Ứng dụng ảnh viễn thám trong việc nâng cao độ chính xác của mô phỏng ngập lụt lưu vực sông Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi

 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 ỨNG DỤNG ẢNH VI ỄN THÁ M TRO NG VIỆC NÂNG CAO 
 ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÔ PHỎNG NGẬP LỤT LƯU VỰC 
 SÔNG TRÀ KHÚC TỈNH QUẢNG NGÃI 
 Vũ Đình Cương, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Thành Luân, Nguyễn Thu Huyền, 
 Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về ĐLHSB 
 Phạm Thanh Tâm 
 Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 
 Nguyễn Hiệp 
 Chi cục Phòng chống thiên tai khu vực Miền trung - Tây nguyên 
Tóm tắt: Phân tích ảnh viễn thám phục vụ nâng cao độ chính xác trong bài toán mô phỏng ngập 
lụt lưu vực được thể hiện trong nghiên cứu này tập trung vào 2 điểm: 1) Ảnh viễn thám giúp xác 
định được hệ số nhám của từng ô lưới cho vùng nghiên cứu để chính xác hóa số liệu đầu vào; 2) 
Phạm vi ngập phân tích xác định từ ảnh viễn thám được so sánh với kết quả mô phỏng của mô 
hình, giúp kiểm nghiệm độ chính xác của mô hình mô phỏng. Ảnh viễn thám có độ phân giải 
không gian khá chi tiết phản ánh khách quan được những biến động của các đối tượng trên bề 
mặt lưu vực và cho phép cập nhật kịp thời những biến động này cho mô hình mô phỏng. Diện 
ngập xác từ kết quả phân tích ảnh viễn thám có tính khách quan và là nguồn dữ liệu độc lập để 
so sánh đối chiều với kết quả tính toán từ mô hình. Sự kết hợp giữa mô hình mô phỏng ngập lụt 
Mike Flood và ảnh viễn thám được thực hiện trong nghiên cứu ngập lụt lưu vực sông Trà Khúc 
tỉnh Quảng Ngãi đã cho thấy sự hỗ trợ rất hữu hiệu của ảnh viễn thám để nâng cao độ chính xác 
của mô hình mô phỏng và là một hướng nghiên cứu đúng đắn cần phát huy nhân rộng. 
Từ khóa: sông Trà Khúc, mô hình ngập lụt, ảnh viễn thám và GIS. 
Summary: Remote sensing analysis serving for improving accuracy of flood model for river 
basin is approached in this study focusing on 2 aspects: 1) Remote sensing image helps to 
determine the roughness coefficient of each grid cell of the model thus correcting input data; 2) 
The extent of inundation area from remote sensing image is compared with results of model 
calculation to test the accuracy of the simulation. Remote sensing data has a good spatial 
resolution, and objectives in the basin surface have been reflected quite clear thus allowing 
timely updates the changes of the basin’s surface to the simulation model; The results of remote 
sensing analysis are useful for combining with simulated results to accurately determine the 
extent of flooding in the basin. The flood inundation modeling and remote sensing analysis was 
conducted for Tra Khuc river basin show the way of improving the accuracy of the modeling, 
and this is a proper research direction to extend. 
Keyword: Tra Khuc river, flood model, Remote sensing and GIS 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * công tác phòng chống lụt bão nói riêng (Đinh 
Trong những năm gần đây, công nghệ viễn Ngọc Đạt, 2015; Kebede Bishaw, 2012). Ảnh 
thám và GIS đang được ứng dụng rộng rãi viễn thám với nhiều ưu điểm như giàu thông 
trong công tác quản lý thiên tai nói chung và tin, chu kỳ thu nhận thông tin ngắn, xử lý 
 thông tin trên diện rộng và thông tin có tính 
Ngày nhận bài: 24/7/2017 khách quan cao. Kết quả chiết tách từ ảnh vệ 
Ngày thông qua phản biện: 05/9/2017 tinh cho ta các thông tin về các đối tượng trên 
Ngày duyệt đăng: 22/12/2017 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 1
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
bề mặt đất và phạm vi ngập lụt tại thời điểm qua điều tra thực địa để bổ sung dữ liệu địa 
chụp ảnh. Những lớp thông tin này là dữ liệu hình cho mô hình mô phỏng. 
