Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thuỷ văn thuỷ lực để thành lập bản đồ ngập lụt lưu vực sông Kôn - Hà Thanh, tỉnh Bình Định

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 VÀ MÔ HÌNH THỦY VĂN THỦY LỰC ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ .................................... 43 LƯU VỰC SÔNG KÔN – HÀ THANH, TỈNH BÌNH ĐỊNH .................................................. 43 3.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội vùng thực nghiệm...................................................43 3.1.1. Vị trí địa lý..............................................................................................................43 3.1.2. Đặc điểm địa hình....................................................................................................45 3.1.3. Đặc điểm khí tượng thủy văn...................................................................................45 3.2. Thu thập tư liệu..............................................................................................................46 3.2.1. Dữ liệu ảnh vệ tinh ..................................................................................................46 3.2.2. Tư liệu bản đồ..........................................................................................................46 3.2.3. Tài liệu về khí tượng thủy văn .................................................................................47 3.3. Chiết tách các thông số đầu vào của mô hình..................................................................48 3.3.1. Các bước tính toán lưu vực con trên SWAT2000.....................................................48 3.3.2. Phân loại lớp phủ trên ảnh vệ tinh quang học...........................................................50 3.4. Tính toán và hiệu chỉnh mô hình thủy văn thủy lực.........................................................52 3.4.1. Tính toán dòng chảy mặt từ mô hình MIKE11.........................................................52 3.4.2. Tính toán dòng chảy mặt từ mô hình MIKE11.........................................................55 3.5. Phương pháp xây dựng bản đồ ngập lụt cho lưu vực.......................................................58 3.5.1. Đặt vấn đề...............................................................................................................58 3.5.2. Các bước xây dựng bản đồ ngập lụt........................................................................59 3.5.3. Chuẩn bị số liệu cho xây dựng bản đồ......................................................................59 3.5.4. Lập bản đồ ngập lụt cho lưu vực sông Kôn-Hà Thanh..............................................59 3.6. Lập bản đồ hiện trạng vùng ngập bằng ảnh viễn thám RADAR ......................................70 3.6.1. Xử lý tư liệu ảnh RADAR .......................................................................................70 3.6.2. Chiết tách vùng ngập từ ảnh RADAR......................................................................71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................................... 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 77 ALOS MIKE NAM MIKE 11 MIKE GIS SWAT DEM SRTM BĐĐH HEC-HMS GIS NDVI PALSAR HTSDĐ HTTT CSDL LVS CNTT SPOT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT The Advanced Land Observing Satellite Vệ tinh quan sát Trái Đất của Nhật Bản Mô hình thuỷ văn Mô hình thuỷ lực Mô hình MIKE kết nối GIS Soil and Water Assessment Tool Mô hình mưa dòng chảy Mô hình số độ cao Shuttle Radar Topography Mission Dữ liệu mô hình số địa hình Bản đồ địa hình Mô hình thuỷ văn Hệ thống thông tin địa lý Chỉ số thực vật chuẩn Phased Array L-band Synthetic Aperture RADAR §Çu thu radar trªn ¶nh vÖ tinh ALOS Hiện trạng sử dụng đất Hệ thống thông tin Cơ sở dữ liệu Lưu vực sông Công nghệ thông tin Système Pour l’Observation de la Terre Hệ thống vệ tinh quan trắc Trái Đất của Pháp 1 DANH MỤC HÌNH VẼ H×nh 1 -1: S¬ ®å c¸c chøc n¨ng cña SWAT.....................................................................16 H×nh 2 -1: D¶i tÇn sè ho¹t ®éng cña Radar......................................................................19 H×nh 2-2: S¬ ®å quy tr×nh kÕt hîp viÔn th¸m vµ m« h×nh thñy v¨n, thñy lùc tÝnh to¸n ngËp lôt...........................................................................................................................24 H×nh 2-3: S¬ ®å quy tr×nh ®Æt, thu ¶nh nhanh cña tr¹m thu ¶nh vÖ tinh............................26 