(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học cho hệ hỗ trợ cảnh báo lũ lưu vực sông vu gia thu bồn, tỉnh quảng nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------------

Nguyễn Thị Hồng

NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC
CHO HỆ HỖ TRỢ CẢNH BÁO LŨ LƯU VỰC
SÔNG VU GIA - THU BỒN, TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

HÀ NỘI - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------------

Nguyễn Thị Hồng

NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC
CHO HỆ HỖ TRỢ CẢNH BÁO LŨ LƯU VỰC
SÔNG VU GIA - THU BỒN, TỈNH QUẢNG NAM
Chuyên ngành:
Mã số:

Quản lý tài nguyên và môi trường
62850101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PSG.TS. Nguyễn Kim Lợi
2. PSG.TS. Trần Ngọc Anh

HÀ NỘI - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả

Nguyễn Thị Hồng


LỜI CẢM ƠN
Luận án được hoàn thành tại Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học tận tình và chu đáo
của PGS.TS. Nguyễn Kim Lợi và PGS.TS. Trần Ngọc Anh - Tác giả xin bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc nhất đến các thầy - những người đã thường xuyên động viên, cố vấn
khoa học cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận được những chỉ bảo và góp ý
q báu của các thầy cơ giáo cơng tác trong và ngồi trường: GS.TS. Nguyễn Cao
Huần, GS.TS. Trần Nghi, GS.TSKH. Phạm Hoàng Hải, GS.TSKH. Đặng Trung
Thuận, GS.TS. Võ Chí Mỹ, GS.TS. Nguyễn Khanh Vân, PGS.TS. Phạm Quang
Tuấn, PGS.TS. Đặng Văn Bào, PGS. TS. Nguyễn Ngọc Khánh, PGS.TS. Nguyễn
Thanh Sơn, PGS.TS. ng Đình Khanh, PGS.TS. Hà Ngọc Hiến, PGS.TS. Nguyễn
Thanh Hùng, PGS.TS. Nguyễn Duy Kiều, TS. Nguyễn Thị Thúy Hằng, TS. Ngô

Văn Liêm… Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Quý Thầy, Cô!
Tác giả cũng xin bày tỏ lịng biết ơn đến các thầy giáo, cơ giáo và các bạn
đông nghiệp đang công tác tại Khoa Địa lý, Khoa Địa chất và phòng Sau Đại học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia, Hà Nội đã tâm huyết truyền
dạy kiến thức và ln tạo điều kiện tốt nhất cho tác giả hồn thành luận án.
Xin cám ơn các anh chị ở Sở Tài ngun và Mơi trường tỉnh Quảng Nam,
Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Trung trung Bộ đã giúp đỡ tác giả trong quá trình
đi điều tra, khảo sát, thực địa tại địa phương.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài cấp Nhà nước “Hệ
hỗ trợ trực tuyến cảnh báo lũ cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, tỉnh Quảng
Nam”, Mã số KC.01.24/11-15 đã hỗ trợ về mặt tài liệu.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy, cô giáo và đồng nghiệp công
tác tại Trung tâm Nghiên cứu Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Nơng Lâm Thành
phố Hồ Chí Minh và Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường - Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần để
tác giả có thể hồn thành được luận án này.
Hà Nội, ngày

tháng
Tác giả

năm 2017

Nguyễn Thị Hồng


MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................. 1
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ 3
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 4

DANH MỤC HÌNH................................................................................................... 5
1. Tính cấp thiết của luận án ................................................................................. 8
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ..................................................................... 9
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 9
4. Những điểm mới của luận án ........................................................................... 9
5. Những luận điểm bảo vệ ................................................................................ 10
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .................................................... 10
7. Cơ sở tài liệu, số liệu ...................................................................................... 11
8. Cấu trúc của luận án ....................................................................................... 11
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 12
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu có liên quan ..................................... 12
1.1.1. Trên thế giới....................................................................................... 12
1.1.2. Ở Việt Nam ........................................................................................ 23
1.2. Cơ sở lý luận nghiên cứu ............................................................................. 35
1.2.1. Những khái niệm cơ bản .................................................................... 35
1.2.2. Các căn cứ khoa học.......................................................................... 38
1.3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................. 41
1.3.1. Cách tiếp cận ...................................................................................... 44
1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................... 47
1.3.3. Quy trình nghiên cứu ......................................................................... 54
Tiểu kết chƣơng 1 .................................................................................................... 56
Chƣơng 2. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN LŨ VÀ ĐẶC ĐIỂM LŨ
TRÊN LƢU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN .................................................. 57
2.1. Các nhân tố ảnh hƣởng đến lũ tại lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn ............ 57
2.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................... 57
2.1.2. Khí hậu ............................................................................................... 58
2.1.3. Đặc điểm cấu trúc địa chất và địa hình .............................................. 61
2.1.4. Đặc điểm thủy văn ............................................................................. 65
2.1.5. Thổ nhƣỡng và lớp phủ thực vật........................................................ 69
2.1.6. Các hoạt động kinh tế - xã hội ........................................................... 74

1


2.2. Phân vùng địa lý tự nhiên và phân chia tiểu lƣu vực .................................. 81
2.2.1. Phân vùng địa lý tự nhiên .................................................................. 81
2.2.2. Phân chia tiểu lƣu vực ....................................................................... 86
2.3. Đặc điểm lũ trên lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn ...................................... 88
2.3.1. Một số trận lũ lịch sử ......................................................................... 88
2.3.2. Thiệt hại do lũ gây ra ......................................................................... 91
Tiểu kết chƣơng 2 .................................................................................................... 94
Chƣơng 3. XÁC LẬP HỆ THỐNG TRẠM QUAN TRẮC MƢA VÀ
HỆ THỐNG CẢNH BÁO LŨ LƢU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN........... 97
3.1. Hệ thống trạm quan trắc mƣa phục vụ cảnh báo lũ lƣu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn ..................................................................................................... 97
3.1.1. Hiện trạng hệ thống trạm quan trắc khí tƣợng thủy văn .................... 97
3.1.2. Số lƣợng và vị trí lắp đặt trạm đo mƣa bổ sung .............................. 102
3.2. Thiếp lập mơ hình phục vụ hệ hỗ trợ cảnh báo lũ lƣu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn ................................................................................................... 114
3.2.1. Cơ sở dữ liệu .................................................................................... 115
3.2.2. Thiết lập mơ hình SWAT ................................................................ 119
3.2.3. Hiệu chỉnh và Kiểm định mơ hình SWAT ...................................... 125
3.2.4. Thiết lập mơ hình HEC-RAS ........................................................... 131
3.2.5. Hiệu chỉnh và Kiểm định mơ hình HEC-RAS ................................ 132
3.3. Đánh giá tính hiệu quả mô phỏng lũ với hệ thống trạm đo mƣa bổ sung ... 136
3.4. Xây dựng hệ hỗ trợ cảnh báo lũ cho lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn ........ 141
Tiểu kết chƣơng 3 .................................................................................................. 147
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 148
KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 150
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................. 151
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 152
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 165
Phụ lục 1................................................................................................................. 166
Phụ lục 2a Phiếu điều tr hả n ng th ch ứng với lũ lụt
(dành cho ngƣời dân vùng hạ lƣu LVS VGTB) ................................................. 168
Phụ lục 2b Phiếu điều tra kinh tế- xã hội và tài nguyên môi trƣờng tỉnh
Quảng N m (dành cho ngƣời dân vùng trung và thƣợng lƣu LVS VGTB) ... 175
Phụ lục 3................................................................................................................. 185
2


