn
nhiều mức lũ bình thường và thường xảy ra ở thượng nguồn khe, suối,
sông và trên những lưu vực tương đối nhỏ nơi có tổ hợp các yếu tố bất
lợi của điều kiện bề mặt và địa hình”.


1.2. Phân loại lũ quét
Phân loại lũ quét còn nhiều khác biệt. Dựa trên phạm vi và đối
tượng nghiên cứu, luận án sử dụng phân loại lũ quét theo nguyên nhân
hình thành: (1) lũ quét nghẽn dòng, (2) lũ quét sườn dốc, (3) lũ quét
hỗn hợp và (4) lũ bùn đá. Theo các nghiên cứu trước đây thì lũ quét ở
nước ta bao gồm cả 4 loại nêu trên, trong đó tần suất xuất hiện thì lũ
quét sườn dốc trội hơn cả và tiếp theo là lũ quét nghẽn dòng [9]. Theo
thông tin của Đài KTTV Bắc Kạn thì trong phần lớn các trận lũ quét

xảy ra trong vùng nghiên cứu thuộc loại lũ quét sườn dốc.
Luận án sẽ không đi sâu vào nghiên cứu và mô phỏng loại 3 và 4
mà chỉ tập trung vào loại 1 và một phần của loại 2 là lũ quét nghẽn
dòng tự nhiên.
1.3. Nghiên cứu lũ quét trên thế giới
1.3.1. Phương pháp phân tích và chồng xếp nhân tố
Còn được gọi là phương pháp phân tích đa biến, mô tả định tính
nguy cơ lũ quét (FFPI) dựa trên những nhân tố chính như là độ dốc,
lớp phủ bề mặt, sử dụng đất, loại và cấu tượng của đất [75].
FFPI được xác định bằng trung bình hóa số học có trọng số như
công thức 1-1 [81].
FFPI=(w1*Sl+w2*LL+w3*So+w4*VD)/(w1+w2+w3+w4)
(1-1)
Trong đó, FFPI – chỉ số nguy cơ lũ quét, Sl – độ dốc, LL – lớp phủ/sử
dụng đất, So – đất, VD – mật độ rừng và thực vật, và w1, w2, w3, và
w4 - trọng số tương ứng của Sl, LL, So, và VD.
Phương pháp này đơn giản nhưng độ tin cậy không cao, không
quá phổ biến và chỉ áp dụng để bổ sung cho phương pháp thủy
văn/thủy lực.
1.3.2. Phương pháp thủy văn/thủy lực
Đặt và giải bài toán lũ quét theo cách tiếp cận thủy văn/thủy lực 1
hoặc 2 chiều thông qua mô hình số trị (phần mềm) dẫn nguồn từ
phương trình Saint Venant/Navier-Stocks. Mô hình thủy lực xác định
được ranh giới và độ sâu ngập lụt. Mô hình thủy văn cho kết quả lưu
lượng tại các cửa ra của phụ lưu và là dữ liệu đầu vào cho mô hình
thủy lực. Phương pháp này sử dụng nhiều trên thế giới như Mỹ, Châu
Âu, Nhật Bản vì cho kết quả định lượng và tin cậy. Đặc biệt, phương
pháp thủy văn được áp dụng phổ biến trên thế giới trong các hệ thống
cảnh báo vì chạy nhanh. Nhưng, phương pháp này đòi hỏi nhiều số
liệu chi tiết, thời gian tính toán lâu, xây dựng mô hình tốn kém và đôi



khi không thực hiện được đối với những khu vực có địa hình quá phức
tạp vùng núi cao.
1.3.3. Phương pháp và nghiên cứu khác
Các phương pháp khác cũng được sử dụng như thống kê cho mục
đích dự báo lũ quét trung và dài hạn; xây dựng/gắn các thiết bị đo tự
động dòng chảy trực tiếp trên các cầu bắc qua suối, vào các hòn đá
trên sườn núi, trong các con suối cho mục đích cảnh báo sớm lũ quét
trong trường hợp các mô hình cảnh báo sai [61] .
1.4. Nghiên cứu lũ quét ở Việt Nam
1.4.1. Phương pháp phân tích và chồng xếp nhân tố
Phương pháp áp dụng ở Việt Nam tương tự như của nước ngoài
nhưng thường có thêm nhân tố lượng mưa. Mưa được sử dụng có thể
là mưa ngày lớn nhất, mưa trung bình ngày, mưa trung bình tháng,
mưa trung bình năm.
Phương pháp này được sử dụng rất phổ biến ở nước ta hiện nay
vì tính đơn giản và hiệu quả.
1.4.2. Phương pháp thủy văn/thủy lực
Phương pháp này còn ít được sử dụng để nghiên cứu lũ quét ở
nước ta vì phức tạp, tốn kém và đòi hỏi nhiều dữ liệu chi tiết. Chỉ có
một vài nghiên cứu, mô phỏng lại các trận lũ quét đã xảy ra ở phần
thấp của lưu vực [8].
1.4.3. Phương pháp và nghiên cứu khác
Một số phương pháp khác cũng được nghiên cứu và áp dụng ở
nước ta: phương pháp thống kê số lượng lớn lũ quét và lượng mưa tìm
ra quy luật, ngưỡng mưa gây ra lũ quét [1-4, 33, 34]; phương pháp
mạng thần kinh nhân tạo [23]; phương pháp địa động lực [31].
1.5. Nghiên cứu lũ quét tại lưu vực sông Năng, Bắc Kạn
Cho đến nay chưa có một nghiên cứu chuyên biệt về lũ quét cho

lưu vực sông Năng, Bắc Kạn. Chỉ có một số nghiên cứu ở phạm vi
không gian rộng hơn và bao trùm lưu vực. Các nghiên cứu này đều áp
dụng phương pháp thống kê để xác định nguyên nhân và ngưỡng mưa
hình thành lũ quét và phương pháp phân tích và chồng xếp nhân tố để
xây dựng bản đồ nguy cơ lũ quét [6].
Tiểu kết chương 1
Lũ quét ở nước ta và lưu vực sông Năng chủ yếu là lũ quét sườn
dốc [9]; Có 2 phương pháp nghiên cứu phổ biến nhất hiện nay là
phương pháp thủy văn/thủy lực và phân tích nhân tố để mô phỏng, xây
dựng bản đồ nguy cơ, phân vùng lũ quét; Phương pháp nhân tố đơn


