Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng mô hình hoá không gian trong phân vùng nguy cơ phục vụ cảnh báo lũ lưu vực sông Lam

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐẶNG TUYẾT MINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HOÁ
KHÔNG GIAN TRONG PHÂN VÙNG NGUY CƠ
PHỤC VỤ CẢNH BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG LAM
Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số : 9520503

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2019


2

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa mỏ,
Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai,
Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Cơ-Điện, trường Đại học Mỏ-Địa chất.

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa
1. TS Vũ Anh Tuân
2. PGS.TS Phạm Công Khải
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Văn Trung
Phản biện 2: TS Lê Quốc Hưng

Phản biện 3: TS Đinh Xuân Vinh
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Vào hồi…..giờ…..ngày….tháng… năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc Gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chấtr


3
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một trong mười nước chịu tác động mạnh mẽ nhất
của biến đổi khí hậu toàn cầu. Nhiều hiện tượng khí hậu cực đoan đã và
đang tác động đến sinh kế của người dân Việt Nam, trong đó, lũ lụt là
thảm hoạ thiên nhiên gây tổn thất lớn về của cải và sinh mạng. Sông
Lam là con sông lớn, nơi thường xuyên xẩy ra các trận lũ lụt lớn. Mọi
nghiên cứu để hệ thống hoá, phân vùng làm rõ đặc điểm, tính chất, quy
luật lũ lụt trên Sông Lam là rất cần thiết nhằm góp phần giảm thiểu các
tác động tiêu cực của lũ lụt đối với cuộc sống và lao động của cư dân
trong lưu vực. So với các phương pháp truyền thống, mô hình hoá
không gian dựa trên nguyên tắc tiếp cận hệ thống là công cụ hiệu quả
và tin cậy trong phân vùng nguy cơ phục vụ cảnh báo lũ nói chung và
lưu vực Sông Lam nói riêng.
Với các luận giải trên, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình
hoá không gian trong phân vùng nguy cơ phục vụ cảnh báo lũ lưu
vực sông Lam” được lựa chọn xuất phát từ nhu cầu thực tế và có ý
nghĩa thực tế. Về mặt khoa học, nghiên cứu này góp phần thiết thực đẩy
mạnh ứng dụng công nghệ trong phân tích không gian trên lưu vực

sông Lam, một lưu vực sông xuyên biên giới, phục vụ quản lý tài
nguyên và môi trường mang tính liên quốc gia.
2. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Xác lập cơ sở khoa học xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ
trên lưu vực sông Lam phục vụ cảnh báo lũ trên lưu vực góp phần giảm
thiểu tác động tiêu cực của lũ.
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng phương pháp mô hình hoá
không gian trong phân vùng nguy cơ lũ.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp luận về mô hình hoá,
trên cơ sở đó xây dựng mô hình phù hợp với đề tài và khu vực nghiên cứu.
- Nghiên cứu ứng dụng phân tích không gian để xây dựng và tính
toán chỉ số của các nhân tố liên quan đến lũ như chỉ số liên quan đến
lớp phủ bề mặt, thổ nhưỡng, lượng mưa, mật độ lưới sông, độ dốc,
chiều dài sườn dốc tương đối...
- Ứng dụng mô hình hoá không gian xây dựng bản đồ phân vùng
nguy cơ, mô hình cảnh báo lũ lưu vực sông Lam.


4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là mô hình hoá không gian phục
vụ phân vùng nguy cơ lũ nói chung và lưu vực sông Lam nói riêng
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu giới hạn phạm vi không gian là lưu vực sông Lam.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp: Sử dụng phương pháp
phân tích nguyên nhân hình thành để đánh giá, xác định các nhân tố ảnh

hưởng đến lũ trên lưu vực. Phân tích các nguồn tài liệu: tạp chí, báo cáo
khoa học, sách, báo, giáo trình của các tác giả trong và ngoài nước theo
cấu trúc logic về lũ và phân vùng nguy cơ lũ. Liên kết các thông tin đã
thu thập được, từ đó bổ sung thêm tài liệu nếu thiếu hoặc sai lệch đồng
thời lựa chọn, sắp xếp và tổng hợp tài liệu.
- Phương pháp kế thừa: áp dụng có chọn lọc các sản phẩm, kết
quả khoa học và công nghệ hiện đại trong nước và trên thế giới.
- Phương pháp thống kê: phân tích các mối tương quan giữa các
đặc trưng khí tượng – thuỷ văn và tương quan giữa các yếu tố khí hậu,
yếu tố địa hình với lũ. Tiến hành khảo sát nguy cơ lũ trên khu vực
nghiên cứu trong một số năm gần đây để phát hiện các quy luật và đặc
điểm của đối tượng nghiên cứu, từ đó so sánh với kết quả nghiên cứu.
- Phương pháp GIS: ứng dụng công nghệ GIS để thành lập bản
đồ các nhân tố ảnh hưởng đến lũ, so sánh kết quả nghiên cứu với thực
tế tại thời điểm xảy ra lũ trong một số năm gầy đây.
- Phương pháp mô hình hoá: phân tích các ưu, nhược điểm của
các mô hình và sử dụng mô hình suy nghiệm để phân vùng nguy cơ lũ.
- Phương pháp chuyên gia: sử dụng trí tuệ, ý kiến đánh giá của
các chuyên gia về thuỷ văn, thuỷ lực tài nguyên nước trong quá trình đề
xuất giả thuyết nghiên cứu, củng cố các luận cứ, đánh giá kết quả của
phân vùng nguy cơ lũ được thực hiện qua các buổi hội thảo, bảo vệ
chuyên đề, phiếu xin ý kiến đóng góp của các chuyên gia.
5. Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc (AHP)
cho phép nâng cao độ chính xác, độ tin cậy khi xây dựng mô hình phân
vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam.
Luận điểm 2: chiều dài sườn dốc tương đối là tham số quan
trọng trong xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ.

5
6. Những điểm mới của luận án
- Bổ sung phương pháp luận trong lựa chọn mô hình hoá không
gian trong phân vùng nguy cơ lũ và khẳng định ứng dụng phương pháp
phân tích thứ bậc (AHP) cho phép nâng cao độ chính xác, độ tin cậy
khi xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam
- Khẳng định chiều dài sườn dốc tương đối là yếu tố ảnh hưởng
đến lũ, góp phần nâng cao mức độ chi tiết và độ tin cậy của mô hình
không gian phân vùng nguy cơ lũ.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
7.1. Ý nghĩa khoa học:
Kết quả nghiên cứu của luận án đã giúp hoàn thiện cơ sở khoa
học và chứng minh tính hiệu quả, tính tin cậy của phương pháp mô hình
hoá không gian trong phân vùng nguy cơ lũ nói chung và phân vùng
nguy cơ lũ lưu vực sông Lam nói riêng.
7.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được ứng dụng để phân vùng
nguy cơ lũ cho lưu vực sông Lam nói riêng và cho các lưu vực có đặc điểm
điều kiện tự nhiên và thuỷ văn tương tự như lưu vực sông Lam.
8. Cơ sở tài liệu
Luận án được thực hiện trên cơ sở nguồn tài liệu bao gồm bản đồ
địa hình lưu vực sông Lam, bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực sông
Lam, bản đồ địa giới hành chính lưu vực sông Lam, bản đồ hình thái lưu
vực sông Lam, bản đồ vị trí các trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Lam, số
liệu lượng mưa trung bình năm tại một số vị trí trên lưu vực sông Lam giai
đoạn 1961 đến 2017. Đồng thời, luận án cũng tham khảo nhiều đề tài, dự
án, báo cáo khoa học về phân vùng nguy cơ lũ của các tác giả trong và
ngoài nước.
9. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 3 chương cùng với phần mở đầu, kết luận và

tài liệu tham khảo.