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ANN

Artificial Neural Network
(Mạng thần kinh nhân tạo)

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DEM

Digital Elevation Model
(Mơ hình số độ cao)

DSS

Decision Support Systems
(Hệ hỗ trợ ra quyết định)

HTNĐ

Hội tụ nhiệt đới

HEC-RAS

Hydrological Engineering Centre - Geospatial River Analysis System
(Mô hình thủy lực một chiều)

HRUs

Hydrologic Response Units
(Đơn vị thủy văn)

KKL

Khơng khí lạnh

KTTV

Khí tƣợng thủy văn

LVS

Lƣu vực sơng

PDC

Pacific Disaster Center
(Trung tâm Ứng phó Thảm họa Thái Bình Dƣơng)

USAID

U.S. Agency for International Development
(Cơ quan Phát triển Quốc tế Hoa Kỳ)

SWAT

Soil and Water Assessment Tool
(Mơ hình mơ phỏng dịng chảy mặt qua độ ẩm đất )

VGTB

Vu Gia - Thu Bồn

3


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tỷ lệ ảnh hƣởng của hệ thống thông tin liên lạc, giao thông, dịch vụ y tế
công cộng trong mùa lũ............................................................................................. 94
Bảng 3.1. Thông tin về các điểm/trạm có đo mƣa trên lƣu vực sơng
Vu Gia - Thu Bồn ..................................................................................................... 98
Bảng 3.2. Thống kê các trận lũ lớn và hình thế thời tiết điển hình trên lƣu vực

sông Vu Gia Thu Bồn ............................................................................................. 103
Bảng 3.3. Lƣợng mƣa quan trắc trên lƣu vực sông Vu Gia Thu Bồn ứng với
hình thế thời tiết Bão hoặc ATNĐ kết hợp với KKL giai đoạn 1980-2015 ........... 104
Bảng 3.4. Lƣợng mƣa quan trắc trên lƣu vực sông Vu Gia Thu Bồn ứng với
hình thế thời tiết KKL, dải HTNĐ, đới gió đơng và tổ hợp của chúng giai đoạn
1980 - 2015 ............................................................................................................. 106
Bảng 3.5. Lƣợng mƣa trung bình các trận lũ trên lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn
do Bão và ATNĐ gây ra giai đoạn 1980 - 2015 ..................................................... 108
Bảng 3.6. Danh sách trạm quan trắc mƣa tự động lắp đặt ...................................... 112
trên lƣu vực sông Vu Gia Thu Bồn ......................................................................... 112
Bảng 3.7. Loại dữ liệu và nguồn dữ liệu................................................................. 115
Bảng 3.8. Khái quát hiện trạng dữ liệu đầu vào và tiêu chí cần đạt ....................... 117
Bảng 3.9. Khung tiêu chí cho số liệu Khí tƣợng Thủy văn .................................... 118
Bảng 3.10. Một số thơng số ảnh hƣởng dịng chảy cần phân tích .......................... 124
Bảng 3.11. Chỉ số đánh giá kết quả hiệu chỉnh mơ hình năm 2003 ....................... 125
Bảng 3.12. Chỉ số đánh giá kết quả hiệu chỉnh mơ hình năm 2009 ....................... 125
Bảng 3.13. Chỉ số đánh giá kết quả kiểm định mơ hình 2004 ................................ 126
Bảng 3.14. Chỉ số đánh giá kết quả kiểm định mô hình 2013 ................................ 126
Bảng 3.15. Bộ thơng số chính của mơ hình SWAT sau khi hiệu chỉnh, kiểm định ....130
Bảng 3.16. Bảng thống kê các mặt cắt trong mạng thủy lực sông VGTB ...................131
Bảng 3.17. Kết quả đánh giá hiệu chỉnh mơ hình ................................................... 133
Bảng 3.18. Kết quả đánh giá kiểm định mơ hình ................................................... 134
Bảng 3.19. Hệ số nhám trung bình của các đoạn sơng ........................................... 136

4


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống cảnh báo lũ đầy đủ .................................................................... 14
Hình 1.2. Phƣơng pháp dự báo lũ dựa trên mơ hình MARINE ................................ 16

Hình 1.3. Cấu trúc hệ thống quản lý lũ cho LVS Tùng Hoa .................................... 19
Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống dự báo lũ tại LVS Maritsa và Tundzha............................ 20
Hình 1.5. Hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt tại LVS Garang ......................................... 21
Hình 1.6. Hệ thống cảnh báo lũ quét tại Nậm La và Nậm Pàn ................................. 27
Hình 1.7. Bản đồ trực tuyến trong hệ thống cảnh báo lũ lụt tại Phú Thọ ................. 29
Hình 1.8. Quy trình xây dựng CSDL tự nhiên .......................................................... 50
Hình 1.9. Quy trình phân tích, thiết kế, xây dựng CSDL KTTV ............................. 51
Hình 1.10. Tiến trình thành lập bản đồ thực phủ lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn .... 52
Hình 1.11. Sơ đồ tiến trình mơ phỏng dịng chảy của lƣu vực .................................... 53
Hình 1.12. Mơ phỏng mực nƣớc từ 1990 đến 2015 .................................................. 54
Hình 1.13. Sơ đồ nghiên cứu luận án ........................................................................ 55
Hình 2.1. Phạm vi lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (phần thuộc tỉnh Quảng Nam) .. 57
Hình 2.2. Bản đồ địa chất lƣu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn......................................... 62
Hình 2.3. Bản đồ phân bậc địa hình lƣu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn
(phần thuộc tỉnh Quảng Nam) .................................................................................. 64
Hình 2.4. Bản đồ hệ thống sơng ngịi tỉnh Quảng Nam ............................................ 68
Hình 2.5. Sơ đồ duỗi thẳng chi tiết hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn ..................... 69
Hình 2.6. Bản đồ thổ nhƣỡng lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn................................ 71
Hình 2.7. Bản đồ lớp phủ thực mặt đất lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn
giai đoạn 2011- 2012 ................................................................................................ 73
Hình 2.8. Vị trí mẫu khảo sát khu vực thƣợng, trung lƣu (nhánh Vu Gia) .............. 74
Hình 2.9. Ảnh hƣởng của hoạt động khai thác khoáng sản tới lũ vùng hạ lƣu ........ 75
Hình 2.10. Thiệt hại do lũ lụt sau khi có hồ chứa thủy điện ..................................... 77
Hình 2.11. Ý kiến của ngƣời dân địa phƣơng nhận định về diện tích rừng.............. 78
Hình 2.12. Ý kiến của ngƣời dân nhận định về ảnh hƣởng của thay đổi diện tích
rừng tới đời sống tại địa phƣơng ............................................................................... 79
Hình 2.13. Sơ đồ nguyên tắc phân vùng địa lý tự nhiên một khu vực lãnh thổ ....... 83