đầu vào rất quan trọng cho mô hình mô phỏng 
 2.2. Cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu 
ngập lụt trên lưu vực sông, giúp nâng cao độ 
chính xác của các kết quả tính toán từ mô hình 1) Dữ liệu thủy văn: 
(Chu Hải Tùng và nnk, 2008). - Mục nước (H) và lưu lượng (Q) thực đo tại 
Phân tích ảnh viễn thám phục vụ nâng cao độ các trạm biên Sơn Giang, An Chỉ và tại các 
chính xác trong bài toán mô phỏng ngập lụt trạm Trà Khúc, Sông Vệ để kiểm tra mô hình. 
lưu vực được thể hiện trong nghiên cứu này - Mực nước thủy triều dự tính từ các hằng số 
tập trung vào 2 điểm: 1) Ảnh viễn thám giúp điều hòa thiên văn tại các biên cửa sông. 
xá c định được hệ số nhám của từng ô lưới cho - Lưu lượng lũ tính toán bằng mô hình thủy 
vùng nghiên cứu để chính xác hóa số liệu đầu văn Mike NAM tại các biên nhập lưu. 
vào; 2) Phạm vi ngập lụt phân tích trên ảnh 2) Dữ liệu vết lũ lịch sử trên lưu vực: 
viễn thám được so sánh với kết quả mô phỏng 
 - Tài liệu vết lũ lịch sử điều tra và thu thập 
của mô hình giúp kiểm nghiệm độ chính xác 
 được trên lưu vực sông Trà Khúc, sông Vệ của 
của mô phỏng. Nghiên cứu này ứng dụng ảnh 
 các trận lũ lớn lịch sử năm 2009 và 2013. 
viễn thám trong mô phỏng lũ lưu vực sông Trà 
Khúc và sông Vệ tỉnh Quảng Ngãi. Để có 3) Dữ liệu ảnh vệ tinh: 
thêm dữ liệu kiểm chứng mô hình, số liệu vết - Ảnh vệ tinh quang học để chiết tách thông tin 
lũ lịch sử trên lưu sông cũng đã được thu thập lớp phủ và ảnh vệ tinh radar để chiết tách 
để phục vụ nghiên cứu. thông tin phạm vi ngập trên bề mặt lưu vực 
 sông Trà Khúc, sông Vệ. Cụ thể: 
2. CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 
NGHIÊN CỨU + Ảnh quang học: bao gồm 03 cảnh ảnh 
 Landsat (độ phân giải không gian 30m x 30m) 
2.1. Phương pháp nghiên cứu chụp vào thời điểm mùa khô trước thời điểm 
Nghiên cứu đã ứng dụng mô hình mô phỏng xảy ra lũ lớn vào các năm 1999, 2009, 2013 
ngập lụt MIKE FLOOD kết hợp giữa mô hình để chiết tách lớp phủ trên bề mặt lưu vực. 
MIKE11 mô phỏng dòng chảy lũ trong sông + Ảnh radar: không có ảnh vệ tinh chụp trùng 
và mô hình MIKE21 FM mô phỏng dòng chảy thời gian xảy ra các trận lũ lớn lịch sử năm 
lũ tràn trên bề mặt lưu vực. Mô hình MIKE 1999, 2009, 2013 trên lưu vực. Nghiên cứu 
FLOOD được thiết lập trong hệ tọa độ đồng bộ này đã sử dụng ảnh Sentinel chụp tại thời điểm 
với các dữ liệu đầu vào của mô hình được lấy ngập lụt của trận lũ ngày 01/12/2016 (độ phân 
từ các kết quả phân tích ảnh viễn thám bằng gi ải không gian 10m x 10m) để chiết tách 
phần mềm GIS. Các phần mềm được sử dụng phạm vi vùng ngập lụt. 
trong phân tích ảnh viễn thám của nghiên cứu 4) Dữ liệu địa hình và công trình khu vực hạ 
này gồm ENVI, SNAP, ArcGIS (Luân N.T. và du lưu vực sông Trà Khúc, sông Vệ: 
nnk, 2017) nhằm chi tiết hóa các thông tin về - Tài liệu mặt cắt địa hình cho mô hình 
lớp phủ cũng như phạm vi ngập lụt trên bề mặt Mike11 mạng sông: sử dụng 370 mặt cắt 
lưu vực sông. Ngoài ra, những khu vực có biến ngang sông đo đạc từ năm 2010-2014 để thiết 
động lớn về địa hình trên lưu vực (như các khu lập cho mô hình Mike11. 
công nghiệp, đường giao thông) cũng được - Tài liệu địa hình vùng ngập lũ trên lưu vực: 
kiểm tra thông tin và xác định cao độ thông 
2 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
sử dụng số liệu bình đồ tỷ lệ 1:10.000 cho toàn Trên cơ sở phân tích mạng sông và địa hình tự 
lưu vực và 1:2.000 cho khu vực TP. Quảng nhiên lưu vực sông Trà Khúc, sông Vệ, nghiên 
Ngãi do Cục Đo đạc và Bản đồ xu ất bản năm cứu thiết mô hình mô phỏng trong mô hình 
2011 để thiết lập địa hình vùng ngập lũ vùng Mike FLood như Hình 1. Trong đó: Các sông 
hạ du lưu vực. chính được đưa vào mô hình Mike11 gồm 10 
- Tài liệu các công trình trên khu vực hạ du lưu tuyến sông (Trà Khúc dài 53,96 km, sông Vệ 
vực sông: Tổng hợp tài liệu về các công trình dài 21,67 km, Trà Câu dài 22,51 km, sông 
giao thông, thủy lợi trên lưu vực có ảnh hưởng Thoa dài 28,35 km, sông Kinh dài 10,55 km, 
đến quá trình lũ tràn trên lưu vực, như các cầu Phúc Thọ dài 6,11 km, Lệ Thủy dài 28 km, 
giao thông, tuyến đường bộ, đường sắt, các Phước Giang dài 30 km, Bàu Giang dài 24,69 
tuyến kênh tưới ngăn cản lũ rõ rệt. Các công km và sông Đá dài 4,78 km). 