giản, khả thi cao nhưng mang nhiều định tính, triệt tiêu tính chất động
tự nhiên của lũ lụt. Phương pháp thủy văn/thủy lực mang nhiều định
lượng nhưng khó áp dụng, đòi hỏi nhiều thời gian và dữ liệu chi tiết.
Luận án sẽ giải quyết các vấn đề cơ bản sau:
- Nghiên cứu, lựa chọn và áp dụng mô hình thủy văn đã được
đơn giản hóa có thể giải được bằng phương pháp số học bản đồ trong
GIS.
- Nghiên cứu, lựa chọn và áp dụng các hàm/công cụ GIS để giải
bài toán thủy văn.
- Nghiên cứu và xây dựng bản đồ lớp phủ từ ảnh vệ tinh Landsat;
nghiên cứu và áp dụng chỉ số thảm thực vật (NDVI) từ ảnh vệ tinh
Landsat để chi tiết hóa và nâng cao chất lượng dữ liệu lớp phủ.
- Xây dựng mô hình phân bố (distributed model) từ việc tích
hợp GIS, viễn thám và thủy văn có thể mô phỏng lũ quét cho vùng
núi, đầu nguồn lưu vực nước ta, nơi có địa hình phức tạp và thường
xảy ra lũ quét sườn dốc.
- Áp dụng mô hình lũ quét để mô phỏng thử cho khu vực lưu
vực sông Năng, tỉnh Bắc Kạn.

Chương 2. MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH NGUY CƠ LŨ QUÉT


2.1. Cơ sở hình thành lũ quét
Điều kiện ban đầu và tính
chất của bề mặt lưu vực

Độ ẩm bề mặt

Mưa

Lớp phủ bề mặt
Đất bề mặt
Thấm, ngấm, bốc hơi
Địa hình, địa mạo
lưu vực

Độ dốc lưu vực

Mưa hiệu quả
(dòng chảy mặt)

Hình dạng lưu vực
Kích thước lưu vực
Gom nước
Khả năng tải
của suối, sông

Độ dốc suối, sông


Dòng chảy
trong suối, sông

Diện tích mặt cắt suối, sông

Suối, sông bị
quá tải?

Sai

Không có
lũ quét

Đúng
Lũ quét

Hình 2-1. Sơ đồ tổng quát cơ sở hình thành lũ quét
2.2. Phương pháp SCS xác định mưa hiệu quả
2.2.1. Mưa hiệu quả
Mưa hiệu quả là lượng mưa còn lại tại bề mặt đất sau khi trừ đi
các tổn thất do bốc hơi, bề mặt lớp phủ và lớp đất mặt giữ lại và đi vào
tầng nước ngầm. Mưa hiệu quả quyết định dòng chảy mặt và lũ lụt
trên sông suối và có thể là toàn bộ lưu vực.
2.2.2. Quan hệ giữa đất và dòng chảy mặt
Lớp đất mặt có tác động trực tiếp đến mưa hiệu quả. Mỗi loại đất
có tính chất cơ lý, cấu trúc, thành phần khác nhau và do vậy có tính
chất thẩm thấu cũng khách nhau. Đất được phân thành 4 nhóm (A, B,
C và D) theo tính chất thủy văn theo NRSC [81].



2.2.3. Quan hệ giữa lớp phủ bề mặt, sử dụng đất và dòng chảy
mặt:
Tính chất thủy văn của lớp phủ không chỉ phụ thuộc loại lớp phủ,
tính chất sử dụng mà còn phụ thuộc vào mật độ, cấu trúc và tính chất
của thực vật, cây cối. Tính chất này phần nào được phản ánh bằng chỉ
số NDVI, lượng diệp lục của thực vật. Những nơi có NVDI cao là nơi
có rừng rậm, xanh tốt và có khả năng lưu trữ nước mưa và cản trở
dòng chảy mặt hiệu quả. Ngược lại, những nơi có NDVI thấp thường
đất trống, bụi cây thưa thớt, khu dân cư, công trình xây dựng và ít có
khả năng lưu trữ nước mưa và cản trở dòng chảy mặt.
2.2.4. Phương pháp SCS tính dòng chảy mặt:
SCS-CN là phương pháp thực nghiệm, tính mưa hiệu quả thông
qua giá trị CN [78]. Tại mỗi ô lưới hay tiểu lưu vực, ứng với mỗi loại
lớp phủ/sử dụng đất và loại đất sẽ xác định được một giá trị CN tương
ứng theo. Khi có được CN thì dòng chảy mặt Q sẽ được xác định:
(2-2)
Pe 

( P  0.2S ) 2
P  0.8S

(2-3)

1000
(2-4)
10  S / 25.4
Trong đó, Q – tổng lưu lượng cho toàn lưu vực hoặc 1 pixel (mm3
hoặc m3); A – diện tích lưu vực hoặc 1 pixel (mm2 hoặc m2); Pe –
lượng mưa hiệu quả (mm); P – lượng mưa (mm); S – khả năng lưu trữ
cực đại của bề mặt (mm).

2.3 Tính toán Qmax và TQmax
2.3.1 Phương pháp đường đẳng thời
Phương pháp được được sử dụng tính toán và xây dựng đường
quá trình lưu lượng. Lượng mưa hiệu quả sinh ra dòng chảy mặt sẽ
chảy tràn trên bề mặt và/hoặc trong kênh và sẽ mất một khoảng thời
gian nhất định để di chuyển ra tới điểm cuối của lưu vực. Lưu lượng
tại cửa ra tại từng thời điểm được xác định theo công thức (2-6).
(2-6)
Trong đó, Qi – lưu lượng tại cửa ra tại thời điểm i (m3/s), Pi – lưu
lượng mưa hiệu quả tại thời điểm i (m/s), Ai – diện tích giữa 2 đường
đẳng thời gian tại điểm i (m2), i và k – các số tự nhiên.
CN 


Hình 2-2. Sơ đồ tính lưu lượng theo phương pháp đường đẳng thời
2.3.2 Xác định Qmax và TQmax
Qmax là lưu lượng cực đại tại mỗi ô lưới hoặc tiểu lưu vực xảy ra
trong mỗi trận mưa, nó quyết định đến việc hình thành và cường độ lũ
quét. Qmax càng lớn thì nguy cơ và cường độ lũ quét càng lớn và
ngược lại. TQmax - khoảng thời gian xảy ra Qmax so với mưa cực đại.
TQmax càng nhỏ thì tính bất ngờ càng cao và khó ứng phó, có nghĩa là
rủi ro càng lớn và ngược lại. Tmax là một tham số để phân biệt lũ quét
ở thượng nguồn và lũ lụt thông thường ở hạ lưu. Các nghiên cứu đã


chỉ ra rằng với lũ quét thì TQmax chỉ là vài giờ nhưng với lũ lụt ở hạ lưu
thì TQmax có thể là vài ngày, thậm chí là tuần.

Hình 2-3. Biểu đồ mô tả Qmax và TQmax
2.4 Phân tích GIS

GIS được thực hiện chính các chồng xếp, phân tích trong phương
pháp đường đẳng thời ở mục 2.3.2, xây dựng các dữ liệu đầu vào thủy
văn (độ dốc, hướng dòng chảy, dòng chảy tích lũy, hệ thống sông
suối, phụ lưu) được xây dựng như sơ đồ ở Hình 2-4 và chiết xuất vùng
đất thấp dễ ngập lụt như công thức 2-14.
DEM

Độ dốc

Phụ lưu

Hướng dòng chảy

Dòng chảy tích lũy

Hệ thống sông suối

Hình 2-4. Sơ đồ xây dựng dữ liệu thủy văn
Chỉ số ẩm ướt địa hình (TWI) được xác định bằng GIS từ DEM
theo công thức (2-14).
(2-14)
Trong đó, TWI - chỉ số ẩm ướt địa hình của pixel, a - diện tích tiểu lưu
vực cung cấp nước cho pixel đó trên mỗi đơn vị chiều dài vuông góc
với dòng chảy (m2/m), và β - độ dốc của pixel (radian).


2.5 Phân tích viễn thám
Ảnh Landsat của NASA, Mỹ có từ những năm 1970. Hiện tại,
ảnh là miễn phí, chất lượng tốt, đã được nắn chỉnh hình học và gắn tọa
độ địa lý, có độ phân giải không gian trung bình (từ 30 đến 86m) và dễ

dàng truy cập thông qua internet nên được sử dụng trong luận án để
xây dựng dữ liệu lớp phủ bề mặt và chỉ số thực vật (NDVI). Đây là 2
thông số quan trọng để xác định giá trị CN trong mục 2.2.4 và được
chiết xuất theo sơ đồ ở Hình 2-5.
Ảnh vệ tinh
(quang phổ,
đa phổ)

Giải đoán ảnh
(phương pháp
Supervised
classification )

Dữ liệu lớp phủ
bề mặt

Dữ liệu NDVI

Hình 2-5. Sơ đồ tổng quan phân tích viễn thám
2.6 Xác định nguy cơ lũ quét
2.6.1 Đặc điểm chính của lũ quét
Các nghiên cứu trước đây đều chỉ ra đặc điểm chung của lũ quét:
- Trận lũ lớn: trận lũ có lưu lượng Q lớn tới rất lớn, lớn hơn rất
nhiều lần so với lưu lượng lũ bình thường;
- Xảy ra bất ngờ, tồn tại trong một thời gian ngắn: trận lũ có thời
gian lưu lượng đạt đỉnh rất nhanh và thời gian duy trì đỉnh lũ cũng rất
ngắn so với lũ thông thường;
- Có dòng chảy xiết, có hàm lượng chất rắn cao và có sức tàn phá
lớn hơn nhiều mức lũ bình thường.
- Thường xảy ra ở thượng nguồn lưu vực, trong kênh, suối, sông

nơi có tổ hợp các yếu tố bất lợi của bề mặt và địa hình.
2.6.2 Xác định nguy cơ lũ quét
Nguy cơ lũ quét mô tả tần suất và cường độ lũ quét xuất hiện tại
một vị trí hoặc một vùng và được thể hiện qua chỉ số nguy cơ lũ quét
(flash flood potential index - FFPI).


Hình 2-6. Sơ đồ mô hình chồng ghép các tham số thủy văn xác định
nguy cơ lũ quét
Bảng 2-1. Bảng tổng hợp và phân loại chỉ số nguy cơ lũ quét

FFPI được xác định dựa trên việc chồng ghép 3 tham tố thủy văn
chính, đó là: (1) lưu lượng cực đại vượt quá lưu lượng tràn bờ (Q max Qbankfull), (2) tỷ lệ lưu lượng cực đại so với lưu lượng tràn bờ


(Qmax/Qbankfull) và (3) thời gian giữa đỉnh mưa và đỉnh lưu lượng
(TQmax). Phân loại lũ quét từ FFPI như Bảng 2-1.
2.7. Xây dựng phần mềm phân tích thủy văn GIS lũ quét
Phần mềm (mô hình vật lý) phân tích thủy văn GIS lũ quét được
xây dựng dựa trên phương pháp đường đẳng thời (mục 2.3.2 và Hình
2-2). Phần mềm được sử dụng để mô phỏng nguy cơ lũ quét cho lưu
vực sông Năng, Bắc Kạn ở Chương 4. Phần mềm được viết bằng ngôn
ngữ VBA trên nền của phần mềm ArcGIS. Chi tiết mã lệnh của
chương trình chỉ ra ở phụ lục 5, trang 182 của luận án.
Tiểu kết Chương 2
Dựa trên cơ sở khoa học về lũ quét, thủy văn, GIS và viễn thám
và đặc điểm lũ quét sườn dốc, luận án đã tích hợp và đưa ra được một
mô hình mới có khả năng mô phỏng, xác định nguy cơ lũ quét cho các
lưu vực nhỏ, miền núi, địa hình phức tạp và thiếu nhiều thông tin, số
liệu hỗ trợ. Mô hình có khả năng mô tả tốt tính chất động và tương

