Ứng dụng công nghệ viễn thám, hệ thống thông tin địa lý và mô hình toán tính toán cân bằng nước lưu vực sông Bé

Tác giả: Nguyễn Duy Liêm
Nguồn: Nguyễn Duy Liêm – Bộ môn Tài nguyên và GIS – Khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
Tóm tắt:
Khóa luận tốt nghiệp “Ứng dụng công nghệ viễn thám, hệ thống thông tin địa lý và mô hình toán tính toán cân bằng nước lưu vực sông Bé” đã được thực hiện trong khoảng thời gian từ ngày 07/03/2011 đến ngày 04/07/2011. Phương pháp tiếp cận của đề tài là tích hợp công nghệ viễn thám, GIS với mô hình toán bao gồm mô hình mưa – dòng chảy SWAT và mô hình cân bằng nước WEAP. Theo đó, công nghệ viễn thám, GIS có chức năng tính toán nhu cầu nước, phân vùng cân bằng nước làm cơ sở cho việc thiết lập mô hình WEAP; mô hình SWAT được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trong hệ thống sông làm đầu vào cho mô hình WEAP; phần tính toán cân bằng nước lưu vực sông được mô phỏng bằng mô hình WEAP.
Kết quả đạt được của khóa luận trước tiên là bản đồ thực phủ năm 2002 của lưu vực được giải đoán từ ảnh vệ tinh Landsat ETM+ thể hiện 6 loại hình thực phủ bao gồm lúa – màu, cây công nghiệp lâu năm, đất rừng, đất xây dựng, mặt nước và đất trống với độ chính xác tương đối so sánh với dữ liệu thực tế. Tiếp đến, nghiên cứu đã mô phỏng dòng chảy trên lưu vực thời kì 1979 – 2007 trong SWAT với kết quả thu được khá tốt khi đối chiếu với số liệu thực đo trong giai đoạn 1979 – 1994 tại 2 vị trí quan trắc là Phước Long và Phước Hòa trên dòng chính sông Bé, thể hiện qua hệ số xác định (R2 ) và chỉ số Nash – Sutcliffe (NSI) đều lớn hơn 0,7. Bên cạnh đó, chức năng phân tích không gian trong GIS được vận dụng, đã cho ra kết quả tính toán nhu cầu nước cũng như phân vùng cân bằng nước trên lưu vực. Cuối cùng, nghiên cứu đã tính toán cân bằng nước năm 2002 và 2010 trong WEAP. Kết quả cho thấy thực trạng thiếu hụt nguồn nước trên lưu vực sông Bé đang có xu hướng gia tăng với mức độ trầm trọng hơn. Trong khi tiềm năng nước trên lưu vực không có sự thay đổi nhiều với lượng nước tính đến cửa sông khoảng 3,2 tỉ m3 (2002) và 2,4 tỉ m3 (2010) thì nhu cầu nước trên lưu vực lại có sự gia tăng nhanh chóng với lượng nhu cầu ước tính trong năm 2002 là 34,5 triệu m3 đã tăng lên 61,5 triệu m3 trong năm 2010. Chính vì vậy, đã dẫnđến tình trạng thiếu nước tại vị trí thượng lưu hồ Thác Mơ, Cần Đơn và Srock Phu Miêng trong các tháng kiệt của dòng chảy với tổng lượng thiếu hụt năm 2002 và 2010 tương ứng là 0,89 và 5,85 triệu m3. Thêm vào đó, cũng trong khoảng thời trên, lượng nước trên dòng chảy chính sông Bé tại các vị trí sau hồ Thác Mơ, Cần Đơn và Srock Phu Miêng suy giảm xuống dưới mức cho phép, khiến cho tình trạng thiếu nước càng nghiêm trọng, tạo lên tác động cộng hưởng mang tính tiêu cực không chỉ đến kinh tế, xã hội mà còn ảnh hưởng đến môi trường sinh thái của lưu vực.
