DSpace at VNU: hóa mô hình số độ cao trên cơ sở địa mạo phục vụ nghiên cứu lũ lụt vùng hạ lưu sông Thu Bồn

TAP CHÍ KHOA HỌC ĐHQGHN. KHTN & CN. T XX. sò 4PT 2004

C H I T IẾ T H O Á M Ô H ÌN H s ố Đ Ộ C A O T R Ê N c ơ s ở Đ ỊA M Ạ O
P H Ụ C V Ụ N G H IÊ N c ứ u L Ủ L Ụ T V Ù N G H Ạ L ư u S Ô N G T H U B ổ N
Đ ặ n g V ăn B ào, N g u y ễ n H iệu
Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học T ự \h iê n , ĐHQG Hà Nội
1. Mớ đ ầ u
Phần h ạ lưu sông Thu Bồn thuộc hai đơn vị hành chính là tinh Q uảng Nam và thành
phố Đà Năng, có dân cư tập tru n g đông đúc và là m ột trong những vùng trọng điểm kinh tế
của cá nước. Ớ đây hàng năm thường chịu ảnh hường của 3 đến 5 trậ n lủ, de dọa thường
xuyên tới đời sống và sự an toàn của gần 70% dân số trong vùng. Lũ được hình th àn h trực
tiếp bời m ưa và đặc điểm của m ạng lưới thuý văn, song khả năng x u ất hiện và mửc độ tàn
phá của nó ở các vị trí khác nh an trên lưu vực lại phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm của địa
hình, đặc trư ng bởi các yếu tố: độ chênh cao, độ dốc, hướng dốc... N hững kết quả phân tích
dược từ các thông số này có ý nghĩa quan trọng cho việc đánh giá và cảnh báo tai biến lũ lụt.
Một trong những cách tiếp cặn mô hình hoá địa hình hiện nay là xây dựng mô hình
không gian ba chiềvi bể m ặt địa hình dưới dạng dữ liệu sô - viết t ắ t là DEM (Digital
Elevation Model) - và được lưu trữ trong máy tính. Sừ dụng mô hình này, các nhà chuyên
môn có thế ph ản tích và do đạc chính xác các thông số vể độ cao, độ dốc hay hướng dổc của
địa hình, đổng thời xác định được vị trí không gian của chúng [51. Tuy nhiên, để xây dựng
dược DEM gần với địa hình thực, đòi hỏi phải có các số liệu đo độ cao chi tiết. Đây là một
công việc khó khăn dôi vỏi các vùng đồng bàng nói chung và với hạ híu sông T hu Bôn nói
riêng. Các bãn đồ tý lệ lớn như 1:5.000 hay 1:10.000 hầu như không có hoặc có rấ t ít và
không đổng bộ. N hững bàn đồ ỏ tỷ lệ nhò hơn, do độ chênh cao trê n đồng bàng không lớn
nên các đường bìn h độ thưòng r ấ t th ư a , không th ế hiện dược chi tiế t các yếu tô’ địa hình.
Để khác phục vâ'n để này. ngoài các đữ liệu độ cao được cung cấp từ b ản đổ địa hình,
việc áp dụng n h ữ n g hiểu b iết v ề cắc th à n h tạo đ ịa hình và các quá trìn h địa m ạo để
p hân tích và làm tă n g dày th êm các dường bìn h độ (contour) dịa h ìn h là rấ t phù hợp và
có ý nghĩa q u an trọng.
2. C ơ sỡ d ử liệ u v à p h ư ơ n g p h á p th ự c h iệ n
2.1.