quan không gian của lũ quét với các nhân tố hơn so với các mô hình
xác định, chồng xếp nhân tố lũ quét phổ biến khác. Hơn nữa, đây là
mô hình phân bố (distributed model) nên có khả năng mô phỏng chi
tiết đến từng ô lưới (pixel) so với trung bình toàn lưu vực như mô hình
tập trung (slumped hoặc semi-distributed model).
Mô hình áp dụng: Phương pháp đường đẳng thời xây dựng đường
quá trình lưu lượng (hydrograph) tại mỗi ô lưới trong toàn bộ lưu vực
mà không nhiều các mô hình thủy văn truyền thống thực hiện được;
Phương pháp SCS – CN được áp dụng để tính mưa hiệu quả; Ranh
giới vùng lũ quét đi qua được xác định thông qua vùng đất thấp dễ
ngập lụt. Cả 3 phương pháp đã được khẳng định về độ tin cậy và hoàn
toàn phù hợp với công nghệ GIS.
Chỉ số nguy cơ lũ quét được xác định thông qua tham số thủy
văn, gồm: (1) lưu lượng cực đại vượt quá lưu lượng tràn bờ (Qmax Qbankfull), (2) tỷ lệ lưu lượng cực đại so với lưu lượng tràn bờ
(Qmax/Qbankfull) và (3) thời gian giữa đỉnh mưa và đỉnh lưu lượng
(TQmax).


CHƯƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM LŨ QUÉT VÀ CÁC NHÂN TỐ HÌNH
THÀNH LŨ QUÉT LƯU VỰC SÔNG NĂNG, BẮC KẠN
3.1. Vị trí địa lý và đặc điểm kinh tế - xã hội lưu vực sông
Năng, Bắc Kạn
3.1.1. Vị trí địa lý
Vùng nghiên cứu là lưu vực sông Năng, có diện tích khoảng
2.258 km2, nằm ở toạ độ địa lý 22o12.7’ đến 21o48.2’ vĩ độ Bắc và
105o28.4’ đến 105o59.1’ kinh độ Đông, nằm ở phía bắc tỉnh Bắc Kạn.
3.1.2. Kinh tế - xã hội
Vùng nghiên cứu thuộc 42 xã, 8 huyện và 3 tỉnh, trong đó 37 xã
và 4 huyện thuộc Bắc Kạn; dân số năm 2013 gần 120 nghìn người với
gần 95% là dân tộc thiểu số với nhiều dân tộc, chủ yếu là Kinh, Tày,

Dao, Hmông, Nùng, Hoa sinh sống; Là kinh tế miền núi, thuộc diện
nghèo trong tỉnh Bắc Kạn và cả nước với tỷ lệ hộ nghèo gần 60%, chủ
yếu là kinh tế nông nghiệp, rừng và chăn nuôi gia súc.
3.2. Hiện trạng lũ quét lưu vực sông Năng, Bắc Kạn
Hơn 10 năm gần đây (2000-2011), ở mức độ và phạm vi khác
nhau, gần như năm nào cũng có xảy ra lũ quét gây thiệt hại lớn về
người và tài sản. Theo thống kê chưa đầy đủ, trong thời gian này đã có
38 người chết hoặc mất tích, thiệt hại hơn 39 tỷ đồng. Thậm chí trong
một số năm đã có tới 2 trận lũ quét lớn (2006 và 2008). Lũ quét xảy ra
từ tháng 5 đến hết tháng 9, cao điểm là tháng 7 và trùng với các tháng
mùa mưa. Lũ quét chủ yếu xảy ra tại 3 huyện Pắc Nậm (chiếm 54% số
trận), Ba Bể (33%) và Bảo Lâm và Bảo Lạc, Cao Bằng (13%).
3.3. Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu và mối liên
hệ chi phối của nó tới lũ quét
3.3.1. Địa hình
Vùng nghiên cứu là lưu vực nhỏ, đồi núi cao, có địa hình chia cắt
mạnh bởi nhiều dãy núi theo các hướng khác nhau và xung quanh
được bao bọc bởi 3 dãy núi cao ( với độ cao phổ biến từ 1.0001.400m). Độ cao trung bình toàn bộ lưu vực khoảng 600m (nhỏ nhất
80m - khu vực cửa ra và lớn nhất 1.980m – khu vực thượng nguồn),
phổ biến ở độ cao từ 300 đến 800m.
3.3.2. Độ dốc
Lưu vực có độ dốc lớn. Độ dốc của pixel trung bình toàn lưu vực
rất lớn, khoảng 18.8o (nhỏ nhất 0o và lớn nhất là 65o), tập trung chủ
yếu từ 10-27o. Độ dốc trung bình phụ lưu phổ biến ở mức 17-22o
(chiếm 78.5% diện tích vùng nghiên cứu), 20-30o (37%), >30o (0%).


Theo kết quả phân tích, độ dốc trung bình của các phụ lưu đã từng xảy
ra lũ quét từ năm 2000 đến 2011 đều tương đối cao (từ 17.1o đến
22.3o, trung bình là 20o). Điều này thể hiện nguy cơ lũ quét của lưu