trình này được đưa vào trong mô hình mô Miền lưới tính của mô hình Mike21 FM có 
phỏng. tổng số 130.000 phần tử ô lưới phi cấu trúc. 
2.3. Thiết lập mô hình Kích thước trung bình mỗi cạnh ô lưới 
 100m, khu vực quan trọng kích thước cạnh ô 
a) Thiết lập mạng sông và lưới tính mô hình lưới 30m. 
MIKE FLOOD: 
 Hình 1: Mô hình Mike Flood thiết lập cho vùng hạ du lưu vực sông Trà Khúc, sông Vệ 
b) Thiết lập các điều kiện biên cho mô hình: Câu, sông Lệ Thủy, sông Đá, sông Phước 
 Mô hình gồm có các biên lưu lượng phía trên, Giang không có trạm đo lưu lượng được tính 
các biên nhập lưu khu giữa và các biên mực toán từ mô hình thủy văn MIKE NAM (đã 
nước phía dưới. được hiệu chỉnh kiểm định đảm bảo sai số 
 cho phép). 
- Các biên lưu lượng: Các biên lưu lượng 
thực đo tại Sơn Giang sông Trà Khúc, tại An - Các biên nhập lưu khu giữa: sông Trà 
Chỉ sông Vệ; Các biên lưu lượng sông Trà Khúc, từ trạm Sơn Giang đến cửa sông có 7 
 nhập lưu: (1) tại xã Sơn Nham cách đập Thạch 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 3
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
Nham 8,5 km về phía thượng lưu; (2) tại xã cho hệ số nhám phân bố biến đổi theo không 
Sơn Hạ cách đập Thạch Nham 10 km về phía gi an lưu vực. Tuy nhiên hạn chế của phương 
thượng lưu; (3) sông Giang cách đập Thạch pháp này là phụ thuộc hoàn toàn vào bản đồ 
Nham 2,6 km về phía hạ lưu; (4) sông Bằng hiện trạng sử dụng đất trên lưu vực; các bản đồ 
Đằng cách đập Thạch Nham 5,4km về phía hạ thường có mức độ chi tiết không cao (bản đồ 
lưu; (5) sông Phước cách đập Thạch Nham 9 tỷ lệ 1:25.000) nên hệ số nhám cũng đã bị 
km về phía hạ lưu; (6) sông An Mỹ Trại cách trung bình hóa giữa các đối tượng; thời gian 
đập Thạch Nham 11,5 km về phía hạ lưu; (7) cập nhật bản đồ lâu (ít nhất 5 năm một lần) 
sông Tam Hàn cách đập Thạch Nham 14,4 km nên chưa phản ánh đúng được các đối tượng 
về phía hạ lưu. Lưu lượng các nhập lưu được bề mặt lưu vực tại thời điểm trận lũ mô phỏng. 
tính toán từ mô hình thủy văn MIKE NAM. Những hạn này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ 
- Các biên mực nước: biên mực nước tại các chính xác của mô phỏng. 
cửa sông đổ ra biển, gồm 4 cửa sông Trà Ứng dụng ảnh viễn thám để xác định hệ số 
Khúc, cửa sông Vệ, cửa sông Kinh và cửa nhám cho mô hình với các đối tượng trên bề 
sông Trà Câu. Các cửa sông không có số liệu mặt lưu vực có thể khắc phục được những hạn 
đo mực nước nên trong nghiên cứu sử dụng chế đối với số liệu đầu vào như phân tích ở 
mực nước triều dự tính từ các hằng số điều hòa trên. Nghiên cứu này xác định hệ số nhám bề 
thiên văn. mặt từ phân tích ảnh viễn Landsat độ phân giải 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30m x 30m cho mô hình mô phỏng ngập lụt 
 trên lưu vực. M ặt khác chu kỳ chụp lặp của 
3.1. Kết hợp dữ liệu ảnh viễn thám để hiệu ảnh Landsat là 16 ngày cho phép xác định 
chỉnh, kiểm định nâng cao chính xác của được chính xác hệ số nhám tức thời gần sát với 
mô hình mô phỏng thời điểm xảy ra trận lũ cần tính toán mô 
1. Thiết lập thông số nhám cho mô hình phỏng từ đó nâng cao được độ chính xác của 
Mỗi loại đối tượng thực tế trên bề mặt lưu vực mô hình. Từ kết quả phân tích ảnh Landsat sẽ 
(đối tượng công trình dân cư, thủy lợi, giao phân loại được các đối tượng cụ thể trên bề 
thông, đất trồng cây, đất trồng lúa, đất xây mặt lưu vực như Hình 2(a). Sau khi quy đổi 
dựng) được đặc trưng bởi một giá trị hệ số gi á t rị hệ số nhám cho mỗi loại đối tượng cụ 
nhám khác nhau trong mô hình toán 2 chiều, thể sẽ xác định được hệ số nhám phân bố theo 
biểu thị cho mức độ cản trở dòng chảy lũ tràn không gian bề mặt lưu vực. 
