Tóm tắt Luận văn Nghiên cứu xây dựng Bản đồ ngập lụt và đề xuất các giải pháp cho khu vực vùng Đông huyện Quế Sơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐINH ĐỨC HỒNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CHO KHU VỰC

VÙNG ĐÔNG - HUYỆN QUẾ SƠN

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số

: 60 58 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2015

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. NGUYỄN THẾ HÙNG

Phản biện 1: TS. LÊ THỊ CHÂU HÀ

Phản biện 2: TS. LÊ HÙNG

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc

sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Đại học

Đà Nẵng vào ngày 15 tháng 6 năm 2015.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay, thiên tai được dự

báo sẽ xảy ra ngày càng phức tạp và nghiêm trọng. Tác động của

biến đổi khí hậu đối với nước ta là rất nghiêm trọng, là nguy cơ hiện

hữu cho mục tiêu xoá đói giảm nghèo, cho việc thực hiện các mục

tiêu thiên niên kỷ và sự phát triển bền vững của đất nước. Để ứng phó

thiên tai, biến đổi khí hậu, Đảng và nhà nước ta đã đề ra nhiều chủ

trương, chính sách đồng bộ; trong đó việc nâng cao năng lực dự báo,

cảnh báo, thông tin liên lạc cho người dân; khuyến khích ứng dụng

khoa học công nghệ tiên tiến vào công tác phòng, chống và giảm nhẹ

thiên tai là giải pháp ưu tiên hàng đầu.

Đối với huyện Quế Sơn, từ thực tiễn phòng, chống và giảm

nhẹ thiên tai, chính quyền và nhân dân huyện Quế Sơn đã rút ra

nhiều kinh nghiệm, giải pháp. Một trong những nhiệm vụ, giải pháp

trong thời gian tới là: Ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến để

nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo, tiếp nhận và cung cấp thông tin

liên lạc cho người dân; xây dựng các kịch bản diễn biến thiên tai;

phương án ứng phó sát với thực tế để chủ động phòng tránh, thích

nghi với thiên tai. Từ yêu cầu thực tiễn đó, đề tài luận văn “Nghiên

cứu xây dựng Bản đồ ngập lụt và đề xuất các giải pháp cho khu

vực vùng Đông huyện Quế Sơn” là rất cần thiết.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xây dựng bản đồ ngập lụt ứng với các trận lũ lịch sử, bản đồ

cảnh báo ngập lụt thời gian thực và đề xuất các giải pháp nâng cao

năng lực ứng phó của địa phương.

2

3. Cách tiếp cận đề tài

Để xây dựng Bản đồ ngập lụt, đề tài chọn phương pháp điều

tra, thống kê kết hợp với Hệ thống thông tin địa lý (GIS).

Để mô phỏng cảnh báo ngập lụt theo thời gian thực, luận văn

sử dụng công nghệ GIS kết hợp với số liệu mực nước lũ truyền về từ

camera IP 3G đặt tại các cọc báo lũ để gửi nhận tin nhắn, hình ảnh;

hoặc xem trực tiếp mực nước thông qua cuộc gọi Video Call từ điện

thoại 3G. Bản tin cảnh báo được cập nhật đến người dân thông qua

các mạng truyền thông hiện có.

Chương trình được xây dựng trên cơ sở cho phép cập nhật,

điều chỉnh các thông tin hàng năm về sự thay đổi địa hình, địa chất

thủy văn, hiện trạng sử dụng đất, phân bố dân cư cũng như tất cả các

thuộc tính của hệ thống cơ sở hạ tầng trong khu vực, đồng thời cho

phép bổ sung các mặt ngập lụt được xây dựng theo theo phương

pháp điều tra vết lũ của các đợt lũ xảy ra hàng năm.

4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Vùng Đông huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam, gồm các xã

Quế Xuân 1, Quế Xuân 2, Quế Phú, Hương An là khu vực nghiên

cứu của đề tài.

5. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu điều tra vết lũ và thu thập dữ liệu liên quan đến

ngập lụt tại khu vực vùng Đông - huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam.

- Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt bằng công nghệ GIS.

6. Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp phân tích tài liệu;

- Phương pháp thống kê khách quan;

- Phương pháp nội suy không gian.

3

7. Dự kiến kết quả đạt được

- Xây dựng được bản đồ ngập lụt ứng với các trận lũ lịch sử;

- Xây dựng bản đồ cảnh báo ngập lụt thời gian thực;

- Đề xuất các giải pháp nâng cao năng lực ứng phó của địa

phương.

8. Bố cục và nội dung luận văn

Luận văn, ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, gồm có

4 chương như sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết xây dựng bản đồ ngập lụt

Chương 3: Xây dựng bản đồ ngập lụt

Chương 4: Đề xuất các giải pháp nâng cao năng lực phòng

chống thiên tai, ứng phó với biến đổi khí hậu tại địa phương

Kết luận và kiến nghị

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU LẬP

BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

1.1.1. Vị trí địa lý

1.1.2. Địa hình - địa mạo

1.1.3. Khí hậu

1.1.4. Thuỷ văn

1.1.5. Phạm vi nghiên cứu lập bản đồ ngập lụt

1.2. HIỆN TRẠNG KINH TẾ - XÃ HỘI HUYỆN QUẾ SƠN,

TỈNH QUẢNG NAM

1.2.1. Tăng trưởng kinh tế và chuyển dịch cơ cấu kinh tế

1.2.2. Thực trạng phát triển của các ngành kinh tế

a. Khu vực kinh tế nông nghiệp

b. Khu vực kinh tế công nghiệp

c. Khu vực kinh tế dịch vụ

1.2.3. Dân số

1.2.4. Thực trạng phát triển đô thị và các khu dân cư nông

thôn

a. Thực trạng phát triển đô thị

b. Thực trạng phát triển khu dân cư nông thôn

1.2.5. Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã

hội

a. Thực trạng giao thông

b. Thuỷ lợi

c. Năng lượng

c. Bưu chính viễn thông

5

e. Y tế

f. Giáo dục

g. Văn hoá - thông tin - thể dục thể thao

1.3. TÌNH HÌNH LŨ LỤT Ở QUẾ SƠN VÀ THỰC TRẠNG

THIỆT HẠI

Vùng Đông Quế Sơn nằm ở hạ lưu hệ thống sông Vu Gia -

Thu Bồn. Mùa lũ hàng năm từ tháng X đến tháng XII. Trong mỗi

mùa lũ thường có từ 1-3 trận lũ lớn. Đặc điểm là lũ lên tương đối

nhanh nhưng rút chậm. Thời gian lũ rút dài, thậm chí 2-5 ngày điển

hình như trận lũ XII/1999. Đặc biệt, mực nước duy trì ở mức cao

(trên báo động cấp III) kéo dài từ 15-42 giờ. Nguyên nhân gây lũ lớn

là do mưa có cường độ lớn kết hợp với điều kiện địa hình phức tạp,

chia cắt mạnh và tình trạng xả lũ của các hồ thủy điện.

Những trận lũ lụt lớn lịch sử đã xảy ra vào các năm: 1964,

1980, 1983, 1990, 1996, 1998, 1999, 2007, 2009, 2013… Có lúc xảy

ra lũ chồng lên lũ như các đợt lũ tháng 11, 12 năm 1999.

Các trận lũ lụt và thiên tai đã gây thiệt hại nặng về người và tài

sản trên địa bàn huyện, cụ thể:

- Lũ lụt năm 1998: 05 người chết, 31 người bị thương, thiệt hại

trên 86,3 tỷ đồng.

- Lũ lụt năm 1999: 03 người chết, 28 người bị thương, thiệt hại

trên 82,7 tỷ đồng.

- Bão lụt năm 2007: 02 người chết, 34 người bị thương, thiệt

hại trên 106 tỷ đồng.

- Bão lụt năm 2009: 03 người chết, 33 người bị thương, thiệt

hại trên 235,3 tỷ đồng.

