Luận văn thạc sĩ ứng dụng mô hình IFAS dự báo lũ cho hồ phú ninh, tỉnh quảng nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH TẤN HOÀNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH IFAS DỰ BÁO LŨ
CHO HỒ PHÚ NINH, TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng - 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH TẤN HOÀNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH IFAS DỰ BÁO LŨ
CHO HỒ PHÚ NINH, TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Thủy
Mã số: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Chí Công

Đà Nẵng - 2018

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các số
liệu và kết quả tính toán đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

HUỲNH TẤN HOÀNG


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................1
2. Mục đích và nhiệm vụ luận văn ..........................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2
5. Cấu trúc luận văn ................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU .................................................3
1.1. Giới thiệu hồ chứa nước Phú Ninh ...........................................................................3
1.1.1. Vị trí địa lý ....................................................................................................3
1.1.2. Nhiệm vụ công trình .....................................................................................4
1.1.3. Đặc điểm thủy văn hồ chứa ..........................................................................5
1.1.4. Đặc điểm địa hình địa mạo ...........................................................................7
1.2. Cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu ............................................................................9
1.2.1. Mạng lưới khí tượng thủy văn vùng nghiên cứu ..........................................9
1.2.2. Chất lượng dữ liệu đo đạc ...........................................................................11
1.2.3 Dữ liệu mây vệ tinh .....................................................................................12
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH IFAS .............................................19

2.1. Mô hình thủy văn lưu vực ......................................................................................20
2.2. Mô hình thủy văn sử dụng mây vệ tinh ..................................................................24
2.3. Cơ sở dữ liệu mô hình IFAS...................................................................................26
CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG DỰ BÁO LŨ CHO HỒ PHÚ NINH ................................33
3.1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ..........................................................................33
3.1.1. Hiệu chỉnh mô hình ....................................................................................33
3.1.2. Kiểm định mô hình .....................................................................................37
3.2. Ứng dụng mô hình mưa số trị dự báo lũ cho hồ Phú Ninh. ...................................39
3.2.1. Thiết lập mô hình thủy văn sử dụng kết quả bộ thông số đã hiệu chỉnh tại
mục 3.1 ..........................................................................................................................40
3.2.2. Dữ liệu mưa dự báo ....................................................................................40
3.2.3. Thiết lập mạng lưới trạm đo mưa ảo ..........................................................44
3.2.4. Kết quả ........................................................................................................44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


TÓM TẮT LUẬN VĂN
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH IFAS DỰ BÁO LŨ
CHO HỒ PHÚ NINH, TỈNH QUẢNG NAM
Học viên: Huỳnh Tấn Hoàng. Chuyên ngành: Xây dựng Công trình thủy
Mã số: ………Khóa: 32, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Nghiên cứu bước đầu áp dụng công nghệ viễn thám để dự báo nhanh và kịp

thời lưu lượng lũ về hồ chứa, tại Việt Nam. Lưu vực nghiên cứu là lưu vực hồ Phú
Ninh, tỉnh Quảng Nam. Tác giả đã sử dụng mô hình IFAS, đây là mô hình thủy văn
với bộ thông số phân bố kết hợp với công nghệ viễn thám đo mưa từ mây vệ tinh. Các
kết quả nghiên cứu cho thấy đường quá trình lũ mô phỏng khá phù hợp với đường quá
trình lũ thực đo tại hồ Phú Ninh cho 2 trận lũ tháng 11/2017; 12/2016. Bên cạnh đó chỉ

số Nash trận lũ tháng 11/2017 lớn hơn 0.7. Dựa trên bộ thông số mô hình, tác giả đã
tiến hành dự báo thử áp dụng mô hình mưa số trị cho đợt mưa ngày 15, 16 tháng
01/2018 cho kết quả dự báo đợt mưa với diễn biến mưa từ mây vệ tinh.
Từ khóa: IFAS; công nghệ viễn thám; hồ Phú Ninh mây vệ tinh; bộ thông số phân
bố.

APPLIED MODEL IFAS IN FLOOD FORECASTING
FOR PHU NINH RESERVOIR, QUẢNG NAM PROVINCE

Abstract: This study initially applies remote sensing technology for fast and timely
forecasting flood flow to the reservoir, in Vietnam. Area of the study is a catchment of
Phú Ninh reservoir, Quảng Nam Province. The author has used the model IFAS which
is the hydrological model with distributed parameters associated with remote sensing
technology to measure rainfall from satellite cloud. The study results has showed that
the flood simulation road is quite in line with the floods observed in Phú Ninh
reservoir for 2 floods: 11/2017; 12/2016. Besides, Nash indices are greater than 0.7.
Based on the model parameters, the author has conducted a test for flood forecasting
on January 15, 16th, 2018 with the results pretty consistent with changes in rainfall
from satellite cloud.
Key words: IFAS; remote sensing technology; Phú Ninh reservoir; Satellite cloud;
the distribution parameters.


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Thuật ngữ

Ý nghĩa
Ban chỉ huy

BCH
DEM

Digital Elevation Model

Mô hình số độ cao

GIS

Geographic Information
Systems

Hệ thống thông tin địa lý

HEC-HMS

Hydrologic Engineering CenterHydrologic Model System

Mô hình mưa rào dòng chảy dạng
tất định, có thông số phân bố

IFAS

Integrated Flood Analysis
System

Hệ thống phân tích lũ tổng hợp

ICHARM

International Center for Water
Hazards and Risk Management

Trung tâm Quốc tế về nước và
Quản lý rủi ro Nhật Bản

JAXA

Japan Aerospace Exploration
Agency

Cơ quan nghiên cứu và phát triển
Hàng không vũ trụ Nhật Bản

JSTA

Japan Science and Technology
Agency

Cơ quan Khoa học và Công nghệ
Nhật Bản

MNTL

Mực nước thượng lưu

MNHL

Mực nước hạ lưu

MTTN

Miền Trung Tây Nguyên

MNDBT

Mực nước dâng bình thường

NASA

National Aeronautics and
Space Administration

Cơ quan Không gian Hoa Kỳ

NAM

Nedbor Afstromnings Model

Mô hình giáng thuỷ - dòng chảy
mặt
Như trên

nt
PWRI
PCLB

Public Works Research
Institute

Viện Nghiên cứu Công trình công
cộng Nhật Bản
Phòng chống lụt bão


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.1
3.2
3.3

3.4
3.5

Tên bảng
Các thông số kỹ thuật hồ chứa
Cống lấy nước
Trạm khí tượng thủy văn ở khu vực và lân cận
Mực nước hồ lớn nhất xuất hiện trong các năm
Các trận lũ xuất hiện trong các năm gần đây
Thông số cơ bản của vệ tinh MTSAT
Thông số kỹ thuật của đầu thu TMI (TRMM)
Dữ liệu lượng mưa từ ảnh vệ tinh sử dụng trong IFAS
Bộ thông số của lớp bề mặt
Bộ thông số lớp nước ngầm
Bộ thông số của lòng sông
Thông tin về dữ liệu mưa vệ tinh
Thời gian đo đạc của các loại mây vệ tinh
Thông số lớp bề mặt
Thông số lớp nước ngầm
Thông số lòng sông
Tọa độ các trạm đo mưa
Thông số lớp bề mặt
Thông số lớp nước ngầm
Thông số lòng sông
Tọa độ vị trí các trạm đo mưa
Lượng mưa tại các trạm đo

Trang
5
5

9
9
10
14
14
17
22
23
23
24
24
26
27
27
30
35
36
37
44
44


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu
hình
1
2
1.1
1.2

1.3
1.4
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
3.1

3.2

Tên hình

Trang

Vị trí vùng nghiên cứu
Lưu vực hồ Phú Ninh
Vị trí Hồ Phú Ninh
Tổng quan Hồ Phú Ninh
Mạng lưới các trạm đo mưa Hồ Phú Ninh và lân cận
Mô hình chiết xuất thông tin lượng mưa gần thời
gian thực từ dữ liệu vệ tinh MTSAT kết hợp với dữ
liệu TRMM 2A12.

Quá trình thực hiện của IFAS
Sơ đồ giải thích mô hình thủy văn trong IFAS
Sơ đồ tính toán mô hình thủy văn trong IFAS
Các thông số của lớp bề mặt
Các thông số của lớp nước ngầm
Các thông số của mặt cắt ngang lòng sông
Hình ảnh lưới tích lũy (thuyết tương đối không gian
để mô tả tốc độ di chuyển của khu vực lượng mưa
dựa trên mây vệ tinh)
Sơ đồ tính toán mô hình mây vệ tinh
Bản đồ vị trí lưu vực nghiên cứu
Hình hiển thị mưa vệ tinh phân bố trong IFAS trên
lưu vực Phú Ninh vào lúc 19h ngày 06/11/2017
Hình hiển thị mưa Trạm đo phân bố trong IFAS trên
lưu vực Phú Ninh vào lúc 19h ngày 06/11/2017
Các bản đồ số của lưu vực nghiên cứu
Kết quả hiệu chỉnh đường quá trình lũ tính toán của
mô hình thủy văn (đường màu xanh) và đường quá
trình lũ thực đo (đường màu đỏ), trận lũ ngày 02 đến
08/11/2017 chỉ số Nash=0,85.
Kết quả hiệu chỉnh đường quá trình lũ tính toán của
mô hình mây vệ tinh (đường màu xanh) và đường
quá trình lũ thực đo (đường màu đỏ), trận lũ ngày 02
đến 08/11/2017 Nash=0,43

1
1
3
8
11

15
20
21
21
22
23
23
25
28
29
30
31
32
34

34


Số hiệu
hình
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7

3.8

3.9
3.10

3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18

Tên hình
Kết quả so sánh đường quá trình mưa từ mây vệ tinh
(đường màu xanh) và đường quá trình mưa từ thực
đo (đường màu đỏ), trận lũ ngày 02 đến 08/11/2017
Các ô màu bộ thông số lớp bề mặt trong lưu vực.
Các ô màu của bộ thông số lớp nước ngầm trong lưu
vực.
Các ô màu của bộ thông số lòng sông trong lưu vực.
Kết quả kiểm định đường quá trình lũ tính toán của
mô hình thủy văn (đường màu xanh) và đường quá
trình lũ thực đo (đường màu đỏ), trận lũ ngày 10 đến
21/12/2016 Nash=0.62
Kết quả kiểm định đường quá trình lũ tính toán của
mô hình mây vệ tinh (đường màu xanh) và đường
quá trình lũ thực đo (đường màu đỏ), trận lũ ngày 10
đến 21/12/2016 Nash=0,36
Kết quả so sánh đường quá trình mưa từ mây vệ tinh
(đường màu xanh) và đường quá trình mưa từ thực
đo (đường màu đỏ), trận lũ ngày 10 đến 21/12/2016
Trạm đo mưa ảo số 1
Trạm đo mưa ảo số 2

Trạm đo mưa ảo số 3
Trạm đo mưa ảo số 4
Trạm đo mưa ảo số 5
Trạm đo mưa ảo số 6
Trạm đo mưa ảo số 7
Mô hình mưa ECMWF
Kết quả dự báo thử đường quá trình lưu lượng về hồ
Phú Ninh, 02 ngày 15/01 đến 16/01/2018.

Trang
35
36
36
37
38

38

39
40
40
41
41
42
42
43
43
45

1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hồ chứa nước Phú Ninh tỉnh Quảng Nam được khởi công xây dựng từ năm 1977,
hoàn thành vào năm 1986 với diện tích lưu vực 235 km2 , dung tích toàn bộ là 344
triệu m3 [5] nhằm cung cấp nước tưới cho 18.000 ha đất canh tác của các huyện: Phú
Ninh, Tam Kỳ, Núi Thành, Thăng Bình, Quế Sơn và Duy Xuyên thuộc tỉnh Quảng
Nam.

Hình 2: Lưu vực hồ Phú Ninh
Hình 1: Vị trí vùng nghiên cứu
Vùng hồ Phú Ninh có địa hình đồi núi, độ cao trung bình 100 - 300 m, có một số
đỉnh núi cao 500 - 700 m so với mặt nước biển. Độ dốc trung bình lớn, mặt bằng
nghiêng theo hướng Tây, Tây Nam, Bắc, Đông Bắc tạo vùng trũng lòng chảo Phú
Ninh. Lưu vực của Hồ chứa nước Phú Ninh bao gồm các xã Tam Dân, Tam Lãnh,
Tam Đại của huyện Phú Ninh và Tam Xuân, Tam Sơn, Tam Thạnh của huyện Núi
Thành. Khu vực hạ du hồ chứa là vùng đất đai rộng hàng chục km2 có hàng vạn hộ dân
sinh sống, bao gồm các cơ sở kinh tế, chính trị và xã hội quan trọng nhất của tỉnh
Quảng Nam, trong đó có thành phố Tam Kỳ, trung tâm tỉnh lỵ của tỉnh Quảng Nam
với dân số khoảng 109.300 người và huyện Phú Ninh có dân số khoảng 79.600 người.
Ngoài ra còn có các công trình quan trọng cấp Quốc gia như: đường cao tốc Đà Nẵng Quảng Ngãi (đang xây dựng), đường Quốc lộ 40B, đường sắt Bắc Nam chạy qua....
Đây là khu vực có mưa lớn tập trung, địa hình dốc, sông ngắn, lũ lên nhanh thường
xuyên ảnh hưởng đến đời sống nhân dân.
Trong giai đoạn khảo sát và thiết kế, do sự hạn chế của việc khảo sát và thu thập
tài liệu khí tượng thủy văn nên độ tin cậy của các kết quả tính toán điều tiết lũ là rất
hạn chế. Ngoài ra, dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu với sự xuất hiện ngày


2
càng nhiều những đợt mưa lớn bất thường, điển hình như trận lũ năm 1999 đã uy hiếp

trực tiếp đến độ an toàn các đập và ảnh hưởng đến tính mạng của nhân dân các huyện
Phú Ninh, Núi Thành, đặc biệt là thành phố Tam Kỳ của tỉnh Quảng Nam. Với tầm
quan trọng như vậy trong khi công tác khảo sát, thu nhập các tài liệu liên quan về Hồ
Phú Ninh còn hạn chế, nên vấn đề thực hiện đề tài ứng dụng Mô hình IFAS dự báo lũ
cho hồ Phú Ninh tỉnh Quảng Nam phục vụ công tác dự báo lũ cho Hồ nhanh nhất
nhằm giảm thiểu thấp nhất thiệt hại gây ra cho khu vực hạ du là rất cần thiết.
Những năm trước đây đã có các nghiên cứu về bài toán lũ cho Hồ Phú Ninh như:
Mô phỏng mức độ nguy hiểm do vỡ đập Long Sơn 1 hồ Phú Ninh [6] hay Nghiên cứu
bài toán ngập lụt do vỡ đập Long Sơn 1 hồ Phú Ninh [7]và các giải pháp ứng phó. Tuy
nhiên các nghiên cứu này sử dụng mô hình số hiện đại dự báo lũ về hồ như: Mike
NAM; Hec-HMS. Các mô hình này đều sử dụng bộ thông số tập trung cho toàn bộ lưu
vực hoặc các tiểu lưu vực và mô hình hóa dòng chảy lũ về hồ dựa vào lượng mưa tại
các trạm đo. Trong nghiên cứu này tác giả giới thiệu mô hình IFAS với cách tiếp cận
hoàn toàn mới, đó là sử dụng bộ thông số phân bố và kết hợp mây vệ tinh hoặc mây
rada để dự báo lũ về hồ chứa nước Phú Ninh.
2. Mục đích và nhiệm vụ luận văn
Mô phỏng và dự báo lũ cho hồ chứa nước Phú Ninh bằng mô hình IFAS, phục vụ
công tác vận hành hồ chứa trong mùa mưa lũ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng: Lưu lượng, lượng mưa và thời gian lũ về hồ chứa nước Phú Ninh.
+ Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực hồ chứa nước Phú Ninh.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê
- Phương pháp mô hình số
- Phương pháp viễn thám
5. Cấu trúc luận văn
Luận văn được cấu trúc trong 03 chương và phần mở đầu, kết luận:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan vùng nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình IFAS

Chương 3: Áp dụng dự báo lũ cho hồ Phú Ninh
Kết luận và Kiến nghị
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.


3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu hồ chứa nước Phú Ninh
1.1.1. Vị trí địa lý
Hồ chứa nước Phú Ninh nằm ở tỉnh Quảng Nam; Vị trí hồ chứa nằm ở tọa độ địa
lý 108030’30” kinh độ Đông và 15028’00” vĩ độ Bắc.
Khu vực đầu mối Hồ chứa nằm trên sông Tam Kỳ thuộc xã Tam Đại, huyện Phú
Ninh, tỉnh Quảng Nam. Với mực nước dâng bình thường, hồ có dung tích 344 triệu
m3, với mực nước lũ kiểm tra, hồ có dung tích hồ 460,8 triệu m3. Công trình đầu mối
gồm đập chính, 5 đập phụ, 3 tràn xả lũ và 3 cống lấy nước. Đập chính và các đập phụ
đều đắp bằng đất, có tường chắn sóng.

Hình 1.1: Vị trí Hồ Phú Ninh
Phía Bắc là các xã: Tam Đại, Tam Dân, Tam Thái - Phú Ninh, Tam Xuân - Núi
Thành và xã Tam Ngọc - TP Tam Kỳ;


4
Phía Đông là các xã: Tam Xuân 1, Tam Xuân 2, Tam Thạnh - Núi Thành;
Phía Nam giáp các xã Tam Thạnh,Tam Sơn- Núi Thành, Tam Lãnh- Phú Ninh;
Phía Tây là các xã Tam Dân, Tam Lãnh- Phú Ninh.
Hồ Phú Ninh là một hồ chứa nước nhân tạo, hồ nằm cách thành phố Tam Kỳ
khoảng 7 km về phía tây thuộc địa phận huyện Núi Thành và huyện Phú Ninh tỉnh

Quảng Nam, cách TP. Đà Nẵng (có sân bay quốc tế) khoảng 70 km, cách sân bay Chu
Lai của tỉnh Quảng Nam khoảng 15 km. Đập chính nằm tại xã Tam Ngọc, Thành phố
Tam Kỳ, có tọa độ địa lý 15030' Bắc và 1080043' Đông. Công trình được khai thác bởi
Công ty Khai thác thủy lợi Phú Ninh
Nằm về phía tây, cách thành phố Tam Kỳ 7 km, cách thành phố Đà Nẵng 70 km
và cách sân bay Chu Lai khoảng 15 km, vùng hồ Phú Ninh là vùng sinh thái đa dạng.
Với tổ ng diê ̣n tích trên 23.000ha cùng hơn 30 đảo lớn nhỏ và bán đảo, Phú Ninh mang
vẻ đẹp hoang sơ,khí hâ ̣u mát mẻ quanh năm. Xung quanh hồ , trên đảo là hê ̣ thố ng rừng
phòng hô ̣ có tổ ng diê ̣n tích 23.409ha (huyện Núi Thành chiếm 72,6% diện tích và
huyện Phú Ninh chiếm 27,4% diện tích) với nhiều loại hình nguyên sinh, tái sinh tự
nhiên, thảm thực vật nhiều tầng. Đây cũng là nơi có hê ̣ động vật phong phú gồm 80
loài chim, 34 loài thú, 26 loài bò sát cùng nhiều động vật quý hiếm như Khỉ mặt đỏ,
Sói đỏ, Gấu ngựa, Khứu đầu trắng…được đưa vào sách đỏ cầ n được bảo tồ n. Trên hồ
có rất nhiều loài cá như cá mè, cá trôi, cá trắm cỏ, cá lẹp… cung cấp 70-80 tấn cá/năm.
Câu cá bố ng là mô ̣t thú vui được rấ t nhiề u du khách yêu thích khi đế n đây vào mùa hè.
Được khánh thành vào năm 1987 sau 10 năm xây dựng, Hồ Phú Ninh từng là
công trình thủy lợi lớn nhấ t miề n Trung và lớn thứ hai cả nước chỉ sau hồ Dầ u Tiế ng
tại Tây Ninh. Trạm thủy điện Phú Ninh công suất 2000kw cung cấp hằng năm 3 triệu
kwh bảo đảm sản lượng điện tiêu dùng. Viê ̣c xây dựng hồ Phú Ninh đã mang lại rấ t
nhiề u lợi ích cho người dân nơi đây và cả những khu vực lân câ ̣n. Hồ chứa nước Phú
Ninh là nguồn nước ngọt để uống và sinh hoạt cho tất cả người dân Tam Kỳ, Phú
Ninh. Đặc biệt công trình đã điều tiết được những cơn lũ lớn hàng năm tràn về đồng
bằng.
1.1.2. Nhiệm vụ công trình
+ Nhiệm vụ của Hồ chứa:
- Cung cấp nước tưới cho 18.000 ha đất canh tác của các huyện: Phú Ninh, Tam
Kỳ, Núi Thành, Thăng Bình, Quế Sơn và Duy Xuyên thuộc tỉnh Quảng Nam.
- Cắt lũ, chậm lũ cho hạ du, giảm 34,5% tổng lượng lũ thiết kế cho hạ du với tần
suất 0,1%.
- Cung cấp nguồn nước sinh hoạt và công nghiệp với lưu lượng q=1,6 m3/s cho

thành phố Tam Kỳ và các huyện lân cận.
- Kết hợp phát điện với công suất: Nlm = 1.890 KW.
- Hồ chứa nước Phú Ninh trên diện tích mặt nước của hồ kết hợp phát triển du
lịch bằng thuyền qua các đảo của hồ du lịch sinh thái trên diện tích của hồ Phú Ninh.


5
1.1.3. Đặc điểm thủy văn hồ chứa
Bảng 1.1: Các thông số kỹ thuật hồ chứa
STT Thông số
Đơn vị
1
Diện tích lưu vực
km2
2
Cấp công trình đầu mối
3
Tổng lượng nước trung bình nhiều năm
Triệu m3
4
Tổng lượng nước năm ít nước W75%
Triệu m3
5
Lưu lượng bình quân nhiều năm, Q0
m3/s
6
Tần suất đảm bảo tưới
%
7
Tần suất lũ thiết kế

%
8
Tần suất lũ kiểm tra
%
9
Tần suất lũ khẩn cấp
%
10
Loại điều tiết hồ chứa
11
Mức nước dâng bình thường
m
12
Mức nước dâng gia cường
m
13
Mực nước chết
m
14
Dung tích toàn bộ hồ (Wtb) ứng với MNDBT
Triệu m3
15
Dung tích chết (Wc)
Triệu m3
16
Diện tích mặt hồ (F) ở MNDBT
km2
17
Diện tích mặt hồ (F) ở MNC
km2

18
- Lưu lượng lũ Q0,5%
m3/s
- Lưu lượng lũ Q0,1%
m3/s
- Lưu lượng lũ Q0,01%
m3/s
- Lưu lượng lũ QPMF
m3/s

Các thông số

Bảng 1.2: Cống lấy nước
Đặc tính
Đơn
Cống Bắc
Cống Nam
vị

Giá trị
235
Cấp II
637,7
499,5
6,13
75
0,5
0,1
PMF
Năm

32,00
35,4
20,44
344,00
70,30
32,10
18,90
5.160
6.180
7.050
8.046

Cống
Dương Lâm
Đầu kênh Bắc Đầu kênh Nam, Đập phụ Dương
Vị trí
ở đập phụ Tứ vai đập chính
Lâm
yên
Cống
hộp. Cống
hộp. Cống hộp. BTC
Loại
BTCT có áp
BTCT không áp T không áp
Kích thước nxBxH
m
1x3x3
1x1,6x1,2
1,25x1,0

Cao trình ngưỡng cống m
13,0 &16,80
15,00
26,00
Lưu lượng thiết kế:
m3/s 25,00
5,80
1,20


6
a. Phần kênh mương và công trình trên kênh:
Hiện tại, hệ thống tưới Phú Ninh lấy nước từ hồ chứa Phú Ninh để tưới cho
18.000 ha diện tích canh tác thuộc các huyện thành: Núi Thành, Tam Kỳ, Phú Ninh,
Thăng Bình, Quế Sơn và Duy Xuyên; Cấp nước sinh hoạt và công nghiệp. Toàn khu
tưới có hai hệ thống kênh Bắc và Nam:
Kênh chính Bắc dài 47.3km, kênh chính Nam dài 4,5 km.
Kênh cấp I, 16 tuyến tổng chiều dài 90 km,
Kênh cấp II, Tổng chiều dài 340 km,
Kênh cấp III, 490 tuyến , tổng chiều dài 175 km,
Và hàng nghìn công trình trên kênh.
b. Khu vực Hạ du:
Khu vực hạ du hồ chứa là vùng đất đai rộng hàng chục km2 có hàng vạn hộ dân
sinh sống, bao gồm các cơ sở kinh tế, chính trị và xã hội quan trọng nhất của tỉnh
Quảng Nam, trong đó có thành phố Tam Kỳ, tỉnh lị của tỉnh Quảng Nam với dân số
khoảng 109.322 người. Ngoài ra còn có các công trình quan trọng cấp Quốc gia như
đường Quốc lộ 1 và đường xe lửa Hà Nội-TP Hồ Chí Minh chạy qua... Đây là khu vực
có mưa lớn tập trung, địa hình dốc, sông ngắn, lũ lên nhanh, lại bị ảnh hưởng của triều
nên diễn biến lũ hàng năm rất phức tạp
c. Đặc điểm khí hậu

Hồ Phú Ninh nằm trong phân vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa
nhiều và mưa theo mùa. Trong năm có hai mùa rõ rệt, mùa mưa và mùa khô.
* Nhiệt độ không khí:
- Nhiệt độ trung bình năm: 25,6 C.
+ Nhiệt độ trung bình cao nhất: 28-29,7 C. (Tháng 5 - 8)
+ Nhiệt độ trung bình thấp nhất: 21-22,7 C.
+ Biên độ nhiệt độ trung bình tháng : 7 C.
* Độ ẩm:
- Độ ẩm trung bình trong năm: 82%.
- Mùa Đông (tháng 9 đến tháng 10) : độ ẩm trung bình tháng 82-88%.
- Mùa hè (tháng 4 đến tháng 9) : độ ẩm trung bình 75-81%.
* Lượng mưa:
Mùa mưa chủ yếu tập trung nhiều vào các tháng 9 đến tháng 12, lượng mưa
chiếm 70-75% lượng mưa cả năm. Lượng mưa tháng trong thời kỳ này đạt 400mm,
tháng 10 có lượng mưa lớn nhất: 434mm.
Mùa khô từ tháng 1 đến tháng 8, lượng mưa chỉ chiếm 25-30% lượng mưa cả
năm. Lượng mưa tháng trong thời kỳ này chỉ đạt 25mm, tháng 3 có lượng mưa nhỏ
nhất trong năm: 12mm.
- Lượng mưa trung bình năm : 2.491 mm.
- Lượng mưa lớn nhất trung bình năm: 3.307 mm.


7
- Lượng mưa nhỏ nhất trung bình năm: 1.111 mm.
* Chế độ gió: Trong năm thường có các hướng gió chính như sau:
Hướng Đông bắc đến Bắc: Thịnh hành từ tháng 9 đến tháng 3 với tốc độ trung
bình 4-5m/s.
Hướng Đông đến Đông nam sau đó chuyển sang tây đến Tây nam trong những
tháng từ 4-8, tốc độ gió trung bình 4-6m/s.
Vận tốc gió trung bình năm 2,9m/s, lớn nhất trung bình từ 14-28m/s, vận tốc gió

cực đại khi có bão lên tới 40m/s.
* Thời tiết đặc biệt:
Bão : Xuất hiện từ tháng 9 đến tháng 12. Trung bình hàng năm có 0,5 cơn bão đổ
bộ trực tiếp và 2-3 cơn bão hoặc áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng đến khu vực.
Gió Tây khô nóng: Gió Tây Nam khô nóng xuất hiện vào khoảng tháng 5 đến
tháng 8, mỗi tháng có từ 10-15 ngày khô nóng.
(Theo số liệu” veaction= edit§ion
=12”)
1.1.4. Đặc điểm địa hình địa mạo
Vùng hồ Phú Ninh có địa hình đồi núi, độ cao trung bình 100 – 300 m, có một số
đỉnh núi cao 500 – 700 m so với mặt nước biển.
Độ dốc trung bình lớn, mặt bằng nghiêng theo hướng Tây, Tây Nam, Bắc, Đông
Bắc tạo vùng trũng lòng chảo Phú Ninh.
Phía Nam là vùng núi liên hoàn với các vùng núi của Quảng Ngãi, có nhiều đỉnh
cao, độ dốc lớn làm địa hình chia cắt mạnh.
Phía Bắc và Tây Bắc đồi núi thấp, dạng từng đồi bát úp, độ dốc nhỏ tạo nhiều
thung lũng bằng và rộng quanh lòng chảo Phú Ninh.
Lưu vực của Hồ chứa nước Phú Ninh có tổng diện tích 235 km2 bao gồm các xã
Tam Dân, Tam Lãnh, Tam Đại của huyện Phú Ninh và Tam Xuân, Tam Sơn, Tam
Thạnh của huyện Núi Thành.
Địa hình khu vực chủ yếu là đồi núi với độ dốc cao, nhiều cây cối; diện tích lưu
vực chủ yếu là rừng phòng hộ với các loại cây có đường kính thân nhỏ, cây bụi. Ngoài
ra có có một phần nhỏ là rừng sản xuất với giống cây chủ yếu là keo với khả năng lưu
trữ nước không cao.
Vùng hạ lưu hồ chứa là vùng đồng bằng với độ dốc giảm dần về phía Đông Bắc,
dân cư sinh sống đông đúc, tập trung chủ yếu ở thành phố Tam Kỳ. Địa hình tương đối
bằng phẳng, đồi núi thấp.


8

Hình 1.2: Tổng quan Hồ Phú Ninh
Khu vực hạ du hồ chứa là vùng đất đai rộng hàng chục km2 có hàng vạn hộ dân
sinh sống, bao gồm các cơ sở kinh tế, chính trị và xã hội quan trọng nhất của tỉnh
Quảng Nam, trong đó có thành phố Tam Kỳ, trung tâm tỉnh lỵ của tỉnh Quảng Nam
với dân số khoảng khoảng 109.300 người và huyện Phú Ninh có dân số khoảng 79.600
người. Ngoài ra còn có các công trình quan trọng cấp Quốc gia như : đường cao tốc Đà
Nẵng – Quảng Ngãi (đang xây dựng), đường Quốc lộ 40B, đường sắt Bắc Nam chạy
qua.... Đây là khu vực có mưa lớn tập trung, địa hình dốc, sông ngắn, lũ lên nhanh
thường xuyên ảnh hưởng đến đời sống nhân dân.
Các cơ sở kinh tế, chính trị và xã hội vùng hạ du nghiên cứu có khả năng bị ảnh
hưởng:
- Tuyến đường cao tốc Đà nẵng - Quảng Ngãi cách hồ Phú Ninh khoảng 03km.
- Tuyến đường Quốc lộ 40B cách hồ khoảng 02 km.
- Tuyến đường sắt Bắc Nam cách hồ khoảng 07 km.
- Cụm công nghiệp Trường Xuân - Tam Kỳ với hàng chục doanh nghiệp với
khoảng 2.500 công nhân; Cụm CN Tam Đàn - Phú Ninh với khoảng 1.000 công nhân.
- Khu công nghiệp Thuận Yên - Tam Kỳ với hàng chục doanh nghiệp với khoảng
10.000 công nhân
- 01 trường THPT, 05 trường THCS và hàng chục trường tiểu học, mầm non với
hàng ngàn học sinh.
- 01 cơ sở y tế cấp tỉnh, 01cơ sở y tế cấp huyện, 05 trạm y tế cấp xã.
- 05 trụ sở hành chính cấp xã, phường.


9
- 5.000 hộ dân với hàng chục ngàn nhân khẩu
- Hơn 1.000 ha đất canh tác thuộc các xã: Tam Đại, Tam Thái, Tam Dân Tam
An, Tam Đàn (huyện Phú Ninh).
1.2. Cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu

1.2.1. Mạng lưới khí tượng thủy văn vùng nghiên cứu
- Dữ liệu khí tượng và thủy văn lưu vực:
Trước đây, trên lưu vực chỉ có tài liệu đo mưa tại trạm Đức Phú với 7 năm quan
trắc (1931 ~ 1937) và tài liệu đo lưu lượng, mực nước sông Tam kỳ trong 3 năm (1977
~ 1979 ) . Từ sau khi xây dựng hồ Phú Ninh, đã có thêm một số trạm đo mưa ở lưu
vực, trạm khí tượng khu tưới và một số trạm thủy văn ở khu vực lân cận như bảng 1.3
Bảng 1.3: Trạm khí tượng thủy văn ở khu vực và lân cận
Yếu tố quan Thời gian quan
Vị trí
TT
Tên trạm Loại trạm
trắc
trắc
1
Xuân Bình
Đo mưa
Mưa
Trung tâm lưu
1988  2017
vực
2
Phú Ninh
Đo mưa
Mưa
Đập chính
1981  2017
3
Tam Kỳ
Khí hậu
Mưa, gió, bốc

1977  2017 Khu tưới tam Kỳ
hơi, nhiệt độ, độ
ẩm, nắng…
4
Tiên Phước Đo mưa
Mưa
1977  2017
Tiên Kỳ
5
Trà My
Thủy văn
Mưa
1976  2017
Trà My
6
Trà Bồng
Thủy văn
Mưa
1977  2017
Trà Bồng
Sau khi phân tích số liệu, chúng tôi nhận thấy dòng chảy có thể gây lũ đến hồ
Phú Ninh phụ thuộc chính vào hai trạm đo mưa là Xuân Bình, và Phú Ninh (C24), và
các trạm đo lân cận Tam Kỳ, Tiên Phước, Trà My, Trà Bồng. mặt khác số liệu mưa
của 2 trạm là đủ tin cậy để sử dụng tính toán dòng chảy đến hồ Phú Ninh.
- Dữ liệu lưu lượng thực đo các trận lũ:
Lưu lượng dòng chảy đến của lưu vực hồ phú Ninh được tính toán dựa vào mực
nước quan trắc từ năm (1981  2017) trong hồ, thông qua các cửa tràn và đường đặc
tính lòng hồ Phú Ninh.
Bảng 1.4: Mực nước hồ lớn nhất xuất hiện trong các năm
Mực nước lớn nhất

TT
Năm
Trị số (m)
Ngày xuất hiện
1
1981 – 1982
31,76
04/12/1981
2
1982 – 1983
27,36
31/12/1982
3
1983 – 1984
33,08
19/12/1983
4
1984 – 1985
33,14
28/11/1984
5
1985 – 1986
33,65
30/11/1985
6
1986 – 1987
33,86
04/12/1986
7
1987 – 1988

31,94
13/01/1988


10
TT

Năm

8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
29

30

1988 – 1989
1989 – 1990
1990 – 1991
1991 – 1992
1992 – 1993
1993 – 1994
1994 – 1995
1995 – 1996
1996 – 1997
1997 – 1998
1998 – 1999
1999 – 2000
2000 – 2001
2001 – 2002
2002 – 2003
2003 – 2004
2004 – 2005
2005 – 2006
2006 – 2007
2007 – 2008
2008 – 2009
2009 – 2010

Mực nước lớn nhất
Trị số (m)
Ngày xuất hiện
32,27
14/01/1989

31,55
15/02/1990
32,38
18/3/1991
32,53
21/01/1992
32,37
27/02/1993
32,46
28/12/1993
32,40
24/12/1994
32,98
26/12/1995
33,21
21/11/1996
32,85
20/12/1997
33,76
23/12/1998
34,44
05/12/1999
32,60
29/12/2000
32,37
28/12/2001
32,43
16/12/2002
32,50
13/12/2003

32,42
19/12/2004
32,70
13/12/2005
32,58
06/01/2007
32,60
28/01/2008
32,97
03/01/2009
32,27
22/01/2010

Các trận lũ lớn gây nguy hiểm đến an toàn của hồ Phú Ninh tương ứng với các
năm 1999, 2007 và 2013. Tác giả dùng trận lũ tháng 11 năm 2017 là trận lũ mới cập
nhật, có thể dùng để mô phỏng và hiệu chỉnh các thông số thủy văn. Để kiểm định bộ
thông số này tác giả sử dụng lưu lượng lũ thực đo trận lũ tháng 12 năm 2016.
Bảng 1.5: Các trận lũ xuất hiện trong các năm gần đây
TT
Đợt lũ
Lưu lượng lũ Qmax
Mực nước hồ
3
(m /s)
H (m)
Từ ngày
Đến ngày
1
29/11/1999
8/12/1999

2910,04
34,44
2
10/11/2007
13/11/2007
1940,19
32,58
3
14/11/2013
18/11/2013
2862,30
32,00
Trong trận lũ từ ngày 29/11 - 08/12/1999, sau khi các tràn xả lũ đã hoạt động hết
công suất nhưng lưu lượng nước về hồ không ngừng giảm, lưu lượng lũ lớn nhất đạt
2910,04 m3/s , mực nước hồ cao nhất đạt mức 34,44m; lúc đó các cấp chính quyền đã
cho sơ tán dân khu vực hạ du và sẵn sàng phương án phá đập Long Sơn 1 để đảm bảo
an toàn cho các hạng mục còn lại. Tuy nhiên do lượng mưa giảm dần và lưu lượng về
hồ giảm nên điều này đã không xảy ra. Ngoài ra còn có ghi nhận được một số trận lũ


11
khác nhưng lưu lượng lũ không lớn hơn lũ 1999 nên không ảnh hưởng đến an toàn hồ
đập.
- Tài liệu địa hình:
Bản đồ địa hình khu vực hồ Phú Ninh và lân cận tỷ lệ 1/2.000; 1/10.000 lưới
chiếu UTM, hệ tọa độ VN2000.

Hình 1.3: Mạng lưới các trạm đo mưa Hồ Phú Ninh và lân cận
1.2.2. Chất lượng dữ liệu đo đạc
Theo tài liệu và phương pháp tiếp cận của đơn vị quản lý hồ thì tính toán lưu

lượng nước đến hồ Phú Ninh thông qua hai trạm thủy văn: trạm Xuân Bình và trạm
Phú Ninh (C24) là đủ tin cậy để sử dụng tính toán dòng chảy đến hồ Phú Ninh.
Dữ liệu mưa là dữ liệu quan trọng trong quy hoạch quản lý tài nguyên nước cũng
như giảm thiểu tác động do thiên tai gây ra. Do đó, công tác quan trắc mưa có vai trò
hết sức quan trọng. Quan trắc mưa hiện nay gồm các phương pháp chính: phương pháp
đo mưa tại chỗ; phương pháp đo mưa bằng hệ thống radar thời tiết; phương pháp đo
mưa bằng công nghệ viễn thám. Hai phương pháp đầu tuy có độ chính xác cao nhưng
gặp phải khó khăn rất lớn khi đo đạc tại các khu vực hiểm trở, vùng đồi núi và trên
biển. Trong khi đó, phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám đã, đang được nghiên
cứu và phát triển mạnh mẽ, trở thành công cụ hữu ích trong quản lý tài nguyên nước
và giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, nhất là trong tình hình tác động của biến đổi khí
hậu ngày càng nghiêm trọng. Đặc biệt, phương pháp đo mưa bằng công nghệ viễn
thám có thể kết hợp với các mô hình giám sát, dự báo và cảnh báo thiên tai như lũ lụt
và hạn hán.


12
1.2.3 Dữ liệu mây vệ tinh
Để quan trắc lượng mưa, có ba phương pháp chính : đo mưa tại chỗ bằng dụng
cụ đo, đo mưa bằng hệ thống radar thời tiết và sử dụng công nghệ viễn thám để quan
trắc mưa. Mỗi phương pháp đều có ưu, khuyết điểm riêng nên trong thực tế cả 3
phương pháp đều được sử dụng rộng rãi.
Phương pháp đo mưa tại chỗ có nhược điểm là kết quả đo mưa của điểm rời rạc
nên muốn tính lượng mưa cho toàn khu vực ta phải tính giá trị trung bình hoặc sử dụng
phương pháp nội suy để tính phân bố mưa theo không gian. Thêm nữa, các trạm đo
mưa thường được lắp đặt tại hoặc gần những khu vực đô thị do thuận tiện trong công
tác lấy số liệu cũng như bảo trì. Tuy nhiên, hầu hết thiên tai liên quan đến yếu tố mưa
đều xảy ra ở vùng sâu, vùng xa hoặc các trận mưa lớn hình thành trên biển và di
chuyển vào đất liền, nên việc sử dụng dữ liệu đo mưa tại chỗ có nhiều trở ngại trong
công tác cảnh báo thiên tai, đặt biệt là lũ nói chung và lũ quét nói riêng (lũ quét hình

thành do sự cố vỡ đập hoặc mưa cường độ lớn, trong thời gian ngắn – thường trong
vòng vài giờ, trên địa hình dốc). Đo mưa tại chỗ là phương pháp duy nhất đo mưa trực
tiếp nên rất đáng tin cậy nên dữ liệu đo mưa tại chỗ được sử dụng để hiệu chỉnh trong
tính toán mưa của các phương pháp đo mưa gián tiếp.
Đo mưa bằng hệ thống radar thời tiết có ưu điểm là cho kết quả đo trực tuyến, độ
chính xác cao, với độ phân giải không gian và thời gian cao (~1km, 5-10 phút), khu
vực bao phủ rộng lớn (100 – 200km) nên thuận lợi trong vấn đề dự báo và theo dõi
diễn biến thiên tai trong thời gian dài. Nhiều nước và vùng lãnh thổ (Mỹ, Anh, Hà
Lan, Nhật, Đài Loan, Hồng Kông …) đã xây dựng thành công các hệ thống cảnh báo
sớm thiên tai dựa vào dữ liệu mưa chủ yếu từ hệ thống radar. Tuy nhiên, radar thường
hoạt động không tốt ở khu vực địa hình đồi núi, không phủ tới vùng sâu, vùng xa, trên
mặt biển, khó quản lý và vận hành tốn kém.
Nhìn chung, hai phương pháp đo mưa trên đều gặp rất nhiều hạn chế trong việc
quan trắc mưa tại vùng sâu, vùng xa, vùng đồi núi và trên biển. Để giải quyết vấn đề
này, phương pháp thứ ba, sử dụng công nghệ viễn thám đang là biện pháp khả thi và
được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Ngay từ những năm 1960, công nghệ viễn thám đã
bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong theo dõi thời tiết, đặc biệt là mưa với viễn
thám hồng ngoại và viễn thám radar. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vũ trụ
và khoa học tính toán, nhiều thuật toán, phương pháp đã được xây dựng để tính toán
lượng mưa từ dữ liệu vệ tinh với độ chính xác ngày càng được nâng cao.
Tổng quan xác định lượng mưa bằng công nghệ viễn thám:
Xác định lượng mưa bằng viễn thám hồng ngoại từ các vệ tinh GEO cho thông
tin về nhiệt độ bề mặt (phía trên) của các đám mây để tính toán lượng mưa với nhận
định rằng cường độ mưa tỉ lệ nghịch với nhiệt độ bề mặt đám mây – hay đám mây có
nhiệt độ bề mặt càng thấp thì gây mưa càng lớn. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các
thuật toán tính mưa từ ảnh vệ tinh GEO phổ hồng ngoại hiệu quả trong vấn đề tính


13
toán mưa đối lưu vùng nhiệt đới nhưng xuất hiện sai số lớn bởi ảnh hưởng mây ở tầng

cao (Arkin và Meisner, 1987; Adler và Negri, 1988). Kỹ thuật phân loại mây dựa vào
các thông số về đặc điểm mây được sử dụng để cải thiện kết quả tính mưa. Việc kết
hợp thông tin ảnh chụp từ nhiều phổ khác nhau cũng mang lại kết quả tốt hơn (Ba và
Gruber, 2001; Bellerby và cs., 2000; Bellerby, 2004; Capacci và Conway, 2005; Hong
và cs., 2004; Hsu và cs., 1999; Turk và Miller, 2005).
Bên cạnh viễn thám hồng ngoại, viễn thám radar từ dữ liệu vệ tinh LEO với các
cảm biến thu nhận năng lượng bức xạ nhiệt từ các hạt mưa ở bước sóng microwave
(Passive Microwave – PMW). Cảm biến của vệ tinh LEO thu nhận tín hiệu PMW cung
cấp thông tin chi tiết hơn về cấu trúc của các đám mây. Ảnh vệ tinh GEO với diện tích
bao phủ toàn bộ bề mặt địa cầu nhưng kết quả tính mưa với độ chính xác không cao,
còn ảnh vệ tinh LEO cho thông tin về mưa chính xác hơn nhưng diện tích bao phủ nhỏ
tại một thời điểm. Do đó, việc kết hợp ảnh vệ tinh LEO để hiệu chỉnh các khu vực
tương ứng của ảnh vệ tinh GEO đã đem lại kết quả tính mưa được cải thiện đáng kể
(Ba và Gruber, 2001; Bellerby và cs., 2000; Bellerby, 2004; Hsu và cs., 1997;
Huffman và cs., 2007; Kidd và cs., 2003; Marzano và cs., 2004; Nicholson và cs.,
2003a, 2003b; Sorooshian và cs., 2000; Todd và cs., 2001; Turk và Miller, 2005;
Vicente và cs., 1998).
Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra hiệu quả của việc sử dụng ảnh vệ tinh LEO kết
hợp với ảnh vệ tinh GEO. Trung tâm Dự báo khí hậu (Climate Prediction Center) sử
dụng phương pháp nội suy tuyến tính để hiệu chỉnh ảnh GEO-IR theo ảnh LEOPMW
ở những vùng ảnh tương ứng để cho ra dữ liệu mưa CMORPH (Joyce và cs., 2004).
Phương pháp lọc Kalman (Kalman filter) đang được phát triển để nâng cao chất lượng
dữ liệu CMORPH (Joyce và cs., 2008; Okamoto và cs., 2005). Một số nghiên cứu cho
rằng việc sử dụng mô hình đơn giản về sự phát triển của một trận mưa giữa các dải
quét của vệ tinh LEO sẽ cho kết quả tốt hơn là sử dụng phương pháp nội suy hay cập
nhật. Phương pháp này sử dụng quan hệ của những thay đổi trong đặc điểm bề mặt các
đám mây và các quá trình hình thành mưa để tính lượng mưa hơn là dựa vào quan hệ
tĩnh giữa ảnh GEO-IR và mưa (Machado và cs., 1998; Horsfield, 2006; Bellerby và
cs., 2009; Hsu và cs., 2009; Behrangi và cs., 2010).
Chương trình đo mưa nhiệt đới (Tropical Rainfall Measurement Mission –

TRMM) do NASA hợp tác với JAXA (Nhật Bản) thực hiện từ năm 1997 đã sử dụng
vệ tinh LEO để đo mưa cho khu vực nhiệt đới (38o Nam – 38o Bắc) với độ chính xác
được nâng cao (Kummerow và cs., 1998; Kummerow và cs., 2000; Simpson và cs.,
1988). Hệ thống vệ tinh LEO trong chương trình Đo mưa toàn cầu (Global
Precipitation Measurement – GPM) theo kế hoạch sẽ được phóng vào năm 2014. Nhờ
có nhiều vệ tinh nên hệ thống GPM sẽ cho ảnh với độ phân giải thời gian ngắn (3 giờ),
bao phủ khoảng 90% diện tích bề mặt địa cầu. Hệ thống GPM được kỳ vọng sẽ mang
lại nhiều thành tựu to lớn trong việc quan trắc mưa trên toàn cầu. Dưới đây, xin giới


14
thiệu phương pháp xác định lượng mưa gần thời gian thực bằng công nghệ viễn thám
kết hợp viễn thám hồng ngoại và viễn thám radar nhằm phục vụ công tác phòng chống
giảm nhẹ thiên tai do lũ lụt. Mô hình kết hợp có thể ở dạng 2 loại dữ liệu viễn thám
hoặc nhiều loại dữ liệu viễn thám khác nhau.
Mô hình chiết xuất thông tin lượng mưa gần thời gian thực từ 2 loại dữ liệu vệ
thám - MTSAT và TRMM 2A12
Ảnh MTSAT với độ phân giải thời gian là 30 phút cho khu vực Bắc bán cầu và 1
giờ cho toàn bộ bán cầu, cho phép JMA có thể giám sát chặt chẽ hơn sự di chuyển của
bão và các đám mây.
Bảng 1.6: Thông số cơ bản của vệ tinh MTSAT
Kênh và Bước VIS 0.55 - IR1 10.3 - IR2 11.5 - IR 3 6.5 IR4 3.5 - 4.0
sóng (μm)
0.90
11.3
12.5
7.0
Độ phân giải
1 km (VIS) và 4 km (IR)
không gian