5

Hình 2.14. Sơ đồ phân vùng địa lý tự nhiên lƣu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn ......... 85
Hình 2.15. Bản đồ phân chia tiểu lƣu vực trên nền DEM lƣu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn (địa phận thuộc tỉnh Quảng Nam) .............................................. 87
Hình 2.16. Vị trí mẫu khảo sát khu vực hạ lƣu ......................................................... 93
Hình 2.17. Ảnh hƣởng của lũ đến đời sống ngƣời dân vùng hạ lƣu ......................... 93
Hình 3.1. Bản đồ mạng lƣới trạm Khí tƣợng Thủy văn trên lƣu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn ..................................................................................................... 99
Hình 3.2. Tƣơng quan giữa tỷ lệ trạm và độ cao của lƣu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn ................................................................................................... 100
Hình 3.3. Bản đồ phân bố lƣợng mƣa trung bình các đợt mƣa do Bão hoặc ATNĐ
kết hợp KKL giai đoạn 1980-2015 trên lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn .............. 105
Hình 3.4. Bản đồ phân bố lƣợng mƣa trung bình các đợt mƣa do KKL,
đới gió đông, dải HTNĐ hoặc tổ hợp của chúng giai đoạn 1980-2015 trên lƣu vực
sông Vu Gia - Thu Bồn ........................................................................................... 107
Hình 3.5. Bản đồ phân bố lƣợng mƣa trung bình các đợt mƣa do Bão hoặc ATNĐ
giai đoạn 1980-2015 trên lƣu vực sơng Vu Gia Thu Bồn ...................................... 109
Hình 3.6. Sơ đồ mạng lƣới trạm đo mƣa đề xuất trên lƣu vực sơng
Vu Gia - Thu Bồn ................................................................................................... 113
Hình 3.7. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn
(theo mã SWAT) ..................................................................................................... 120
Hình 3.8. Bản đồ phân loại đất theo thành phần cơ giới lƣu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn (theo mã SWAT)....................................................................... 121
Hình 3.9. Bản đồ độ dốc lƣu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn ..................................... 122
Hình 3.10. Cửa sổ thao tác chạy mơ hình SWAT................................................... 123
Hình 3.11. Kết quả hiệu chỉnh lƣu lƣợng tại trạm Nơng Sơn 2003 ........................ 126
Hình 3.12. Kết quả hiệu chỉnh lƣu lƣợng tại trạm Thành Mỹ 2003 ....................... 127
Hình 3.13. Kết quả hiệu chỉnh lƣu lƣợng tại trạm Nơng Sơn 2009 ........................ 127
Hình 3.14. Kết quả hiệu chỉnh lƣu lƣợng tại trạm Thành Mỹ 2009 ....................... 128
Hình 3.15. Kết quả kiểm định lƣu lƣợng tại trạm Nơng Sơn 2004 ........................ 128

Hình 3.16. Kết quả kiểm định lƣu lƣợng tại trạm Thành Mỹ 2004 ........................ 129
Hình 3.17. Kết quả kiểm định lƣu lƣợng tại trạm Nông Sơn 2013 ........................ 129

6


Hình 3.18. Kết quả kiểm định lƣu lƣợng tại trạm Thành Mỹ 2013 ........................ 130
Hình 3.19. Mạng lƣới thủy lực hệ thống sơng Vu Gia Thu Bồn ............................ 131
Hình 3.20. Kết quả hiệu chỉnh mực nƣớc mơ hình HEC-RAS tại trạm TV
Ái Nghĩa .................................................................................................................. 133
Hình 3.21. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC-RAS tại trạm TV Giao Thủy .......... 134
Hình 3.22. Kết quả kiểm định mơ hình HEC-RAS tại trạm TV Ái Nghĩa ............. 135
Hình 3.23. Kết quả kiểm định mơ hình HEC-RAS tại trạm TV Giao Thủy .......... 135
Hình 3.24. Kết quả mô phỏng mực nƣớc tại trạm Giao Thủy ................................ 137
Hình 3.25. Kết quả mơ phỏng mực nƣớc tại trạm Ái Nghĩa ứng với trận lũ
13/09/2015 - 20/09/2015 ......................................................................................... 138
Hình 3.26. Kết quả mơ phỏng mực nƣớc tại trạm Giao Thủy ứng với trận lũ
14/10/2015 - 20/10/2015 ......................................................................................... 138
Hình 3.27. Kết quả mơ phỏng mực nƣớc tại trạm Ái Nghĩa ứng với trận lũ
14/10/2015 - 20/10/2015 ......................................................................................... 139
Hình 3.28. Kết quả mô phỏng mực nƣớc tại trạm Giao Thủy ứng với trận lũ
31/10/2015 - 14/11/2015 ......................................................................................... 139
Hình 3.29. Kết quả mô phỏng mực nƣớc tại trạm Ái Nghĩa ứng với trận lũ
31/10/2015 - 14/11/2015 ......................................................................................... 140
Hình 3.31. Kết quả mô phỏng mực nƣớc tại trạm Ái Nghĩa ứng với trận lũ
30/10/2016 - 07/11/2016 ......................................................................................... 141
Hình 3.32. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của hệ thống cảnh báo lũ LVS VGTB ......143
Hình 3.33. Mơ-đun cung cấp thơng tin dự báo, cảnh báo lũ lụt theo
thời gian thực ...................................................................................................... 144
Hình 3.34. WebGIS cung cấp, quản lý số liệu KTTV, ngập lụt theo

thời gian thực ...................................................................................................... 144
Hình 3.35. Q trình kích hoạt mô-đun cảnh báo lũ qua tin nhắn SMS ................. 145