trên bề mặt lưu vực. Mô phỏng ngập lụt cho Dựa vào độ phân giải của ảnh viễn thám mỗi 
lưu vực sông Trà Khúc của một số nghiên cứu vùng ô lưới vuông kích thước 30m x 30m sẽ được 
trước đây t hường sử dụng hai phương pháp để gán một giá trị hệ số nhám. Giá trị hệ số nhám 
xá c định hệ số nhám cho mô hình: (1)-Hệ số của các đối tượng trên bề mặt lưu vực t rong mô 
nhám là hằng số trung bình cho toàn lưu vực phỏng thủy lực đã được rất nhiều các nhà khoa 
hoặc (2)-Hệ số nhám phân bố dựa vào bản đồ học trên thế giới nghiên cứu và công bố, các tác 
sử dụng đất. Khu vực hạ du lưu vực sông Trà giả nổi tiếng có thể kể đến như Chow VT., 1959]; 
Khúc có kinh tế xã hội khá phát triển nên các Fazlul Karim, 2011; Connell Wagner, 2006; R. 
đối tượng trên bề mặt lưu vực có sự biến động Lomulder, 2004]; Alexander Salmonsson, 2015. 
lớn theo không gian, do đó việc sử dụng hệ số Nghiên cứu này trên cơ sở tham khảo các giá trị 
nhám theo phương pháp (1) chưa thỏa đáng do hệ số nhám của các tác giả đã công bố kết hợp với 
không phản ánh đúng được điều kiện bề mặt phân tích điều kiện bề mặt thực tế của lưu vực để 
lưu vực. Xác định hệ số nhám theo phương sơ bộ lựa chọn được giá trị hệ số nhám làm đầu 
pháp (2) có ưu điểm hơn phương pháp (1) là vào cho mô hình Mike Flood, hệ số nhám phân 
4 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
bố thiết lập dưới dạng ô lưới 30m x 30m như quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mô 
Hình 2(b). Hệ số nhám này sẽ được điều chỉnh để phỏng với một số trận lũ. 
tìm ra giá trị phù hợp nhất cho lưu vực t hông qua 
(a) Chiết tách lớp phủ từ ảnh Landsat (b) Hệ số nhám quy đổi cho các đối tượng 
 Hình 2: Thiết lập thông số nhám mô hình từ kết quả phân tích ảnh viễn thám 
2. Hiệu chỉnh mô hình - Hiệu chỉnh mực nước tại các trạm đo: 
Mô hình được hiệu chỉnh với trận lũ năm Hiệu chỉnh mực nước tại các trạm đo cho 
2009. Trận lũ năm 2009 là trận lũ lịch sử đặc kết quả tốt: Trên sông Trà Khúc tại trạm 
biệt lớn trên cả sông Trà Khúc và sông Vệ: tại Trà Khúc, mực nước tính toán Hmax = 8.0m 
 3
trạm Sơn Giang Qmax = 11800 m /s, tại trạm thấp hơn đỉnh lũ thực đo 0.12m; Trên sông 
Trà Khúc Hmax = 8.12 m (trên báo động 3 là Vệ tại trạm Sông Vệ, mực nước tính toán 
 3
1.62 m), tại trạm An Chỉ Qmax = 2420 m /s, tại Hmax = 5.27m thấp hơn đỉnh lũ thực đo 
trạm Sông Vệ Hmax = 5.38 m (trên báo động 3 0.11m (Hình 3). Chỉ số Nash đánh giá sai số 
là 0.88 m). Sử dụng tài liệu thực đo mực nước hiệu chỉnh mô hình giữa kết quả tính toán 
các trạm Trà Khúc, Sông Vệ, Trà Câu kết hợp và số liệu thực đo cho kết quả tốt: trạm Trà 
với số liệu khảo sát của 57 vết lũ lịch sử trên Khúc Nash = 0.93, trạm Sông Vệ Nash = 
lưu vực để hiệu chỉnh bộ thông số mô hình. 0.98 (Bảng 2). 