- Bão lụt năm 2013: có 01 người chết, 18 người bị thương,

tổng giá trị thiệt hại 174,2 tỷ đồng.

6

Những thách thức đặt ra cho người dân và chính quyền địa

phương trong công tác phòng chống và giảm nhẹ thiên tai là:

Vấn đề truyền thông và cảnh báo sớm mực nước lũ cho người

dân ứng phó khi nước lũ tràn về từ thượng nguồn sông Vu Gia -

Thu Bồn.

Phương án di dân khẩn cấp, cứu trợ, hậu cần cho người dân

vùng lũ ứng với các kịch bản ngập lụt lớn nhất có thể xảy ra.

Xây dựng bản đồ ngập lụt có xét đến mực nước biển dâng do

biến đổi khí hậu.

Đưa ra các giải pháp công trình, phi công trình hữu hiệu phát

triển KT – XH địa phương và ứng phó thiên tai, biến đổi khí hậu.

7

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

2.1. KHÁI NIỆM VỀ BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

2.2. CƠ SỞ DỮ LIỆU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

2.3.1. Phương pháp viễn thám

2.3.2. Phương pháp mô hình

2.3.3. Phương pháp điều tra, thống kê, kết hợp GIS

2.4. TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

Bước 1

Điều tra thu thập vết lũ khu vực nghiên cứu.

Thu thập dữ liệu về địa hình, dân cư, giao thông, thủy hệ, sử

dụng đất, công trình công cộng,..

Bước 2

Xây dựng bản đồ DEM, vết lũ, dân cư, giao thông, thủy hệ,

sử dụng đất, công trình công cộng,... theo tiêu chuẩn GIS.

Bước 3

Nội suy bề mặt ngập lụt, kiểm định kết quả nội suy, tính toán

phân vùng ngập lụt.

Bước 4

Biên tập, hiển thị, xây dựng bản đồ.

Thống kê ước tính tác động ngập lụt, tổng hợp

báo cáo

Hình 2.1. Sơ đồ khối tiến trình xây dựng bản đồ

8

CHƯƠNG 3

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

3.1. CƠ SỞ DỮ LIỆU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

3.1.1. Mô hình số độ cao khu vực

3.1.2. Số liệu vết lũ trong khu vực

3.1.3. Bản đồ sử dụng đất

3.1.4. Bản đồ giao thông

3.2. NỘI SUY BỀ MẶT NGẬP LỤT

3.2.1. Đánh giá độ tin cậy và lựa chọn Thuật toán nội suy

3.2.2. Nội suy bề mặt ngập lụt

3.2.3. Tự động hóa tiến trình xử lý bằng công cụ Model

builder

3.3. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT TRONG ARCGIS

3.3.1.Xây dựng Bản đồ ngập lụt ứng với trận lũ lịch sử

a. Giao diện phần mềm ArcGIS Desktop

b. Giao diện ArcMap

d. Biên tập xây dựng Bản đồ

Hình 3.18. Bản đồ hành chính các xã vùng Đông

9

Hình 3.2. Bản đồ thu thập vết lũ khu vực vùng Đông

Hình 3.19. Bản đồ dân cư và hạ tầng khu vực vùng Đông

10

Hình 3.20. Bản đồ ngập lụt ứng trận lũ lịch sử năm 2013

Hình 3.21.Bản đồ ngập lụt ứng trận lũ lịch sử năm 2009

11

Hình 3.22.Bản đồ ngập lụt ứng trận lũ lịch sử năm 1999

Hình 3.23.Bản đồ ngập lụt ứng trận lũ lịch sử năm 1964

12

e. Thống kê ước tính thiệt hại từ các trận lũ

Sử dụng đồng thời các phép phân tích không gian

Intersect/Overlay và thống kê Frequency/Statistics của bộ công cụ

Analysis tool/Arctoolbox, phần mềm Arcgis10.1 cho các mặt ngập

lụt năm 2013, 2009, 1999, 1964 ta có biểu đồ, bảng ước tính thiệt hại

từ các trận lũ lịch sử thuộc khu vực vùng Đông huyện Quế Sơn

như sau:

Bảng 3.4. Bảng ước tính thiệt hại các trận lũ lịch sử

Thể tích

ngập

Diện tích tự

nhiên ngập

lụt(m2)

Các trận

Số nhà ở bị Số người dân bị

ngập lụt(cái) ngập lụt (người)

lũ lịch sử

lụt(m3)

Năm

2013

Năm

2009

Năm

1999

Năm

1964

37,264,868 18,312,197

51,967,196 20,504,608

57,206,383 21,452,299

67,486,155 23,930,428

1272

1503

1600

1355

5090

6014

6402

5420

3.3.2. Xây dựng Bản đồ ngập lụt thời gian thực

a. Khái niệm Bản đồ ngập lụt thời gian thực

Một hệ thống thời gian thực được hiểu là một hệ thống làm

việc với các sự kiện tức thời (real-time). Tuy nhiên, không phải mọi

hệ thống đều có thể thực hiện được những quyết định tức thời hay

đáp trả lại sự kiện một cách tức thời như chúng ta mong muốn. Sự

thực không được như vậy vì các hệ thống đáp ứng sự kiện bao giờ

cũng có một thời gian trễ nhất định. Vậy “Bản đồ ngập lụt thời gian

13

thực” là một hệ thống bản đồ số đáp ứng mô phỏng ngập lụt một

phạm vi khu vực nghiên cứu với một thời gian trễ chấp nhận được.

b. Đặt vấn đề

Hiện tại khu vực vùng Đông huyện Quế Sơn chưa có hệ thống

quan trắc, cảnh báo sớm mực nước, do đó khi có lũ thượng nguồn về

đột ngột, thì thiệt hại về cây trồng và tài sản của người dân rất lớn,

việc ứng phó với lũ lụt rất bị động do người dân thiếu thông tin cảnh

báo về lũ. Để chủ động phòng chống, ứng phó diễn biến ngập lụt khó

lường trong thời gian đến, điều quan trọng là chính quyền và người

dân địa phương cần phải biết mực nước lũ trực tuyến tại khu vực

mình đang ở và diện tác động của mức nước đó theo thời gian và

không gian để ứng phó. Để giải quyết vấn đề trên thì việc xây dựng

hệ thống mô phỏng cảnh báo sớm bằng công nghệ thông tin kết hợp

GIS (Bản đồ ngập lụt thời gian thực) là cần thiết và cấp bách.

c. Cấu trúc hệ thống

- Cọc báo lũ: Được đặt tại các vị trí thường xuyên ngập lụt,

đông dân cư, số lượng tùy thuộc quy mô khu vực nghiên cứu và phân

bổ trong không gian theo quy hoạch. Cao độ và tọa độ cọc báo lũ

thống nhất theo hệ độ cao nhà nước, VN2000.

- Camera IP 3G: Được lắp đặt tại các cọc báo lũ, dùng pin

năng lượng mặt trời, quan sát trực tuyến mực nước lũ, được điều

khiển để thu phát hình ảnh về máy tính trung tâm hoặc thiết bị di

động từ xa mọi lúc, mọi nơi qua mạng điện thoại di động 3G hoặc

internet.

- Máy tính trung tâm: Kết nối 3G hoặc internet, nhận số liệu

mực nước lũ truyền về từ camera, tính toán, mô phỏng bản đồ ngập

lụt theo thời gian thực. Phát bản tin cảnh báo qua internet, 3G, hệ

thống truyền thanh của xã.

14

d. Nguyên lý hoạt động

Camera IP 3G tại hiện trường luôn hoạt động để ghi hình mực

nước, từ máy chủ trung tâm, chúng ta truy cập vào địa chỉ IP camera

cọc báo lũ, cập nhật mực nước lũ từ hiện trường vào giao diện GIS,

nhấn nút nội suy không gian ta có ngay bản đồ ngập lụt với một độ

trể thời gian chấp nhận được (< 100 giây). Đồng thời quá trình mô

phỏng ngập lụt, quá trình thống kê, đánh giá thiệt hại ngập lụt (đất

đai, nhà của,...) cũng được cập nhật trên giao diện bản đồ số.