7


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Lũ là một trong những thiên tai có sức tàn phá rất lớn trên tồn thế giới nói
chung và ở Việt Nam nói riêng. Lũ xảy ra làm tràn ngập và phá hủy các cơng trình,
nhà cửa dọc theo sơng và thƣờng xun đe dọa cuộc sống của ngƣời dân, gây ra
những tổn thất đáng kể về ngƣời, tài sản và cơ sở hạ tầng.
Quảng Nam là tỉnh hàng năm thƣờng xuyên chịu ảnh hƣởng của nhiều thiên tai,
trong đó bão, lũ đƣợc xếp hàng đầu về phạm vi ảnh hƣởng, mức độ nghiêm trọng và
tần suất xuất hiện. Đặc biệt trong những năm gần đây, dƣới ảnh hƣởng của biến đổi
khí hậu (BĐKH) và áp lực phát triển kinh tế - xã hội, tình hình lũ lụt trên địa bàn tỉnh
diễn biến ngày càng bất thƣờng, gây thiệt hại ngày càng lớn về ngƣời, tài sản và cơ sở
hạ tầng. Cụ thể theo thống kê từ năm 1997 đến 2015, lũ lụt đã làm 590 ngƣời chết, 33
ngƣời mất tích, 1.560 ngƣời bị thƣơng; thiệt hại về tài sản, cơ sở hạ tầng lên tới
9.452,75 tỷ đồng [4]. Đặc biệt đợt lũ năm 2007 và 2009 đƣợc xem là thiên tai gây hậu
quả nặng nề nhất trong vòng 100 năm qua ở Quảng Nam với tổng thiệt hại lên tới
5.700 tỷ đồng [5]. Có thể thấy rằng thiệt hại về mặt con ngƣời và kinh tế do các trận
lũ lớn gây ra tƣơng đồng với mức độ lớn của lũ. Chính vì vậy, lũ lụt đã và đang hạn
chế sự phát triển kinh tế của tỉnh Quảng Nam, gây tác động tiêu cực đến môi trƣờng
cũng nhƣ đời sống xã hội. Qua nghiên cứu cho thấy các hệ thống cảnh báo lũ hiện
nay tại lƣu vực sông (LVS) Vu Gia - Thu Bồn (VGTB) chủ yếu tập trung cho dự báo
chứ chƣa có hệ thống cảnh báo đầy đủ, tuy đã góp phần hạn chế đƣợc những thiệt hại
về ngƣời và của nhƣng vẫn chƣa thực sự đáp ứng đƣợc các đòi hỏi của thực tiễn, thiệt
hại do lũ gây ra vẫn còn rất nặng nề và thƣờng để lại những hậu quả to lớn cả trong
trƣớc mắt và lâu dài. Vì vậy, việc xây dựng một hệ thống cảnh báo thiên tai, đặc biệt

là lũ trên LVS VGTB là hết sức cần thiết, làm cơ sở cho việc xây dựng kế hoạch ứng
phó và quản lý thiên tai trên địa bàn tỉnh Quảng Nam nói chung và LVS VGTB nói
riêng. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn là cơ sở để nghiên cứu sinh đề xuất đề tài luận
án “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học cho hệ hỗ trợ cảnh báo lũ lưu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam”.
8


2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
a. Mục tiêu
Xác lập đƣợc cơ sở khoa học cho thiết kế bổ sung trạm đo mƣa và xây dựng
hệ hỗ trợ cảnh báo lũ thơng qua tích hợp GIS, mơ hình SWAT và HEC-RAS trên
LVS VGTB, tỉnh Quảng Nam.
b. Nội dung nghiên cứu
 Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn của các hệ hỗ trợ cảnh báo lũ.
 Tìm hiểu về hiện trạng lũ trên LVS VGTB.
 Phân tích nhóm các nhân tố ảnh hƣởng tới lũ trên LVS VGTB.
 Đánh giá thực trạng mạng lƣới trạm KTTV hiện tại, từ đó xác định số lƣợng
trạm cần lắp thêm trên LVS VGTB. Xác định vị trí phù hợp lắp đặt trạm đo mƣa để
hỗ trợ việc thu thập dữ liệu phục vụ cảnh báo lũ cho LVS VGTB.
 Thiết lập, hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình SWAT, HEC-RAS mơ phỏng lũ.
 Tích hợp, tự động hóa kết nối mơ hình SWAT, HEC-RAS để dự báo lũ theo
thời gian thực phục vụ xây dựng hệ thống hỗ trợ cảnh báo lũ trên LVS VGTB.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu:
Đặc điểm lũ trên LVS VGTB, các nhân tố ảnh hƣởng đến lũ và mơ hình cảnh báo
lũ, mạng lƣới quan trắc mƣa phục vụ dự báo và cảnh báo lũ.
 Phạm vi nghiên cứu:
-

Phạm vi không gian: Nghiên cứu của luận án đƣợc giới hạn trong LVS
VGTB thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam

-

Phạm vi khoa học: Xây dựng hệ thống cảnh báo lũ; Xác định số lƣợng và
vị trí đặt trạm đo mƣa.

4. Những điểm mới của luận án
- Đã xác định đƣợc số lƣợng trạm và vị trí lắp đặt các trạm đo mƣa bổ sung
phù hợp với đặc điểm và sự phân hóa các điều kiện địa lý phục vụ tăng cƣờng chất
lƣợng dự báo, cảnh báo lũ trên LVS VGTB.
- Đã xác lập đƣợc hệ hỗ trợ cảnh báo lũ đầy đủ phù hợp với LVS VGTB dựa
trên tích hợp GIS, mơ hình SWAT và HEC-RAS.
9


5. Những luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Đặc điểm và sự phân hóa các điều kiện địa lý là cơ sở khoa học
cho việc xác định số lƣợng và bổ sung các trạm đo mƣa phù hợp phục vụ cảnh báo
lũ LVS VGTB.
Luận điểm 2: Hệ thống hỗ trợ cảnh báo lũ hoàn chỉnh đƣợc xây dựng trên cơ sở
tích hợp GIS, mơ hình SWAT và HEC-RAS cùng với số lƣợng trạm đo mƣa phù
hợp góp phần tăng cƣờng chất lƣợng dự báo, cảnh báo lũ trên LVS VGTB.
6. Ý nghĩ


ho học và thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học

Bộ số liệu KTTV thu thập liên tục nhiều năm sẽ là nguồn dữ liệu đầu vào cho

quá trình xây dựng, cải thiện vấn đề dự báo lũ cho LVS VGTB. Hệ thống mô phỏng
lũ SWAT, HEC-RAS đƣợc cải tiến thông qua việc sử dụng các số liệu quan trắc
thực tế tại các điểm đo bổ sung sẽ nâng cao hơn nữa chất lƣợng và độ chính xác dự
báo/cảnh báo lũ.
Luận án đã đề xuất sử dụng kết hợp mơ hình SWAT với HEC-RAS cho mơ
phỏng và dự báo lũ ở LVS VGTB với những kết quả đáng khích lệ và cho thấy khả
năng ứng dụng của bộ công cụ này trong các nghiên cứu tƣơng tự.


Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả của luận án cung cấp cách tiếp cận nghiên cứu cảnh báo lũ phù hợp

với điều kiện LVS VGTB thông qua xây dựng hệ hỗ trợ cảnh báo lũ theo thời gian
thực nhằm cung cấp thông tin đầy đủ về tình hình thời tiết, diễn biến lũ (lƣu lƣợng
dòng chảy, mực nƣớc) nhằm giảm thiểu thiệt hại về ngƣời và của cho ngƣời dân trên
LVS. Đồng thời, là tiền đề để tiến đến xây dựng hoàn thiện một hệ thống cảnh báo sớm
(Early Warning System) phục vụ cho việc phòng chống các thiên tai trong tƣơng lai.
- Hệ thống cảnh báo này sẽ cung cấp cho ngƣời dân, chính quyền địa phƣơng
các thơng tin hữu ích về tình trạng lũ trên LVS, qua đó hỗ trợ cho việc ra quyết định
di tản ngƣời dân, tài sản một cách chủ động nhằm giảm thiểu những thiệt hại do lũ
gây ra.

10


7. Cơ sở tài liệu, số liệu
Nguồn tài liệu sử dụng trong luận án gồm các nhóm nhƣ sau:


Hệ thống các bản đồ số đƣợc thu thập từ các cơ quan chức năng ở các tỷ lệ

khác nhau:
-

Bản đồ tỷ lệ 1/25.000: Bản đồ nền cơ bản (thủy hệ, giao thơng, ranh giới

hành chính), bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Quảng Nam năm 2010.
-

Bản đồ tỷ lệ 1/10.000: Bản đồ nền địa hình



Ảnh viễn thám tỉnh Quảng Nam gồm 10 cảnh ảnh:

-

Ảnh vệ tinh SPOT5 PAN xử lý mức 2A, độ phân giải 5m năm 2011 - 2012

-

Ảnh vệ tinh SPOT5 XS xử lý mức 2A, độ phân giải 10m năm 2011 - 2012
 Hệ thống tài liệu: Các tài liệu, số liệu từ các bài báo, tạp chí, đề tài nghiên

cứu khoa học hay những tài liệu thống kê báo cáo thực trạng và định hƣớng phát
triển kinh tế - xã hội, dữ liệu tình hình thiên tai, bão, lũ lụt, số liệu KTTV của các
Sở ban ngành tỉnh Quảng Nam.
 Dữ liệu thừa kế đề tài: “Hệ hỗ trợ trực tuyến cảnh báo lũ cho LVS VGTB,

tỉnh Quảng Nam”, Mã số KC.01.24/11-15 (NCS là thành viên chính tham gia đề tài).
8. Cấu trúc của luận án
Ngồi phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục thì
nội dung chính của luận án đƣợc trình bày trong 3 chƣơng:
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chƣơng 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN LŨ VÀ ĐẶC ĐIỂM LŨ TRÊN
LƢU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN
Chƣơng 3: XÁC LẬP HỆ THỐNG TRẠM QUAN TRẮC MƢA VÀ HỆ THỐNG
CẢNH BÁO LŨ LƢU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN

11


Chƣơng 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu có liên quan
1.1.1.

Trên thế giới

1.1.1.1. Sự hình thành và phát triển DSS trong quản lý tài nguyên nước
Vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trƣớc ở Mỹ đã xây dựng một hệ
DSS quản lý tài nguyên nƣớc cho LVS Colorado [130]. Công ty CDM Mỹ đã xây
dựng thành công DSS chuyên ngành phục vụ việc quy hoạch, tối ƣu cấp nƣớc dài
hạn, áp dụng thành công ở Philadelphia, Los Angeles. Ở Úc áp dụng khá thành công
hệ DSS trong quản lý lƣu vực Murray-Darling [124]. Ở Ai Cập, bộ Thủy lợi với hỗ
trợ của công ty IT Synergy Group đã xây dựng một DSS chạy trên nền GIS chuyên
phục vụ quản lý tƣới [87]. Tại nƣớc Anh, C.K. Makropoulos và các cộng sự đã
nghiên cứu xây dựng bộ công cụ hỗ trợ ra quyết định trong quản lý tổng hợp tài
nguyên nƣớc đô thị nhằm tạo thuận lợi cho việc lựa chọn phối hợp các chiến lƣợc

và công nghệ tiết kiệm nƣớc và để hỗ trợ quản lý nƣớc tổng hợp và bền vững [98].
Một hệ thống hỗ trợ ra quyết định tổng hợp sử dụng phần mềm GIS đƣợc nhóm
Hamed Assaf và các cộng sự thiết kế để giúp các nhà làm chính sách và các bên liên
quan hiểu rõ hơn về q trình gây suy thối chất lƣợng nƣớc mặt và dùng đánh giá
các lựa chọn quản lý chất lƣợng nƣớc ở lƣu vực Litani của Lebanon [82]. Hệ thống
hỗ trợ ra quyết định đƣợc phát triển dựa trên mơ hình WEAP và sử dụng để đánh
giá hai kế hoạch quản lý chất lƣợng nƣớc chính có tính đến các biến thủy văn,
không gian, thời gian và nhận biết kế hoạch tốt nhất.
Với mục đích quản lý bền vững LVS, một nghiên cứu tại Đức do Sven
Lautenbach và các cộng sự đã phát triển một hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS)
nhằm phân tích kịch bản và các lựa chọn quản lý bền vững LVS Elbe của nƣớc
Đức, gọi tắt là Elbe-DSS [108]. Hệ thống này kết hợp các mơ hình mơ phỏng địa lý
và các bộ dữ liệu có liên quan. Nội dung thiết kế hệ DSS đƣợc phát triển với sự hợp
tác chặt chẽ của ngƣời sử dụng, trong đó ngƣời sử dụng có thể đánh giá hiệu quả
của các hoạt động quản lý. Ngoài việc thiết lập các kịch bản quản lý, nghiên cứu
12


còn đánh giá hiệu qủa của các kịch bản quản lý và rút ra các bài học cho việc phát
triển DSS ở các lƣu vực tƣơng tự.
Tác giả Veerakcuddy Rajasekaram đã xây dựng hệ hỗ trợ ra quyết định để giải
quyết xung đột trong quản lý nƣớc hồ chứa đa mục tiêu [118]. Hệ DSS này gồm hệ
thống thông tin liên lạc trong đó có sử dụng các cơng cụ tiện ích thơng minh, hệ
thống quản lý cơ sở dữ liệu và hệ thống quản lý dựa trên mơ hình. Hệ đƣợc thiết kế
để giải quyết xung đột giữa các nhóm mục tiêu là nhu cầu dùng nƣớc cho tƣới, nƣớc
sinh hoạt, nƣớc vận hành thủy điện và giảm thiểu thiệt hại do lũ.
Nhƣ vậy, có thể thấy rằng việc xây dựng và phát triển hệ hỗ trợ ra quyết định
trên thế giới đã đạt nhiều thành công, đặc biệt là trong việc sử dụng để quản lý tổng
hợp tài nguyên nƣớc.
1.1.1.2. Các nghiên cứu hệ hỗ trợ cảnh báo báo lũ trên thế giới