vực sông Năng là cao.
3.3.3. Địa mạo
Lưu vực sông Năng có đặc điểm chung với địa mạo Bắc Kạn,
khá đa dạng về nguồn gốc cũng như hình thái, bao gồm: nhóm dạng
địa hình kiến tạo, kiến trúc bóc mòn và nhóm dạng địa hình bóc mòn.
3.3.4. Khí hậu
Cũng như đặc điểm của khí hậu Bắc Kạn nói chung, lưu vực sông
Năng nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, chia thành 2 mùa trong
năm. Vì lưu vực khép kín và nhỏ nên có khí hậu tương đối đồng đều.
Nhiệt độ trung bình năm từ 21oC đến 28oC. Độ ẩm không khí trung
bình tháng thường xuyên đạt 80-86%.
3.3.5. Mưa
Mưa được xem là nhân tố quan trọng nhất gây ra lũ quét đặc biệt
là với lũ quét sườn dốc mà luận án nghiên cứu. Ảnh hưởng của bão và
áp thấp nhiệt đới và hoạt động mạnh của các rãnh áp thấp hội tụ
thường gây ra mưa lớn trên diện rộng và lũ lụt cho lưu vực.
Theo dữ liệu mưa thời đoạn, ngày và mưa trận cực đại năm của
42 năm (từ 1969 đến 2010), tất cả đều có xu hướng tăng lên rất rõ rệt,
có 3 đến 5 lần đột biến (khoảng 10 năm một lần) và mưa ở các thời
đoạn cũng rất đồng điệu với nhau và với mưa trận. Cả 4 trận mưa gây
ra lũ quét toàn lưu vực trong quá khứ đều có cường độ mưa thời đoạn
rất cao. Theo số liệu mưa giờ 3 ngày cực đại năm của 48 năm (19652012) thì phần lớn (83%) mưa trận cực đại năm có lượng mưa trên
100mm, 31% – trên 150mm, 13% – trên 200mm và 4% – trên 250mm
và xu thế đang tăng lên. Theo kết quả phân tích thống kê, rất có thể sẽ
xuất hiện những trận mưa lên đến 400mm. Do vậy, nguy cơ lũ quét
của khu vực nghiên cứu là rất cao và ngày càng gia tăng.
Đặc điểm các trận mưa đã gây ra lũ quét cho lưu vực sông Năng:
Tổng lượng mưa có khoảng tương đối rộng, từ 73,4 đến 243,6mm và
chủ yếu từ 100mm trở lên; Hầu hết tổng lượng mưa 5 ngày trước đều
lớn, từ 30m trở lên, phổ biến từ 40-60mm, cá biệt trận mưa ngày

12/8/2008 là 164,2mm.
3.3.6. Thủy văn
+ Hệ thống sông suối:


Sông Năng là sông chính, lớn nhất thuộc phía bờ trái sông Gâm,
có chiều dài 113km, bắt nguồn từ vùng núi Pia-ya cao khoảng 1.200m
(huyện Bảo Lâm, Cao Bằng), chảy qua các huyện Pắc Nậm và Ba Bể
và nhập vào sông Gâm tại Khun Phen (huyện Nà Hang, Tuyên
Quang). Độ dốc đáy của sông Năng trung bình là 0,36o.
Ngoài ra còn có các sông khác là sông Công Bằng, Nghiên Loan,
Chợ Lừng, Ti Hông, Chu Hương và Hà Hiệu. Các sông này đều hợp
lưu và đổ nước vào sông Năng phía dưới hạ lưu của lưu vực.
Lưu vực có mật độ sông suối dày, có lòng và phần bãi đều nhỏ,
hẹp, có độ dốc cao. Do vậy rất bất lợi đối với lũ quét.
Theo số liệu lũ quét trong 12 năm, từ 2000 đến 2011 [10-21],
ngoài 3 trận lũ quét xảy ra toàn bộ lưu vực do mưa rất lớn trên diện
rộng thì phần lớn các trận lũ quét do mưa cục bộ đã nghi nhận được
đều xảy ra ở khu vực suối cấp 1, 2 và khu vực thượng nguồn các sông.
+ Lưu lượng tại trạm Đầu Đẳng:
Trạm thủy văn Đầu Đẳng thuộc cấp I, đặt ở cuối lưu vực, dừng
hoạt động sau năm 1976. Mặt cắt ngang lòng chảy có hình chữ U với
diện tích khoảng 200m2, có độ sâu gần 5m và độ rộng đáy khoảng
15m, khoảng cách 2 bờ sông rộng 45m. Lưu lượng bình quân năm là
48,2m3/s, trung bình 7 tháng mùa mưa 5 năm (1972-1976) là 66,5m3/s.
Gần đây, theo Đài KTTV Bắc Kạn, hằng năm, tại Đầu Đẳng, lũ tràn
qua bãi 1-2 lần (năm 2014, 2015 đều có lũ tràn qua bãi với biên độ lũ
từ 3,5 đến 4m, năm 2006, đỉnh lũ lên đến 7-8m), vận tốc lũ lớn có thể
đạt gần 5m/s, lưu lượng trận lũ 2006 ước đạt gần 3.000m3/s. Theo kết
quả mô phỏng của luận án, trận lũ năm 2006 thì lưu lượng tại Đầu

Đẳng đạt 3.180 m3/s và vận tốc dòng chảy khoảng 4.5m/s.
+ Hình dạng phụ lưu:
Hình dạng phụ lưu có vai trò trong việc hình thành lũ quét [79].
Lưu vực có khoảng 24% phụ lưu có hình dạng thuộc nguy cơ lũ quét
cao, 47% - nguy cơ trung bình. Trong tất cả 16 trận lũ quét trong quá
khứ do mưa rào cục bộ đều xảy ra trên các phụ lưu có nguy cơ lũ quét
cao.
+ Diện tích phụ lưu:
Diện tích phụ lưu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình
thành lũ quét [79]. Theo kết quả phân tích các trận lũ quá khứ, nhìn
chung lũ quét xảy ra ở các phụ lưu có diện tích dưới 50km2, chủ yếu
khoảng 18-32km2, trong đó, có tới 5/16 phụ lưu dưới 20km2, chỉ có
3/16 phụ lưu có diện tích lớn hơn 100km2.