Cơ sớ d ử liệ u
Cơ sò dữ liệu ban đầu cho việc xây dựng mô hinh số độ cao khu vực nghiên cửu gồm có:
- Bán đồ địa hìn h lưới chiếu UTM tỷ lệ 1:50.000 do N ha Địa dư Quốc gia Việt Nam

(Chế độ ngụy quyền Sài Gòn cũ) ấn hàn h vào năm 1965.
- Bán đồ địa hình liíỏi chiếu G auss tỳ lệ 1:50.000 năm 1994 và 1:25.000 năm 1999 do
Tống cục Địa chính x u ất bản.
- Bán đồ địa mạo tỷ lệ 1:50.000 đxtợc lưu trữ tại Viện Thông tin Tư liệu Địa chất do
chính các tác giả th à n h lập. Bán dồ được xây dựng theo nguyên tắc nguồn gốc - lịch sử với
9


Đặng Vãn Bào. Nguyền Hiệu

10

các đơn vị địa mạo là các bề m ặt có nguồn gốc và tuổi khác nhau. Bản đồ này đà được các tác
giả bô sung và hoàn thiện năm 2004.
- Tài liệu thực địa về địa mạo và các dấu vết do lũ lụ t đ\fỢc bô' sung liên tục từ 1999
đến 2004.
- Tài liệu về độ sâu ngập lụt tại các trạm đo đạc thuỷ văn dọc sông Thu Bồn và sông Hàn.
2.2. P h ư ơ n g p h á p th ự c h iệ n
a. Cơ sở khoa học
T h u ật ngữ DEM được sử dụng lần đầu tiên bởi M iller và Laflam m e vào năm 1958 và
được định nghĩa giông như phép thống kê bể m ặt liên tục của dịa hình bằng m ột sô' lượng
lổn các điểm đã được lựa chọn cùng với toạ độ X, y và z củ a chúng. Giá trị z của các điểm còn
lại ở b ấ t kì toạ độ X, y nào trong mô hình sẽ được nội suy [8]. Xây dựng DEM gồm 3 giai
đoạn chính:
•> Thu thập các điếm độ cao của địa hình cùng với toạ độ X, y của chúng.

Đây là giai đoạn quan trọng và m ang tính quyết định đến tính chi tiế t của địa hình
được th ể hiện trong DEM sau này. Sô'liệu độ cao được th u th ập từ các nguồn:
- Bản đồ địa hình: Các dữ liệu độ cao từ bản dồ địa hình bao gồm các đường bình độ
địa hình và các điểm độ cao. Tùy thuộc vào tỷ lệ của bản đồ m à mức dộ chi tiế t của mỡ hình
sẽ cao hay thấp. Đối với vùng đồng bằng hạ lưu sông Thu Bồn, trê n các bản đồ địa hình tỷ lệ
1:50.000 và 1:25.000, n hiều chi tiết quan trọng của địa hình thực tế liên quan tới lũ lụ t như
các lòng sông cổ, vách thềm sông, thềm biển... không được th ể hiện.
- Đo đạc trực tiếp: Các dữ liệu về dộ cao của địa hình còn được th u th ập từ kết quả đo
dạc trực tiếp ngoài thực địa bằng các công cụ chuyên dụng hoặc GPS. Phương pháp thu
thập dữ liệu này có ưu điểm là làm chi tiế t hoá mô hình của địa hình so với thực tế. Tuy
nhiên, nếu thực hiện công việc này trong một khu vực có diện tích rộng, đặc biệt là đôi với
những vùng có địa hìn h phức tạp th ì khả nàng thực hiện rấ t khó k h ăn và kinh phí cao.
❖ Xây dựng DEM thông qua các điểm độ cao đã thu thập:
Có h ai cách tiếp cận trong việc xây đựng mô hình và cấu trúc địa hình: Phương pháp
m ạng ô vuông (Grid, được sử dụng cho khu vực nghiên cứu) và phương pháp m ạng tam giác
ngẫu nhiên (TIN). Trong phương pháp Grid dữ liệu độ cao sẽ được tính toán và sắp xếp
thành các ô lưới vuông, còn trong phương pháp TIN các điểm phân bô' ngẫu nhiên theo
không gian được sử dụng để th iết lập th àn h các tam giác có kích thước, hình dạng và hướng
khác nhan.
❖ Nội suy mõ hình: đây là quá trìn h tính toán giá trị độ cao của các điểm chưa có số
liệu còn JỉỊÌ trong vùng thông qua các hàm toán học. Trong quá trìn h nội suy, giá trị độ cao
của các điếm nam uiừn hai đường bình độ sẽ được tính theo công thức [4]:
h = d2x(H l-H2)/(dl+d2)+H2