Để xây dựng một hệ thống quan trắc, cảnh báo lũ hiệu quả là vấn đề khơng hề
đơn giản, vì nó địi hỏi độ tin cậy cùng với sự sẵn có của các thơng tin liên quan.
Trong những năm qua, đã có nhiều nghiên cứu về cảnh báo lũ đƣợc thực hiện trên
thế giới với nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ sử dụng mạng cảm biến không dây
[70,106], hệ thống nhúng với một trung gian [73,85], thu thập dữ liệu thời gian thực
dựa trên internet [71], mô phỏng và dự báo lũ lụt [107]. Bên cạnh công nghệ cảm
biến, GIS và viễn thám cũng đƣợc sử dụng để cải thiện độ chính xác [119].
Một số hệ thống dự báo, cảnh báo lũ lụt điển hình trên thế giới có thể kể
đến nhƣ:
- DELFT- FEWS [78]: Đây là hệ thống dự báo và cảnh báo thủy văn đƣợc
phát triển bởi Deltares, Hà Lan. Hệ thống này tích hợp nhiều mơ-đun chun dụng
với mức cấu hình cao và linh hoạt, có khả năng xử lý và tích hợp các bộ dữ liệu lớn.
- Automated Local Evaluation in Real Time (ALERT) [104]: Đây là
phƣơng pháp sử dụng cảm biến từ xa để truyền dữ liệu môi trƣờng về một máy
tính trung tâm theo thời gian thực. Phƣơng pháp này đƣợc phát triển trong những
năm 1970 bởi Trung tâm Dịch vụ Thời tiết Quốc gia và đã đƣợc sử dụng trong
nhiều tổ chức nhƣ Cục Khảo sát Địa chất Mỹ, Hội Kỹ sƣ Quân đội Hoa Kỳ, Cục

13


Khai hoang, các cơ quan nhà nƣớc, địa phƣơng và các tổ chức quốc tế. Hệ thống
ALERT đã trở thành tiêu chuẩn trong thu thập dữ liệu theo thời gian thực về mơi
trƣờng vì tính chính xác, độ tin cậy và chi phí thấp của nó. Đến năm 2010, Hội
đồng quốc gia cảnh báo thủy văn [104], kết hợp với các thành viên nhóm sử dụng
ALERT, đã phát hành ALERT2, trong đó bao gồm thiết kế tiêu chuẩn mới cho
việc truyền dữ liệu để cải thiện độ chính xác và mức độ hiệu quả của hệ thống
nhằm phát hiện sớm lũ lụt và các thiên tai khác trên thế giới. ALERT2 có cùng
mức chi phí và độ tin cậy của hệ thống ALERT nhƣng cung cấp dữ liệu nhanh hơn
10 lần với độ chính xác cao hơn.

- Central America Flash Flood Guidance là một ví dụ về hệ thống cảnh báo
lũ quét ở phạm vi vùng [76]. Hệ thống này cung cấp thông tin KTTV liên quan đến
lũ quét cho các quốc gia thuộc khu vực Trung Mỹ bao gồm Belize, Costa Rica, El
Salvador, Guatemala, Honduras và Nicaragua.
- Hệ thống dự báo lũ của Ủy ban sông Mekong hoạt động từ năm 1970.
Đây là một hệ thống tích hợp cung cấp thông tin dự báo lũ lụt cho các nƣớc
thành viên thuộc LVS Mekong. Hệ thống này bao gồm ba thành phần: thu thập truyền dữ liệu, dự báo lũ lụt và cung cấp thông tin cảnh báo lũ ở cấp độ vùng
cũng nhƣ quốc gia [72].
Nhìn chung, có thể có nhiều hệ thống cảnh báo lũ với nhiều biến thể, gồm
nhiều phân hệ và các chức năng khác nhau nhƣng có thể khái quát hóa chung một
hệ thống đầy đủ cần có 4 mơ-đun/thành phần là (xem Hình 1.1): (1) Thu thập dữ
liệu; (2) Xử lý lƣu trữ dữ liệu; (3) Mơ hình; (4) Truyền tin.
Hệ thống cảnh báo lũ đầy đủ

+ dữ liệu
Thu thập

Xử lý lƣu+trữ dữ +
liệu

Mô hình

Hình 1.1. Hệ thống cảnh báo lũ đầy đủ
14

Truyền tin


Trong đó, mơ-đun Thu thập dữ liệu: sẽ bao gồm mạng lƣới quan trắc KTTV
theo thời gian thực và cáchạ tầng viễn thông (GSM/GPRS, Internet) nhằm truyền