3.3.7. Đặc điểm đất
Khu vực nghiên cứu gồm 31 loại đất khác nhau thuộc 5 nhóm
chính: I - Đất phù sa, II - Đất đen, III - Đất đỏ vàng, IV - Đất mùn
vàng đỏ trên núi và V - Đất thung lũng. Phân loại theo đặc trưng thủy
văn của NRCS [81] thì khu vực nghiên cứu có đất chủ yếu thuộc loại
C – khả năng ngấm nước trung bình (85.4%), tiếp theo là loại B – khả
năng ngấm nước tốt (9.9%), rồi đến loại A – khả năng ngấm nước rất
tốt (4.6%) và ít nhất là loại D – khả năng ngấm nước rất kém (3.3%).
Lũ quét quá khứ chủ yếu xảy ra ở những lưu vực có đất loại C chiếm
ưu thế.
3.3.8. Đặc điểm lớp phủ và sử dụng đất
Khu vực nghiên cứu chủ yếu là đất rừng (71.6%), tiếp theo là đất
trống và cây bụi (19.8%), đất nông nghiệp (6.8%), đất dân cư chỉ
chiếm 1.2%. Đất rừng: phần lớn là rừng tự nhiên và chủ yếu là rừng lá
rộng thường xanh, chiếm 52,5%, rừng phòng hộ chiếm 41,2%, rừng

sản xuất – 50,3% và rừng đặc dụng – 8.5%. Cơ cấu rừng phòng hộ
thấp và sản xuất cao cũng là nhân tố dễ xảy ra lũ quét đặc biệt trong
và sau thời gian khai thác rừng. Đất nông nghiệp chủ yếu là nương rẫy
thường xem lẫn với đất lâm nghiệp và theo mùa vụ, phân bố dọc theo
các triền sông suối. Đất dân cư rất phân mảnh và cũng thường xem lẫn
với đất rừng. Đất trống, nói chung, được hình thành trên cơ sở do quá
trình du canh của bà con người dân tộc thiểu số để lại và khai thác
khoáng sản. Lũ quét quá khứ chủ yếu xảy ra ở những phụ lưu có diện
tích đất rừng trung bình chiếm 56.3%, đất trống 35.0%, nông nghiệp
7.3%. Đặc biệt, có tới 6/16 phụ lưu có đất trống chiếm phần lớn (trung
bình 63.3%).
Tuy tỷ lệ rừng lớn nhưng giá trị NDVI chỉ ra rằng mật độ che phủ
của rừng trong lưu vực sông Năng là không cao, trung bình NDVI của
toàn bộ rừng chỉ là 0.46, chỉ nhích hơn chút ít so với trung bình của
toàn bộ lớp phủ (0.41). Do vậy, lũ quét quá khứ đã xảy ra ở cả những
phụ lưu có tỷ lệ rừng cao (7/16 phụ lưu).
Tiểu kết chương 3
Vùng nghiên cứu là lưu vực nhỏ, đồi núi cao, có địa hình chia cắt
mạnh bởi nhiều dãy núi theo các hướng khác nhau, có độ dốc trung
bình lưu vực, phụ lưu và lòng sông suối đều cao, có tỷ lệ đất rừng cao
nhưng mật độ rừng lại thấp, có tỷ lệ hình dạng phụ lưu bất lợi sinh ra
lũ quét cao, có xu hướng cường độ mưa thời đoạn, ngày và trận đang
tăng lên.


Lũ quét có quan hệ chặt chẽ với mưa lớn (tổng lượng mưa trận
lớn, cường độ mưa lớn và cả tổng lượng mưa 5 ngày trước cũng lớn),
hình dạng phụ lưu bất lợi, diện tích phụ lưu nhỏ, đất vàng nâu kém
thấm nước và đất trống.
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH NGUY CƠ LŨ QUÉT

LƯU VỰC SÔNG NĂNG, TỈNH BẮC KẠN
4.1. Tính toán Qmax và Tmax
Tính toán Qmax và Tmax được thực hiện bởi phần mềm thủy văn
GIS lũ quét được xây dựng ở Chương 2.
4.1.1. Xây dựng dữ liệu đầu vào
Một số dữ liệu được chia thành 2 thời kỳ (1972-1976 và 20072012) như là lớp phủ, NDVI, CN và Manning. Thời kỳ 1972-1976: có
dữ liệu đo đạc lưu lượng tại trạm thủy văn Đầu Đẳng để hiệu chỉnh và
kiểm chứng mô hình thủy văn GIS (trạm Đầu Đẳng dừng hoạt động
sau 1976). Thời kỳ 2007-2012: được coi như đại diện cho hiện tại để
mô phỏng nguy cơ lũ quét của khu vực nghiên cứu.
Dữ liệu đầu vào gồm các file riêng biệt: quá trình mưa trận (TXT
file) và hệ số Manning, hệ số CN, pixel thuộc sông/suối, pixel không
thuộc sông/suối, độ dốc, hướng dòng chảy và dòng chảy tích lũy
(RASTER file).
4.1.2. Hiệu chỉnh mô hình phân tích thủy văn GIS lũ quét
Mô hình, bộ tham số CN và Manning được hiệu chỉnh dựa vào
dữ liệu đo đạc lưu lượng tại trạm Đầu Đẳng. Kết quả mô phỏng và
thực đo là tương đối khớp về tổng lưu lượng, đỉnh lũ và pha lũ.
4.1.3. Tính toán Qmax và TQmax cho 4 trận lũ quét trong quá khứ
Dữ liệu gồm 4 trận mưa các ngày 23/7/1986, 17/7/2006,
12/8/2008 và 04/7/2009 đã gây lũ quét cho toàn bộ vùng nghiên cứu.
Bảng 4-1. Đặc điểm mưa và lũ quét của 4 trận lũ quét trong quá khứ
của khu vực nghiên cứu (tại cửa ra của lưu vực)
Mưa
Tổng Thời Tổng Lượng Mưa Qmax Thời gian
lượng gian lượng mưa giờ cực (m3/s) xảy ra
(mm) (giờ) mưa 5 giờ
đại
Qmax
ngày cực

(giờ)
sau mưa
trước đại
giờ max
(mm) (mm)
(giờ)
23/7/1986 243,6 40 63,7 43,8
16
3.087
13,9
17/7/2006 213,1 27 63,4 50,9
7
3.180
14,3