Với thông tin tính toán cân bằng nước nói trên, có thể hỗ trợ hiệu quả cho việc quy hoạch, quản lý nguồn nước trên lưu vực theo hướng bền vững. Bên cạnh đó, cũng đã chứng minh cách tiếp cận tích hợp công nghệ viễn thám, GIS, mô hình SWAT và mô hình WEAP là phương pháp có tính hiệu quả cao, phù hợp với đặc điểm lưu vực sông Bé và mang lại nhiều triển vọng trong nghiên cứu đánh giá cân bằng nước lưu vực sông.
Nội dung:
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa khoa học
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
1.5. Cấu trúc khóa luận tốt nghiệp
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG
2.1. Lưu vực sông
2.2. Phương trình cân bằng nước
2.2.1. Phương trình cân bằng nước thông dụng
2.2.2. Phương trình cân bằng thủy lợi
2.3. Cấu trúc của cân bằng nước
2.4. Nội dung tính toán cân bằng nước
2.4.1. Đánh giá tiềm năng nước
2.4.1.1. Lưu lượng dòng chảy
2.4.1.2. Tổng lượng dòng chảy
2.4.1.3. Độ sâu dòng chảy
2.4.1.4. Mô đun dòng chảy
2.4.1.5. Hệ số dòng chảy
2.4.2. Xác định nhu cầu nước
2.4.2.1. Nhu cầu nước trong nông nghiệp
2.4.2.2. Nhu cầu nước trong chăn nuôi
2.4.2.3. Nhu cầu nước cho công nghiệp
2.4.2.4. Nhu cầu nước cho sinh hoạt
2.4.2.5. Nhu cầu nước cho nhà máy thủy điện
2.4.2.6. Nhu cầu nước môi trường
2.5. Mô hình tính toán cân bằng nước
2.6. Tình hình nghiên cứu tính toán cân bằng nước lưu vực sông
2.6.1. Nghiên cứu trên thế giới
2.6.2. Nghiên cứu tại Việt Nam
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Viễn thám
3.1.1. Lược sử của viễn thám
3.1.2. Định nghĩa viễn thám
3.1.3. Nguyên lý của bức xạ điện từ
3.1.4. Đặc điểm của dữ liệu ảnh viễn thám
3.1.4.1. Độ phân giải không gian
3.1.4.2. Độ phân giải phổ
3.1.4.3. Độ phân giải bức xạ
3.1.4.4. Độ phân giải thời gian
3.1.5. Giải đoán, phân tích dữ liệu viễn thám
3.1.5.1. Giải đoán và trắc đạc ảnh
3.1.5.2. Tiền xử lý ảnh số
3.1.5.3. Tăng cường chất lượng ảnh và trích xuất đối tượng
3.1.5.4. Phân loại ảnh
3.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS
3.2.1. Lược sử của GIS
3.2.2. Định nghĩa GIS

3.2.3. Thành phần của GIS3.2.4. Dữ liệu địa lý trong GIS
3.2.4.1. Mô hình dữ liệu raster và vector
3.2.4.2. Mô hình dữ liệu thuộc tính
3.2.5. Chức năng của GIS
3.3. Mô hình SWAT
3.3.1. Lược sử phát triển
3.3.2. Lý thuyết mô hình
3.3.2.1. Pha đất của chu trình thủy văn
3.3.2.2. Pha nước của chu trình thủy văn
3.3.3. Nguyên lý mô phỏng dòng chảy
3.3.3.1. Phương pháp đường cong số SCS
3.3.3.2. Phương trình Manning
3.4. Mô hình WEAP
3.4.1. Lược sử phát triển
3.4.2. Lý thuyết mô hình
3.4.3. Cấu trúc của WEAP
3.4.3.1. Sơ đồ
3.4.3.2. Dữ liệu
3.4.3.3. Kết quả
3.4.3.4. Khám phá kịch bản
3.4.3.5. Ghi chú
CHƯƠNG 4. ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG BÉ