các dữ liệu đã quan trắc về hệ thống; mô-đun Xử lý lưu trữ dữ liệu: có chức năng
xác thực, tiếp nhận, lƣu trữ và xử lý các số liệu quan trắc từ mạng lƣới cũng nhƣ các
thông tin dữ liệu khác (dự báo, cảnh báo,…) hoặc các nguồn thông tin khác nhƣ
danh sáchngƣời sử dụng (ngƣời dân, cán bộ quản lý),… thƣờng dƣới dạng một cơ
sở dữ liệu; mơ-đun Mơ hình dự báo/cảnh báo lũ: đóng vai trị then chốt trong việc
xây dựng các kịch bản mô phỏng và dự báo lũ, thƣờng dựa trên các mơ hình thủy
văn, thủy lực đã đƣợc hiệu chỉnh và kiểm chứng trên LVS nghiên cứu; và mô-đun
Truyền tin: giúp truyền và chuyển tải thông tin về dự báo/cảnh báo lũ đến cộng
đồng và ngƣời sử dụng thƣờng qua các bản tin, email, trang web trực tuyến và trong
thời gian gần đây có thể là gửi các tin nhắn khẩn cấp cho danh sách xác định sẵn
những ngƣời sử dụng có đăng ký hoặc các ứng dụng trên điện thoại di động thơng
minh khác.
Có rất nhiều các nghiên cứu về hệ thống cảnh báo lũ cả trên khía cạnh phát
triển về lý thuyết cũng nhƣ phát triển các ứng dụng thực tiễn, nhìn chung có thể chia
các nghiên cứu liên quan đến cảnh báo lũ trên thế giới theo hai hƣớng chính: phát
triển riêng rẽ từng mơ-đun thành phần trong hệ thống cảnh báo lũ (trong đó các nhà
khoa học trong lĩnh vực khoa học trái đất thƣờng chú ý đến mô-đun 1 và mô-đun 3)
và xây dựng một hệ thống cảnh báo lũ đầy đủ.
a) Phát triển riêng rẽ từng thành phần trong hệ thống cảnh báo lũ
Mô phỏng lũ lụt đƣợc xem là yếu tố mấu chốt quyết định sự thành công của hệ
thống cảnh báo lũ. Do vậy, rất nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện liên quan đến
xây dựng, phát triển mơ hình lũ lụt, chính là phần lõi hay nền tảng của các hệ thống
cảnh báo lũ hiện nay. Các hƣớng nghiên cứu chính:
(1) Nghiên cứu về phát triển và cải tiến mơ hình dự báo lũ
Vladimir và Arie (1995) [120] đã xây dựng một mơ hình tổng hợp để dự báo
lũ quét theo thời gian thực cho sông Ayalon ở trung tâm Israel. Mơ hình này bao
gồm bốn mơ hình con: mơ hình hồi quy tính tốn dịng chảy tại các trạm thƣợng
15

nguồn trên hai nhánh sơng lớn, mơ hình truyền lũ mơ phỏng thời gian dịng chảy di
chuyển từ các trạm này đến trạm hạ lƣu nằm trên dịng chính, đƣờng cong thời giandiện tích (time-area concentration curve) cho các tiểu lƣu vực nằm giữa các trạm
thƣợng nguồn và hạ nguồn, và đƣờng cong suy giảm (recession curve) cho các trạm
hạ lƣu. Mơ hình kết hợp với cơ chế thích ứng điều chỉnh liên tục các lỗi dự báo, có
khả năng dự báo theo bảy bƣớc thời gian khác nhau từ 0,5 đến 3,5 giờ. Kết quả này
cung cấp dữ liệu đầu vào thích hợp cho một hệ thống cảnh báo lũ trên sông Ayalon.
Valérie và cộng sự (2002) [116] đã phát triển phƣơng pháp dự báo lũ quét dựa
trên mô hình MARINE (Modélisation de l’Anticipation du Ruissellement et des
Inondations pour des évéNements Extrêmes) nhƣ Hình 1.2. bao gồm hai phần: mơ
phỏng dịng chảy lũ ở phần thƣợng lƣu và mơ phỏng lan truyền lũ trong dịng sơng
chính. Phƣơng pháp này đã đƣợc thử nghiệm tại một số trận lũ quét gần đây trên lƣu
vực Địa Trung Hải của Pháp và cho thấy khả năng cung cấp các dữ liệu liên quan về
tiến trình lũ lụt và áp dụng ngay cả khi dữ liệu quan trắc lịch sử thƣa thớt.

H nh 1.2. Phương pháp dự báo lũ dựa trên mơ hình MARINE
Nguồn: Valérie và cộng sự (2002)
16


Knebl và cộng sự (2005) [93] phát triển một phƣơng pháp mơ phỏng lũ lụt ở
quy mơ khu vực tích hợp dữ liệu mƣa NEXRAD, GIS và mơ hình thủy văn HECHMS, mơ hình thủy lực HEC-RAS cho LVS San Antonio, Hoa Kỳ. Kết quả của
nghiên cứu đã cung cấp một công cụ để dự báo lũ lụt trên quy mơ khu vực, khơng
chỉ cho LVS San Antonio mà cịn có thể áp dụng cho các lƣu vực khác trên tồn
nƣớc Mỹ.
Trong khi đó, với mục tiêu cải thiện độ chính xác của q trình mơ phỏng lũ
qt [17] đề xuất cách tiếp cận dựa trên mạng lƣới thần kinh (Neural Networks).
Đây là nghiên cứu thuộc dự án FLASH đƣợc tài trợ bởi Cơ quan Nghiên cứu của
Pháp (French Agency of Research). Quá trình thử nghiệm tại LVS Gardon
d’Anduze vào tháng 9/2002, 10/2008 và 11/2008 cho thấy kết quả mô phỏng rất khả
quan trong vòng 3 giờ trƣớc khi lũ, cho phép cảnh báo sớm đến ngƣời dân vùng bị

ảnh hƣởng của lũ.
(2) Nghiên cứu thành lập bản đồ ngập lụt làm cơ sở cho quá trình dự báo và
cảnh báo lũ
Một trong những kết quả đầu ra quan trọng trong bài tốn cảnh báo lũ lụt đó là
bản đồ vùng ngập lụt. Để thành lập bản đồ ngập lụt, đòi hỏi phải sử dụng một lƣợng
rất lớn dữ liệu đầu vào, dẫn đến tốn rất nhiều thời gian và tiền của. Tuy nhiên, sự
phát triển trong những năm gần đây của công nghệ thông tin, viễn thám và GIS đã
hỗ trợ rất nhiều cho công tác khảo sát thực địa, làm cho quá trình lập bản đồ lũ lụt
đƣợc thực hiện một cách tự động và trực quan hơn. Liên quan đến chủ đề này
Thudchai, S., và Kampanad, B. (2007) đã tiến hành nghiên cứu tích hợp GIS và mơ
hình thủy lực HEC-RAS đánh giá dịng chảy trên sơng Mae Klong, Thái Lan, từ đó
thành lập bản đồ nguy cơ lũ lụt [115]. Trong nghiên cứu này, GIS đƣợc sử dụng để
xây dựng mơ hình địa hình số. Sau đó, mơ hình địa hình số đƣợc tích hợp với HECRAS để phác họa vùng ngập lụt, làm cơ sở cho quá trình dự báo và cảnh báo lũ. Kết
quả của nghiên cứu cho thấy GIS hỗ trợ đắc lực các kỹ sƣ thủy lực trong phát triển
các mơ hình thủy lực hiệu quả hơn thông qua khả năng hiển thị trực quan kết quả
mô phỏng.
17