Quá trình nội suy, mô phỏng ngập lụt, thống kê đất đai, nhà

cửa,… bị ngập lụt theo thời gian thực được thể hiện qua giao diện

ArcMap, tự động hóa theo mô hình sau:

Hình 3.25. Giao diện Bản đồ ngập lụt thời gian thực

15

Hình 3.26. Model builder tự động hóa tiến trình xử lý

bản đồ ngập lụt

e. Ứng dụng cảnh báo, dự báo sớm của Bản đồ ngập lụt thời

gian thực

Căn cứ kết quả mô phỏng Bản đồ ngập lụt theo thời gian thực

nêu trên, chúng ta có thể nắm rõ được cường suất lũ (sự biến đổi của

mực nước trong một đơn vị thời gian, thường lấy đơn vị là cm/giờ,

m/giờ, cm/ngày hoặc m/ngày), diện ngập lụt, các công trình kiến

trúc, các loại đất bị ngập,…trong không gian ở mỗi thời điểm khác

nhau. Đối với khu vực vùng Đông Quế Sơn, mực nước làm cơ sở xác

định các cấp báo động trên sông tại cầu Bà Rén là 1.5m (báo động

1), 2.5m (báo động 2), 3.5m (báo động 3). Căn cứ Bản đồ ngập lụt

thời gian thực, Chính quyền địa phương có thể phát ra bản tin cảnh

báo đến cho người dân đối phó hiệu quả nhất, thời gian dự báo lũ sẻ

nâng cao nếu kết hợp được mực nước lũ đo đạt từ thượng nguồn

16

(Trạm Giao Thủy) hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn. Bản đồ ngập lụt

nêu trên là công cụ hổ trợ đắt lực cho Lãnh đạo địa phương điều

hành phòng chống lụt bão hiệu quả.

3.4. ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH MẠNG (ARCGIS NETWORK

ANALYST) NHẰM TỐI ƯU HÓA TÌM KIẾM CÁC ĐIỂM DI

DÂN, CỨU HỘ CỨU NẠN THUẬN TIỆN NHẤT

3.4.1. Tổng quan

ArcGIS Net ork Analyst là bộ công cụ mở rộng của phần

mềm ArcGIS, nó cung cấp các phương pháp phân tích hệ thống

mạng lưới không gian, ch ng hạn như tìm đường đi tối ưu, tìm kiếm

các địa điểm gần nhất hoặc xây dựng các vùng dịch vụ. ArcGIS

Net ork Analyst cho phép người sử dụng có thể mô hình hóa một

cách linh động các yêu cầu của mạng lưới trong thực tế bao gồm quy

định về hướng rẽ cho phép, giới hạn tốc độ, giới hạn độ cao cùng các

điều kiện giao thông khác tại những thời điểm khác nhau trong ngày.

Trong giới hạn, phạm vi nghiên cứu của luận văn này, tác giả áp

dụng ArcGIS Net ork Analyst để thực hiện các bài toán:

Tìm công trình di dân khẩn cấp gần nhất (Closest acility).

Tìm lộ trình tối ưu đến các điểm công trình phòng tránh bão lũ

(Route).

Quy hoạch các điểm công trình phòng tránh bão lũ (Location

Allocation).

3.4.2. Tìm công trình di dân khẩn cấp gần nhất

17

Hình 3.31.Kết quả hiển thị Bảng chỉ dẫn lộ trình

Hình 3.32.Kết quả hiển thị các lộ trình ngắn nhất

18

3.4.3. Tìm lộ trình tối ưu đến các công trình phòng tránh

bão lũ (Route)

Hình 3.36. Kết quả hiển thị các lộ trình tối ưu

Hình 3.37. Kết quả hiển thị Bảng chỉ dẫn lộ trình.