4.1. Đặc điểm tự nhiên4.1.1. Vị trí địa lý
4.1.2. Địa hình
4.1.3. Khí hậu
4.1.3.1. Nhiệt độ
4.1.3.2. Lượng mưa
4.1.3.3. Độ ẩm không khí
4.1.3.4. Bốc hơi
4.1.3.5. Số giờ nắng
4.1.3.6. Gió
4.1.4. Thủy văn
4.1.5. Địa chất thủy văn
4.1.6. Thổ nhưỡng
4.1.7. Thảm thực vật
4.2. Đặc điểm kinh tế – xã hội
4.2.1. Dân cư, xã hội
4.2.2. Hiện trạng phát triển kinh tế
4.3. Hiện trạng nguồn nước
4.3.1. Hệ thống công trình thủy lợi
4.3.2. Tiềm năng và nhu cầu sử dụng nước
CHƯƠNG 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
5.1. Lược đồ phương pháp
5.2. Thành lập bản đồ thực phủ từ ảnh vệ tinh
5.2.1. Thu thập dữ liệu
5.2.1.1. Ảnh vệ tinh
5.2.1.2. Dữ liệu bản đồ
5.2.2. Ghép ảnh, cắt ảnh
5.2.3. Tăng cường chất lượng ảnh
5.2.4. Phát triển lược đồ phân loại thực phủ
5.2.5. Giải đoán ảnh
5.2.6. Phân loại thực phủ
5.2.7. Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại
5.3. Mô phỏng lưu lượng dòng chảy trên lưu vực bằng mô hình SWAT
5.3.1. Thu thập, xử lý dữ liệu
5.3.1.1. Dữ liệu địa hình
5.3.1.2. Dữ liệu sử dụng đất
5.3.1.3. Dữ liệu thổ nhưỡng 5.3.1.4. Dữ liệu thời tiết
5.3.1.5. Dữ liệu lưu lượng dòng chảy thực đo
5.3.2. Tiến trình thực hiện trong SWAT
5.3.2.1. Phân định lưu vực
5.3.2.2. Phân tích đơn vị thủy văn
5.3.2.3. Ghi chép dữ liệu đầu vào
5.3.2.4. Chạy mô hình
5.3.2.5. Đánh giá mô hình
5.4. Phân vùng cân bằng nước trên lưu vực trong GIS
5.4.1. Phạm vi nút cân bằng
5.4.2. Các loại hình sử dụng đất trong từng nút cân bằng
5.4.3. Nhu cầu nước từng nút cân bằng
5.4.3.1. Nhu cầu tưới trong nông nghiệp
5.4.3.2. Nhu cầu nước trong chăn nuôi
5.4.3.3. Nhu cầu nước cho công nghiệp
5.4.3.4. Nhu cầu nước cho sinh hoạt
5.4.3.5. Nhu cầu nước môi trường
5.4.4. Dòng chảy tại các nút cân bằng
5.5. Tính toán cân bằng nước trên lưu vực trong mô hình WEAP
5.5.1. Xác định vùng nghiên cứu
5.5.2. Phác họa hệ thống nguồn nước
5.5.3. Khai báo thông tin
5.5.4. Chạy mô hình
CHƯƠNG 6. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN
6.1. Kết quả phân loại thực phủ
6.1.1. Bản đồ phân loại thực phủ
6.1.2. Đánh giá độ chính xác
6.2. Kết quả mô phỏng dòng chảy lưu vực
6.2.1. Đánh giá mô hình
6.2.2. Diễn biến lưu lượng dòng chảy
6.3. Kết quả phân vùng cân bằng nước
6.3.1. Nhu cầu nước
6.3.1.1. Nhu cầu nước toàn lưu vực

6.3.1.2. Nhu cầu nước từng vùng
6.3.2. Nhu cầu nước môi trường
6.3.3. Lưu lượng dòng chảy
6.4. Kết quả tính toán cân bằng nước
6.4.1. Kịch bản cân bằng nước năm 2002
6.4.2. Kịch bản cân bằng nước năm 2010
6.4.3. Đánh giá kết quả tính toán cân bằng nước
CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT
7.1. Kết luận
7.2. Đề xuất
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Xem thêm tại:

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here