Trongđó:
h - giã trị củ a pixel được tính toán;
H l - giã trị củ a đường binh độ trên;
H2- giá trị của đưòng bình độ dưới;
d l - khoáng cách từ pixel được tính toán đến dường bình độ trên;

d2- khoảng cách từ pixel được tính toán đến đường bình độ dưới.
Việc nghiên cứu lũ và những ta i biến liên quan thường tập tru n g vào những vấn đề
nhií: diện phân bô của các đối tượng bị ngập lũ; thòi gian và độ ngập sâu; hướng dòng chảy;
nhũng biến đổi có th ể diễn ra của lòng sông; khả năng bồi tụ , xói lỏ [2,6]. Để giải quyết
nhủng vấn để này, các thông số chi tiết về địa hình từ DEM có ý nghĩa rấ t quan trọng. Các
lòng sông cô’ là nơi xuất, hiện các trục dộng lực khi lũ xuất hiện; các thềm sông hay biển
không bị ngập lũ (trừ lũ th ê ký); các bãi bồi sông, các bể m ặt tích tụ bị Iigặp lü à các cấp báo
động khác nhau; hav các gờ cao ven lòng... là những yếu tố trực tiếp liên quan đến đặc điểm
của lũ lụt trên dồng bằng h ạ lưu sông Thu Bồn [1,3]. Tuy nhiên, trên các bán đồ địa hinh ỏ
tv lệ1:50.000 hay 1:25.000 chúng thường bị quá trìn h khái q u át hoá làm m ất do độ chênh
cao quả nhỏ hoặc độ cao chuyển bậc có giá trị nằm giữa giá trị cùa hai đưòng bình độ. Việc
nghiên cửu và đo vẽ địa m ạo có th ẻ khắc phục được nhũng khó kh;\n này thông qua đường
bình độ cúa các cltín vị (lịa hinh nêu trên cùng với độ cao của chúng, từ đó làm chi tiết được
dữ liệu địa hinh ban dầu cho việc xây dựng mô hìn h số độ cao phục vụ nghiên cứu lũ lụt.
b.

Xây dựng DEM cho đồng bằng hạ lưu sông Thu Bổn trên cơ sở các dấu hiệu địa

mạo và ứng dụng GIS.
Mô hình số dộ cao của khu vực nghiên cứu được xây dựng theo quy trìn h th ể hiện trên
hình 1.

H ình 1. Sơ đồ tiến trìn h th àn h lập DEM khu vực nghiên cứu


Đặng Vãn Bào. Nguyễn Hiệu

Các đường bình độ và điếm độ cao trẽ n bàn đồ địa hình được sô hoá bằng ph ần mềm
1LWIS. Từ các b àn đồ địa hìn h tỷ lệ 1: 25.000, dữ liệu ban đầu th u được là các dường bình
độ có khoảng cao đểu 5m, p h ần đồng bằng được bồ’ sung thêm đường 2,5m. N hư vậy, đôi với

ph ần địa hình th ấp diíới 10m chi có bốn đường đắn g cao là Om, 2,5m, 5m và 10m.
N hư vậy, về m ặt nguyên tắc thi phần địa h ìn h nằm giữa h ai đường bình dộ sẽ được
nội suy th àn h m ột bề m ặ t nghiêng thoải đồng n h ấ t. Trên thực tế, đồng bàng khu vực nghiên
cứu không nghiêng thoải hoàn toàn m à có tính ph ân bậc rấ t rõ ràng, ví dụ trong khoảng độ
cao từ đường bình dộ 5m đến đường 10m địa hìn h ở đây tồn tạ i hai bậc địa hình cao 4-6m và
10-15m được ph ân b iệt n h a u bởi m ột vách dốc trong khi nội suy lại biến chúng th à n h một
bề mặt. nghiêng đồng n h ấ t (hình 2).

