Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong theo dõi, cảnh báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông ba thuộc tỉnh gia lai

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
TRONG THEO DÕI, CẢNH BÁO SỚM DÒNG CHẢY LŨ
LƯU VỰC SÔNG BA THUỘC TỈNH GIA LAI

PHAN SỸ ĐỒNG
CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 60440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC1:
TS. NGUYỄN BÁ DŨNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC2:
PGS.TS. TRẦN DUY KIỀU

HÀ NỘI, NĂM 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn1: TS. Nguyễn Bá Dũng
Cán bộ hướng dẫn2: PGS.TS. Trần Duy Kiều

Cán bộ phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Văn Lai

Cán bộ phản biện 2: TS. Nguyễn Lan Châu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 26 tháng 12 năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 02 tháng12 năm 2017
HỌC VIÊN

Phan Sỹ Đồng
Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Giáo viên hướng dẫn 1 : TS. Nguyễn Bá Dũng
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...

Giáo viên hướng dẫn 2 : PGS.TS Trần Duy Kiều
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...

ii

LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình được đào tạo tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường
Hà Nội với sự hướng dẫn khoa học tận tình của quý thầy, cô và sự động viên giúp
đỡ của gia đình, đồng nghiệp, bè bạn cùng với nổ lực của bản thân, đề tài luận văn
thạc sĩ: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong theo dõi, cảnh
báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai” đã được hoàn thành.
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội, những người đã truyền đạt những kiến thức quý báu
của mình để học viên có được một lượng kiến thức về khoa học kỹ thuật Thủy văn,
vững bước trên con đường sự nghiệp của bản thân.
Học viên chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của hai thầy hướng dẫn
khoa học TS Nguyễn Bá Dũng và PGS.TS Trần Duy Kiều, những người đã dìu dắt,
hướng dẫn và chỉ bảo tác giả hoàn thành luận văn này.
Học viên xin cảm ơn tới lãnh đạo Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Tây
Nguyên (nơi học viên đang công tác) đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt trong
suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Và đặc biệt học viên xin chân thành cảm ơn đến gia đình và những người thân
luôn động viên, tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này./.
Học viên

Phan Sỹ Đồng


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii

MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... ix
THÔNG TIN LUẬN VĂN ......................................................................................... x
MỞ ĐẦU

............................................................................................................. 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG CẢNH
BÁO LŨ LỚN ............................................................................................................. 4
1.1. Tình hình lũ lớn, ngập lụt trên thế giới và trong nước ..................................... 4
1.2. Công nghệ viễn thám và GIS trong cảnh báo lũ lớn ........................................ 8
1.2.1. Trên thế giới ............................................................................................ 8
1.2.2. Ở Việt Nam............................................................................................ 11
1.3. Một số nghiên cứu ngoài nước và trong nước liên quan đến vấn đề nghiên
cứu của đề tài......................................................................................................... 12
1.3.1. Viễn thám trong xác định lượng giáng thuỷ .......................................... 12
1.3.2. Viễn thám và GIS trong mô hình hoá dòng chảy tràn ........................... 14
1.3.3. Tính toán lượng bốc thoát hơi ............................................................... 16
1.3.4. Xác định độ ẩm đất ................................................................................ 18
1.3.5. Trong quản lý và qui hoạch lưu vực sông ............................................. 19
1.3.6. Dự báo xói lở, biến đổi lòng dẫn trong sông ......................................... 21
1.3.7. Phòng chống bão ................................................................................... 21
1.3.8. Theo dõi và cảnh báo lũ, ngập lụt ......................................................... 22
1.4. Nhận xét chương 1 ......................................................................................... 25
CHƯƠNG 2. CHẾ ĐỘ MƯA LŨ LƯU VỰC SÔNG BA THUỘC TỈNH GIA LAI26
2.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu ............... 26
2.1.1. Vị trí địa lý............................................................................................. 26

iv

2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo ................................................................... 27
2.1.3. Đặc điểm thổ nhưỡng, thực vật ............................................................. 29
2.1.4. Đặc điểm hệ thống mạng lưới sông, hồ ................................................. 36
2.1.5. Điều kiện kinh tế xã hội......................................................................... 40
2.2. Đặc điểm mưa lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai ....................................... 44
2.2.1. Chế độ mưa ............................................................................................ 44
2.2.2. Đặc điểm gió mùa .................................................................................. 49
2.2.3. Đặc điểm bão sinh mưa lớn ................................................................... 49
2.3. Chế độ dòng chảy lũ lưu vực sông Ba ........................................................... 50
2.3.1. Nguyên nhân chính gây lũ trên sông Ba................................................ 51
2.3.2. Đặc điểm dòng chảy lũ .......................................................................... 51
2.3.3. Mưa thời đoạn ngắn sinh lũ ................................................................... 52
2.3.4. Mực nước lũ .......................................................................................... 53
2.3.5. Lưu lượng đỉnh lũ .................................................................................. 54
2.3.6. Tổng lượng lũ ........................................................................................ 54
2.4. Nhận xét chương 2 ......................................................................................... 56
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ THEO DÕI, CẢNH
BÁO SỚM DÒNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SÔNG BA THUỘC TỈNH GIA LAI... 57
3.1. Dữ liệu và phương pháp nghiên cứu .............................................................. 57
3.1.1. Dữ liệu ảnh viễn thám phục vụ nghiên cứu lưu vực sông Ba ............... 57
3.1.2. Phương pháp hệ thống thông tin địa lý ................................................. 58
3.1.3. Phương pháp viễn thám ......................................................................... 61
3.2. Các tham số chính của ảnh Landsat trong nghiên cứu dòng chảy lũ ............. 62
3.2.1. Các đặc trưng quang phổ thực vật [12] ................................................. 62
3.2.1.3. Chỉ số thực vật sai khác DVI (difference vegetion index) ................ 63
3.2.2. Bức xạ bề mặt và phản xạ (Albedo)[12] ............................................... 64
3.2.3. Xác định lượng mưa .............................................................................. 65

3.2.4. Chỉ số xác định vùng lũ từ ảnh viễn thám [14, 15] ............................... 65


v

3.2.5. Cơ sở phân loại những điểm ảnh ngập lũ với những đối tượng ngập
nước

............................................................................................................... 66