6
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Nội dung chương này trình bày tổng quan các nghiên cứu ứng
dụng mô hình hoá không gian trong phân vùng nguy cơ lũ trên thế giới,
việt nam và cụ thể trên lưu vực sông Lam. Ngoài ra, các phương pháp
mô hình hoá trong phân vùng nguy cơ lũ được phân tích nhằm đánh giá
ưu nhược điểm của từng mô hình, từ đó rút ra được định hướng và
phương pháp nghiên cứu của luận án, góp phần quan trọng vào việc xây
dựng cơ sở khoa học cho phương pháp mô hình hóa phân vùng nguy cơ
lũ của luận án.
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ trên thế giới
Để phân vùng nguy cơ lũ, trên thế giới có nhiều phương pháp
đã và đang được nghiên cứu, giới thiệu và ứng dụng. Bên cạnh các
phương pháp phổ biến như: sử dụng dữ liệu viễn thám và GIS [74],
[75], [76], [90], [126], sử dụng chỉ số độ ẩm ướt địa hình (TWI)
[104]…phương pháp mô hình hoá đã được nghiên cứu ứng dụng trên
nhiều khu vực địa lý khác nhau trên thế giới [53], [64], [68], [79],…
Các mô hình phân vùng nguy cơ lũ có thể chia làm làm ba nhóm: mô
hình thuỷ văn, thuỷ lực; mô hình thống kê và mô hình suy nghiệm.
Việc kết hợp mô hình thuỷ lực hoặc mô hình thuỷ văn và công
nghệ GIS trong phân vùng nguy cơ lũ là phương pháp phổ biến được
các nhà thuỷ văn học trên thế giới thực hiện từ những năm cuối thế kỷ
20 và ngày càng phát triển. Nhiều mô hình thuỷ lực đã được sử dụng để
mô phỏng phân vùng lũ như: MIKE, HECRAS, INFOWORK, ISISS…
Một phương pháp nữa cũng thường được tiếp cận khi phân

vùng nguy cơ lũ là sử dụng mô hình thống kê và phổ biến hơn cả là
phân tích thống kê đa biến. Với mô hình này, dữ liệu đầu vào sẽ lấy
tại các khu vực đã xảy ra lũ hoặc chiết tách từ các loại bản đồ chuyên
đề hoặc ảnh viễn thám. Tuy nhiên, việc chuẩn bị dữ liệu đầy đủ để
thực hiện mô hình thống kê không phải dễ dàng do đòi hỏi số liệu chi
tiết trong thời gian dài. Vì vậy, nghiên cứu theo phương pháp này
thường gặp hạn chế do thiếu dữ liệu.
Ngoài việc sử dụng mô hình thuỷ văn, thủy lực và dữ liệu viễn
thám, mô hình thống kê, phương pháp phân tích đa tiêu chí cũng được
ứng dụng trong phân vùng nguy cơ lũ. Phương pháp này linh hoạt trong


7
việc chọn số lượng tham số đầu vào. Các tham số này có thể là dữ liệu
thuỷ văn, số liệu địa hình, hoặc số liệu về kinh tế xã hội tuỳ thuộc vào
khu vực nghiên cứu.
1.2 Tổng quan các nghiên cứu trong phân vùng nguy cơ lũ ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ, ngoài việc sử
dụng phương pháp phân tích nhân tố chính, phương pháp viễn thám và
GIS để xác định những vùng có tiềm năng lũ và mức độ của từng vùng
thì phương pháp mô hình hoá cũng đang được các nhà khoa học quan
tâm và đi sâu vào nghiên cứu.
Mô hình thuỷ văn, thuỷ lực, công nghệ GIS sẽ được áp dụng để
biên tập cơ sở dữ liệu cho mô hình HEC-RAS tính toán, mô phỏng hoạt
động của lũ theo độ sâu mặt nước, diện tích ngập... Các nghiên cứu theo
phương pháp này chủ yếu cũng tập trung phần nhiều vào lũ quét, lũ ống.
Phương pháp phân tích thứ bậc AHP cũng được các nhà khoa học
trong nước quan tâm những năm gần đây. Cùng với mục tiêu phát triển
cấu trúc thứ bậc các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt thông qua thuật toán
Analytic Hierarchy Process (AHP) tiến hành phân tích và xác định

trọng số các nhân tố ảnh hưởng theo từng cấp độ tới lũ lụt, các tác giả
đã xây dựng được bản đồ phân vùng nguy cơ lũ lụt cho khu vực nghiên
cứu theo mức độ xảy ra lũ lụt ứng với khu vực cụ thể các cấp độ từ thấp
đến cao. Hai nghiên cứu điển hình là của Trần Thị Phượng và cộng sự
năm 2015 [20] và Lê Hoàng Tú và cộng sự năm 2013 [26].
1.3 Tình hình nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam
Đã có một số công bố về phân vùng nguy cơ lũ ở lưu vực sông
Lam, tuy nhiên đối tượng chính của các nghiên cứu này lại ít tập trung
vào lũ lụt. Trong ba nhóm tác giả nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ, hai
nhóm công bố kết quả phân vùng nguy cơ lũ quét và lũ ống, nhóm còn lại
nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ lớn. Với đối tượng là lũ quét, mặc dù đã
sử dụng các yếu tố địa hình nhưng tác giả chỉ tập trung vào một khu vực
nhỏ mà không xét trên toàn lưu vực. Trong khi đó, phân vùng lũ lớn được
thực hiện trên toàn lưu vực nhưng nhân tố ảnh hưởng chủ yếu là dữ liệu
thuỷ văn, thuỷ lực mà không quan tâm đến nguyên nhân sinh lũ do địa
hình gây ra. Như vậy, với đối tượng và khu vực nghiên cứu khác nhau, dữ
liệu sử dụng trong cả ba đề tài đều không tận dụng được hết để thực hiện
các nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ lụt trên toàn bộ lưu vực sông Lam.