 Bảng 1: Bảng chỉ số Nash đánh giá sai số hiệu chỉnh mô hình 
 Hmax tính Hmax thực Sai số đỉnh 
 TT Tên trạm Tên sông Chỉ số Nash 
 toán (m) đo (m) (m) 
 1 Trà Khúc Sông Trà Khúc 8.0 8.12 0.12 0.93 
 2 Sông Vệ Sôn g Vệ 5.27 5.38 0.11 0.98 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 5
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 Hình 3: Hiệu chỉnh mực nước tại trạm Trà Khúc và Sông Vệ với trận lũ năm 2009 
- Hiệu chỉnh với vết lũ điều tra: 
Hiệu chỉnh với số liệu điều tra vết 
lũ trên lưu vực cho kết quả tốt: 
- Về phạm vi ngập: phạm vi ngập 
từ kết quả tính toán mô hình có sự 
tương đồng tốt với phạm vi của các 
vết lũ điều tra thu thập được trên 
lưu vực (Hình 4); 
- Về cao trình mực nước lũ: so 
sánh cao trình mực nước lũ giữa 
kết quả tính toán và thực tế tại các 
điểm vết lũ điều tra cũng có sự phù 
hợp tốt. Sai số mực nước lũ trung 
bình khoảng 0.5-1.0m (Hình 5). 
 Hình 4: So sánh phạm vi ngập lụt trận lũ 2009 
 với các vết lũ điều tra trên lưu vực 
 Hình 5: So sánh hiệu chỉnh mực nước trận lũ 2009 với cao trình vết lũ điều tra 
6 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
3. Kiểm định mô hình thám Sentinel để kiểm chứng mô hình. 
Mô hình được kiểm định lại với trận lũ từ ngày - Kiểm định mực nước tại các trạm đo: 
30/11/2016 - 04/12/2016. Đây là trận lũ lớn Kiểm định mực nước tại các trạm đo cho kết 
gây ngập lụt phía sông Vệ và sông Trà Câu, quả tốt: tại trạm Trà Khúc mực nước tính toán 
nhưng lũ không lớn trên sông Trà Khúc: tại 
 3 Hmax = 5.34 m thấp hơn đỉnh lũ thực đo 0.11 
trạm Sơn Giang Qmax = 2750 m /s, tại trạm Trà m; tại trạm Sông Vệ mực nước tính toán Hmax 
Khúc Hmax = 5.45 m (trên báo động 2 là 0.45 
 3 = 5.06 m thấp hơn đỉnh lũ thực đo 0.12 m 
m), tại trạm An Chỉ Qmax = 1530 m /s, tại trạm (Hình 6). Chỉ số Nash đánh giá sai số kiểm 
Sôn g Vệ Hmax = 5.18 m (trên báo động 3 là định mô hình giữa kết quả tính toán và số liệu 
0.68 m). Sử dụng tài liệu thực đo mực nước thực đo cho kết quả tốt: trạm Trà Khúc Nash = 
các trạm Trà Khúc, Sông Vệ kết hợp so sánh 0.89, trạm Sông Vệ Nash = 0.76 (Bảng 2). 
với phạm vi vùng ngập chiết tách từ ảnh viễn 
 Bảng 2: Bảng chỉ số Nash đánh giá sai số kiểm định mô hình 
 Hmax Hmax Sai số đỉnh 
 TT Tên trạm Tên sông Chỉ số Nash 
 tính toán (m) thực đo (m) (m) 
 1 Trà Khúc Sông Trà Khúc 5.34 5.45 0.11 0.89 
 2 Sông Vệ Sôn g Vệ 5.06 5.18 0.12 0.76 
 Hình 6: Kiểm định mực nước tại trạm Trà Khúc và Sông Vệ với trận lũ năm 2016 
- Kiểm định với phạm vi vùng ngập chiết tách Phước Giang, Bàu Giang, nhưng có sự khác 
từ ảnh viễn thám Sentinel biệt rất lớn về diện ngập ở các khu vực khác, 
Kết quả kiểm định mô hình với phạm vi ngập đặc biệt là phía sông Trà Khúc. Điều nay có 
lụt chiết tách từ ảnh Sentinel thể hiện như thể lý giải như sau: Trên sông Trà Khúc mực 
Hình 7(b). Phạm vi ngập tính toán từ mô hình nước lũ mới trên báo động 2 nên lũ chưa thể 
có sự tương đồng khá tốt đối với phạm vi ngập tràn bờ gây ngập lụt trên lưu vực được, các 
xá c định từ ảnh Sentinel ở những khu vực địa khu vực ngập xác định được trên ảnh vệ tinh là 
hình thấp dọc các tuyến sông Vệ, Trà Câu, các khu có địa hình trũng thấp bị ngập úng cục 
 bộ do mưa trực tiếp trên bề mặt. 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 7
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 (a) Vùng ngập chiết tách từ ảnh Sentinel (b) So sánh vùng ngập 
 Hình 7: So sánh phạm vi ngập lụt trận lũ 2016 với vùng ngập chiết tách từ ảnh Sentinel 
- Bộ thông số nhám của mô hình Mike Flood: 0.04. Đối với mô hình Mike21 FM, hệ số 
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình đã nhám bề mặt lưu vực trong khoảng 0.035 - 
xá c định được bộ thông số nhám phù hợp cho 0.30 tùy thuộc vào từng loại đối tượng. Giá trị 
khu vực nghiên cứu. Đối với mô hình Mike11, hệ số nhám cụ thể như Bảng 3. 