3.3. Quy trình phân tích dòng chảy lũ từ ảnh Landsat .......................................... 67
3.3.1. Tạo chuỗi ảnh không mây (EVI, LSWI và DVEL) ............................... 68
3.3.2. Tạo ảnh chỉ số thực vật tăng cường (Enhance Vegetation Index). ....... 68
3.3.3. Chuỗi ảnh chỉ số thực vật tăng cường đa thời gian. .............................. 68
3.3.4. Tạo ảnh chỉ số nước bề mặt lớp phủ. .................................................... 69
3.3.5. Chuỗi ảnh chỉ số nước bề mặt lớp phủ .................................................. 69
3.4. CSDL ngập lụt từ ảnh viễn thám phục vụ cảnh báo sớm dòng chảy lũ lưu vực
sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai.................................................................................... 69
3.5. Đề xuất giải pháp theo dõi, cảnh báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông .......... 88
3.5.1. Hiện đại hóa công tác phục vụ dự báo, cảnh báo lũ .............................. 89
3.5.2. Nhận dạng lũ lớn cho lưu vực sông ....................................................... 91
3.5.3. Nghiên cứu phân vùng lũ lớn cho lưu vực sông.................................... 93
3.6. Nhận xét chương 3 ......................................................................................... 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 97


vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1. Tiếng Anh
AGN

Astronomical Grid Network

CORS

Cross-Origin Resource Sharing

DGPS

Differential Global Positioning System

DEM

Digital Elevation Model

DTM

Digital Terrain Model

D/GNSS

Differential/Global Navigation Satellite System

EVI

Enhance Vegetation Index

IGS

International GNSS Service

GIS

Geographic Information System

GPS

Global Positioning System

GDI

Geospatial Data Infrastructure

GLONASS

Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema

GALILEO

European Union's Global Satellite Navigation System

LC8

Landsat 8

LE7

Landsat 7

LT5

Landsat 5

LSWI

Land Surface Water Index

NDVI

Normalized Difference Vegetation Index

TIN

Triangulated Irregular Network

TVDI

Temperature Vegetation Dryness Index

SGN

Sol Genomics Network

ODA

Official Development Assistance

UNDP

United Nations Development Programme

USGS

United States Geological Survey

UTM

Universal Transverse Mercator

WMO

World Meteorological Organization

WGS

World Global System


vii

2. Tiếng Việt
CSDL

Cơ sở dữ liệu

ĐCTV

Địa chất thủy văn

KTNN

Khí tượng nông nghiệp

KTTV

Khí tượng thủy văn

KTTĐ

Kinh tế trọng điểm

KHTL

Khoa học thủy lợi

LVS

Lưu vực sông

QĐ/BTNMT

Quyết định/Bộ Tài nguyên Môi Trường

NN&PTNT

Nông nghiệp và phát triển nông thôn

TT-BTNMT

Thông tư – Bộ Tài nguyên Môi Trường

TNMT

Tài nguyên môi trường


viii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1: Phần trăm diện tích các tỉnh thuộc lưu vực sông Ba ....................................27
Bảng 2-2: Các kiểu thảm thực vật rừng chính trong lưu vực sông Ba ..........................32
Bảng 2-3: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Ba và các sông nhánh .............................38
Bảng 2-4: Thông số chính của một số hồ chứa trên lưu vực sông Ba ...........................40
Bảng 2-5: Lượng mưa tháng, năm bình quân nhiều năm khu vực trong và lân cận lưu
vực sông Ba giai đoạn 1990-2015 .................................................................................46
Bảng 2-6: Lượng mưa bình quân nhiều năm tại một số trạm trên lưu vực sông Ba ....47
Bảng 2-7: Lượng mưa lưu vực tính đến các cửa ra .......................................................47
Bảng 2-8: Đặc trưng mưa theo khu vực ........................................................................48
Bảng 2-9: Tần suất lượng mưa năm tại một số trạm giai đoạn 1990 – 2015 ................48
Bảng 2-10: Tốc độ gió trung bình và lớn nhất tại một số trạm .....................................50
Bảng 2-11: Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế tại các trạm thủy văn
(theo số liệu thực đo) .....................................................................................................52
Bảng 2-12: Lượng mưa ngày lớn nhất tại một số vị trí thuộc khu vực Tây Trường Sơn
và Trung gian .................................................................................................................52
Bảng 2-13: Lượng mưa ngày lớn nhất tại một số vị trí khu vực Đông Trường Sơn .....53
Bảng 2-14: Tần suất lượng mưa ngày lớn nhất tại một số vị trí trên lưu vực sông Ba
X1p (mm) ........................................................................................................................53
Bảng 2-15: Kết quả tính toán tần suất Hmax tại một số trạm trên sông Ba ....................53
Bảng 2-16: Đỉnh lũ lớn nhất tại một số vị trí trên lưu vực sông Ba. .............................54

Bảng 2-17: Tần suất lưu lượng đỉnh lũ tại các trạm Thủy văn lưu vực sông Ba ..........54
Bảng 2-18: Tổng lượng lũ lớn nhất thời đoạn 1960 – 2015 ..........................................54
Bảng 2-19: Đặc trung tổng lượng 1, 3, 5,7 ngày lớn nhất ứng với tần suất thiết kế .....55
Bảng 2-20: Hệ số triết giảm lượng lũ trên sông Ba .......................................................55
Bảng 3-1: Dữ liệu ảnh Landsat cho lưu vực sông Ba ....................................................57
Bảng 3-2: Thuật toán phân tích logic ............................................................................61
Bảng 3-3: Mối tương quan giữa nhiệt độ mây và lượng mưa .......................................65
Bảng 3-4: Loại dữ liệu trong GIS ..................................................................................70
Bảng 3-5: Thông tin dữ liệu ảnh Landsat ứng với mực nước tại trạm An Khê ............71
Bảng 3-6: Thống kê diện tích ngập lụt theo bản đồ nguy cơ ngập lụt lưu vực sông Ba
thuộc tỉnh Gia Lai qua các năm lũ điển hình(1991,1992,1996,1999,2001,2007,2009,
2011và 2013) .................................................................................................................75


ix
DANH MỤC HÌNH
Hình: 1-1: Sơ đồ minh họa sự phối hợp các modul chức năng của Geoinformatics
trong quản lý lưu vực sông ............................................................................................20
Hình 2-1: Bản đồ hành chính lưu vực sông Ba (năm 2016) .......................................... 26
Hình 2-2: Bản đồ địa hình lưu vực sông Ba (DEM 30m, 2017) ................................... 28
Hình 2-3: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực sông Ba (năm 2012) ....................... 29
Hình 2-4: Bản đồ hiện trạng thảm phủ thực vật lưu vực sông Ba (năm 2012) ............. 31
Hình 2-5: Hệ thống mạng lưới sông ngòi lưu vực sông Ba (năm 2016) ....................... 37
Hình 2-6: Hệ thống hồ chứa chính trên lưu vực sông Ba .............................................. 39
Hình 3-1: Dữ liệu ảnh Landsat lưu vực sông Ba ........................................................... 57
Hình 3-2: Sự thể hiện quang cảnh của sự vật dưới các lớp bản đồ khác nhau. ............. 59
Hình 3-3: Nguyên lý khi chồng xếp các bản đồ. .......................................................... 59
Hình 3-4: Minh họa một ví dụ về chồng xếp bản đồ..................................................... 60
Hình 3-5: Minh họa về việc phân loại bản đồ. .............................................................. 60
Hình 3-6: Sơ đồ quy trình phân tích dòng chảy lũ từ ảnh Landsat ............................... 67

Hình 3-7: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 1991 từ ảnh Landsat ....... 72
Hình 3-8: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 1992 từ ảnh Landsat ....... 73
Hình 3-9: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 1996 từ ảnh Landsat ....... 74
Hình 3-10: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 1999 từ ảnh Landsat ..... 75
Hình 3-11: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 2001 từ ảnh Landsat ..... 76
Hình 3-12: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 2007 từ ảnh Landsat ..... 77
Hình 3-13: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 2009 từ ảnh Landsat ..... 78
Hình 3-14: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 2011 từ ảnh Landsat ..... 79
Hình 3-15: Bản đồ ngập lụt sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai năm 2013 từ ảnh Landsat ..... 80
Hình 3-16: Giao diện phần mềm hỗ trợ cảnh báo lũ lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai ... 86
Hình 3-17: Giao diện công cụ hỗ trợ cảnh báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông Ba
thuộc tỉnh Gia Lai từ ảnh Landsat .................................................................................87
Hình 3-18: Minh họa bản đồ ngập lụt từ công cụ hỗ trợ cảnh báo sớm dòng chảy lũ .. 87


x

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: PHAN SỸ ĐỒNG
Lớp: CH2AT

Khóa: 2A

Cán bộ hướng dẫn1: TS. NGUYỄN BÁ DŨNG
Cán bộ hướng dẫn2: PGS.TS. TRẦN DUY KIỀU
ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong theo dõi,
cảnh báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai
Điều tra, thu thập, phân tích và xử lý số liệu mưa, dòng chảy lũ từ đó đánh
giá đặc điểm mưa lũ giai đoạn 2001 – 2015. Tiến hành thu chụp dữ liệu ảnh

Landsat một số trận lũ điển hình tương ứng với số liệu điều tra, thu thập được
của các năm cần nghiên cứu. Đồng thời giải đoán ảnh viễn thám xác định dòng
chảy lũ của những năm lũ điển hình đó, nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục
vụ theo dõi, cảnh báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai.


1
MỞ ĐẦU
Kỹ thuật viễn thám và GIS là thành tựu kỹ thuật đã đạt đến trình độ cao phổ
biến ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội, đặc biệt có hiệu quả cao
trong ứng dụng đối với lĩnh vực khí tượng thủy văn và tài nguyên môi trường ở
nhiều nước trên thế giới. Ngày nay công nghệ viễn thám và GIS phục vụ các mục
đích quản lí, giám sát sự phân bố các đối tượng thủy văn, khối lượng và chất lượng
cũng như diễn biến theo thời gian của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan
như lũ lụt, biến động lòng sông, lòng hồ,…
Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể đem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp về
các nguồn nước mặt cũng như thông tin về chất lượng nước cần được nghiên cứu áp
dụng, khai thác từ ảnh vệ tinh.
Với những lý do trên, học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công
nghệ viễn thám và GIS trong theo dõi, cảnh báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông
Ba thuộc tỉnh Gia Lai” nhằm đánh giá chế độ mưa lũ, dòng chảy lũ lưu vực sông
Ba thuộc tỉnh Gia Lai; ứng dụng kỹ thuật viễn thám để giải đoán ảnh Landsat xây
dựng cơ sở dữ liệu phục vụ theo dõi, cảnh báo sớm dòng chảy lũ sông Ba thuộc tỉnh Gia
Lai.
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay công nghệ viễn thám và GIS có khả năng áp dụng trong nhiều lĩnh
vực khác nhau:
- Ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường
- Ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên nước
- Ứng dụng trong khí tượng nông nghiệp (KTNN)

- Ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố tài nguyên
nước; Bản đồ phân bố mạng lưới thuỷ văn; Bản đồ các vùng đất thấp.
- Ứng dụng trong khí tượng thuỷ văn: Đánh giá định lượng lượng mưa, bão và
lũ lụt, hạn hán; Đánh giá, dự báo dòng chảy, đánh giá tài nguyên khí hậu, phân vùng
khí hậu...


2
2. Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá được chế độ dòng chảy lũ trên lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia
Lai;
- Phân tích, giải đoán ảnh Landsat xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ
theo dõi, cảnh báo sớm dòng chảy lũ sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Dòng chảy lũ, dữ liệu ảnh Landsat sông Ba
thuộc tỉnh Gia Lai.
- Phạm vi nghiên cứu: Khu vực thượng lưu và trung lưu sông Ba tính đến
trạm Củng Sơn (phần thuộc tỉnh Gia Lai).
4. Nội dung nghiên cứu
- Nội dung 1: Điều tra, thu thập, phân tích và xử lý số liệu mưa, dòng chảy lũ
giai đoạn 2001 – 2015, dữ liệu ảnh Landsat một số trận lũ điển hình lưu vực sông
Ba;
- Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá đặc điểm mưa lũ, dòng chảy lũ lưu vực
sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai giai đoạn 2001 – 2015;
- Nội dung 3: Nghiên cứu giải đoán ảnh viễn thám xác định dòng chảy lũ lưu
vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai;
- Nội dung 4: Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ theo dõi, cảnh
báo sớm dòng chảy lũ lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai.

5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: Nhằm thu thập bổ sung số liệu mưa,
dòng chảy lũ trong khu vực nghiên cứu.
- Phương pháp kế thừa, phân tích, tổng hợp: Phương pháp này được sử dụng
nhằm phân tích và tổng hợp các nguồn tài liệu, số liệu thông tin có liên quan từ các
đề tài đã thực hiện trước đây, từ đó đưa ra được phương pháp, công nghệ, các giải
pháp thích hợp cho bài toán đặt ra.


3
- Phương pháp thống kê: Được sử dụng để đánh giá đặc điểm, tính chất và xu
thế biến đổi của dòng chảy lũ với số liệu điều tra, thu thập thời kì mùa lũ giai đoạn
2001 - 2015 trên lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai.
- Kỹ thuật viễn thám và công nghệ GIS: Được sử dụng để ứng dụng công cụ
hiện đại đã có và mới có nhằm tránh những bất cập, giảm chi phí trong quá trình
nghiên cứu, nâng cao hiệu quả và đảm bảo độ tin cậy cho kết quả nghiên cứu, cũng
như tính khả thi, khả dụng của các giải pháp đề xuất. Trong đó phần mềm ArcGIS
sẽ được khai thác sử dụng trong quá trình nghiên cứu.