8
1.4 Phương pháp mô hình hoá trong phân vùng nguy cơ lũ, đánh
giá ưu, nhược điểm và hiệu quả ứng dụng của chúng
Luận án đã tiến hành phân tích các phương pháp mô hình hóa
không gian được sử dụng trong phân vùng nguy cơ lũ với các loại mô
hình như: mô hình tất đinh, mô hình suy nghiệm, mô hình thống kê.
Các phương pháp mô hình hóa được phân tích ưu, nhược điểm trong
điều kiện cụ thể với lưu vực sông Lam nhằm đưa ra những cơ sở để lựa
chọn định hướng và phương pháp nghiên cứu của luận án.
1.5 Định hướng và phương pháp nghiên cứu của luận án

Dựa vào ưu nhược điểm của từng mô hình, mô hình sử dụng
trong phân vùng nguy cơ lũ trong điều kiện cụ thể của luận án này được
đánh giá đánh giá dựa vào 4 tiêu chí: dễ dàng thực hiện trên GIS, dễ
điều chỉnh (có tính mở), diện tích của khu vực nghiên cứu và khả năng
thu thập dữ liệu. Các tiêu chí trên được lượng hóa để dễ dàng so sánh
các tiêu chí với nhau, thuận lợi cho việc lựa chọn chứ không nhằm so
sánh đánh giá hơn/kém của các phương pháp.
Bảng 1.4 Các tiêu chí đánh giá mô hình và điểm số tương ứng
Diện tích
Thu
Loại mô hình
khu vực
thập dữ
nghiên cứu
liệu
Điểm tối đa
5
5
5
5
Mô hình tất định
5
1
2
2
Mô hình suy nghiệm
5
5
5
5

Mô hình thống kê
5
4
5
2
Như vậy, điểm số tính được cho mô hình suy nghiệm phù hợp
với các ưu điểm: dễ hiểu và chính xác cao trong việc xác định trọng số,
không hạn chế số lượng các tham số đầu vào, có thể được tính toán trên
GIS và dễ điều chỉnh. Do đó, lựa chọn mô hình suy nghiệm trong phân
vùng nguy cơ lũ là phương pháp thích hợp có thể áp dụng trong điều
kiện Việt Nam với những lưu vực sông lớn, tỷ lệ nhỏ và dữ liệu không
thu thập được đầy đủ.
1.6 Tổng kết chương 1
1. Phân vùng lũ là một trong những bài toán quan trọng mà các
nhà nghiên cứu về môi trường rất quan tâm. Đây là bài toán yêu cầu phân
Dễ dàng thực Tính
hiện trên GIS mở


9
tích không gian phức tạp, yêu cầu phải đánh giá rất nhiều các chỉ tiêu
khác nhau. Thực tế, có nhiều phương pháp đã và đang được sử dụng để
phân vùng nguy cơ lũ như phương pháp sử dụng bản đồ, phương pháp
chuyên gia…nhưng phương pháp mô hình hoá không gian đang chiếm
ưu thế về độ chính xác cũng như mức độ chi tiết, cụ thể.
2. Tùy thuộc vào cách tiếp cận, qui mô chọn mẫu, hàm giả
định, phương pháp đánh giá vai trò của các yếu tố ảnh hưởng, phương
pháp phân tích, kỹ thuật sử dụng và dữ liệu đầu vào mà phương pháp
mô hình hoá trong xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ có thể sử
dụng ba mô hình: mô hình tất định, mô hình suy nghiệm và mô hình

thống kê.
3. Với các tiêu chí lựa chọn mô hình trong phân vùng nguy cơ
lũ: dễ dàng thực hiện trên GIS, tính mở, diện tích nghiên cứu và khả
năng thu thập dữ liệu thì mô hình suy nghiệm đáp ứng được được hầu
hết các yêu cầu đó.
4. Hầu hết các phương pháp đều sử dụng dữ liệu đầu vào là số
liệu thuỷ lực, thuỷ văn và địa hình. Tuy nhiên, các nghiên cứu đều chưa
đưa tiêu chí chiều dài sườn dốc tương đối khi tính toán mô hình.
5. Nghiên cứu về phân vùng lũ ở Việt Nam đã bắt đầu từ những
năm cuối của thế kỷ 20, tuy nhiên chủ yếu tập trung về lũ quét và tại
một số khu vực địa lý điển hình. Lưu vực sông Lam đã nghiên cứu
phân vùng lũ nhưng tập trung chủ yếu về lũ quét, lũ ống và lũ lớn. Vì
vậy, kết quả của các đề tài này chưa thể áp dụng cho nghiên cứu phân
vùng lũ lụt trên lưu vực sông Lam.
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
AHP TRONG PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC
2.1 Cơ sở khoa học của phương pháp AHP
2.1.1 Giới thiệu phương pháp AHP
Analytic Hierarchy Process (AHP) - Phương pháp phân tích thứ
bậc được nhà khoa học Mỹ Saaty, T.L. trường Đại học Pittsburgh (Mỹ)
đề xuất vào những năm 1980 [109], [110] và đã được nghiên cứu mở
rộng, bổ sung cho đến nay. Đây là một công cụ hiệu quả giúp đưa ra


10
các quyết định phức tạp nhờ có khả năng hỗ trợ người ra quyết định
thiết lập các ưu tiên và đưa ra kết luận tối ưu
2.1.2 Nguyên tắc AHP
Dựa trên so sánh cặp, AHP có thể được mô tả với 3 nguyên tắc

chính [47]:
- Phân tích vấn đề ra quyết định (thiết lập thứ bậc)
- Đánh giá so sánh các thành phần (so sánh cặp giữa các yếu tố)
- Tổng hợp các mức độ ưu tiên (xác định các ma trận trọng số)
2.2 Quá trình thực hiện thuật toán AHP
Phương pháp AHP được thực hiện theo các bước:
Bước 1: xác định mục tiêu
Bước 2: xây dựng mô hình thứ bậc đa tầng
Bước 3: thành lập ma trận so sánh theo cặp
Bước 4: tính trọng số từng tiêu chí và tỷ số nhất quán
Bước 5: kiểm tra tỷ số nhất quán
Bước 6: phân tích và đánh giá
2.3 Thực tiễn sử dụng AHP trong phân vùng nguy cơ lũ
Theo đúng qui trình thực hiện bài toán AHP, phân vùng nguy cơ
lũ được thực hiện theo các bước chính (sơ đồ hình 2.4)
2.3.1 Xác định mục tiêu
Các yếu tố đầu vào được xác định bao gồm:
Nhóm 1: yếu tố tự nhiên, bao gồm độ dốc, thực phủ, mạng lưới
thuỷ văn, lượng mưa, thổ nhưỡng, độ sâu mực nước ngầm, chiều dài
sườn dốc tương đối…
Nhóm 2: yếu tố về kinh tế, xã hội bao gồm sử dụng đất, phân bố
dân cư…
Nhóm 3: yếu tố về cơ sở hạ tầng, bao gồm công trình phòng
chống lũ, khoảng cách từ nơi lũ lụt đến kênh thoát nước chính…
2.3.2 Xây dựng mô hình thứ bậc đa tầng
Thông thường, mô hình thứ bậc đa tầng cho phân vùng lũ nên để
4 cấp như hình 2.5, trong đó cấp 1 thể hiện mục tiêu phân vùng nguy cơ
lũ, cấp 2 thể hiện các tiêu chí chính bao gồm: tự nhiên, kinh tế - xã hội
và cơ sở hạ tầng, cấp 3 thể hiện các tiêu chí thành phần để chi tiết hoá
các tiêu chí chính như: độ dốc, thực phủ, lượng mưa, sử dụng đất…và

cấp cuối cùng thể hiện các giá trị nguy cơ


11
2.3.3 Thành lập ma trận so sánh theo cặp
Xác định mục tiêu
Xác định tiêu chí đánh giá
Flood
Thu thập dữ liệu

