Môc lôc
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. 1
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................................. 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................................... 3
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 5
CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ NGẬP LỤT ......................................... 7
1.1. Bản đồ phục vụ quản lý ngập lụt....................................................................................... 7
1.2. Các phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 9
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong khu vực ....................................................... 10
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................................... 12
1.5. Một số mô hình toán học trong nghiên cứu ngập lụt........................................................ 14
1.5.1. Mô hình thủy văn HEC-HMS .................................................................................. 14
1.5.2. Mô hình toán thủy lực mạng sông HEC-RAS .......................................................... 15
1.5.3. Giới thiệu về phần mềm SWAT2000 ....................................................................... 15
1.5.4. Giới thiệu về hệ thống phần mềm MIKE................................................................. 16
CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS ...................................... 18
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT .......................................................................... 18
2.1. Đặc tính kỹ thuật của tư liệu ảnh vệ tinh ......................................................................... 18
2.1.1. Các đặc tính cơ bản của ảnh vệ tinh ......................................................................... 18
2.1.2. Ảnh Radar trong nghiên cứu ngập lụt....................................................................... 19
2.1.3. Các đặc tính của ảnh vệ tinh sử dụng trong luận văn ................................................ 20
2.2. Quy trình kết hợp viễn thám và mô hình thủy văn, thủy lực ............................................ 24
2.3. Quy trình đặt, thu ảnh nhanh của trạm thu ảnh vệ tinh .................................................... 26
2.4. Chiết tách một số thông số đầu vào của mô hình MIKE11 từ DEM bằng mô hình
SWAT2000 ........................................................................................................................... 28
2.5. Chiết tách một số thông số đầu vào của mô hình MIKE11 từ tư liệu viễn thám ............... 30
2.6. Lập bản đồ hiện trạng ngập lụt từ ảnh viễn thám ............................................................. 33
2.7. Quy trình công nghệ chiết tách vết ngập lũ từ ảnh vệ tinh RADAR................................. 34
2.8. Quy trình công nghệ phân loại tự động lớp phủ trên ảnh viễn thám bằng phương pháp
phân loại có giám định .......................................................................................................... 38
CHƯƠNG III : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ............................. 43

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ALOS

The Advanced Land Observing Satellite
Vệ tinh quan sát Trái Đất của Nhật Bản

MIKE NAM

Mô hình thuỷ văn

MIKE 11

Mô hình thuỷ lực

MIKE GIS

Mô hình MIKE kết nối GIS

SWAT

Soil and Water Assessment Tool
Mô hình mưa dòng chảy

DEM

Mô hình số độ cao

SRTM

Shuttle Radar Topography Mission


CSDL

Cơ sở dữ liệu

LVS

Lưu vực sông

CNTT

Công nghệ thông tin

SPOT

Système Pour l’Observation de la Terre
Hệ thống vệ tinh quan trắc Trái Đất của Pháp

1


DANH MC HèNH V
Hình 1 -1: Sơ đồ các chức năng của SWAT ..................................................................... 16
Hình 2 -1: Dải tần số hoạt động của Radar ...................................................................... 19
Hình 2-2: Sơ đồ quy trình kết hợp viễn thám và mô hình thủy văn, thủy lực tính toán
ngập lụt........................................................................................................................... 24
Hình 2-3: Sơ đồ quy trình đặt, thu ảnh nhanh của trạm thu ảnh vệ tinh............................ 26
Hình 2-4 :Sơ đồ quy trình tách chiết các thông số của mô hình MIKE11 bằng modul
SWAT2000 ..................................................................................................................... 28
Hình 2-5: Quy trình đặt chụp ảnh viễn thám và chiết tách vùng ngập lụt ......................... 34