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG CẢNH
BÁO LŨ LỚN
1.1. Tình hình lũ lớn, ngập lụt trên thế giới và trong nước
Lũ là thiên tai xảy ra khá thường xuyên và gây nhiều hậu quả cho kinh tế, xã hội
ở các quốc gia trên thế giới hàng ngàn năm qua. Một số trận lũ lớn điển hình gây thiệt
hại nghiêm trọng tại một số nước trên thế giới mà lịch sử ghi nhận được trong hơn nửa
thập kỉ qua như sau:
Tại Trung Quốc, trận lũ xảy ra năm 1887 trên sông Hoàng Hà làm chết 900 ngàn
người. Trong 55 năm gần đây lũ lụt đã làm ảnh hưởng đến 9,3 triệu ha đất canh tác,

trung bình mỗi năm làm chết khoảng 5.000 người [2]. Chỉ trong thập kỷ 1990 liên tiếp
có 7 trận lũ lớn 1991, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998 làm chết khoảng 25 nghìn
người. Những trận lũ điển hình nhất đã xảy ra là lũ năm 1933 trên sông Hoàng Hà làm
ảnh hưởng 3,6 triệu người và 18 ngàn người chết, trận lũ năm 1931 trên sông Dương
Tử làm ngập 3 triệu ha đất canh tác, ảnh hưởng tới 28,5 triệu người và 145 ngàn người
chết. Trận lũ năm 1998 gần đây đã làm chết 3.000 người, 23 nghìn người mất tích, 240
triệu người bị lũ uy hiếp, phá hủy 5 triệu ngôi nhà, thiệt hại khoảng 21 tỉ USD [2]. Lũ
trên sông Dương Tử tháng 7/2010 lớn hơn 40% so với lũ năm 1998, lưu lượng lũ về
hồ Tam Hiệp là 70.000 m3/s cao hơn 20.000 m3/s so với trận lũ năm 1998, làm 4150
người thiệt mạng [2].
Một loạt các trận lũ lụt xảy ra ở 12 tỉnh thuộc miền Trung và miền Nam Trung
Quốc tháng 6/2011 đã làm khoảng 10 triệu người bị ảnh hưởng, khoảng 180 người bị
thiệt mạng, thiệt hại kinh tế hơn 3 tỷ USD [2]. Lũ lớn tại Trung Quốc những năm gần
đây gây thiệt hại nặng nề cho 27 tỉnh, ảnh hưởng xấu đến đời sống của khoảng 110
triệu người.
Bangladesh là quốc gia đối mặt với lũ, lụt thường xuyên, các trận lũ thường làm
ngập khoảng 25-30% diện tích cả nước, những trận lũ đặc biệt lớn làm ngập tới 5070% đất nước. Các trận lũ, lụt lớn gần đây đã xảy ra vào các năm 1987, 1988, 1998,
2004 [2]. Riêng trận lũ 1998 gây ngập lụt 2/3 đất nước, thời gian ngập lụt kéo dài hai
tháng rưỡi, 783 người chết, 30,6 triệu người bị ảnh hưởng, thiệt hại 1 tỉ USD. Lũ lụt ở
Bangladesh xảy ra dọc 800 km bờ biển phía bắc vịnh Bengal, khi có bão ngoài lũ trong
sông còn có nước dâng rất lớn gây thêm sự ác liệt của lũ, nước dâng cao nhất lên đến


5
10-15m. Năm 1970 nước dâng kết hợp với lũ lớn làm chết và mất tích 300 ngàn người,
năm 1991 là 130 ngàn người [2].
Hà Lan, một nước Bắc Âu, theo số liệu lịch sử lũ năm 1421 lũ đã làm chết 100
ngàn người, lũ năm 1530 làm chết 400 ngàn người. Đặc biệt vào tháng I/1953, bão,
sóng lớn và triều cường của Biển Bắc đã phá hủy hơn 45 km đê biển gây ngập lụt 3
tỉnh phía Nam làm 1.800 người chết; 100 nghìn người phải sơ tán; làm ngập hơn 150

nghìn ha đất và hơn 10 nghìn ngôi nhà bị phá hủy hoàn toàn. Hai trận lũ lớn năm 1993,
1995 gây thiệt hại cho đất nước Hà Lan hàng triệu USD [2].
Hoa Kỳ một quốc gia phía Tây bán cầu cũng chịu nhiều thiên tai lũ, trận lũ năm
1993 là lũ lịch sử trong 500 năm trên lưu vực sông Mississippi làm 47 người chết, 45
nghìn ngôi nhà bị tàn phá, khoảng 74 nghìn người phải sơ tán, thiệt hại 16 tỉ USD [2].
Khu vực Đông Nam Á, tại Malayxia trận lũ đặc biệt lớn tháng XI/1986 ở hạ lưu
sông Trengganu và Kelantan đã làm 14 người chết, thiệt hại khoảng 12 triệu USD. Tại
Thái Lan, trận lũ xảy ra tháng X/1995 trên lưu vực sông Chao Phraya làm ngập vùng
đất với diện tích hơn 60.000 ha, kéo dài 30 ngày và thiệt hại khoảng 11.858 triệu baht
[2]. Đặc biệt trận lũ lịch sử năm 2011 tại Thái Lan được coi là cơn "đại hồng thủy" tồi
tệ nhất từ trước đến nay xét theo tổng lượng nước lũ với 1/3 số tỉnh và 3/4 diện tích đất
nước bị ảnh hưởng, gây thiệt hại rất nghiêm trọng: Hơn 500 người thiệt mạng, 2 triệu
người bị ảnh hưởng, thiệt hại khoảng 5 tỷ USD tương đương với khoảng 1,5% tổng
sản phẩm quốc nội hàng năm [2].
Tại Úc, trận lũ lớn xảy ra đầu năm 2011 là một thảm họa lớn chưa từng thấy
trong lịch sử nước Úc: hơn 70 đô thị chìm trong nước; 200.000 dân bị ảnh hưởng, hơn
80 người chết và mất tích, thiệt hại khoảng 13 tỷ USD tương đương 1% GDP của Úc.
Việt Nam Trong mấy chục năm gần đây đã hứng chịu nhiều thiên tai lũ, đặc biệt
suốt dải ven biển miền Trung đã xảy ra những trận lũ lớn với tần suất 1 ÷ 2% như: trận
lũ năm 1978 trên hệ thống sông Lam; lũ năm 1986 trên sông Trà Khúc; lũ năm 1987
trên sông Vệ, sông An Lão; lũ năm 1992 trên sông Kiến Giang, sông Bến Hải; lũ năm
1993 trên sông Ba, sông Srêpôk, sông Gianh; lũ năm 1996 trên sông Luỹ, lũ năm 1999
trên sông Hương ; lũ năm 1998 trên sông Thu Bồn, sông Vu Gia, sông Eakrông; lũ
năm 2002 trên sông La, lũ năm 2009 trên sông Sêsan. Đặc biệt các trận lũ lớn xảy ra
trên diện rộng như năm 1999 từ các sông của Quảng Trị, Thừa Thiên Huế đến Quảng


6
Ngãi, hay lũ lớn năm 2010 xảy ra từ các sông Nghệ An đến Quảng Trị và gần đây nhất
là lũ tháng VI/2011- lũ lịch sử trên sông Nậm Mộ (sông Lam).

Lũ, lụt gây ra úng ngập trầm trọng nhiều ngày ở miền Trung như đồng bằng
Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú
Yên, gây xói lở nghiêm trọng lòng sông như ở sông Thạnh Hãn, sông Hương, sông
Thu Bồn, phá vỡ cửa sông, bờ biển như Thuận An, Tư Hiền, Đà Rằng,…
Ở đồng bằng sông Cửu Long đã xảy những trận lũ lớn vào các năm: 1961, 1966,
1978, 1984, 1991, 1994, 1996, 1999, 2000, 2001, trận lũ lớn xảy ra tháng 9,10/2011
được coi là lớn nhất trong nhiều năm qua và lớn hơn lũ lịch sử năm 2000. Đặc điểm lũ
thường kéo dài nhiều tháng, những năm lũ lớn kéo dài từ 3-4 tháng; lũ lên xuống với
cường suất nhỏ, trung bình từ 3-4cm/ngày, những trận lũ lớn cũng chỉ từ 10-12
cm/ngày, cao nhất đạt 30 cm/ngày; tốc độ truyền lũ chậm, thường là lũ một đỉnh và
dạng lũ khá ổn định [2].
Năm 2000 lũ đạt mức lớn nhất trong 76 năm gần đây ở Đồng bằng sông Cửu
Long (ĐBSCL) và diễn biến phức tạp với hai đỉnh kế tiếp nhau, gây ngập lụt nghiêm
trọng trên lưu vực sông Mekông. Những thiệt hại do thiên tai lũ gây ra trong năm 2000
ở khu vực ĐBSCL rất nghiêm trọng: 539 người chết (hơn ba trăm là trẻ em), 212
người bị thương, hơn 890.000 căn nhà, 13.793 phòng học, 383 cơ sở y tế bị ngập trong
nước; hơn 9.457 căn nhà bị sập hoàn toàn; hơn 62.000 hộ dân phải di dời nhà ở, trong
đó nhiều hộ phải di chuyển chỗ ở 2 - 3 lần, hơn nửa triệu người phải cứu trợ khẩn cấp;
hơn 224.508 ha lúa, gần 86.000 ha hoa màu, cây ăn trái, cây công nghiệp bị hư hại;
hơn 14.000ha nuôi trồng thủy sản bị thiệt hại; hơn 668.000 gia súc và gia cầm bị chết;
hơn 12.000 km đường giao thông các loại bị ngập, hư hỏng; gần 5.000 cầu, cống các
loại bị ngập, hư hỏng nặng, có một số bị sập. Hệ thống kênh mương thủy lợi, bờ bao bị
sạt lở hơn 37 triệu m3. Đây là những thiệt hại vật chất trực tiếp, còn những thiệt hại về
cơ sở hạ tầng xã hội, môi trường sinh thái cũng rất lớn, chưa đánh giá hết được và phải
có thời gian mới khôi phục được. Tổng thiệt hại do lũ gây ra ở khu vực ĐBSCL trong
năm 2000 ước tính khoảng 4.626 tỉ đồng [2].
Từ đêm ngày 30 tháng 10 năm 2008, tại miền Bắc và các tỉnh phía Bắc miền
Trung Việt Nam một trận mưa lớn kỷ lục trong hơn 100 năm gần đây đã xảy ra và kéo
dài trong nhiều ngày. Đợt mưa lớn vượt quá mọi dự báo và trái mùa này đã gây ra một

7
trận lụt lịch sử ở Hà Nội; cùng lúc đó, những trận mưa lớn trên các tỉnh miền Bắc và
Bắc Trung bộ đã gây ra lũ lụt trên diện rộng, làm nhiều người chết, gây thiệt hại vật
chất đáng kể. Đối với riêng thủ đô Hà Nội đã gánh chịu nhiều thiệt hại: ngập trên diện
rộng; giao thông hỗn loạn, nhiều xe cộ ngập nước; nhiều người chết; thị trường hàng
hóa sốt giá; nhiều cơ sở ngừng hoạt động; đê phía bắc có nguy cơ vỡ, tràn đe dọa Hà
Nội; nguy cơ bệnh tật bùng phát cao; ước tính thiệt hại trên 3000 tỷ đồng [2].
Tại Quảng Ninh, đợt mưa dài trong 2 ngày 26 và 27/7/2015 là đợt mưa lớn nhất
trong vòng 40 năm qua (có nơi lượng mưa gần 600 mm) đã gây nên trận lũ lụt nghiêm
trọng trên địa bàn Tỉnh, đồng thời gặp lúc triều cường nên mức độ ảnh hưởng là rất
lớn. Trận mưa làm 3 người thiệt mạng; 2.200 hộ dân, trường học, bệnh xã bị ngập lụt,
có nơi ngập sâu 2 mét, ngập úng hơn 70 ha hoa màu.
Gần đây nhất, mưa lớn xảy ra trong đêm 2/8 kéo dài đến sáng 3/8/2017 gây lũ
lớn tại Yên Bái và Sơn La làm 28 người chết và mất tích [2].
Mấy chục năm gần đây suốt dải ven biển miền Trung đã xảy ra những trận lũ
lớn như: trận lũ năm 1978 trên hệ thống sông Cả; lũ năm 1993 trên sông Ba, sông
Gianh; lũ năm 2002 trên sông La… Đặc biệt các trận lũ lớn xảy ra trên diện rộng như
năm 1999 từ các sông của Quảng Trị, Thừa Thiên Huế đến Quảng Ngãi, hay lũ lớn
năm 2010 xảy ra từ các sông Nghệ An đến Quảng Trị; lũ tháng VI/2011- lũ lịch sử
trên sông Nậm Mộ (thượng nguồn sông Cả).
Tháng IX/2002 trên hệ thống sông Cả đã xuất hiện lũ đặc biệt lớn, mực nước lũ
tại nhiều nơi lên rất cao: tại Hoà Duyệt 11,47 m xuất hiện lúc 1h ngày 22/9/2002 cao
hơn mức báo động III là 1,77 m (thấp hơn lũ lịch sử năm 1960: 0,97 m).
Từ 02 - 06/10/2007 xuất hiện trận lũ lịch sử lớn nhất trong vòng 45 năm qua ở
các tỉnh Bắc miền Trung: Các tỉnh Bắc Trung Bộ chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão số 5.
Hình thế thời tiết trên đã gây mưa vừa, mưa to có nơi mưa rất to trên khu vực. Mưa lớn
đã gây ra 1 đợt lũ lớn, lũ đặc biệt lớn trên hầu hết các sông chính trong khu vực. Một số
sông đã xuất hiện lũ lịch sử như sông Mã (Thanh Hóa) , sông Hiếu (Nghệ An) và lũ đặc
biệt lớn trên sông Ngàn Sâu. Lũ lớn gây vỡ đê sông Bưởi ở Thanh Hóa, lũ quét ở Nậm