Mức độ mã
10 bits đối với kênh VIS và IR (1,024 gradations)
hóa
S-band (Tiếp nhận: 2026-2035 MHz, truyền tải: 1677- 1695 MHz)
Tần số
UHF (Tiếp nhận: 402 MHz, truyền tải: 468 MHz)
TRMM là vệ tinh quan sát trái đất đầu tiên được thiết kế bởi NASA và JAXA với
nhiệm vụ theo dõi và nghiên cứu lượng mưa nhiệt đới, phục vụ mục đích theo dõi biến
đổi khí hậu và môi trường trên toàn cầu. Vệ tinh TRMM gồm năm đầu thu: Precipitation
radar (PR), TRMM Microwave Imager (TMI), Visible and Infrared Scanner (VISR),
Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) and Lightning Imaging Sensor
(LIS). Tuy nhiên trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào dữ liệu sản phẩm TRMM
2A12 của đầu thu TMI. Dữ liệu TRMM 2A12 với thông tin lượng mưa theo thời gian
thực ước tính từ đầu thu TMI gồm có 14 kênh chứa một số các thông số vật lý như: mây
chứa nước, nước mưa, đám mây băng, mưa đá, cường độ mưa trên bề mặt (mm/h), mưa
đối lưu… Dữ liệu thu được sẽ sử dụng với các thuật toán khác nhau cho mục đích tình
mưa ở các khu vực khác nhau như đất liền hay đại dương.
Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật của đầu thu TMI (TRMM)
Tần số hoạt
Độ rộng giải
Phân cực
Mục Tiêu
Kênh
động (GHz)
chụp (km)
1
10.65
V
36.8
Mưa rất mạnh

2
10.65
H
36.8
Mưa rất mạnh
3
19.35
V
18.4
Mưa mạnh
4
19.35
H
18.4
Mưa mạnh
5
21.3
V
18.4
Mưa bình thường
6
37
V
9.2
Mưa nhẹ
7
37
H
9.2
Mưa nhẹ

8
85.5
V
4.6
Mưa mạnh, Mưa nhẹ
9
85.5
H
4.6
Mưa mạnh, Mưa


15
Như đã giới thiệu ở trên, phương pháp viễn thám hồng ngoại nhiệt và radar đều
có những ưu nhược điểm riêng, việc kết hợp hai phương pháp sẽ nâng cao chất lượng
của kết quả tính toán lượng mưa. Mô hình kết hợp 2 loại dữ liệu hồng ngoại nhiệt MTSAT kết hợp với dữ liệu radar - TRMM 2A12 được mô tả trong hình sau.
Dữ liệu TRMM 2A12

MTSAT-1R (kênh hồng
ngoại/IR và hơi nước (WV)

Đồng bộ thời gian và không gian

Giao thoa dữ liệu trung bình các kênh của TRMM 2A12 với nhóm
kênh nhiệt của MTSAT

Thống kê quy hồi

Chuyển dữ liệu MTSAT-1R
chuyển đổi thành lượng mưa

ước tính dựa theo phương trình
hồi quy

Dữ liệu MTSAT-1R

Thông tin lượng mưa theo thời gian thực
Hình 1.4: Mô hình chiết xuất thông tin lượng mưa gần thời gian thực từ dữ liệu vệ tinh
MTSAT kết hợp với dữ liệu TRMM 2A12.
Thông tin lượng mưa gần thời gian thực được chiết xuất từ sự kết hợp hai nguồn
dữ liệu MTSAT và TRM 2A12 dựa trên phương pháp kết hợp của Maathuis (2006).
Thực tế phương pháp này ứng dụng để kết hợp dữ liệu MSG với dữ liệu TRMM 2A12.
Đặc điểm chính của phương pháp này là sự phát triển của mối quan hệ thống kê giữa
MSG và TRMM bằng cách kết hợp nhóm dữ liệu hồng ngoại của MSG với dữ liệu lấy


16
trung bình của TRMM. Dựa trên phương pháp này, tác giả đã thay thế dữ liệu MSG
bằng dữ liệu MTSAT với các kênh tương ứng.
Thực tế việc tích hợp hai nguồn dữ liệu MTSAT và TRMM 2A12 để chiết xuất
thông tin lượng mưa có thể chia làm 3 bước cơ bản:
- Đồng bộ dữ liệu theo không gian và thời gian Dữ liệu TRMM 2A12 MTSAT1R (kênh hồng ngoại/IR và hơi nước (WV) Đồng bộ thời gian và không gian Giao
thoa dữ liệu trung bình các kênh của TRMM 2A12 với nhóm kênh nhiệt của MTSAT
Thống kê quy hồi Chuyển dữ liệu MTSAT-1R chuyển đổi thành lượng mưa ước tính
dựa theo phương trình hồi quy Dữ liệu MTSAT-1R Thông tin lượng mưa theo thời
gian thực.
- Mối quan hệ thống kê (statistical relationship)
- Chuyển đổi dữ liệu.
Mô hình chiết xuất thông tin lượng mưa gần thời gian thực từ 2 loại dữ liệu vệ
thám -Hệ thống GSMaP
Hệ thống GSMaP được phát triển dựa trên các hoạt động của dự án GSMaP JSTCREST (Bản đồ vệ tinh lượng mưa toàn cầu). Dự án được tài trợ bởi Cơ quan Khoa

học và Công nghệ Nhật Bản (JST), được nghiên cứu từ năm 2002 và được đưa vào
hoạt động trên trang Web từ năm 2007.
GSMaP cung cấp theo giờ bản đồ lượng mưa toàn cầu trong thời gian gần thực
(khoảng bốn giờ sau khi quan sát) bằng cách sử dụng các thuật toán MW-IR kết hợp
với dữ liệu TRMM TMI, Aqua AMSR-E, DMSP SSM / I và SSMIS, NOAA-19
AMSU, MetOp-A AMSUGEO IR. Thuật toán điện toán đám mây toàn cầu kết hợp dữ
liệu IR chiết xuất từ dữ liệu, dữ liệu hồng ngoại được sử dụng chiết xuất từ dữ liệu vệ
tinh MTSAT.
Như vậy, các mô hình kết hợp dữ liệu viễn thám hồng ngoại và viễn thám radar
để chiết xuất lượng mưa được nghiên cứu và sử dụng khá rộng rãi trên thế giới. Dưới
đây, xin được giới thiệu ứng dụng của dữ liệu này trong Hệ thống phân tích lũ lụt
IFAS do Nhật Bản xây dựng và phát triển.
Dữ liệu lượng mưa sử dụng trong mô hình
Trong các hợp phần của IFAS, có một chức năng kết hợp các dữ liệu lượng mưa
đo trên các trạm đo thực địa và dữ liệu dự báo lượng mưa theo thời gian thực từ vệ
tinh. Các dữ liệu mưa từ vệ tinh như dữ liệu của NASA-3B42RT, NOAACMORPH,
JAXA-GSMaP_NRT... để mô phỏng dòng chảy lũ như trong bảng 1.8