Lượng mưa
Thông số địa hình (Độ
dốc, độ phân cắt ngang,
độ phân cắt sâu…)
Thổ nhưỡng/ lớp vỏ
phong hoá
Lớp phủ thực vật
Chiều dài sườn dốc …

Chuẩn hoá dữ liệu
Xây dựng mô hình thứ bậc đa tầng

GIS

Thành lập ma trận so sánh cặp
Tính trọng số từng tiêu chí

AHP

Tính tỷ số nhất quán và kiểm tra

Lập bản đồ phân vùng
Hình 2.4 Qui trình tích hợp AHP và GIS thành lập bản đồ phân vùng lũ [7]
Hệ số của ma trận so sánh được tính từ điểm so sánh cặp của
các tiêu chí ảnh hưởng, các giá trị chỉ số và các loại chỉ tiêu thông qua
phiếu điều tra lấy ý kiến của chuyên gia và chính quyền địa phương đại
diện các lĩnh vực như môi trường, tài nguyên nước, xã hội học.
2.3.4 Tính trọng số từng tiêu chí và chỉ số nhất quán
Để tính các trọng số liên quan đến các thành phần có thể áp dụng
phương pháp vectơ riêng hoặc phương pháp chuẩn hoá ma trận. Nếu
trọng số của yếu tố nào càng lớn thì yếu tố đó sẽ ảnh hưởng đến nguy cơ
xảy ra lũ nhiều nhất.


10

Mục tiêu:
Phân vùng nguy cơ lũ

Kinh tế - Xã hội

Tự nhiên

Độ dốc

Thực
phủ

Giá trị
nguy cơ 1
1

Lượng
mưa

Thổ
nhưỡng

Giá trị
nguy cơ 2

Hệ thống
sông

Sử dụng
đất

Mật độ
dân cư

…….

Hình 2.5 Cấu trúc thứ bậc đa tầng trong phân vùng nguy cơ lũ

Cơ sở hạ tầng

Giao thông,
chất lượng
đường

Giá trị

nguy cơ n
n

C.T phòng
chống lũ


11
2.3.5. Kiểm tra tỷ số nhất quán
Quá trình kiểm tra tỷ số nhất quán khi thực hiện bài toán AHP
trong phân vùng lũ được đánh giá là chính xác, nhất quán nếu giá trị
CR nhỏ hơn hoặc bằng 0.1.
2.3.6 Phân tích đánh giá kết quả
Cuối cùng, cơ sở phân vùng nguy cơ lũ sẽ được tổng quát thành
phương trình tính điểm số nguy cơ theo điểm phân cấp của từng yếu tố,
các yếu tố này được chọn thuộc nhóm địa hình, kinh tế, xã hội hoặc cơ
sở hạ tầng.
Y = w1*X1 + w2*X2 + …….+ wn*Xn
trong đó Y: điểm số nguy cơ
Xi: điểm phân cấp của yếu tố i
wi: trọng số của yếu tố i
2.4 Phân tích, lựa chọn các yếu tố trong mô hình phân vùng nguy cơ lũ
2.4.1 Lượng mưa và cường độ mưa
Lượng mưa càng lớn thì dòng chảy càng mạnh và cường độ lũ
càng cao. Như vậy, lượng mưa, cường độ và thời gian mưa đều là các
tác nhân ảnh hưởng trực tiếp đến nguy cơ lũ. Tuy nhiên, do cường độ
mưa khó thu thập, các nghiên cứu cho thấy mối liên quan giữa cường
độ mưa và lũ không nhiều, vì vậy, trong điều kiện hiện nay, nghiên cứu
này tạm thời chưa tính đến yếu tố cường độ mưa.
2.4.2 Độ dốc, độ cao và độ nhám địa hình

Độ dốc đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát dòng chảy
mặt, xác định tốc độ dòng chảy, thời gian nước chảy và khả năng thấm
nước [87], [103] tức là ảnh hưởng đến khả năng lũ. Độ dốc lớn làm tốc
độ dòng chảy tăng, gây ra khả năng thấm thấp (vì theo định luật
Becnulli, áp suất tĩnh sẽ giảm đi) và do đó làm nguy cơ lũ tăng cao hơn.
Độ cao đóng vai trò chính trong việc kiểm soát hướng của dòng
chảy tràn và độ sâu của mực nước [65]. Độ nhám địa hình là yếu tố đầu
vào cần thiết cho quá trình mô phỏng lũ. Độ nhám giảm dẫn đến vận
tốc dòng chảy tăng và khả năng thấm giảm, do đó nguy cơ lũ tăng.
2.4.3 Mật độ lưới sông (mật độ phân cắt ngang), dòng chảy và sự tích
tụ dòng chảy
Mật độ lưới sông là một cách mô tả hình thái của lưu vực được
biết đến để kiểm soát sự hình thành dòng chảy của sông và có thể ảnh


12
hưởng đáng kể đến tình hình dòng chảy lũ [97]. Sự tích tụ dòng chảy
phụ thuộc vào mạng lưới sông suối. Nếu mạng lưới sông suối càng dày
đặc thì khả năng tích tụ dòng chảy lũ càng cao vì vậy khả năng xảy ra
lũ lụt sẽ tăng.
2.4.4 Khoảng cách đến mặt nước tự nhiên, khoảng cách đến hệ
thống thoát nước, khoảng cách đến ngã ba sông
Khoảng cách đến mặt nước tự nhiên có ảnh hưởng đến phạm vi và
qui mô của lũ trong khu vực nghiên cứu. Theo nghiên cứu [65], hầu hết
các vùng gần mặt nước như sông, suối, hồ, ao…là các vùng có nguy cơ
lũ cao nhất. Bên cạnh đó, khoảng cách từ mạng lưới thoát nước cũng có
vai trò quan trọng với khu vực lũ lụt. Do lượng nước mưa nhiều, dòng
chảy lớn nên các khu vực gần hệ thống thoát nước bị ảnh hưởng nhiều
nhất, do đó có nguy cơ lũ cao nhất.
2.4.5 Thổ nhưỡng, cấu trúc đất, tỷ lệ thấm

Khả năng giữ nước của đất có ảnh hưởng lớn trong việc điều tiết
dòng chảy mặt. Độ thấm của tầng thổ nhưỡng ảnh hưởng trực tiếp đến
nguy cơ lũ lụt [23] và được coi là một tham số ảnh hướng đến lũ. Nhân
tố này ảnh hưởng đến dòng chảy, sự xói mòn đất, sự tích trữ nước
ngầm. Tỷ lệ thấm phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài, đặc tính của các
loại đất [122] và số ngày mưa.
2.4.6. Sử dụng đất, lớp phủ và lớp phủ thực vật
Sự thay đổi của sử dụng đất và lớp phủ đã làm thay đổi đặc tính
của lũ, dòng chảy mặt và đỉnh lũ [84], [113]. Thực tế trong khai thác sử
dụng đất do tác động của con người, mỗi loại hình sử dụng đất sẽ có
khả năng điều tiết nước khác nhau. Giống như thổ nhưỡng, thảm thực
vật cũng giữ lại một lượng nước khá lớn góp phần điều tiết dòng chảy
lũ và dòng chảy mặt cho lưu vực. Bản chất điều tiết dòng chảy của
thảm thực vật là cùng với cấu trúc thổ nhưỡng giữ lại một phần nước
mưa, sau đó cung cấp một cách từ từ cho dòng chảy.
2.4.7 Các yếu tố khác
Mực nước ngầm là tiêu chí cần xem xét khi nghiên cứu nguy cơ
lũ vì yếu tố này thể hiện độ sâu từ mặt đất đến mặt nước ngầm và ảnh
hưởng trực tiếp đến khả năng thấm của đất.
Địa chất, địa mạo của khu vực có nguy cơ lũ cũng là một tiêu chí
quan trọng vì yếu tố này có thể làm giảm bớt cường độ của các trận lũ.


13
Địa hình với các loại đá không thấm nước thì dòng chảy mặt sẽ tăng,
khả năng thoát lũ nhanh do đó nguy cơ lũ giảm.
Hệ thống giao thông được xem là một trong lớp phủ không hấp
thụ nước làm cho khả năng thấm giảm đi và tăng lưu lượng dòng chảy
sự tăng trưởng dân số dẫn đến tích lũy tài sản, cơ sở hạ tầng và các hoạt
động kinh tế tăng theo, do đó cản trở quá trình thấm tự nhiên, tăng khả

năng xảy ra lũ lụt.
2.5 Phân tích ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc đến nguy cơ lũ
2.5.1 Khái niệm
Chiều dài sườn dốc là khoảng cách từ điểm bắt nguồn dòng chảy
mặt đến vị trí tập trung nước hoặc điểm mà tại đó dòng chảy mặt chảy
vào hệ thống sông suối [130]. Như vậy, chiều dài này chính bằng quãng
đường tính từ đường phân thuỷ đến đường tụ thuỷ. Đường phân thuỷ
(đường phân nước mặt) nối liền các điểm cao nhất của địa hình trên mặt
đất, chia mặt đất thành hai hướng sườn dốc. Khi nước mưa rơi xuống sẽ
chảy về hai phía đối nhau tới hai lưu vực khác nhau và tập trung tại
đường tụ thuỷ. Với địa hình đồi núi, độ dốc khác nhau thì giá trị chiều dài
sườn dốc cũng khác nhau.
2.5.2 Cơ sở lý thuyết lựa chọn yếu tố chiều dài sườn dốc tương đối
trong nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ
Thực tế, do nước tích tụ dần trong quá trình di chuyển dọc theo
sườn từ cao xuống thấp và lũ thường chỉ xảy ra ở khu vực sườn thấp (ví
dụ chân sườn), vì vậy chiều dài sườn dốc là yếu tố ảnh hưởng tới lũ
cũng như khả năng có lũ.
Theo Begarello và Ferro, chiều dài sườn dốc tăng làm cho lưu lượng
và tốc độ dòng chảy cũng tăng [54], [82]. Chiều dài dốc càng dài thì khối
lượng nước chảy, tốc độ dòng chảy và lực quán tính càng tăng. Nghĩa là,
càng xa đường phân thuỷ, động năng dòng chảy càng lớn, tốc độ dòng
chảy tăng lên dẫn đến nguy cơ lũ tăng. Ngoài ra, chiều dài sườn dốc sẽ ảnh
hưởng đến lưu lượng dòng chảy. Khi chiều dài sườn dốc tăng thì diện tích
nghiêng của dốc được mở rộng, do đó khối lượng nước tích luỹ trên mặt sẽ
tăng khi khoảng cách từ đường phân thuỷ càng dài [129].
2.6 Nhận xét về phương pháp AHP trong phân vùng nguy cơ lũ
Phương pháp AHP có nhiều ưu điểm so với các phương pháp
ra quyết định đa mục tiêu khác

14
- AHP là một phương pháp nổi tiếng trong việc xác định các
trọng số này với độ chính xác cao [106], [107], [108]. Vì vậy, AHP có
thể kết hợp với các phương pháp khác dễ dàng để tận dụng được lợi thế
của mỗi phương pháp trong giải quyết vấn đề.
- AHP có thể kiểm tra tính nhất quán trong cách đánh giá của
người ra quyết định nên có thể xác định và nâng cao độ chính xác của
việc đánh giá
- Quá trình tính toán AHP trở nên dễ dàng hơn, kể cả số lượng
tiêu chí lớn, do có thể thực hiện các phép tính trong Exel hoặc đặc biệt
là sử dụng phần mềm tính online.
- Tích hợp bài toán AHP vector riêng vào phần mềm ArcGIS.
Việc xây dựng thành công công cụ tính toán AHP trên ArcGIS đã tránh
được sai số cộng dồn thực hiện qua nhiều bước và tiết kiệm được thời
gian tính toán, hạn chế được sai số khi tính bằng tay.
2.7 Tổng kết chương 2
1. Phân vùng lũ là bài toán yêu cầu phân tích không gian phức
tạp, yêu cầu phải đánh giá rất nhiều các chỉ tiêu khác nhau bao gồm: tự
nhiên, kinh tế - xã hội, cơ sở hạ tầng. Đây là các tiêu chí góp phần hình
thành nguy cơ lũ. Sử dụng phương pháp AHP đã tận dụng được ưu
điểm, lợi thế của nó để xác định yếu tố ảnh hưởng lớn nhất và định
lượng được mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khác.
2. Độ chính xác của quá trình phân tích, đánh giá sẽ phụ thuộc
vào nội dung, tính toàn diện, đặc trưng của phiếu điều tra cũng như sự
am hiểu chuyên sâu của chuyên gia về lĩnh vực nghiên cứu. Vậy để tính
toán trọng số theo AHP đạt kết quả tốt thì nên chọn các tiêu chí ảnh
hưởng đến lũ ít nhưng rõ ràng mang tính định lượng cao trong quá trình
thu thập ý kiến chuyên gia.
3. Các tác nhân sinh lũ bao gồm mưa với cường độ tới hạn để có

thể tạo thành dòng chảy vượt mức bình thường và cấu trúc mặt đệm.
Luận án phân tích vai trò của các yếu tố là cấu trúc mặt đệm ảnh hưởng
đến nguy cơ lũ bao gồm: lượng mưa, độ dốc, độ cao, địa hình, sử dụng
đất và thực phủ, thổ nhưỡng, mật độ lưới sông và tích tụ dòng chảy, địa
chất và địa mạo, mực nước ngầm, mật độ dân số, độ ẩm nguyên thuỷ,
hệ thống giao thông và chiều dài sườn dốc tương đối.


15
4. Yếu tố mới là một trong những nguyên nhân chính tăng khả
năng sinh lũ được đề cập trong nghiên cứu là chiều dài sườn dốc tương
đối. Yếu tố này ảnh hưởng đến khối lượng nước chảy, khả năng tích tụ
nước, lưu lượng dòng chảy và tốc độ dòng chảy, do đó sẽ tác động đến
nguy cơ lũ.
Chương 3
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP AHP XÂY DỰNG MÔ HÌNH
PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG LAM
Trước khi đi sâu vào nội dung chính là ứng dụng phương pháp
AHP để xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam,
luận án đã tiến hành phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã
hội lưu vực sông Lam và mạng lưới quan trắc, điều kiện khí tượng thủy
văn trong lưu vực để đưa ra các nhận xét làm tiền đề cho việc lựa chọn
các tham số tham gia vào mô hình (ở các phần từ 3.1 đến 3.3).
3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Lam
3.2 Mạng lưới quan trắc và điều kiện khí tượng thủy văn
3.3 Nhận xét
Lũ trên lưu vực sông Lam chủ yếu do mưa lớn trên diện rộng
kéo dài quyết định. Ngoài điều kiện địa hình, lượng mưa, độ dốc, thổ
nhưỡng, thực vật… thì điều kiện cơ sở hạ tầng và những tác động bất
lợi do hoạt động kinh tế-xã hội của con người cũng là những nhân tố

quan trọng, góp phần làm tăng thêm lũ trên lưu vực sông.
3.4 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt ở lưu vực sông Lam
Trong nghiên cứu này, dựa vào đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã
hội của lưu vực sông Lam, tham khảo đề tài nghiên cứu [9], tác giả đã
chọn sáu yếu tố có ảnh hưởng đến phân vùng nguy cơ lũ. Đây là các
yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất tới lũ trong lưu vực đồng thời không gặp
nhiều cản trở khi thu thập dữ liệu cũng như không có nhiều khó khăn
khi tính toán theo phương pháp AHP.
- Lượng mưa: đặc trưng cho khả năng tập trung nước
- Độ dốc: đặc trưng cho tốc độ tập trung dòng chảy
- Mật độ lưới sông: đặc trung cho khả năng tập trung dòng chảy
- Chiều dài sườn dốc tương đối: đặc trưng cho khả năng tập
trung nước và tốc độ dòng chảy
- Thổ nhưỡng: đặc trung cho khả năng thấm, tốc độ dòng chảy


16
- Lớp phủ: đặc trưng cho khả năng ngăn cản nước và thấm nước
3.5 Xây dựng bảng phân cấp các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt lưu
vực sông Lam
Bảng phân cấp được xây dựng căn cứ vào mối quan hệ giữa mức
độ lũ với đặc điểm của các yếu tố để cho điểm từng tiêu chí ảnh hưởng
đến lũ theo 5 cấp độ từ rất thấp, thấp, trung bình, cao và rất cao (tương
ứng với số điểm từ 1 đến 9). Khoảng chênh lệch giữa các cấp nguy cơ
phụ thuộc vào cấp độ chia, giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của nhân tố ảnh
hưởng của khu vực nghiên cứu được tính theo công thức [77]:
l = (c- b)/k
trong đó
l: giá trị khoảng chênh lệch giữa hai cấp liên tiếp
c: giá trị cao nhất

b: giá trị thấp nhất
k: số lượng lớp phân cấp
Kết quả xây dựng bảng phân cấp các yếu tố ảnh hưởng như sau:
Bảng 3.1 Phân cấp lượng mưa
STT
1
2
3
4
5

Lượng mưa (mm)
< 1200
1200 - 1600
1600 - 2000
2000 - 2400
> 2400

Điểm
1
3
5
7
9

Mức độ nguy cơ
Rất thấp
Thấp
Trung bình
Cao

Rất cao

Phân cấp độ dốc trong luận án được chia giống như cách phân
cấp trong nghiên cứu [2] và trong quy hoạch sản cuất nông nghiệp, để
đánh giá khả năng sử dụng đất một cách thuận tiện và phù hợp với điều
kiện địa hình. Bảng 3.2 là kết quả phân cấp độ dốc.
Bảng 3.2 Phân cấp độ dốc
STT
1
2
3
4
5

Độ dốc (độ)
> 25°
15° - 25°
8° - 15°
3° - 8°
< 3°

Điểm số
1
3
5
7
9

Mức độ nguy cơ
Rất thấp

Thấp
Trung bình
Cao
Rất cao


17
Với nguồn gốc hình thành khác nhau, khả năng thấm của các
loại đất được chia thành các nhóm với độ thấm khác nhau. Từ đó, tiến
hành phân cấp thổ nhưỡng theo mức độ tác động của nó đến nguy cơ lũ
và đánh giá bằng điểm số tương ứng như trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 Phân cấp thổ nhưỡng
STT
1
2
3
4
5

Các loại đất
C, Cc
A, Ha, Hq, Hs
Fk, Fp,Fv, Nt, B, Ba, Bq, Fa, Fj,
Fq, P, Pb, Pf, Py, R, Rdv, Rk
D, Fl, Fs, SM, Sj1Mi, Sj2Mi, M,
Mi, Mm, Mn, Pg, Pj
E, Nu

Điểm số
1

3
5

Mức độ nguy cơ
Rất thấp
Thấp
Trung bình

7

Cao

9

Rất cao

Dựa vào đặc điểm của các loại lớp phủ, loại rừng, khả năng
giữ nước và bảo vệ đất của từng loại, tiến hành phân cấp các loại
hình sử dụng đất trên lưu vực sông Lam theo mức độ tác động của
nó đến nguy cơ xảy ra lũ lụt từ rất thấp đến rất cao với điểm số
tương ứng từ 1 đến 9 như bảng 3.4. Mức độ ảnh hưởng đến nguy cơ
lũ càng cao khi khả năng giữ nước, bảo vệ đất của các loại hình sử
dụng đất càng thấp.
Bảng 3.4 Phân cấp lớp phủ
STT

Lớp phủ

1

Rừng lá rộng thường xanh giàu, nghèo,
trung bình
Rừng lá rộng thường xanh phục hồi, rừng
tre nứa, rừng hỗn giao tre nứa, rừng trồng
Đất dân cư, đất khác
Cây bụi, đất nông nghiệp, đất trống
Đất mặt nước, đất ngập nước

2
3
4
5

Điểm
số
1

Mức độ
nguy cơ
Rất thấp

3

Thấp

5
7
9

Tr. bình

Cao
Rất cao

Lưu vực sông Lam, với địa hình phức tạp và có độ dốc lớn nên
mật độ lưới sông ở đó cũng khá phức tạp. Mật độ lưới sông lưu vực


18
sông Lam trung bình 0.60 km/km2, phát triển không đều. Bảng 3.5 phân
cấp mật độ lưới sông theo mức độ nguy cơ lũ và điểm số tương ứng
theo năm cấp, trong đó nơi nào có mật độ lưới sông dày thì gán mức độ
nguy cơ cao tương ứng với điểm cao nhất và mật độ giảm dần thì khả
năng nguy cơ lũ cũng giảm.
Bảng 3.5 Phân cấp mật độ lưới sông
STT
1
2
3
4
5

Mật độ lưới sông (km/km2)
D < 0,5
D = 0,5 – 1,0
D = 1,0 – 1,5
D = 1,5 – 2,0
D > 2,0

Điểm số
1

3
5
7
9

Mức độ nguy cơ
Rất thấp
Thấp
Trung bình
Cao
Rất cao

Nếu coi chiều dài của một sườn dốc là 100% thì mức độ nguy
cơ tại một vị trí sẽ tính theo khoảng cách từ đường phân thuỷ đến vị trí
đó và được phân cấp như bảng 3.6. Theo đó, khoảng cách gần đường
phân thuỷ nhất được gán mức độ nguy cơ thấp nhất tương ứng với điểm
thấp nhất và mức độ nguy cơ sẽ tăng lên khi khoảng cách đó tăng.
Bảng 3.6 Phân cấp chiều dài sườn dốc tương đối
STT
1
2
3
4
5

Chiều dài sườn tương đối
< 20%
20% - 40%
40% - 60%
60% - 80%

80% - 100%

Điểm số
1
3
5
7
9

Mức độ nguy cơ
Rất thấp
Thấp
Trung bình
Cao
Rất cao

3.6 Tính trọng số cho các yếu tố ảnh hưởng đến lũ
Yếu tố ảnh hưởng
Lượng mưa
Độ dốc
Mật độ lưới sông
Thổ nhưỡng
Lớp phủ
Chiều dài sườn dốc tương đối

Trọng số (5 yếu
tố ảnh hưởng)
0,495
0,276
0,082

0,071
0,077

Trọng số (6 yếu
tố ảnh hưởng)
0,450
0,255
0,077
0,068
0,073
0,077


19
Với tỷ số nhất quán CR = 0.03 < 0.1 nên ma trận so sánh trên là
nhất quán tức là các trọng số tính được có thể chấp nhận.
3.7 Xây dựng bản đồ các yếu tố ảnh hưởng đến lũ
3.7.1 Bản đồ lượng mưa
Bản đồ phân bố lượng mưa lưu vực sông Lam được thành lập
bằng phương pháp nội suy Spline và sử dụng lượng mưa trung bình
trong giai đoạn từ năm 1961 đến 2017. Từ bản đồ lượng mưa, bản đồ
phân cấp lượng mưa theo 5 mức độ ảnh hưởng tới nguy cơ lũ lụt (hình
3.4) được xây dựng bằng cách gộp các khu vực có cùng mức độ nguy
cơ như bảng 3.1.
3.7.2 Bản đồ độ dốc
Dựa trên mô hình số độ cao, sử dụng bài toán phân tích không
gian raster tiến hành nội suy bản đồ độ dốc. Bản đồ độ dốc lưu vực
sông Lam (phụ lục 9) thể hiện 5 khoảng giá trị độ dốc như đã phân
trong bảng 3.2. Từ đó, bản đồ phân cấp độ dốc được xây dựng với 5
mức độ ảnh hưởng tới nguy cơ lũ thể hiện trên hình 3.6.

3.7.3 Bản đồ thổ nhưỡng
Sử dụng bản đồ đất lưu vực sông Lam kết hợp với số liệu điều tra
thổ nhưỡng, tham khảo các nguồn tài liệu về các loại đất của khu vực
nghiên cứu để thành lập bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Lam. Từ đó, bản
đồ phân cấp thổ nhưỡng theo 5 mức ảnh hưởng tới nguy cơ lũ (hình 3.8)
được xây dựng bằng cách gộp các loại đất có cùng mức độ tác động đến
nguy cơ lũ lụt và điểm số đã được phân loại trong bảng 3.3.
3.7.4 Bản đồ lớp phủ
Dữ liệu chính để thành lập bản đồ này là bản đồ hiện trạng sử dụng
đất lưu vực sông Lam và dữ liệu lớp phủ thu thập trên phạm vi nghiên cứu.
Bản đồ phân cấp lớp phủ theo 5 cấp ảnh hưởng tới nguy cơ lũ lụt như hình
3.10 sẽ được xây dựng bằng cách gộp các loại lớp phủ có cùng mức tác
động tới nguy cơ lũ và điểm số đánh giá trong bảng 3.4.
3.7.5 Bản đồ mật độ lưới sông
Sử dụng dữ liệu mô hình số độ cao DEM và bản đồ hệ thống
sông suối lưu vực sông Lam kết hợp công cụ phân tích không gian
Spatial Analysis Tools trong phần mềm ArcGIS 10.2 để xác định diện
tích các tiểu lưu vực, chiều dài hệ thống sông suối và từ đó xác định
được chỉ số mật độ lưới sông. Từ bản đồ mật độ lưới sông, phân cấp


20
nguy cơ lũ lụt dựa theo ảnh hưởng của giá trị chỉ số mật độ lưới sông
tương ứng với 5 cấp nguy cơ thể hiện trên hình 3.14.
3.7.6 Bản đồ chiều dài sườn dốc tương đối
Từ mô hình số độ cao khu vực nghiên cứu, xác định được các
đường phân thuỷ, tụ thuỷ và chiều dài của sườn dốc. Tiến hành thành
lập bản đồ chiều dài sườn dốc tương đối (hình 3.16), từ đó bản đồ phân
cấp sườn dốc tương đối theo 5 cấp ảnh hưởng đến nguy cơ lũ sẽ được
xây dựng.

3.8 Thành lập bản đồ phân vùng lũ lưu vực sông Lam
Sau khi xây dựng được các bản đồ tiêu chí ảnh hưởng, xác
định trọng số các nhân tố ảnh hưởng đến lũ, xây dựng bản đồ phân
vùng nguy cơ lũ bằng phương pháp phân tích không gian trong môi
trường GIS. Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam là sự
tích hợp các bản đồ thành phần theo hai trường hợp cụ thể sau:
- Đối với trường hợp có năm nhân tố ảnh hưởng bao gồm:
lượng mưa, độ dốc, thổ nhưỡng, lớp phủ, mật độ lưới sông và điểm số
nguy cơ tính được là từ 1,28 đến 8,53. Kết quả tính toán giá trị nguy cơ
nhỏ nhất là 1,28 nên điểm số có thể chia ra làm 4 cấp nguy cơ. Bản đồ
phân vùng nguy cơ lũ lưu vực sông Lam chạy trên mô hình thể hiện
trên hình 3.18 trong trường hợp 5 nhân tố ảnh hưởng.