Giải huyện Quế Phong Nghệ An… làm chết 88 người, 8 người mất tích, thiệt hại
khoảng 3.215 tỷ đồng [2].


8
Từ ngày 14 - 19/X/2010, Bắc Trung Bộ chịu ảnh hưởng kết hợp của lưỡi áp cao
lạnh lục địa, rãnh áp thấp với vùng áp thấp có trục qua Nam Trung Bộ nên trên toàn
khu vực đã có mưa vừa, mưa to, nhiều nơi mưa rất to. Lượng mưa ở Nghệ An và Hà
Tĩnh phổ biến 300 ÷ 1100 mm, có nơi nhiều hơn như: TP Hà Tĩnh: 1269.1 mm; Cửa
Hội: 1199.0 mm; Cẩm Nhượng: 1162.0 mm; Chu Lễ: 1153.0 mm; Hòn Ngư: 1127.6
mm. Lượng mưa ngày lớn nhất: 548.0 mm, xẩy ra tại Chu Lễ vào ngày 16 tháng X. Lũ
trên sông Cả (Nghệ An) ở mức trên BĐII; các sông Hà Tĩnh ở mức trên BĐIII. Riêng
trên sông Ngàn Sâu đã xẩy ra lũ đặc biệt lớn, đỉnh lũ tại Chu Lễ và Hoà Duyệt vượt lũ
lịch sử 3,06 m và 2,33 m.
Lũ gây ngập sâu, kéo dài trong nhiều ngày, đã gây thiệt hại lớn về người và tài
sản. Ở Nghệ An: Có 44.051 hộ của 131 xã, phường thuộc 13 huyện, thành, thị bị ngập
sâu, trong đó 35 xã bị cô lập; Hà Tĩnh: Có 175.110 hộ của 183 xã, phường thuộc 12
huyện, thị trong tỉnh bị ngập, trong đó có 105 xã bị cô lập [2].
Tháng 10/2016, do ảnh hưởng không khí lạnh tăng cường xuống phía nam gây
ra mưa lớn trên diện rộng ở Hà Tĩnh và Quảng Bình từ đêm 30 đến sáng 31/10. Mưa
lớn đã gây ngập lụt 93 xã trên địa bàn 9 huyện, thành phố với tổng số dân bị ngập là
24.158 hộ. Trong đó, nhiều nhất là huyện Hương Khê với 16 xã, 10.357 hộ dân ngập;
Vũ Quang 1 xã ngập; Kỳ Anh có 3 xã với 257 hộ ngập. Huyện Cẩm Xuyên 20 xã với
7.287 hộ ngập lụt; huyện Thạch Hà có 24 xã với 3.264 hộ. Trên toàn tình Hà Tĩnh đã
có 2 người chết và 1 người mất tích; 723 ha lúa mùa bị ngập; hoa màu bị ngập hỏng
1.416 ha; 400 ha cây ăn quả bị ảnh hưởng; 300 gốc đào bị úng hỏng; hơn 12 tấn lương
thực bị ướt hỏng; 99.032 con gia cầm bị chết, cuốn trôi; 869 con trâu bò, 399 con lợn
bị chết, cuốn trôi; 337 ha hồ nuôi thủy sản bị ngập; 16 cây vó trục bị trôi [2]
1.2. Công nghệ viễn thám và GIS trong cảnh báo lũ lớn
1.2.1. Trên thế giới

Công nghệ viễn thám và GIS là thành tựu kỹ thuật đã đạt đến trình độ cao, được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội, đặc biệt có hiệu quả cao trong
ứng dụng đối với lĩnh vực khí tượng thủy văn và tài nguyên môi trường ở nhiều nước
trên thế giới, không những đối với các nước phát triển có trình độ khoa học kỹ thuật
tiên tiến mà còn đối với các nước đang phát triển nền kinh tế hãy còn lạc hậu. Ngày nay
công nghệ viễn thám và GIS có khả năng áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau [1]:


-

9
Ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra về sự biến

đổi sử dụng đất và lớp phủ; Vẽ bản đồ thực vật; Nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá
và phá rừng; Giám sát thiên tai (hạn hán, lũ lụt, cháy rừng, bão, mưa đá, sương mù,
sương muối,…); Nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí.
-

Ứng dụng trong điều tra đất bao gồm: Xác định và phân loại các vùng thổ

nhưỡng; Đánh giá mức độ thoái hoá đất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hoá.
-

Ứng dụng trong lâm nghiệp, bao gồm: Điều tra phân loại rừng, diễn biến của

rừng; Nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng, cháy rừng.
-

Ứng dụng trong quản lý sử dụng đất bao gồm: Thống kê và thành lập bản đồ sử

dụng đất; Điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật.
-

Ứng dụng viễn thám trong địa chất bao gồm: Thành lập bản đồ địa chất; Lập

bản đồ phân bố khoáng sản; Lập bản đồ phân bố nước ngầm; Lập bản đồ địa mạo.
-

Ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố tài nguyên

nước; Bản đồ phân bố tuyết; Bản đồ phân bố mạng lưới thuỷ văn; Bản đồ các vùng đất
thấp.
-

Ứng dụng trong địa chất công trình: Xác định các vị trí khảo sát cho xây dựng

các công trình; Nghiên cứu các hiện tượng trượt đất.
-

Ứng dụng trong khảo cổ học: Phát hiện các thành phố cổ, các dòng sông cổ hay

các di khảo cổ khác.
-

Ứng dụng trong khí tượng thuỷ văn: Đánh giá định lượng lượng mưa, bão và lũ

lụt, hạn hán; Đánh giá, dự báo dòng chảy, đánh giá tài nguyên khí hậu, phân vùng khí
hậu...
-

Ứng dụng trong khí tượng nông nghiệp (KTNN) có thể phân thành 3 loại chính:

-

Điều tra và đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp, sự biến đổi tình hình sử

dụng đất và lớp đất phủ, và sự thay đổi của chúng theo từng thời gian nhất định.
-

Đánh giá những tác động của ngoại cảnh liên quan đến sản xuất nông nghiệp.