DANH MC BNG BIU
Bảng 2-1: Danh mục các sản phẩm ảnh vệ tinh SPOT 5................................................... 23
Bảng 2-2: Thông số của ảnh ALOS PALSAR.................................................................. 24
Bảng 3-1: Bảng các thông số đầu vào của mô hình thuỷ văn MIKE11 được chiết tách từ
tư liệu viễn thám: ............................................................................................................ 51
Bảng 3-2: Diện tích các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Kôn - Hà Thanh.................... 53
Bảng 3-3: Quan hệ tổng lượng mưa trận các trạm trong lưu vực sông Kôn- Hà Thanh
trong trận lũ 2003 (14-21/X/2003) .................................................................................. 56
Bảng 3- 4: Cao độ mực nước lớn nhất tại các ô ruộng tính toán từ trận mưa năm 1999 .... 60
Bảng 3- 5: Cao độ mực nước lớn nhất tại các ô ruộng tính toán từ trận mưa năm 2003 .... 62
Bảng 3- 6: Diện tích tương ứng với độ sâu ngập năm 1999 .............................................. 63
Bảng 3- 7: Diện tích tương ứng với độ sâu ngập năm 2003 .............................................. 64

3


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất tới TS. Nguyễn Xuân Lâm,
Giám đốc Trung tâm Viễn thám Quốc gia, người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn tôi
hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các cán bộ, nhân viên Trung tâm Thu
nhận và Xử lý ảnh viễn thám, Trung tâm Viễn thám Quốc gia đã giúp đỡ tôi trong
quá trình thu thập tư liệu, thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo, cán bộ Khoa Địa Lý, trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, cùng các học viên cao học
lớp K8 Bản đồ viễn thám và GIS.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, nhưng người luôn động viên, sát
cánh bên tôi trong suốt quá trình học tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


3.2. Phm v v lónh th: Th nghim ti lu vc sụng Kụn H Thanh tnh
Bỡnh nh.
4. Cỏc k thut s dng
4.1. K thut s dng
- Cỏc k thut x lý nh v tinh
- Cỏc k thut chit xut thụng tin nh vin thỏm
- Cỏc k thut GIS
- Cỏc k thut phõn tớch thng kờ
4.2. Cỏc phn mm s dng
- Phn mm Envi.
- Phn mm Microstation.
- Phn mm ArcGIS
- Phn mm MIKE11, SWAT2000.
5. Ti liu s dng thc hin lun vn
- nh ALOS PALSAR phõn gii 6,25m
- nh SPOT 5 phõn gii 2.5m
- nh ASTER phõn gii 15m
- Bn a hỡnh t l 1:25 000, 1:50 000
6. Kt qu nghiờn cu ca lun vn
- Báo cáo đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS phục vụ
giám sát ngập lụt.
- Bình đồ ảnh vệ tinh tỷ lệ 1: 50.000.
- Một số bản đồ chuyên đề như bản đồ hiện trạng ngập lụt, bản đồ nguy cơ ngập
lụt.

6


CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ NGẬP LỤT
1.1. Bản đồ phục vụ quản lý ngập lụt

3- Bản đồ ngập lụt thiết kế: Là loại bản đồ dùng trong thiết kế công trình ứng với
từng chu kỳ tái hiện (100, 50, 20, 10, 5 năm). Bản đồ này được tính toán từ trận
mưa thiết kế của từng trạm đo mưa từ chuỗi tài liệu thực đo. Phương pháp xây
dựng bản đồ này hiện nay là sử dụng mô hình thủy lực. Đối với bản đồ nguy cơ
ngập theo tần xuất và các cấp báo động lũ thì phương pháp tính toán thủy lực là
công cụ được sử dụng nhiều nhất.
7


Với các phương pháp trên, độ chính xác phụ thuộc vào số lượng các vết lũ, mức độ chi
tiết của bản đồ nền địa hình và đặc điểm thủy văn, thủy lực của lưu vực sông. Mức độ
chính xác chủ yếu được đánh giá qua kiểm tra thực địa – một công việc rất mất nhiều
thời gian, tiền bạc nên nhiều khi cũng không được xem xét kỹ.
4- Bản đồ hiện trạng ngập chụp ảnh viễn thám: Thực chất đây là bản đồ ngập
hiện trạng vì chỉ chụp được hình ảnh vùng ngập lụt vào thời điểm chụp ảnh.
Tuy nhiên, việc lập bản đồ ngập lụt ở Việt Nam hiện nay còn nhiều bất cập
trong việc thu thập đủ số liệu, thiếu bản đồ địa hình tỷ lệ lớn để cập nhật hiện
trạng và chưa có công nghệ so sánh từ ảnh viễn thám để so sánh, hiệu chỉnh.
Quản lý ngập lụt bao gồm cả công việc chuẩn bị trước ngập lụt xảy ra, trong
quá trình ngập lụt và sau khi ngập lụt đã diễn ra. Phục vụ cho quản lý ngập lụt
một cách hiệu quả đòi hỏi nhiều loại bản đồ khác nhau. Ứng dụng công nghệ
viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong quản lý ngập lụt, hiện nay thường
quan tâm sản xuất các loại bản đồ chuyên đề sau:
-

Bản đồ khả năng ngập: là loại bản đồ được tính toán, thành lập từ mô hình số
độ cao hoặc sử dụng mô hình thủy lực. Trên bản đồ này thể hiện các vùng có
thể ngập nước theo dòng chảy khi xảy ra lũ lụt.

-

tổng thể trên diện rộng.
1.2. Các phương pháp nghiên cứu
1.2.1. Phương pháp tổng hợp và kế thừa
- Thu thập tài liệu đã có liên quan tới các phương pháp và nội dung của luận
văn.
- Phân tích lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp.
- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội dung
của luận văn.
1.2.2. Phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám
Công nghệ giải đoán ảnh: xử lý ảnh số, chiết tách thông tin, cung cấp dữ liệu
đầu vào: mạng lưới thủy văn, hiện trạng lớp phủ bề mặt, thành lập bản đồ ngập lụt...
1.2.3. Phương pháp hiện chỉnh dữ liệu địa hình (phân bố dân cư, giao thông...)
để cho ra bản đồ nền địa lý.
1.2.4. Phương pháp tích hợp thông tin khi xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
Công dụng của GIS: Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL), quản lý thông tin hiện
trạng ngập, phân tích thông tin và đề xuất giải pháp, đánh giá tình hình ngập lụt, đánh
giá tổn thất sau thiên tai.
1.2.5. Phương pháp kết hợp ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS
- Các phương pháp giải đoán và chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh bao gồm
phương pháp phân loại tự động, bán tự động (có giám định), giải đoán bằng mắt và
điều vẽ trực tiếp trên máy tính, điều vẽ bằng mắt trên ảnh in ra kết hợp với các tư liệu
bổ sung.
- Các lớp thông tin được chiết tách ra từ ảnh vệ tinh được số hóa và chuẩn hoá.
- Sử dụng các công cụ GIS để chồng lớp thông tin lên bản đồ nền để thành lập
bản đồ nguy cơ ngập lụt.
9


1.2.6. Phương pháp phân tích thống kê
- Các số liệu thống kê thu thập được từ các cơ quan lưu trữ đầu ngành qua quá

10


vài năm gần đây, ngày càng có nhiều dấu hiệu cho thấy sự không bền vững trong
sử dụng tài nguyên nước và các hệ sinh thái tại các lưu vực sông. Nhận thức được
vấn đề này, Ủy ban Hợp Tác Quốc Tế về Môi Trường và Phát Triển Trung Quốc
(CCICED) đã đề xuất áp dụng quản lý tổng hợp lưu vực sông tại Trung Quốc dựa
trên cách tiếp cận hệ sinh thái.
Ấn Độ bắt đầu xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt từ năm 1959
cho lưu vực sông Hằng. Hiện nay ở Ấn Độ có 145 trung tâm dự báo, 500 trạm khí
tượng, 350 trạm thủy văn phục vụ cho vùng lưu vực rộng 240.000 km2, sử dụng
khả năng thông tin của các tư liệu ảnh vệ tinh IRS, TM Landsat-5, ERS,
RADASAT.
Một số nước thuộc châu Phi sử dụng mô hình thủy văn FEWS NET kết hợp
với hệ thống thông tin địa lý GIS để xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập
lụt cho 5.600 vùng hạ lưu với sự trợ giúp xây dựng của tổ chức USGS/EROS.
Nhận thức tầm quan trọng của việc quản lý thiên tai ngập lụt, năm 2002 Đại
sứ quán Cộng hòa Pháp tại Hà Nội đã tổ chức Hội thảo Việt-Pháp với chủ đề
“ Quản lý lưu vực sông và phòng ngừa lụt lội”. Tại hội thảo này các cơ quan quản
lý, viện nghiên cứu, công ty của Pháp đã trao đổi kinh nghiệm quản lý ngập lụt
trong lưu vực sông. Trong hội thảo nói trên hãng cung cấp ảnh vệ tinh SPOT của
Pháp SPOT IMAGE đã trình bày các kinh nghiệm ứng dụng ảnh vệ tinh cho việc
giám sát hiện tượng ngập lụt. Mô hình tổ chức quản lý lưu vực sông Seine (Pháp).
Cơ cấu tổ chức quản lý lưu vực sông Seine là mô hình quản lý tài nguyên nước khá
hoàn thiện (quản lý đến từng tiểu lưu vực của hệ thống sông Seine) với sự tham gia
chặt chẽ của các ngành, các địa phương và cộng đồng dân cư trong lưu vực.
Tại Mỹ, để quản lý chất lượng nước sông (lưu vực sông Minnesota) các nhà
quản lý cho rằng: vấn đề ô nhiễm nước của sông Minnesota không thể giải quyết
triệt để nếu chỉ quan tâm đến việc kiểm soát nguồn nước thải tập trung mà bỏ qua
nguồn nước thải phân tán.

xuất xuất hiện lũ có xu hướng ngày càng gia tăng trong những năm gần đây. Chính
phủ Việt Nam rất quan tâm đến vấn đề giám sát diễn biến của ngập lụt nhằm phòng
chống và giảm nhẹ tác hại ở mức độ thấp nhất. Có rất nhiều các nghiên cứu về ngập lụt
ở Việt Nam trên các lưu vực ở các hệ thống sông lớn như đồng bằng sông Hồng, sông
Cửu Long và các hệ thống sông ở Trung Bộ - Việt Nam.
Công tác xây dựng bản đồ ngập lụt ở nước ta thực sự mới được chú ý sau trận
lũ lịch sử ở một số tỉnh miền Trung năm 1999. Một số đề tài nghiên cứu khoa học ở
nhiều cấp đã được triển khai. Dưới đây giới thiệu một số đề tài nghiên cứu tiêu biểu
cho khu vực miền Trung.

12


Đề tài 1: “Điều tra nghiên cứu và cảnh báo ngập lụt phục vụ phòng tránh thiên tai ở
các lưu vực sông miền Trung” do Viện Khí tượng Thủy văn thực hiện năm 1999-2002.
-

Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho 4 lưu vực sông chính: sông Hương (Huế),
sông Thu Bồn (Quảng Nam), sông Vệ (Quảng Ngãi) và sông Kôn-Hà Thanh
(Bình Định).

-

Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 và các bản đồ ngập úng với
các chu kỳ tái hiện khác nhau.

-

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu thực đo và điều tra bổ sung sau đó sử dụng
mô hình DEM để xây dựng bản đồ ngập.

-

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu thực đo và điều tra bổ sung.

-

Nhược điểm: Sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ, số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh
chi tiết các khu vực ngập.

Đề tài 4: “ Lập bản đồ ngập lụt cho 7 tỉnh miền Trung” do Trung tâm Tư vấn và Hỗ
trợ Công nghệ KTTV (UNDP tài trợ).
-

Nội dung: đã lập được bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông Hương (Thừa
Thiên – Huế), sông Thu Bồn-Vũ Gia (TP Đà Nẵng, Quảng Nam).

13


-

Loi bn ó lp: Bn ngp lt hin trng l nm 1999 t l 1: 25 000, 1:
10000 v bn nguy c ngp lt ng vi cỏc chu k tỏi hin.

-

Phng phỏp lp: S dng s liu o v iu tra thc a b sung cú kt hp
vi mụ hỡnh s cao lp bn ngp.

ti 5: Hp tỏc nghiờn cu kinh nghim ca Thỏi Lan ng dng cụng ngh vin

Ta cú th hỡnh dung bn cht ca s hỡnh thnh dũng chy ca mt trn l nh
sau: Khi ma bt u ri cho n mt thi im ti no ú, dũng chy mt cha c
hỡnh thnh, lng ma ban u ú tp trung cho vic lm t b mt v thm. Khi
cng ma vt quỏ cng thm (ma hiu qu) thỡ trờn b mt bt u hỡnh
thnh dũng chy, chy trn trờn b mt lu vc, sau ú tp trung vo mng li sụng