hệ số nhám lòng sông trong khoảng 0.02 - 
 Bảng 3: Bộ thông số nhám của mô hình Mike Flood phù hợp cho vùng nghiên cứu 
 Phân loại các lớp phủ đặc trưng trên lưu vực Giá trị hệ số nhám (n) 
 Cát: nền cát ở các khu vực bãi sông, cửa sông 0.04 
 Cây thấp: khu vực cây trồng, lúa và hoa màu 0.04 - 0.05 
 Dân cư: khu dân cư nông thôn và thành thị (nhà cửa) 0.1 - 0.3 
 Nước: khu vực lòng sông chính 0.033 
 Rừng: khu vực rừng nguyên sinh và rừng tái sinh (cây cao) 0.12 - 0.2 
 Đất trống: khu vực cây bụi, cỏ (ít thực vật) 0.07 - 0.1 
 Đất xây dựng: khu vực đang san lấp xây dựng công trình 0.035 
4. Nhận xét kết quả hiệu chỉnh và kiểm định vết lũ có sự tương đồng tốt, mực nước tính 
mô hình toán so với cao trình vết lũ sai số trong khoảng 
Mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định cho 0.5 - 1.0 m trên phạm vi toàn lưu vực với 57 
kết quả tốt. Sai số về mực nước tại các trạm vết lũ là có thể chấp nhận được. Hệ số nhám 
kiểm tra Trà Khúc và Sông Vệ đều chỉ nhỏ phân bố của mô hình phù hợp với các kết quả 
hơn khoảng 10 cm. Phạm vi ngập từ kết quả đã công bố của các nghiên cứu trước đây. Như 
tính toán so với phân bố của các điểm điều tra vậy với việc ứng dụng kết hợp ảnh viễn thám 
8 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
làm đầu vào và số liệu kiểm chứng đã nâng 3 là 1.53 m). 
cao được độ chính xác cho mô hình, bộ công Nghiên cứu đã điều tra thu thập được 114 vết 
cụ mô hình đã đảm bảo độ tin cậy và có thể sử lũ (độ sâu ngập) trên phạm vi toàn lưu vực, độ 
dụng để tính toán mô phỏng cho các trận lũ sâu ngập phổ biến từ 0.5 - 1.5m, một số điểm 
khác trên lưu vực. ngập sâu trên 3m. Kết quả tính toán độ sâu 
3.2. Mô phỏng ngập lụt trên lưu vực trong ngập so với số liệu điều tra tại các vết lũ cho 
một số trận lũ lịch sử thấy có sai khác khá lớn, phổ biến trong 
Trận lũ lịch sử năm 2013 khoảng 1.0 - 1.5m (Hình 8). Điều này có thể lý 
 gi ải là do nguyên nhân: độ sâu ngập lũ tại các 
Trận lũ năm 2013 là trận lũ có lưu lượng lũ lớn vết lũ điều tra là độ sâu ngập cục bộ với địa 
nhất đã xảy ra trên cả sông Trà Khúc và sông 
 3 hình thực tế tại điểm vết lũ, trong khi đó độ 
Vệ: tại trạm Sơn Giang Qmax = 16400 m /s, tại sâu ngập lũ tính toán từ mô hình là độ sâu 
trạm Trà Khúc Hmax = 8.76 m (trên báo động 3 
 3 ngập trung bình của ô lưới tính với địa hình ô 
là 2.26 m), tại trạm An Chỉ Qmax = 3770 m /s, lưới đã trung bình hóa giữa các điểm địa hình. 
