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


3

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

4

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 (diference 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


5

3.2.5. Cơ sở phân loại những điểm ảnh ngập lũ với những đối tượng ngập
nước ............................................................................................................... 66
3.3. Quy trình phân tch 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


6

7

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 Diference 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
Meteorological Organization WGS
Global System

World
World


vii

2. Tiếng Việt
CSDL

Cơ sở dữ liệu


vii
ĐCTV

Địa chất thủy văn

KTNN

Khí tượng nông nghiệp

KTTV

Khí tượng thủy văn

KTTĐ
KHTL

Kinh tế trọng điểm
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


8

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1: Phần trăm diện tch 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 tnh 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 tnh 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 tch 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 tch 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


9

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 tch 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


10

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


3

2. Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá được chế độ dòng chảy lũ trên lưu vực sông Ba thuộc tỉnh
Lai; Gia
- 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 tch 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 tch, tổng hợp: Phương pháp này được sử
dụng nhằm phân tch 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.


- Phương pháp thống kê: Được sử dụng để đánh giá đặc điểm, tnh 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 tnh 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.


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 tch 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


10-15m. Năm 1970 nước dâng kết hợp với lũ lớn làm chết và mất tch 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 tch 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 tch, 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 tnh 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 tnh 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 tch [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 tch,
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 tch; 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]: