ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------o0o----------

HÀ THỊ NGUYỆT
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ THỐNG THỦY VĂN
THUỘC LƢU VỰC HỒ BA BỂ, TỈNH BẮC KẠN BẰNG CÔNG NGHỆ GIS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Quản lý đất đai

Khoa

: Quản lý tài nguyên

Khóa học

: 2012 – 2016

Thái Nguyên – 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Thi

Thái Nguyên - 2016


i

LỜI CẢM ƠN
Thực tập tốt nghiệp là một khâu rất quan trọng trong quá trình học tập của
mỗi sinh viên nhằm hệ thống lại toàn bộ lƣợng kiến thức đã học, vận dụng lý
thuyết vào thực tiễn, bƣớc đầu làm quen với những kiến thức khoa học, giúp
sinh viên trau dồi kiến thức, củng cố bổ sung lí thuyết học trên lớp. Qua đó sinh
viên ra trƣờng sẽ hoàn thiện hơn về kiến thức lý luận, phƣơng pháp làm việc,
năng lực công tác nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn của công việc say này.
Đƣợc sự giúp đỡ của Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Nông lâm và Ban
chủ nhiệm khoa Quản lý Tài nguyên, em đã tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu xác định hệ thống thủy văn thuộc lưu vực hồ Ba Bể tỉnh Bắc
Kạn bằng công nghệ GIS”.
Trong suốt quá trình thực tập em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ của các thầy
cô giáo và anh chị nơi em thực tập tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Nông lâm,
Ban chủ nhiệm khoa Quản lý Tài nguyên và đặc biệt là thầy giáo Th.S
Nguyễn Quang Thi, thầy Chu Văn Chung đã hƣớng dẫn em hoàn thành khóa
luận tốt nghiệp này.
Do trình độ và kinh nghiệm có hạn mặc dù đã rất cố gắng, xong bản
khóa luận tốt nghiệp của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất
mong nhận đƣợc những ý kiến chỉ bảo của các thầy cô giáo, ý kiến đóng góp
của bạn bè để bài khóa luận tốt nghiệp của em đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 05 năm 2016

Hình 2.3. Ví dụ các phép toán đại số .............................................................. 16
Hình 2.4. Các phép toán logic trong GIS ........................................................ 16
Hình 2.5. Sơ đồ thành phần SWAT ................................................................ 19
Hình 2.6. Chu trình nƣớc trong pha đất .......................................................... 21
Hình 3.1. Sơ đồ tiến trình thực hiện ................................................................ 27
Hình 4.1. Chọn đơn vị cho ảnh DEM ............................................................. 34
Hình 4.2. Kết quả xác định DEM.................................................................... 34
Hình 4.3. Mô phỏng mạng lƣới sông suối và các cửa xả. ............................... 35
Hình 4.4. Xác định outlet của lƣu vực ............................................................ 36
Hình 4.5. Báo cáo độ cao lƣu vực ................................................................... 37
Hình 4.6. Phân vùng theo độ cao .................................................................... 39
Hình 4.7. Bản đồ phân vùng thƣợng lƣu, trung lƣu, hạ lƣu ............................ 40


iv

DANH MỤC CÁC TỪ, CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Nguyên nghĩa

Chữ viết tắt
ARS

Agiricultural Research Service

DBMS

database management systems

DEM


1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn ..................................................................... 3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ........................................ 4
2.1. Khái quát về tài nguyên nƣớc ................................................................. 4
2.1.1. Định nghĩa của nƣớc ......................................................................... 4
2.1.2. Tính chất của nƣớc............................................................................ 4
2.1.3.Vai trò của nƣớc trong cuộc sống ...................................................... 5
2.2. Khái quát về lƣu vực ............................................................................... 6
2.2.1. Những khái niệm cơ bản về lƣu vực ................................................. 6
2.2.2. Thông số hình thái của lƣu vực ........................................................ 7
2.2.3. Thông số mạng lƣới thủy văn của lƣu vực ....................................... 8
2.3. Giới thiệu về GIS và mô hình SWAT ................................................... 10
2.3.1. Giới thiệu về GIS ............................................................................ 10
2.3.2. Giới thiệu về mô hình SWAT ......................................................... 17


vi

2.4. Những kết quả nghiên cứu về việc xác định hệ thống thủy văn bằng
công nghệ GIS .............................................................................................. 22
2.4.1. Những kết quả nghiên cứu liên quan đến việc xác định hệ thống
thủy văn bằng công nghệ GIS trên Thế Giới ............................................ 22
2.4.2. Những kết quả nghiên cứu liên quan đến việc xác định hệ thống
thủy văn bằng công nghệ GIS ở Việt Nam ............................................... 23
2.4.3. Những kết quả nghiên cứu liên quan đến việc xác định hệ thống
thủy văn bằng công nghệ GIS ở Bắc Kạn................................................. 24
PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..25
3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 25
3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................... 25
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu: ....................................................................... 25
3.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................ 25

PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................ 51
5.1. Kết luận ................................................................................................. 51
5.2. Đề nghị .................................................................................................. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Nƣớc là thành phần quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống, là cái
nôi cho sự sống, là môi trƣờng sống cho hàng triệu triệu sinh vật trên trái đất
và cũng là nguồn tài nguyên vô giá đối với sự sống, sự phát triển của con
ngƣời.Tài nguyên nƣớc là một trong những yếu tố quyết định sự phát triển
kinh tế - xã hội của một vùng lãnh thổ hay của một quốc gia. Cùng với sự
phát triển nhanh chóng của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, từng
bƣớc chuyển dịch và phát triển theo hƣớng tích cực, vấn đề Quản lý Tài
nguyên nƣớc đang ngày đƣợc quan tâm và chú trọng thực hiện. Việc tiến
hành nghiên cứu xác định hệ thống thủy văn bằng công nghệ GIS là điều vô
cùng cần thiết. Do nƣớc có quan hệ mạng lƣới, không giới hạn trong một
khu vực địa lý hay ranh giới địa chính mà nó chảy qua nhiều vùng khác nhau,
việc sử dụng nƣớc có mối liên quan mật thiết với sử dụng đất và ảnh hƣởng
đến hệ sinh thái chính vì vậy cách tiếp cận nghiên cứu theo từng lƣu vực sẽ
giúp cho sử dụng và bảo vệ tốt tài nguyên cho toàn lƣu vực.
Hồ ba bể là hồ tự nhiên trên núi duy nhất có ý nghĩa đặc biệt quan trọng
ở Việt Nam, là hồ kiến tạo tự nhiên lớn. Do cơ chế kiến tạo đại chất và thủy
văn đặc biệt nằm trong vùng đá vôi, nhƣng hồ Ba Bể không bị mất nƣớc và
đây chính là điều kì thú độc đáo của hồ Ba Bể. Trên mặt hồ trong xanh có các
đảo Karst, xunh quanh hồ là rừng nhiệt đới thƣờng xanh trên núi đá vôi và là

cứ để đƣa ra đề xuất cho việc sử dụng đất của các xã thuộc khu vực nghiên cứu.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định đƣợc khu vực nghiên cứu, đƣa ra đƣợc một số điểm khái quát
về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu
- Nêu lên đƣợc hiện trạng sử dụng đất của các xã thuộc khu vực nghiên cứu


3

- Xác định đƣợc hệ thống thủy văn khu vực nghiên cứu bằng công nghệ
GIS
- Đƣa ra một số đề xuất sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- Cơ hội tốt để sinh viên củng cố kiến thức đã đƣợc học, nghiên cứu
trong nhà trƣờng và những kiến thức thực tế cho bản thân trong quá trình
thực tập tại cơ sở.
- Nâng cao khả năng tiếp cận, thu thập và xử lý thông tin trong quá trình
làm đề tài.
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
Trên cơ sở xác định hệ thống thủy văn từ đó đề xuất sử dụng đất tại khu
vực nghiên cứu phù hợp với điều kiện của địa phƣơng.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
2.1. Khái quát về tài nguyên nƣớc
2.1.1. Định nghĩa của nước