12/8/2008 78,5 10 164,2 22,8
6.5
869
13,1
04/7/2009 164,2 75 89,3 49,2
25
1.545
16,4
4.1.4. Tính toán Qmax và TQmax cho 9 trận mưa tần suất
Dữ liệu gồm 9 trận mưa tần suất (100, 50, 20, 10, 5, 2, 1, 0.2 và
0.1% ).
Bảng 4-2. Đặc điểm sóng lũ của khu vực nghiên cứu theo kịch bản
mưa tần suất (tại cửa ra lưu vực)
Mưa Tổng Thời Loại Lượng Mưa Qmax

Thời
theo lượng gian BH
mưa
giờ (m3/s) gian xảy
kịch
(mm) (giờ)
giờ
cực
ra Qmax
bản
cực
đại
sau mưa
tấn
đại
(giờ)
giờ max
suất
(mm)
(giờ)
(%)
100
70,4
40
III
12,7
16
354
27.8
50

129,2
40
III
23,2
16
1.098
19.7
20
172,8
40
III
31,1
16
1.795
16.4
10
202,3
40
III
36.4
16
2.311
15.2
5
231,1
40
III
41,6
16
2.847

14.3
2
269,2
40
III
48,4
16
3.601
12.6
1
298,3
40
III
53,6
16
4.205
12.0
0.2
367,6
40
III
66,1
16
5.751
10.8
0.1
398,2
40
III
71,6

16
6.466
10.5
4.2. Xác định vùng đất thấp dễ ngập lụt (floodplain)
Floodplain được chiết xuất từ dữ liệu DEM 20m x 20m.. Tổng
diện tích floodplain là 100,9km2, chiếm gần 4,5% diện tích toàn lưu
vực. Trong đó, diện tích lớn nhất thuộc huyện Ba Bể với 50,5km2
(chiếm 50,1% diện tích), đến huyện Pắc Nậm – 20,8km2 (20,6%) và
Chợ Đồn – 14,2km2 (14,1%), 4 huyện còn lại đều có diện tích khá nhỏ
- 15,5km2 (15,2%).
4.3. Tính toán Qmax và TQmax cho vùng floodplain
Nội suy Qmax và TQmax tại từng điểm của stream network ra toàn
vùng floodplain. Phương pháp nội suy phổ biến, đơn giản và hiệu quả
là IDW (trọng số nghịch đảo theo khoảng cách) đã được áp dụng.
Kết quả thu được 18 lớp dữ liệu GIS (raster file) về Q max và TQmax
theo floodplain của lưu vực tương ứng với 9 trận mưa kịch bản tần
suất.


4.4. Tính toán chỉ số nguy cơ lũ quét (FFPI)
FFPI của vùng nghiên cứu được xác định dựa theo phương pháp
mô tả ở mục 2.6.3 với số liệu đầu vào là 9 lớp Qmax và 9 lớp TQmax sau
khi đã được nội suy ra toàn vùng floodplain. Kết quả thu được 9 lớp
dữ liệu FFPI tương ứng với 9 kịch bản mưa tần suất. Ngoài ra, đã
trung bình hóa 9 lớp FFPI kịch bản mưa tần suất để xây dựng lớp
FFPI tổng hợp.
4.5. Kiểm chứng mô hình
So sánh giữa kết quả mô phỏng của luận án với lũ quét thực tế là
khá tốt, phản ánh được những nơi có FFPI cao tương ứng với lũ quét
quá khứ do mưa cục bộ đã xảy ra. So sánh với kết quả của 3 nghiên

cứu khác, về cơ bản là tương đồng về phân bố và mức nguy cơ lũ
quét. Tuy nhiên, kết quả của luận án có độ tương đồng với lũ quét quá
khứ tốt hơn, chi tiết hơn và cũng có phân bố hợp lý hơn.
4.6. Xác định nguy cơ lũ quét
4.6.1. Xây dựng bản đồ nguy cơ lũ quét
Phân loại nguy cơ lũ quét thành 5 mức (rất nhỏ, nhỏ, trung bình,
lớn và rất lớn) từ dữ liệu FFPI (thu được ở mục 4.4) theo bảng tổng
hợp và phân loại chỉ số nguy cơ lũ quét Bảng 2-1.
Đã xây dựng 10 bản đồ nguy cơ lũ quét của vùng nghiên cứu,
gồm 01 bản đồ tổng hợp (Hình 4-3) và 09 bản đồ mưa tần suất.
4.6.2. Tính diện tích nguy cơ lũ quét theo huyện
Đã chồng xếp 10 lớp dữ liệu FFPI (thu được ở mục 4.4) với lớp
dữ liệu ranh giới huyện và thu được diện tích có nguy cơ bị lũ quét
theo huyện của lưu vực.
60.00

Rất nhỏ

Nhỏ

Trung bình

Lớn

Rất lớn

Diện tích (km2)

50.00


40.00
30.00
20.00
10.00
0.00

Pắc Nậm Nà Hang Ngân Sơn Chợ Đồn

Ba Bể

Bảo Lâm Bảo Lạc

Hình 4-1. Biểu đồ nguy cơ lũ quét theo huyện, lưu vực sông Năng,
Bắc Kạn


100

Rất nhỏ
Trung bình
Rất lớn

90
80

Nhỏ
Lớn

Diện tích (km 2 )


70

60
50

40
30

20
10
0

0.1

0.2

1

2

5

10

20

50

100


Tần suất xuất hiện năm (%)