14


suối. Sau khi đổ vào sông, dòng chảy chuyển động về hạ lưu, trong quá trình chuyển
động này dòng chảy bị biến dạng do ảnh hưởng của đặc điểm hình thái và độ nhám
lòng sông.
1.5.2. Mô hình toán thủy lực mạng sông HEC-RAS
Mô hình toán thủy lực HEC-RAS (HEC-River Analysis System) của hiệp hội
các kỹ sư quân sự Hoa Kỳ là thế hệ phần mềm kế tiếp về mô hình phân tích hệ thống
sông được phát triển bằng giao diện trong Windows.
Cơ sở khoa học và lý luận của mô hình thủy lực HEC-RAS:
Cơ sở khoa học của mô hình thủy lực HEC-RAS là tạo ra một công cụ có khả
năng mô phỏng sự vận chuyển nước và diễn biến mực nước trong sông trên cơ sở giải
hệ phương trình Saint-Venant 1 chiều.
Hệ phương trình Saint-Venant trong mô hình HEC-RAS bao gồm hệ hai
phương trình: phương trình liên tục và phương trình động lượng.
1.5.3. Giới thiệu về phần mềm SWAT2000
Đây là một modul phần mềm chạy trên nền ARCVIEW sử dụng giao diện đồ
họa của phần mềm SWAT. SWAT là một phần mềm được phát triển nhằm dự đoán
những ảnh hưởng của việc sử dụng đất đai, các lớp trầm tích, các lưu vực sông phức
tạp đến sự thay đổi của đất đai, đất sử dụng và các điều kiện quản lý trong khoảng thời
gian dài. Đây là mô hình vật lý kết hợp các đẳng thức hồi quy để mô tả mối quan hệ
giữa sự thay đổi của dữ liệu đầu vào và đầu ra. SWAT đòi hỏi các thông tin cụ thể về
thời tiết, tính chất của đất, địa hình, thực phủ và các hoạt động quản lý đất trong vùng

toán các biến đổi của các đặc trưng dòng chảy theo không gian và thời gian, xác định
các nhu cầu dùng nước, vận hành hồ chứa đa mục tiêu, công trình chuyển nước và
đánh giá chất lượng nước. MIKE BASIN sử dụng giao diện GIS để tổ hợp CSDL, xác
định lưu vực và trình diễn kết quả một cách thuận lợi cho người sử dụng.
MIKE FLOOD (Mô hình mô phỏng lũ 1 và 2 chiều) là một công cụ tổng hợp để
phân tích lũ. Nó kết hợp các mô hình thủy động lực học MIKE11 (1-D) và MIKE21
(2-D) với một giao diện thống nhất cho người sử dụng với GIS. Sự kết hợp này đem
lại thuận tiện cho người sử dụng để có thể mô tả theo không gian cùng với các tính
toán một chiều cho các vị trí phù hợp. MIKE FLOOD có thể sử dụng để phân tích các
dạng: vùng đồng bằng, ảnh hưởng do bão, vỡ đập, tràn đê, mô phỏng lũ và hạn hán,….
MIKE SHE (Mô hình thủy văn tổng hợp) là một hệ thống mô hình thủy văn
tổng hợp đa mục tiêu. Do đó, MIKE SHE không chỉ là một mô hình ba chiều, mô hình
nước ngầm mà còn là các mô hình số mô phỏng dòng chảy tràn, dòng chảy tràn không
bão hòa, mô hình lan truyền chất, mô hình điah hóa, mô phỏng các tác động nông
nghiệp, bốc thoát hơi,…. MIKE11 và MOUSE có thể kết hợp sử dụng trong MIKE
SHE để đưa ra một mô hình tổng hợp dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm trong hệ thống.

17


CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT
2.1. Đặc tính kỹ thuật của tư liệu ảnh vệ tinh
2.1.1. Các đặc tính cơ bản của ảnh vệ tinh
Ảnh viễn thám hiện nay có rất nhiều ưu việt có thể ứng dụng trong công tác
quản lý ngập lụt. Những tính ưu việt cơ bản có thể nêu như sau:


Độ phủ ảnh:
Đơn vị của tư liệu viễn thám thông thường được tính theo cảnh ảnh, một cảnh là

18