tại trạm Sông Vệ Hmax = 6.03 m (trên báo động 
 Hình 8: Độ sâu ngập tại 114 vết lũ điều tra trên lưu vực trong trận lũ 2013 
Diện tích ngập và độ sâu ngập: Phạm vi ngập lụt Bảng 4: Thống kê diện tích ngập lụt trong 
từ kết quả mô hình có sự tương đồng tốt với trận lũ l ịch sử năm 2013 
phạm vi phân bố của các vết lũ lịch sử năm 2013 
 Diện tích ngập tương 
điều tra được trên lưu vực (Hình 9). Đạt được sự Độ sâu ngập (m) 
 ứng độ sâu ngập (ha) 
tương đồng này là do mô hình đã được hiệu 
 < 0.2 1275 
chỉnh kiểm định tốt, nâng cao được độ chính xác 
nhờ kết hợp ảnh viễn thám để xác định hệ số 0.2 - 0.5 5043 
nhám và diện tích ngập phù hợp cho mô hình. 0.5 - 1.0 9266 
Kết quả phân tích đã xác định được tổng diện 1.0 - 1.5 7441 
tích ngập lụt trên lưu vực trong trận lũ lịch sử 1.5 - 2.0 4566 
năm 2013 là 32030 ha, trong đó những khu vực 2.0 - 2.5 2438 
bị ngập sâu từ 0.5 - 1.0 m chiếm diện tích nhiều 2.5 - 3.0 1137 
nhất là 9266 ha, khu vực ngập sâu trên 2m chiếm > 3.0 864 
diện tích 4439 ha, đặc biệt khu vực ngập sâu trên Tổng diện tích ngập (ha) 32030 
3m cũng chiếm tới diện tích 864 ha (Bảng 4). 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 9
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 Bảng 5: Thống kê diện tích ngập lụt trong 
 trận lũ l ịch sử năm 1999 
 Diện tích ngập 
 Độ sâu ngập (m) tương ứng độ sâu 
 ngập (ha) 
 < 0.2 1484 
 0.2 - 0.5 4604 
 0.5 - 1.0 7960 
 1.0 - 1.5 6779 
 1.5 - 2.0 4553 
 2.0 - 2.5 2732 
 2.5 - 3.0 1024 
 > 3.0 364 
 Tổng diện tích ngập (ha) 29498 
Hình 9: So sánh phạm vi ngập lụt trận lũ 2013 
 với các vết lũ điều tra trên lưu vực 
5. Trận lũ lịch sử năm 1999 
Trận lũ năm 1999 cũng là trận lũ lớn trên cả 
sông Trà Khúc và sông Vệ: tại trạm Sơn 
 3
Giang Qmax = 10700 m /s, tại trạm Trà Khúc 
Hmax = 8.36 m (trên báo động 3 là 1.86 m), 
 3
tại trạm An Chỉ Qmax = 3500 m /s, tại trạm 
Sôn g Vệ Hmax = 6.03 m (trên báo động 3 là 
1.53 m). 
Diện tích ngập và độ sâu ngập: Tổng diện 
tích ngập lụt trên lưu vực trong trận lũ lịch 
sử năm 1999 là 29498 ha, trong đó những 
khu vực bị ngập sâu từ 0.5 - 1.0 m chiếm 
diện tích nhiều nhất là 7960 ha, khu vực Hình 10: Độ sâu ngập lụt lưu vực trong trận lũ 
ngập sâu trên 2m chiếm diện tích 4120 ha, lịch sử năm 1999 
khu vực ngập sâu trên 3m chiếm diện tích 
364 ha (Bảng 5, Hình 10). Như vậy trận lũ 4. KẾT LUẬN 
năm 2009 cũng gây ngập lụt diện rộng Nghiên cứu đã ứng dụng được ảnh viễn thám 
nhưng phạm vi và mức độ ngập vẫn ít hơn kết hợp với mô hình mô phỏng để nâng cao độ 
trận lũ năm 2013. chính xác của mô hình Mike Flood tính toán 
10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
ngập lụt cho vùng hạ du lưu vực sông Trà quan trắc khách quan về diện ngập trên lưu 
Khúc, sông Vệ. Kết quả nghiên cứu đã xác vực. Tuy nhiên, cần lưu ý phân biệt ngập lụt 
định được hệ số nhám bề mặt lưu vực trong do lũ sông và ngập úng do mưa nội đồng khi 
khoảng 0.035 - 0.30 tùy thuộc vào từng loại sử dụng kết quả phân tích diện ngập lụt từ ảnh 
đối tượng, đây là dữ liệu đầu vào rất quan viễn thám. 
trọng cho mô hình Mike Flood. Mô hình được Phương pháp mô hình toán mô phỏng và 
kiểm chứng cho kết quả khá tốt, phù hợp với phương pháp phân tích ảnh viễn thám trong 
dữ liệu các vết lũ điều tra trên lưu vực cũng nghiên cứu ngập lụt lưu vực đều có những 
như phạm vi ngập lụt chiết tách từ ảnh viễn điểm mạnh và những điểm còn hạn chế, do đó 
thám. Phương pháp kết hợp ảnh viễn thám kết hợp giữa hai phương pháp với nhau, bổ trợ 
nâng cao độ chính xác cho mô hình ngập lụt cho nhau để nâng cao độ chính xác của mô 
lần đầu tiên áp dụng cho lưu vực sông Trà hình mô phỏng là một hướng nghiên cứu đúng 
Khúc, sông Vệ tỉnh Quảng Ngãi bước đầu đã đắn cần phát huy nhân rộng. 