H ình 2. S ự sai lệch của bể m ặt địa hình thực và bể m ặt địa hình
được nội suy trong mô hình (vẽ giả định)
Một ví dụ điển hìn h khác là các đê cát ở ven biến, do tác động của gió có nơi có th ế dạt.
tối độ cao 20-25m , n h ư ng chân của các đê cát có khi chỉ cao có 3m. không có dường 3m trên
bán đồ cho nên phẩn sườn của đụ n cát nằm trong khoảng độ cao 3-õm trong m áy tính lại
được nội suy th ẳn g từ đường 5m tới đường 2.5 ờ cách đó rấ t xa. Điều này dẫn đến k ết quá
nội suy bị sai khác đi rất. n hiều so với thực tế.
Việc xác định các lòng sông cổ có ý nghĩa rấ t quan trọng đối với công tác cảnh báo tai
biến lũ lụt. Trong kh u vực nghiên cứu, các lòng sông cố có dạn g những dái trù n g , dạng
tuyến, được ph ân bố m ột cách có quy lu ậ t và liên kêĩ vỏi nh au th àn h hệ thông rấ t hoàn
chinh. Đâv chính là n h ữ ng đường trục đọng lực của các dòng chảy trong lũ. Tuy nhiên, các
lòng sông cố thường lại không được th ể hiện trê n các bản đồ địa hình ở tỷ lệ tru n g bình và
nhỏ. Việc xác định ch ú n g chủ yếu phải dựa vào các phương p h áp nghiên cứu địa mạo. Sau
khi xác định được ra n h giới của chúng trên bán đồ địa hình, trẽn cơ số các kết quả đo sáu
(so với m ặt bằn g xung quanh) ngoài thực địa và quy lu ậ t ph ân bô của chúng, có thê vẽ bô


Chi lier hoá mõ hình số độ cao trên cơ sở dịu mạo..

sung các đường bình độ đáy đ ể th ể hiện được các dải trũ n g và hướng nghiêng của chúng
trên DEM sau này.
Các vách thểm sông, biển và bãi bồi cũng đóng vai trò r ấ t qu an trọ n g dôi vối việc xác

định chính xác không gian ngập lũ cũng nh ư mức dộ ngập sâu. Ví dụ, trong trậ n lũ cuối
năm 1999, mực nước cao n h ấ t đo được trên sóng Thu Bồn tạ i Hội An là 3,2m. Trong khoảng
độ cao giữa hai đường bình độ 2,5m và 5m trê n bản đồ địa hìn h tỷ lệ 1:25.000, ở Hội An tồn
tại 2 bậc địa hình, bậc cao 2-3m của các bể m ặt tích tụ sông biển v à bãi c á t ven lòng và bậc
cao 4-6m của thềm tích tụ c á t biển tuổi Hoiocen giữa. Hai bậc đều có địa hình khá bằng
phảng và chuyên tiếp n h au bởi sườn vách dốc. Như vậy, vối mực nước cao 3.2m, chỉ có bậc
địa hình thấp là bị ngập có độ sâu ngập từ 0,2-1,Om. N ếu tín h toán trê n DEM, do địa hình
giữa hai đường 2,5 và 5m được nội suy thành m ột bề m ặt nghiêng đồng n h ấ t, d ẫn đến sự sai
lệch về m ặt giá trị độ sâu ngập, đặc biệt là tạ i các vị trí địa hìn h p h ân bô ở gần với chân
vách chuyến tiệp lên bặc độ cao 4-6m.
Việc làm dày các đuòng bình độ địa hình trê n cơ sỏ nghiên cứu đặc điểm địa m ạo và
những dấu hiệu liên quan trê n khu vực là cách tiếp cận tối ưu n h ấ t đê khắc phục vân để
này. S au khi tiến hàn h khảo s á t và nghiên cứu th àn h lập b ản đồ địa mạo, ngoài việc bô
sung thêm các điểm độ cao đo được bằng GPS ngoài thực địa, tại vị t r í chuyến tiếp giữa các
bậc địa hình sẽ được vẽ bô sung thêm các đưòng bình độ. Do hầu h ế t các bậc thềm biến,
sông, bãi bồi trong khu vực nghiên cứu được cấu tạo bởi các v ặ t liệu bỏ ròi, m ột m ặt địa hình
bị cải biến nhiều bởi các hoạt động nhân sinh, bởi vậy những vách chuyển tiếp giữa các bậc
thềm thường không phải là vách dốc đứng. Đ e thể hiện các vách này trê n DEM, việc bô
sung thêm hai dường bình độ chạy s á t nhau với các giá trị độ cao xác định ngoài thực địa đã
được thực hiện.
3. K ế t q u ả
Sau các đợt nghiên cứu, k ế t hợp với các tà i liệu khác v à k ế t q u ả khảo s á t điều tr a năm
2004, đã xác lập được các vị trí cần được làm dày đường bìn h độ địa hìn h : các gờ cao ven
lòng sông cao 2-3m , các vách chuyển tiếp giữa các thểm , b ề m ặt tích t.ụ sông biến đầm lầy
cao l-2 m tuổi Holocen muộn, các bề m ặt tích tụ sông biển cao 3-4m tuổi Holocen giữa
muộn, các bể m ặt tích tụ sông biển cao 4-6m tuổi Holocen sốm giữa, các bề m ặt tích tụ sông
biển cao 8-15m tuổi Pleistocen muộn, chân các đê cát, đặc b iệt là các h ệ thống lạch trũ n g dấu tích của những dòng sông cổ... Một số các đường bìn h độ địa hìn h đ ã được sô' hoá bố’
sung vào dữ liệu làm DEM của khu vực nghiên cứu như: các đường lm , 2m th ế hiện hình
thái của các bãi bồi sông (hình 3); đường 4,5m cho bậc độ cao của bề m ặ t tích tụ sông - biến
tuổi tuổi Holocen giữa muộn (Qrv2-3) phân bố ở khu vực gần cửa sông; đường 7,Om th ế hiện

sự chuyển bậc địa hình từ các thềm tích tụ biển hoặc sông - biển có tuổi Holocen trung, cao
4-6m lên bậc địa hình cao 8-15m... Ngoài ra , các dấu hiệu địa m ạo còn đê lại sau nhủng
trận lũ cũng giúp ích cho việc xác định độ cao của địa h ình, ví dụ n h ư đường bìn h độ 3,2m ở
khu vực Hội An đã được xác định trê n thực địa nhờ những d ấu v ết củ a trậ n lũ lịch sử năm
1999 còn để lại trê n hệ thông các cồn cát.


14

Đạng Vãn Bào. Nguyón Hiệu

Sau khi đã th u th ập đủ số liệu, để tài tiến hành tạo DEM bằng ph ần mềm ILWIS với
dộ phân giải 10m. Nhờ những số liệu đã thu thập được bằng phương pháp trên chúng tôi đã
thiết lập được mô hình số độ cao của địa hình hạ lưu sông T hu Bổn với chất lượng tốt, thể
hiện được khá đầy đủ cấu trú c và các đơn vị địa hình, đáp ứng được yêu cầu đ ặ t ra đôi với
việc phân tích và cảnh báo tai biến lũ lụ t cho khu vực nghiên cứu.

H ình 3. Các đường bình độ bô' sung lm , 2m và IĨ1Ô hình số độ cao
ỏ kh u vực gần cửa sông Thu Bồn
4. K ế t lu ậ n
Mô hình sô độ cao là một tài liệu quan trọng dối với công tác nghiên cứu lũ lụt, dặc
biệt trong việc xác định sự ph ân bô’ và tính chất của nó. Tuy nhiên, vấn để đ ật ra là độ
chính xác của mô hình. Đối vối những vùng không có bản đồ địa hình tỷ lệ lớn n h ư ở đồng
bằng h ạ lưu sông Thu Bồn th ì việc làm dày thêm các đường bình độ địa hình để làm chi tiết
hơn dữ liệu đâu vào tritớc khi nội suy mõ hình là hết sửc quan trọng. Bới nếu không, các giá
trị của mô hình sô sẽ bị sai lệch rấ t nhiều so với hình ảnh của th ế giới thực. Sử dụng
phương pháp dịa mạo và những hiếu biết về địa hình lã cơ sỏ tốt nhất đê xác định độ cao
của các thành tạo dịa mạo cũng như để vẽ thêm các dường bình độ cho phù hợp vổi quy lu ật
phán bô tự nhiên của chúng.
*