2.2.1. Những khái niệm cơ bản về lưu vực
- Hệ thống thủy văn: là các quá trình thủy văn (chu trình thủy văn) diễn
ra trên thực tế trong một vùng không gian nhất định.
- Chu trình thủy văn: là hệ thống gồm các thành phần là bốc hơi, lƣợng
mƣa, dòng chảy và các pha khác nhau của chu trình.
- Lưu vực: là một phạm vi không gian lãnh thổ đƣợc phân chia dựa trên
địa hình và đƣờng ranh giới phân chia lƣu vực gọi là đƣờng phân thủy. Trong
phạm vi không gian đó mọi lƣợng nƣớc mƣa khi rơi xuống có thể chảy thành
dòng trên bề mặt thông qua hệ thống sông suối, tập trung lại và thoát qua một
cửa ra duy nhất ở điểm cuối của lƣu vực. Tại đây có thể xây đập nhằm phục
vụ cho tƣới tiêu, thủy lợi trong nông nghiệp hoặc cung cấp nƣớc sinh hoạt
hay các thủy điện hoặc điểm cuối của lƣu vực này cũng lại là điểm đầu của
lƣu vực khác, nơi đây dòng chảy có thể đổ ra lƣu vực lớn hơn, hay ra hồ hoặc
đổ thẳng ra biển.Lƣu vực là một hệ thống khép kín, độc lập và rất phức tạp,
gồm có những thành phần hữu sinh, vô sinh, các yếu tố trong lƣu vực có mối
quan hệ mật thiết chặt chẽ với nhau và thƣờng đƣợc kết nối với các hệ sinh
thái khác nhau. Lƣu vực không nhất thiết là một vùng cao hay vùng địa hình
núi, nó có thể tồn tại ở vùng đồng bằng. Trong lƣu vực có thể tồn tại rừng,
khu dân cƣ, nông nghiệp, công nghiệp, thƣơng nghiệp….
- Tiểu lưu vực: một lƣu vực lớn sẽ đƣợc chia nhỏ thành nhiều tiểu lƣu
vực. Mỗi tiểu lƣu vực có vị trí địa lý trong lƣu vực và có mối quan hệ về mặt
không gian với các tiểu lƣu vực khác. Tiểu lƣu vực đƣợc xác lập dựa trên
đƣờng phân thủy, phụ thuộc vào địa hình bề mặt, kéo dài từ dòng chảy đến


7

điểm ra (outlet) của tiểu lƣu vực đó. Một tiểu lƣu vực chứa ít nhất một đơn vị
thủy văn, một sông nhánh và một sông chính. Mỗi đơn vị thủy văn có sự
tƣơng đồn nhau về thuộc tính đất, sử dụng đất, độ dốc.

F cho chiều dài lƣu vực L:

- Độ cao trung bình của lưu vực sông ngòi (Htb): đƣợc tính theo công thức:

Trong đó:
Htb: Độ cao trung bình của lƣu vực.
f1, f2, …,fn: Diện tích thành phần của lƣu vực nằm giữa các đƣờng
đồng mức km2
H1, H2, …, Hn: Độ cao trung bình giữa các đƣờng đẳng thời,
F: Diện tích lƣu vực.
- Độ dốc trung bình của lƣu vực Itb đƣợc tính theo công thức:

Trong đó:
h: Độ cao địa hình (hiệu của hai đƣờng đồng mức kề nhau).
l0, l1, l2, … ln-1: Độ dài đƣờng đồng mức trong giới hạn lƣu vực
F: Diện tích lƣu vực, km2
2.2.3. Thông số mạng lưới thủy văn của lưu vực
Thông số thủy văn là những đặc trƣng của dòng chảy lƣu vực thể hiện
đƣợc những điểm khác biệt của lƣu vực này với lƣu vực khác. Thông số
mạng lƣới thủy văn của một lƣu vực chịu tác động bởi các yếu tố địa hình,
khí tƣợng, nhiệt độ... trong khu vực tự nhiên của lƣu vực đó.


9

- Chiều dài sông L: là khoảng cách từ nguồn tới cửa sông đƣợc đo bằng
đơn vị km. Thƣờng độ dài sông đƣợc đo trực tiếp trên bản đồ địa hình bằng
dụng cụ đo đƣờng cong. Thông thƣờng phải đo hai lần, nếu chênh lệch số đo
không quá 2% thì nhận giá trị trung bình của hai lần đo làm chiều dài của
sông theo công thức:



10

2.3. Giới thiệu về GIS và mô hình SWAT
2.3.1. Giới thiệu về GIS
2.3.1.1. Các khái niệm chung
Khái niệm thông tin địa lý đƣợc hình thành từ ba khái niệm: hệ thống;
thông tin; địa lý; và đƣợc viết tắt là GIS (Geographyic Information Systems).
Khái niệm hệ thống (System) đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của
GIS. Môi trƣờng hệ thống GIS đƣợc chia nhỏ thành các modul để dễ hiểu, dễ
quản lý nhƣng chúng đƣợc tích hợp thành những hệ thống thống nhất, toàn
vện. Công nghệ thông tin trở thành quan trọng và hầu hết các hệ thống đều
đƣợc tiến hành trên cơ sở máy tính.
Khái niệm thông tin (information) đề cập đến dữ kiệu khổng lồ do GIS
quản lý. Các đối tƣợng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ số hay
dữ liệu thuộc tính và các thông tin vị trí cần cho lƣu trữ, quản lý các đặc
trƣng không gian.
Khái niệm địa lý (geographic) đƣợc sử dụng ở đây vì GIS trƣớc hết liên
quan đến các đặc trƣng địa lý hay không gian. Các đặc trƣng này thể hiện
trên đối tƣợng không gian. Chúng có thể là đối tƣợng vật lý,văn hóa hay kinh
tế trong tự nhiên. Các đặc trƣng trên bản đồ là biểu diễn ảnh không gian trong
thế giới thực thông qua hệ thống biểu tƣợng ký hiệu, màu, kiểu đƣờng….
Định nghĩa về GIS: GIS đƣợc định nghĩa nhƣ một hệ thống thông tin mà
nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích, cơ sở dữ liệu đầu ra liên
quan về mặt địa lý không gian nhằm trợ giúp việc thu nhận, lƣu trữ, quản lý,
xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin từ thế giới thực để giải quyết các
vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích con ngƣời đặt ra, chẳng hạn nhƣ
hỗ trợ việc ra quyết định cho việc quy hoạch và quản lý, sử dụng đất, tài
nguyên thiên nhiên, môi trƣờng, giao thông, dễ dàng trong việc quy hoạch

liệu. Bao gồm các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Hệ GIS sẽ kết


12

hợp dữ liệu không gian với các dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS
để tổ chức lƣu trữ và quản lí dữ liệu.
Phƣơng pháp: một hệ thống GIS vận hành theo một kế hoạch, đó là
những mô hình và cách thức hoạt động đối với mỗi nhiệm vụ. Về cơ bản, nó
bao gồm các phƣơng pháp phân tích không gian cho một ứng dụng cụ thể.
Ví dụ, trong thành lập bản đồ, có nhiều kĩ thuật khác nhau nhƣ tự động
chuyển đổi từ raster sang vector hoặc vector hóa thủ công trên nền ảnh quét.
Con ngƣời: ngƣời sử dụng GIS có thể là các chuyên gia kĩ thuật, đó là
ngƣời thiết kế và thực hiện hệ thống GIS, hay có thể là ngƣời sử dụng GIS để
hỗ trợ cho các công việc thƣờng ngày. GIS giải quyết các vấn đề không gian
theo thời gian thực. Con ngƣời lên kế hoạch, thực hiện và vận hành GIS để
đƣa ra những kết luận, hỗ trợ cho việc ra quyết định. [6]

Hình 2.1. Thành phần cơ bản của GIS


13

2.3.1.3. Chức năng của GIS
Nhập dữ liệu: nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu
dƣới dạng tƣơng tự hay dạng số đƣợc biến đổi sang dạng số có thể sử dụng
đƣợc bằng GIS. Việc nhập dữ liệu đƣợc thực hiện nhờ vào các thiết bị nhƣ
bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chƣơng trình hay môđun nhập và
chuyển đổi dữ liệu của GIS.
Quản lí dữ liệu: việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các

Nông nghiêp:


15

Bảng 2.1: Các ứng dụng của GIS về nông nghiệp
Nông nghiệp
Thổ nhƣỡng

Nội dung
-

Trồng trọt
-

Quy hoạch thủy văn
và tƣới tiêu

Kinh tế nông nghiệp

Phân tích khí hậu
Mô hình hóa nông
nghiệp
Chăn nuôi gia súc
gia cầm

-

Xây dựng các bản đồ đất và đơn tích đất
Đặc trƣng hóa các lớp phủ thổ nhƣỡng

2.3.1.6. Các phép toán phân tích dữ liệu trong GIS
Các phép toán trong GIS bao gồm phép toán số học và phép toán logic.
Chồng ghép bằng phƣơng pháp số học dùng các phép toán học trong khi
chồng ghép nhƣ: +, -, *, /, mod, div, sqrt....

Hình 2.3. Ví dụ các phép toán đại số
Ngoài ra còn sử dụng các phép toán Logic nhƣ: OR, AND, XOR, …

Hình 2.4. Các phép toán logic trong GIS