cho kết quả tốt, đây là cơ sở khoa học quan 
trọng để ứng dụng mở rộng nghiên cứu cho Lời cảm ơn: Bài báo này là một phần kết quả 
các lưu vực sông khác trên cả nước. của đề tài nghiên cứu cấp Bộ Nông nghiệp và 
 Phát triển nông thôn: “Nghiên cứu ứng dụng 
Hệ số nhám của mô hình xác định từ kết quả công nghệ GIS và viễn thám để theo dõi, đánh 
phân tích ảnh viễn thám có nhiều ưu điểm so giá, hoàn thiện và nâng cao độ chính xác của 
với những phương pháp trước đây: phản ánh công tác dự báo ngập lụt phục vụ công tác 
khách quan và cập nhật kịp thời được những quản lý phòng chống lũ lụt vùng hạ du các 
biến động của các đối tượng trên bề mặt lưu sông”, chủ nhiệm PGS.TS Nguyễn Thanh 
vực; số liệu có độ phân giải không gian khá Hùng - Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc 
chi tiết để phục vụ nghiên cứu. Kết quả phân gi a về động lực học sông biển. 
tích ảnh viễn thám cung cấp nguồn dữ liệu 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Chu Hải Tùng, Đặng Trường Giang, Phạm Văn Mạnh, Nguyễn Minh Ngọc (2008). Ứng 
 dụng kết hợp ảnh vệ tinh radar và quang học để thành lập một số thông tin về lớp phủ mặt 
 đất. Đặc san của Trung tâm Viễn thám quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, số 5 tháng 
 12 - 2008, tr.1 - 14. 
[2] Đặng Văn Bào, Đào Đình Bắc, N guyễn Quang Mỹ, Vũ Văn Phái, Nguyễn Hiệu (2002). 
 Bản đồ cảnh báo lũ lụt vùng đồng bằng ven biển Trung Bộ Việt Nam. Tạp chí Khoa học 
 ĐHQG HN, 2002. KHTN & CN, T.XVIII, N0 2, tr.17 - 25. 
[3] Đinh Ngọc Đạt. Báo cáo ứng dụng địa không gian đánh giá nhanh về mưa lũ. Hà Nội, 
 2015. 
[4] Lê Thị Bích Liên. Ứng dụng ảnh vệ tinh MODIS giám sát lũ Đồng Bằng Sông Cửu Long. 
 Luận văn tốt nghiệp đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, 2012. 
[5] Nguyễn Thành Luân, Nguyễn Thanh Hùng, Vũ Đình Cương, Nguyễn Thu Huyền, 
 Phạm Quang Sơn, Đặng Hoàng Thanh. Nghiên cứu thành lập bản đồ ngập lụt từ ảnh 
 viễn thám radar áp dụng cho hạ du lưu vực sông Trà Khúc, sông Vệ, tỉnh Quảng Ngãi. 
 (Đã gửi và đang chờ chấp nhận đăng ở tạp chí Tạp chí khoa học và kỹ thuật Thủy Lợi 
 và Môi trường). 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 11 
 CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ 
[6] Phạm Văn Chiến và nnk. Nghiên cứu, hiệu chỉnh bản đồ nguy cơ ngập lụt, mốc báo lũ theo 
 các mức báo động lũ mới phục vụ phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai tỉnh Quảng 
 Ngãi. Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ, 2013. 
[7] Viện Địa lý, Viện hàn lâm KH&CN VN. Nghiên cứu quy hoạch phòng chống và tiêu thoát 
 lũ sông Trà Khúc và sông Vệ, tỉnh Quảng Ngãi. Hà Nội, 2010. 
[8] Alexander Salmonsson. MIKE 21 FM in Urban Flood Risk Analysis. Master of Science 
 Thesis, 2015. 
[9] Bofu Yu. Báo cáo Thủy văn và Hình thái địa hình bồi tích các sông Trà Bồng, Trà Khúc 
 và Sông Vệ tại Quảng Ngãi, Việt Nam. Dự án Giảm nhẹ thiên tai Quảng Ngãi do Australia 
 tài trợ. Quảng Ngãi, 2003. 
[10] Chow VT. Open Channel Hydraulics. 1959. 
[11] Connell Wagner. Tully-Murray Rivers Flood Study Calibration Phase Report. 2006. 
[12] Fazlul Karim, Anne Kinsey-Hendersona, Jim Wallacea, Angela H. Arthingtonb and 
 Richard G.Pearsonc. Modelling wetland connectivity during overbank flooding in a 
 tropical floodplain in north Queensland, Australia. 
[13] Kebede Bishaw. Application of GIS and Remote Sensing Techniques for Flood Hazard and 
 Risk Assessment: The Case of Dugeda Bora Woreda of Oromiya Regional State, Ethiopia. 
 Paper for the 2012 Berlin Conference on the Human Dimensions of Global Environmental 
 Change. 
[14] Lomulder, R. Appropriate modelling: Application of Sobek 1D2D for dike break and 
 overtopping at the Elbe. Universiteit Twente, 2004. 
12 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017