(3) Nghiên cứu tích hợp web và GIS hỗ trợ kiểm sốt lũ
WebGIS ra đời trên cơ sở tích hợp web và GIS nhằm tận dụng những lợi thế
của cả hai cơng nghệ. Với sự phát triển nhanh chóng, WebGIS ngày càng đóng vai
trị quan trọng trong các dịch vụ thông tin khẩn cấp, quyết định sự thành công của
hệ hỗ trợ kiểm soát lũ. Quan tâm đến chủ đề này, Huicheng và cộng sự (2003) [86]
đã nghiên cứu cách thức tích hợp hiệu quả WebGIS với việc phân tích và tính tốn
kiểm sốt lũ khẩn cấp tại tỉnh Hắc Long Giang, Trung Quốc. Kết quả nghiên cứu
cho thấy việc thiết kế một hệ thống kiểm soát lũ khẩn cấp trên nền WebGIS là hoàn
toàn khả thi và cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả kiểm soát lũ lụt khẩn cấp và đảm
bảo mức độ tin cậy cho các quyết định.
b) Xây dựng hệ thống cảnh báo lũ đầy đủ

Jin (2007) phát triển hệ hỗ trợ quyết định trong dự báo và cảnh báo lũ tại LVS
Maribyrnong, Australia mang tên “Decision Support System for Flood Control in
the Maribyrnong River basin” [90].
Hệ thống này gồm năm hệ thống con: hệ quản trị CSDL, khối mơ hình; cơng
cụ phân tích và hiển thị dữ liệu không gian; hệ thống hỗ trợ quyết định; giao diện.
Mơ hình thủy văn “Unified River Basin Simulator” và mơ hình thủy lực HEC-RAS
trong khối mơ hình đƣợc sử dụng để tính tốn diễn biến lũ lụt và mực nƣớc lũ trong
vùng bị ngập lụt. Đây là một hệ thống đƣợc thiết kế nhằm mục đích hỗ trợ các nhà
quản lý đƣa ra những quyết định kịp thời, chính xác trong dự báo lũ và cảnh báo từ
khâu tìm kiếm dữ liệu cho đến khâu ra quyết định sau cùng.
Steve và Sun (2008) đã phát triển hệ thống quản lý lũ lụt cho LVS Tùng Hoa,
phía bắc Trung Quốc với mục đích nâng cao khả năng phịng chống lũ lụt và giảm
thiểu thiệt hại do lũ gây ra [111]. Đây là một hệ thống tích hợp 4 thành phần (xem
Hình 1.3) bao gồm: (1) hệ thống dự báo lũ lụt nhanh chóng và tin cậy dựa trên cơ sở
mơ hình tốn, (2) các mơ hình tốn mơ phỏng lũ lụt, vận hành hồ chứa đƣợc xây
dựng dựa trên mơ hình NAM và họ mơ hình MIKE (MIKE 11HD, MIKE FLOOD,
MIKE FLOODWATCH, MIKE 11-DA và MIKE 11SO), (3) hệ thống thông tin
quản lý lũ lụt dựa trên GIS linh hoạt, thân thiện cho phép mơ hình hóa, hiển thị dữ
18


liệu KTTV, vùng ngập lụt,… và (4) hệ hỗ trợ quyết định quản lý lũ lụt giúp nhà
quản lý đề ra những chính sách quản lý lũ phù hợp và thực hiện những biện pháp
ứng phó kịp thời với lũ lụt. Hệ thống này đã đƣợc thử nghiệm thành công và nhận
đƣợc sự phản ứng tích cực từ nhiều ngƣời sử dụng.

H nh 1.3. Cấu trúc hệ thống quản lý lũ cho LVS Tùng Hoa
Nguồn: Steve, P., và Sun, Y. , 2008
19

Michel (2008) đã xây dựng hệ thống cảnh báo lũ Econova cho các LVS ở
Canada [102]. Hệ thống này tích hợp các thơng tin khí hậu và mực nƣớc với tiến
trình xử lý dữ liệu theo thời gian thực, mơ hình dự báo lũ (MIKE 11 và MIKE
FLOODWATCH) và cơng nghệ thơng tin truyền thơng. Hệ thống này đƣợc ví nhƣ
một giải pháp chìa khóa trao tay hỗ trợ các cấp chính quyền trong nhận diện, quản
lý, giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra trong những khu vực bị ảnh hƣởng trên tất cả
các khía cạnh khác nhau của quản lý nguy cơ lũ lụt (chuỗi dữ liệu thời gian, vị trí
địa lý, cảnh báo sớm lũ lụt, dự báo và lập bản đồ lũ lụt, tổ chức vận hành). Đây là hệ
thống nhằm mục đích phục vụ cộng đồng, tạo nền tảng thúc đẩy việc xây dựng hệ
thống cảnh báo lũ quét trên toàn thế giới.
Arne và cộng sự (2010) mô tả một hệ thống dự báo lũ đƣợc phát triển cho
LVS Maritsa và Tundzha, Bulgaria với hai thành phần chính (xem Hình 1.4) [66]:
(1) mơ hình số bao gồm một phần thủy văn (MIKE11-NAM) và một phần thủy lực
(MIKE11-HD), (2) một hệ thống dự báo lũ (sử dụng MIKE-Flood Watch). Hệ
thống này đã đi vào hoạt động từ tháng 11/ 2008.

H nh 1.4. Sơ đồ hệ thống dự báo lũ tại LVS Maritsa và Tundzha
Nguồn: Arne, R., và cộng sự, 2010

20


Joko (2010) xây dựng hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt tại LVS Garang, Indonesia
sử dụng công nghệ thông tin thơng qua tin nhắn SMS và Web [91] (xem Hình 1.5).
Trong nghiên cứu này, một hệ thống cảnh báo lũ sớm đƣợc xây dựng, thiết bị đo
lƣợng mƣa tự động đƣợc đặt ở thƣợng nguồn của sông Garang và thiết bị đo mực
nƣớc tự động đƣợc đặt trong đập Simongan. Để thu nhận số liệu lƣợng mƣa và mực
nƣớc, một máy chủ đƣợc đặt tại văn phịng chính phủ Semarang với chức năng gửi
thơng tin về tình trạng lũ lụt đến các cơ quan chuyên trách và cộng đồng bị ảnh

hƣởng bởi lũ lụt. Mơ hình ANN đƣợc sử dụng để dự đoán mực nƣớc từ dữ liệu đầu
vào là lƣợng mƣa trên thƣợng nguồn từ 1, 2, 3, 4 hoặc 5 ngày trƣớc lũ và mực nƣớc
ở hạ lƣu trong 3 giờ trƣớc lũ. Thông tin đầu ra của mơ hình là mực nƣớc hạ lƣu
trong 2 giờ tiếp theo. Hệ thống này đƣợc tích hợp với tin nhắn SMS và Web cho
phép truy cập thông tin cảnh báo lũ ở bất cứ nơi nào, chỉ cần có mạng lƣới thông tin
liên lạc.

H nh 1.5. Hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt tại LVS Garang
Nguồn: Joko, W., 2010

21