Hình 3.18 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ lụt lưu vực sông Lam
(5 yếu tố ảnh hưởng)


21
- Đối với trường hợp có sáu nhân tố ảnh hưởng bao gồm: lượng
mưa, độ dốc, thổ nhưỡng, lớp phủ, mật độ lưới sông, chiều dài sườn
dốc tương đối và điểm số nguy cơ tính được là từ 1,30 đến 8,40. Kết
quả tính toán giá trị nguy cơ nhỏ nhất là 1,30 nên điểm số có thể chia ra
làm 4 cấp nguy cơ. Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ lưu vực sông Lam
chạy trên mô hình thể hiện trên hình 3.19 trong trường hợp 6 nhân tố
ảnh hưởng với 4 cấp độ nguy cơ.
3.9 Đánh giá độ tin cậy của kết quả phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực
sông Lam bằng phương pháp mô hình hoá
Trường hợp sử dụng sáu yếu tố khi tính toán cho kết quả phân
vùng chi tiết, cụ thể hơn trường hợp còn lại. Điều này có thể nhìn thấy
rõ nhất là các vùng có nguy cơ lũ rất cao như khu vực huyện Hương

Khê, Hương Sơn, Đức Thọ, Can Lộc, Thạch Hà, Vũ Quang, Hưng
Nguyên. Trong khi bản đồ phân vùng sử dụng 6 yếu tố chỉ rõ các khu
vực có nguy cơ cao tập trung chủ yếu ở khu vực huyện Hương Khê,
Hương Sơn, Đức Thọ, Can Lộc, Thạch Hà, Vũ Quang, Hưng Nguyên
thì kết quả phân vùng có sử dụng 5 yếu tố lại không làm nổi bật lên khu
vực nguy cơ cao này. Như vậy, có thể khẳng định rằng nhân tố chiều
dài sườn dốc đóng vai trò quan trọng trong việc phân vùng nguy cơ
bằng thuật toán AHP, đặc biệt đã làm nổi bật các khu vực có nguy cơ
xảy ra lũ cao như nghiên cứu đã chỉ ra.

Hình 3.19 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ lụt lưu vực sông Lam
(6 yếu tố ảnh hưởng)


22
Kết quả nghiên cứu có thể so sánh với kết quả phân vùng nguy
cơ trong nghiên cứu [9] (hình 2.20) và [10] (hình 2.21). Với ba phương
pháp: phân vùng nguy cơ lũ theo phương pháp phân tích nhân tố gây lũ
lớn (phương pháp 1) [9], phương pháp kế thừa, phân tích và xử lý số liệu
(phương pháp 2) [10] và phương pháp phân vùng bằng AHP (phương pháp
3) đều cho kết quả trên lưu vực sông Lam phía thượng lưu sông Cả và
sông Hiếu có mức độ nguy cơ lũ ít nhất, nguy cơ lớn nhất là vùng
thượng nguồn sông Ngàn Phố và phần ngã ba của sông La với sông Cả,
giới hạn theo trạm thủy văn: trạm Nam Đàn nhánh sông Cả, Sơn Diệm
nhánh sông Ngàn Phố và Hòa Duyệt nhánh sông Ngàn Sâu. Tuy nhiên
với phương pháp 3, vùng có nguy cơ lũ cao còn có thể xảy ra ở khu vực
thượng nguồn sông Ngàn Sâu, giới hạn kéo dài đến trạm thuỷ văn Chu
Lễ, Hương Khê, Hà Tĩnh.
Ngoài ra, kết quả nghiên cứu có thể kiểm chứng dựa vào cấp báo
động lũ tại các trạm thuỷ văn trên sông (Đô Lương, Sơn Diệm, Hoà

Duyệt, Linh Cảm, Nam Đàn) thuộc khu vực nghiên cứu với ba trận lũ
điển hình bao gồm: 17/10/ 2010; 15-16/10/2013; 16/10/2016. Cấp báo
động lũ có thể đánh giá tương ứng với cấp nguy cơ trong nghiên cứu
tương ứng như sau:
Trên báo động 3: nguy cơ lũ rất cao
Trên báo động 2: nguy cơ lũ cao
Trên báo động 1: nguy cơ lũ trung bình
Dưới báo động 1: nguy cơ lũ thấp
So sánh mức báo động trên một số trạm thuỷ văn với kết quả
phân vùng nguy cơ lũ của luận án cho thấy:
- Với trận lũ ngày 16 -18/10/2010, tại 5 trạm thuỷ văn đều phù
hợp với thực tế.
- Vói trận lũ ngày 15 - 16/10/2013 trạm thuỷ văn Linh Cảm có
một sự khác biệt nhỏ. Báo động tại trạm này thực tế chỉ ở mức dưới
báo động 3 (tương đương với mức nguy cơ cao) nhưng trong nghiên
cứu trạm này ở mức nguy cơ rất cao.
- Trận lũ ngày 15 - 16/10/2016, tại trạm thuỷ văn Linh Cảm và
Sơn Diệm cũng có một sự khác biệt nhỏ. Báo động tại trạm này thực tế
chỉ ở mức dưới báo động 3 (tương đương với mức nguy cơ cao) nhưng
trong nghiên cứu trạm này ở mức nguy cơ rất cao.


23
3.10 Tổng kết chương 3
1. Với nhiệm vụ giải quyết bài toán với nhiều tham số, nhiều
chỉ tiêu và sắp xếp theo thứ tự ưu tiên cho các phương án, AHP là
phương pháp có hiệu quả được sử dụng trong đánh giá và lựa chọn các
tiêu chí phục vụ phân vùng nguy cơ lũ. Tuy nhiên, phương pháp AHP
không giới hạn số lượng tham số đầu vào, nên khi phân vùng nguy cơ
lũ, số tiêu chí ảnh hưởng có thể tăng lên nếu có đủ dữ liệu. Vì vậy,

phương pháp này có thể áp dụng rộng rãi hơn trên các lưu vực sông
khác với các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ lũ ngoài năm tiêu chí mà
nghiên cứu đã đề cập như: độ ẩm nguyên thuỷ, độ sâu mực nước ngầm,
phân bố dân cư, công trình phòng chống lũ, …
2. Ngoài việc sử dụng các tiêu chí là nguyên nhân chính gây ra lũ,
việc đưa thêm tham số chiều dài sườn dốc tương đối để tính toán mô hình
đã góp phần nâng cao độ tin cậy và độ chính xác khi phân vùng nguy cơ lũ.
Kết quả đã được kiểm chứng khi so sánh phân vùng khu vực nguy cơ lũ rất
cao và nguy cơ thấp với bản đồ phân vùng làm theo hai phương pháp:
phương pháp phân tích nhân tố chính và phương pháp kế thừa, phân tích
và xử lý số liệu là tương đối giống nhau. Ngoài ra, kết quả còn được đánh
giá độ tin cậy khi so sánh với ba trận lũ lịch sử đã xảy ra trong quá khứ
10/2010; 10/2013; 10/2016 đều cho thấy mức độ nguy cơ theo đánh giá
của nghiên cứu tương đối phù hợp với các mức báo động lũ đã xảy ra tại
một số trạm thuỷ văn.
3. Từ bản đồ phân vùng nguy cơ lũ, có thể thấy khu vực có nguy
cơ và mức độ nguy cơ xảy ra tương ứng. Đây là một trong số các tài liệu
hữu ích cho việc dự báo, phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra
cũng như hạn chế sự tàn phá môi trường sinh thái trong tương lai.