Bao gồm điều kiện môi trường phát triển nông nghiệp, sự phát sinh phát triển (diện
tích, mức độ) của những tác hại và nguy hiểm của thời tiết, khí hậu và môi trường đến
sản xuất nông nghiệp.
-

Tính toán các trường yếu tố khí hậu nông nghiệp bề mặt như: bức xạ, phát xạ,

nhiệt độ, độ ẩm, bốc thoát hơi…làm cơ sở cho việc phân vùng khí hậu nông nghiệp


-

10
Dự báo KTNN bao gồm dự báo năng suất cây trồng, sâu bệnh, hạn hán, úng

lụt…Do số liệu viễn thám được cập nhật nhanh, khách quan và chi tiết vì vậy đáp ứng
kịp thời và chính xác trong nghiệp vụ dự báo KTNN.
Bangladesh đã xây dựng thành công hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt trên
cơ sở ứng dụng mô hình thủy văn và thủy lực MIKE-11 (của Đan Mạch) dưới sự trợ

giúp của UNDP/WMO kết hợp với sử dụng tư liệu viễn thám GMS, NOAA-12 và
NOAA-14. Hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt này được áp dụng cho vùng lãnh thổ
rộng 82.000 km2, 195 nhánh, sử dụng 30 trạm giám sát [1].
Trung Quốc đã xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt trên cơ sở sử
dụng tư liệu viễn thám FY-II, OLR, GPCP, ERS-II, SSM/I [1].
Ấn Độ bắt đầu xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt từ năm 1959 cho
khu vực sông Hằng. Hiện nay, ở Ấn Độ có 145 trung tâm dự báo, 500 trạm khí tượng,
350 trạm thủy văn phục vụ cho vùng lưu vực rộng 240.000km2, sử dụng khả năng
thông tin của các tư liệu ảnh vệ tinh IRS, TM Landsat-5, ERS, RADARSAT [1].
Một số nước thuộc Châu Phi sử dụng mô hình thủy văn FEWS NET kết hợp với
hệ thống thông tin địa lý GIS để xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt cho
5.600 vùng hạ lưu với sự trợ giúp xây dựng của tổ chức USGS/EROS [1].
Cơ quan hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) thực hiện chương trình Sentinel
Asia, đây là chương trình chia sẻ thông tin về thiên tai giữa các nước trong khu vực
Châu Á – Thái Bình Dương. Các thông tin được chia sẻ thông qua mạng Web-GIS, tạo
ra một cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh trong việc giám sát thiên tai. Chương trình Sentinel
Asia là sự khởi đầu cho việc thành lập một điểm phân phối thông tin quan trọng dựa
trên nền tảng Internet, thông tin được phân phối ở đây là dữ liệu ảnh vệ tinh không
gian về thảm họa thiên nhiên trong khu vực Châu Á-Thái Bình Dương [1].
Thái Lan là một nước nằm trong khu vực Đông Nam Châu Á, có nhiều điểm
tương đồng về điều kiện tự nhiên với Việt Nam. Thái Lan đặc biệt quan tâm đến việc
xây dựng hệ thống giám sát thiên tai nói chung và lũ lụt nói riêng. Trong bảng ưu tiên
quan tâm các hiện tượng thiên tai thường xảy ra ở Thái Lan thì lũ lụt là hiện tượng
chiếm ưu tiên số 1. Một trong những hướng được Thái Lan quan tâm là ứng dụng công
nghệ viễn thám và GIS trong việc quản lý thiên tai.


11
1.2.2. Ở Việt Nam
Từ góc độ chức năng và nhiệm vụ của Bộ Tài nguyên và Môi trường phải điều

tra và giám sát sự phân bố các đối tượng thủy văn, khối lượng và chất lượng cũng như
diễn biến theo thời gian của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt,
biến động lòng sông, lòng hồ,…
Phòng tránh lũ lụt là các biện pháp được lựa chọn nhằm hạn chế lũ lụt hoặc
những thiệt hại do lũ lụt gây ra. Trong đó quan trọng nhất vẫn là vấn đề cảnh báo, dự
báo lũ từ xa nhằm tránh tổn thất to lớn do lũ gây nên. Hiện nay trong thủy văn học
đang tồn tại nhiều mô hình dự báo lũ khác nhau được áp dụng trong các công tác
giảng dạy, nghiên cứu và dự báo cho các bộ ngành, địa phương ... Ở Việt Nam, nhiều
mô hình đã được xây dựng và áp dụng cho dự báo lũ cho hệ thống sông, một số mô
hình được sử dụng phổ biến như MIKE, SSARR, TANK, NAM, ANN, HEC1, HMS,
IFAS...
Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể đem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp về
các nguồn nước mặt. Các thông tin về chất lượng nước cũng cần được nghiên cứu áp
dụng, khai thác từ ảnh vệ tinh. Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài
nguyên nước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất.
Ảnh vệ tinh được sử dụng chuyên cho mục đích kiểm kê các nguồn nước mặt,
qua công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình, ảnh vệ tinh là tài liệu chính dùng để cập nhật
mạng lưới thủy văn bao gồm sông, suối, kênh mương, các hồ chứa nước và hồ, đầm,
ao. Ảnh vệ tinh đã được một số cơ quan sử dụng để khảo sát, thành lập bản đồ biến
động lòng sông ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1: 100 000 đến 1: 25 000 cho hệ thống sông
Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng [1]. Phần lớn những bản đồ này
do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường lập. Ngoài ra, ảnh vệ tinh đã
được một số đơn vị thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia và
Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường sử dụng để thành lập bản đồ
ngập lụt đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh miền Trung. ảnh vệ tinh hiện nay có
khả năng sử dụng để điều tra giám sát chất lượng nước như độ mặn, mức độ ô nhiễm
do chất thải công nghiệp và để điều tra, quản lí tổng hợp các lưu vực sông.
Viện Quy hoạch Thuỷ lợi Việt Nam đã ứng dụng công nghệ GIS trong rất nhiều
dự án quy hoạch. Ứng dụng gần đây nhất là sử dụng mô hình thuỷ động lực học kênh