Hình 4-2. Biểu đồ nguy cơ lũ quét theo tần suất, lưu vực sông Năng,
Bắc Kạn

Hình 4-3. Bản đồ nguy cơ lũ quét (tổng hợp) lưu vực sông Năng, Bắc
Kạn


Tiểu kết chương 4
Đã sử dụng Mô hình lũ quét để mô phỏng, tính toán nguy cơ lũ
quét cho lưu vực sông Năng, Bắc Kạn. Mô hình được chạy trên nền
của phần mềm ArcGIS 9.3 với mô hình dữ liệu là raster, kích thước
pixel là 100m x 100m.
Kết quả mô phỏng đã được kiểm chứng với lũ quét thực tế và với
kết quả mô phỏng của các công trình nghiên cứu khác cùng khu vực.
Kết quả so sánh về phân bố và mức nguy cơ lũ quét là khá tốt. Kết quả
mô phỏng của luận án thể hiện sự tương đồng với lũ quét thực tế tốt
hơn, chi tiết hơn và hợp lý hơn.
Các biểu đồ quá trình lưu lượng được mô phỏng tại nhiều điểm
trong lưu vực đều có đỉnh lũ rất cao, nhọn và dốc. Chứng tỏ toàn bộ
lưu vực, ở mức độ khác nhau, lũ đều là lũ quét. Lưu vực chủ yếu xảy
ra lũ quét ở mức “Nhỏ”, “Trung bình” và “Lớn”; trong đó, mức
“Trung bình” là lớn nhất (39.4%); theo thứ tự, huyện Ba Bể, Pắc Nậm
và Chợ Đồn có diện tích nguy cơ lũ quét lớn nhất.
Nguy cơ lũ quét (tính cực đoan) tăng rất nhanh theo mức tăng của
tổng lượng mưa trận tần suất. Mưa tần suất 5% (231.1mm) có thể xảy
ra lũ quét tương ứng với lũ lịch sử 1986 và 2006. Mưa tần suất 0.2%
(367.6mm) và 0.1% (398.2mm) có thể gây ra lũ với Qmax lớn gấp 1,5
và 2,0 lần so với trận lũ quét lịch sử năm 1986 và 2006.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu:
1. Ở nước ta và khu vực nghiên cứu chủ yếu là lũ quét sườn dốc.
2. Trên thế giới, chủ yếu áp dụng phương pháp thủy văn/thủy lực
và tập trung nhiều cho cảnh báo sớm và thời gian thực nguy cơ lũ
quét. Trong nước, phương pháp phân tích và chống xếp nhân tố là phổ
biến nhất vì đơn giản, chưa có một mô hình định lượng lũ quét tích
hợp GIS, viễn thám và thủy văn cho phép mô phỏng được tính chất
động tự nhiên của lũ quét và áp dụng được cho vùng núi cao, thượng
nguồn, nơi thiếu nhiều số liệu chi tiết và có địa hình phức tạp mà các
mô hình thủy văn/thủy lực truyền thống khó có khả năng áp dụng.
Mô hình xác định nguy cơ lũ quét:
3. Luận án đã xây dựng mô hình xác định nguy cơ lũ quét áp
dụng cho lưu vực nhỏ, vùng núi cao, địa hình phức tạp, ít thông tin/số
liệu hỗ trợ. Với những phần mềm GIS có tính năng phân tích không


gian đều có thể áp dụng mô hình ý tưởng này. Đã áp dụng mô hình mô
phỏng thành công nguy cơ lũ quét cho lưu vực sông Năng, Bắc Kạn.
Về cơ sở lý thuyết, thực tế áp dụng và kiểm chứng cho thấy Mô hình
cho kết quả chi tiết hơn, hợp lý hơn và tin cậy hơn so với phương pháp
phân tích đa biến..
4. Mô hình đã tích hợp: phương pháp Đường đẳng thời để tính
toán và xây dựng đường quá trình lưu lượng; phương pháp SCS – CN
để tính mưa hiệu quả; chi tiết hóa để nâng cao chất lượng dữ liệu lớp
phủ bằng dữ liệu NDVI từ ảnh vệ tinh Landsat; và xác định vùng đất
thập dễ ngập lụt từ DEM. Tất cả các phương pháp này đều hoàn toàn
giải được bằng công cụ GIS và viễn thám. Ngưỡng lưu lượng gây lũ
Qbankfull và các tham số thủy văn khác để xác định nguy cơ lũ quét tại

tất cả các pixel đều có thể được xác định hoàn toàn thông qua mô
phỏng mà không cần hoặc rất ít đến số liệu đo đạc.
Nguy cơ lũ quét lưu vực sông Năng, Bắc Kạn:
5. Lưu vực sông Năng, Bắc Kạn có diện tích nhỏ và có nhiều
điều kiện bất lợi gây ra lũ quét: vùng đồi núi và bị chia cắt mạnh; độ
dốc lưu vực và phụ lưu lớn; nhiều phụ lưu có hình dạng bất lợi; lượng
mưa trận, mưa ngày và mưa thời đoạn cao; mật độ che phủ rừng thấp,
đất trống cao; và đất đỏ vàng, vàng nâu, … (thấm nước mưa ở mức
trung bình) chiếm tỷ trọng cao. Trong hơn 10 năm gần đây, hầu như
năm nào cũng xảy ra lũ quét và lũ quét đã xảy ra có liên hệ rõ ràng với
các yếu tố: mưa cường độ lớn, tỷ lệ che phủ thấp (đất trống nhiều), độ
dốc phụ lưu lớn, hình dạng phụ lưu cân đối.
7. Khắp lưu vực, các đường quá trình lưu lượng đều có hình dạng
của lũ quét (đỉnh lũ rất cao, nhọn và thời gian xảy ra đỉnh lũ rất nhanh,
có thể chỉ từ 1h (tại thượng nguồn) đến 10.5h (tại cửa lưu vực) sau
đỉnh mưa). Tính cực đoan của lũ quét tăng rất nhanh so với mức tăng
của cường độ mưa.
8. Các trận mưa có tần suất 50-20% (129.2-172.8mm) - nhiều nơi
xuất hiện nguy cơ lũ quét ở mức độ nhỏ; Tần suất 10-5% (202.3231.1mm) - lũ quét ở mức độ trung bình xuất hiện ở hầu hết các suối
cấp 1, cấp 2 và đầu nguồn một số sông; Tần suất 2-1% (269.2298.3mm) - lũ quét ở mức độ lớn xuất hiện hầu hết các huyện thuộc
lưu vực; Tần suất 0.2-0.1% (367.6-398.2mm) - lũ quét rất lớn xuất
hiện ở một số xã thuộc huyện Chợ Đồn, Pắc Nậm, Ba bể và Bảo Lạc.
Mưa tần suất 5% (231.1mm) có thể xảy ra lũ quét tương ứng với lũ
lịch sử 1986 và 2006. Mưa tần suất 0.2% (367.6mm) và 0.1%


×