Cõng trinh này được hoàn thành trong khuôn k h ổ Chương trinh nghiên cứu kh

học cơ bản giai đoạn 2004-2005, đ ề tài m ã s ố 74.05.04.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đặng Vàn Bào, Vũ Văn Phái, Đào Đình Bắc, Nguyễn Hiệu, Nghiên cứu và cảnh báo tai
biến thiên nhiên ở T rung Bộ Việt Nam trên cơ sở địa mạo. Thông báo Khoa học cùa các
trường đại học, chuyên san Đ ịa lý ■Địa chính, Bộ Giáo dục và Đào tạo, H à Nội, 2002,
tran g 17-25.


C hi 1iCl hoá mõ hình số độ cao (rên cơ sờ (lia mạo..

2.

Đào Đình Bấc, Đặng V ăn Bào, Vũ Vãn Phái, Nguyễn Hiệu, N ghiên cứu các dấu vết của
lũ lụt. trong địa hìn h phục vụ cảnh báo tai biến thiên nhiên vùng hạ lưu sông Thu Bồn.
Tạp chí các Khoa học về Trái đất, sô 1, 2001, Hà Nội, tran g 76-81.

3.

Đặng Văn Bào, Đào Đ ình Bắc, Nguyễn Q uang Mỹ, Vũ Vàn P hái, Nguyễn Hiệu, Bản đồ
địa mạo cảnh báo lũ lụ t vùng đồng bằng ven biển T rung Bộ Việt Nam, Tạp ch í Khoa
học, Đại học Quốc gia H à Nội, chuyên san K hoa học T ự nhiên & Công nghệ, T.XVIII,
Nft 2, 2002, H a Nội, tra n g 17-25.

4.

ITC, Introduction to Geographic Information System s w ith special em phasis on the
IL W IS system (Integrated L a n d a n d Water Inform ation System ), Published by

International In stitu te for Aerospace Survey & E a rth Sciences (ITC), 1990, p.94.

5.

Lanza L., Siccardi F., The role of GIS as a tool for assessm ent of flood hazard a t the
regional scale, Advances in N atural an d Technological H azards Research
"Geographical Inform ation system in Assessing N atural Hazards", Kluwer Academic
Publisher, 1995, pp. 199-218 (Edited by Alberto C arrara and F austo Guzzetti).

6.

V erstappen H. Th., Flood susceptibility surveys, Applied Geomorphology
(Geomorphological surveys for environm ental development), Elsevier Scientific
Publishing Company, A m sterdam - Oxford- New York, 1981, pp. 297 - 331.

7.

Wise S.M., The effect of GIS interpolation errors on the use of digital elevation models
ill Geomorphology, L andform Monitoring M odeling an d A nalysis, Wiley Publisher,
1997, pp.139-164.

8.

Stocks M.A., Heywood D.I., T errain modeling for m ountains. M ountain environm ents
and Geographic Inform ation System s, Taylor & F rancis P ublisher, 1994, pp. 26-40.
VNU JOURNAL OF SCIENCE. Nat.. Sci.. &Tech.. T.xx. N„4AP.. 2004
IM P R O V IN G D E T A IL S O F D E M B A S E D O N
G E O M O R P H O L O G IC A L S U R V E Y F O R F L O O D S T U D Y
O F T H E L O W E R S E C T IO N O F T H U B O N R IV E R
D a n g V an B ao , N g u y e n H ieu

D epartm ent o f Geography, College o f Science, V N U

The detail d a ta of altitu d e is very necessary for building th e DEM of th e lower section
of ThuBon R iver for flood study. The m ajor source of this data is from topographic m aps a t
scale

1:50.000 and 1:25.000. On these maps, th e landform units related to flood

characteristics on th e plain such as: former rivers, n a tu ra l levees, alluvial warp... are often
generalized. The border of these landform units and th eir height are determ ined by
geomorphological study and survey in the study area. The re su lt is a very im portant data
source to m ake DEM of study area more detailed and m ore useful for flood study.