12
hở MIKE 11 trong dự án quy hoạch sông Hồng [1]. Ở Việt Nam, mô hình thuỷ động
lực học kênh hở đã được đầu tư nghiên cứu hàng thập kỷ trước. Nhiều mô hình toán đã
được xây dựng hoàn chỉnh và đưa vào tính toán thực tế. Tuy nhiên, mô hình MIKE 11
có ưu điển nổi trội so với các mô hình khác là liên kết với GIS. Đây là loại mô hình
toán sử dụng phương trình St. Venant, mô phỏng dòng chảy trong sông liên kết với
vùng ngập lũ. Vì vậy nó có thể giúp các nhà quy hoạch hiển thị nhanh, rõ ràng các
hoạt cảnh sử dụng nguồn nước trong tương lai. Hơn thế nữa với sự trợ giúp của GIS,
sự tham gia của các bên liên quan trong quá trình quy hoạch sẽ rất thuận lợi. GIS sẽ
giúp các nhà quy hoạch hiển thị các ý kiến đóng góp một cách rõ ràng trên bản đồ.
Ứng dụng GIS, Viện Khoa học thuỷ lợi miền Nan đã xây dựng CSDL phục vụ
công tác quản lý và khai thác nguồn nước vùng đồng bằng sông Cửu Long [1]. Số liệu
không gian ở đây là hệ thống bản đồ 1/50.000, trong đó hiển thị các điểm cao độ,
đường giao thông, sông suối, mạng lưới các trạm khí tượng - thuỷ văn, vị trí các công
trình thuỷ lợi. Số liệu thuộc tính là các thông tin như độ cao, thông số kỹ thuật của
sông kênh, số liệu đo đạc của các trạm khí tượng thuỷ văn, tài liệu liên quan đến công
trình thuỷ lợi, các dự án thuỷ lợi.
Cục Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão đã chỉ đạo xây dựng chương trình
quản lý dữ liệu cơ bản hệ thống đê điều trên máy tính với công nghệ GIS [1]. Trong
chương trình này, số liệu nền là các lớp bản đồ cơ bản được số hoá. Các số liệu quản
lý bao gồm: (1) các công trình đê điều hiện có như đê, kè, cống, kho vật tư phòng
chống lụt bão, trụ sở đội quản lý đê, trạm thuỷ văn. Các công trình này được số hoá
trực tiếp bằng các phần mềm chuyên dụng. (2) Các số liệu mặt cắt địa hình, địa chất
(mặt cắt dọc và mặt cắt ngang) được nhập vào chương trình và chương trình sẽ tự động
vẽ các mặt cắt. (3) Các dữ liệu sự cố, diễn biến lòng sông, đoạn đê đã được trồng tre
chống sóng, đoạn đê đã được khoan phụt vữa, đoạn đê kết hợp giao thông... được nhập
theo dạng bảng dữ liệu và chương trình tự động tìm đến vị trí xác định trên bản đồ.
1.3. Một số nghiên cứu ngoài nước và trong nước liên quan đến vấn đề nghiên
cứu của đề tài

1.3.1. Viễn thám trong xác định lượng giáng thuỷ
Nhận ra hạn chế của các trạm mưa trong việc tính toán lượng mưa trung bình
theo không gian trên một diện tích rộng lớn và ở những khu vực không thể đặt trạm


13
mưa được, các nhà thuỷ văn đang dần chuyển sang sử dụng viễn thám như là một công
cụ để xác định lượng mưa đầu vào của mô hình thuỷ văn, đặc biệt ở những vùng có ít
trạm mưa, như lấy mưa vệ tinh từ NOA. Tuy nhiên, kết quả có thể được cải thiện bằng
cách kết hợp dữ liệu thu được từ các vệ tinh và các trạm đo mưa truyền thống. Kết quả
phân tích từ các ảnh vệ tinh trong vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại chỉ có thể
cung cấp thông tin về lớp mây trên cùng mà không cung cấp thông tin về lớp mây ở
giữa và phía dưới. Nhưng những vệ tinh này lại cung cấp các các quan trắc thường
xuyên (ngay cả ban đêm với các sensor nhiệt) thông tin về các đám có tiềm năng gây
mưa, sự thay đổi về diện và hình dạng của các đám mây. Từ những quan trắc này, các
tính toán lượng mưa có thể thực hiện được nhờ mối quan hệ giữa thông tin về mây và
lượng mưa tức thời cũng như luỹ tích theo thời gian. Đối với các nhà dự báo thuỷ văn,
phương pháp xác định lượng mưa bằng vệ tinh là rất giá trị ở những nơi không hoặc
rất ít trạm quan trắc.
Các dữ liệu khí tượng và vệ tinh Landsat đã tạo ra một số phương pháp để xác
định giáng thuỷ từ các bức ảnh thuộc vùng bức xạ nhìn thấy và hồng ngoại của các
đám mây. Chỉ số giáng thuỷ của dữ liệu vệ tinh môi trường toàn cầu (Global
Operational Environmental Satellite (GOES)) [Arkin, 1979] rút ra từ việc định ngưỡng
nhiệt độ của các đám mây tầng đỉnh đã được sử dụng để nghiên cứu phân phối của
mưa nhiệt đới. Đại học Bristol đã phát triển thành cách tiếp cận chỉ số mây (cloud
index) và cách tiếp cận định ngưỡng (thresholding). Các tiếp cận life-history được đề
xuất bởi Scofield và Oliver [1977] đã xem xét tốc độ thay đổi của các đám mây đối
lưu riêng lẻ hoặc các mảng mây đối lưu. Cách tiếp cận này là cơ sở cho hệ thống cảnh
báo lũ quét trong đó kết hợp dữ liệu của GOES với dữ liệu mặt đất và dữ liệu trạng
thái khí quyển để dự báo lượng mưa để phục vụ cho mô hình dự báo lũ [Clarrk và

Morris, 1986].
Trong khi các công nghệ viễn thám trong vùng nhìn thấy/hồng ngoại chỉ cung
cấp tính toán gián tiếp lượng mưa, công nghệ viễn thám vi sóng có tiềm năng lớn để
tính toán giáng thuỷ vì bức xạ vi sóng liên quan trực tiếp tới mưa rơi. Các công nghệ
vi sóng phản ứng với mưa theo hai phương thức: bức xạ/hấp thụ và tán xạ trong đó
cách tiếp cận bức xạ/hấp thụ, lượng mưa được quan trắc bởi năng lượng bức xạ nhiệt
phát ra khi mưa rơi xuống một vùng lạnh, đồng nhất. Một số thuật toán đã được xây