H×nh 2-4 :S¬ ®å quy tr×nh t¸ch chiÕt c¸c th«ng sè cña m« h×nh MIKE11 b»ng modul SWAT2000.....................................................................................................................28 H×nh 2-5: Quy tr×nh ®Æt chôp ¶nh viÔn th¸m vµ chiÕt t¸ch vïng ngËp lôt.........................34 tõ ¶nh viÔn th¸m.............................................................................................................34 H×nh 2-6: Quy tr×nh c«ng nghÖ chiÕt t¸ch vÕt ngËp lò tõ ¶nh vÖ tinh RADAR.................35 H×nh 2-7: Quy tr×nh c«ng nghÖ ph©n lo¹i tù ®éng líp phñ trªn ¶nh viÔn th¸m.................38 b»ng ph­¬ng ph¸p ph©n lo¹i cã gi¸m ®Þnh ......................................................................38 H×nh 3-1: B¶n ®å c¸c l­u vùc s«ng thuéc tØnh B×nh §Þnh................................................44 H×nh 3-2: S¬ ®è c¶nh ¶nh SPOT5 tØnh B×nh §Þnh............................................................46 H×nh 3-3: S¬ ®å b¶ng ch¾p c¸c m¶nh b¶n ®å ®Þa h×nh trªn khu vùc nghiªn cøu...............47 H×nh 3- 4: M« h×nh sè ®Þa h×nh vïng l­u vùc s«ng K«n ..................................................48 H×nh 3-5: M« h×nh sè ®Þa h×nh d¹ng grid sau khi ®· lo¹i bá c¸c gi¸ trÞ ©m vµ vïng hè...49 H×nh 3-6: HÖ thèng thuû v¨n sau khi chØnh söa c¸c ®iÓm outlet.......................................49 H×nh 3- 7: T­ liÖu ¶nh vÖ tinh sau khi ®­îc ghÐp vµ xö lý...............................................50 H×nh 3- 8: KÕt qu¶ sau ph©n lo¹i.....................................................................................51 H×nh 3-9: S¬ ®å l­u vùc bé phËn trong hÖ thèng s«ng K«n - Hµ Thanh..........................53 H×nh 3-10: S¬ ®å l­u vùc s«ng K«n - Hµ Thanh tØnh B×nh ®Þnh ®­îc ph©n chia trong m« h×nh MIKE11............................................................................................................54 H×nh 3-11: §­êng qu¸ tr×nh l­u l­îng tÝnh to¸n vµ thùc ®o t¹i B×nh T­êng trËn lò tõ 14/X ®Õn 21/X n¨m 2003................................................................................................57 H×nh 3-12: M« t¶ tr×nh tù x©y dùng b¶n ®å ngËp lôt cho c¸c ph­¬ng ¸n tÝnh to¸n ...........58 H×nh 3-13: B¶n ®å ngËp lôt l­u vùc s«ng K«n, Hµ Thanh n¨m 1999 ...............................65 H×nh 3-14: B¶n ®å ngËp lôt l­u vùc s«ng K«n, Hµ Thanh n¨m 2003 ...............................66 H×nh 3-15: B¶n ®å ngËp lôt l­u vùc s«ng K«n, Hµ Thanh n¨m 2009 ...............................67 H×nh 3-16: B¶n ®å hiÖn tr¹ng ngËp lín nhÊt vïng h¹ l­u s«ng K«n - Hµ Thanh trËn lò n¨m 2003........................................................................................................................68 H×nh 3-17: B¶n ®å hiÖn tr¹ng ngËp lín nhÊt vïng h¹ l­u s«ng K«n - Hµ Thanh trËn lò n¨m 1999........................................................................................................................69 H×nh 3-18: B¶n ®å hiÖn tr¹ng ngËp lôt n¨m 2009 ®­îc chiÕt t¸ch tõ ¶nh ALOS-PALSAR.........................................................................................................................73 H×nh 3-19: B¶n ®å hiÖn tr¹ng ngËp lôt n¨m 2009 ®­îc chiÕt t¸ch tõ ¶nh ALOS-PALSAR trªn nÒn ¶nh SPOT...........................................................................................74 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU B¶ng 2-1: Danh môc c¸c s¶n phÈm ¶nh vÖ tinh SPOT 5...................................................23 B¶ng 2-2: Th«ng sè cña ¶nh ALOS PALSAR..................................................................24 B¶ng 3-1: B¶ng c¸c th«ng sè ®Çu vµo cña m« h×nh thuû v¨n MIKE11 ®­îc chiÕt t¸ch tõ t­ liÖu viÔn th¸m:............................................................................................................51 B¶ng 3-2: DiÖn tÝch c¸c l­u vùc bé phËn trªn l­u vùc s«ng K«n - Hµ Thanh....................53 B¶ng 3-3: Quan hÖ tæng l­îng m­a trËn c¸c tr¹m trong l­u vùc s«ng K«n- Hµ Thanh trong trËn lò 2003 (14-21/X/2003)..................................................................................56 B¶ng 3- 4: Cao ®é mùc n­íc lín nhÊt t¹i c¸c « ruéng tÝnh to¸n tõ trËn m­a n¨m 1999....60 B¶ng 3- 5: Cao ®é mùc n­íc lín nhÊt t¹i c¸c « ruéng tÝnh to¸n tõ trËn m­a n¨m 2003....62 B¶ng 3- 6: DiÖn tÝch t­¬ng øng víi ®é s©u ngËp n¨m 1999..............................................63 B¶ng 3- 7: DiÖn tÝch t­¬ng øng víi ®é s©u ngËp n¨m 2003..............................................64 3 ... - tailieumienphi.vn