DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Thu thập dữ liệu
Thu thập và xử lý số liệu là bước quan trọng đầu tiên trong việc xây dựng mô hình toán học Để thực hiện tính toán, cần thu thập các tài liệu và số liệu liên quan theo mô hình đã chọn Trong luận văn này, mô hình thủy lực HEC-RAS và HEC-GeoRAS được sử dụng, do đó các tài liệu cần thiết bao gồm bản đồ số độ cao (DEM), bản đồ sử dụng đất và số liệu khí tượng thủy văn.
3.1.1 Tài liệu mô hình số độ cao (DEM)
Trong quá trình phân định lưu vực, dữ liệu DEM của sông Đắk Bla được sử dụng, với hệ tọa độ UTM WGS 84 múi 48 phù hợp Dữ liệu này được nhập vào ArcGIS, cho phép chồng lớp mạng lưới sông Đắk Bla lên bản đồ DEM Qua đó, việc xác định mạng lưới sông cần nghiên cứu cùng với các số liệu liên quan trở nên dễ dàng hơn.
H nh 3.1 Bản đồ DEM lưu vực sông Đắk Bla 3.1.2 Tài liệu thủy văn a) Lưu lượng dòng chảy
Thống kê lưu lượng dòng chảy trung bình theo ngày trong các tháng 9 và 10 năm
2009 tại các nhánh sông vùng hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla được thể hiện lần lượt tại Bảng 3.1 và 3.2
Bảng 3.1 Lưu lượng dòng chảy tại biên dưới hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla giai đoạn tháng 9 và 10 năm 2009 (đơn vị m3/s)
Ngày Lưu lượng dòng chảy (m3/s) Ngày Lưu lượng dòng chảy (m3/s)
Bảng 3.2 Lưu lượng dòng tại biên trên hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla giai đoạn tháng 9 và 10 năm 2009 (đơn vị m3/s)
Ngày Lưu lượng dòng chảy (m3/s) Ngày Lưu lượng dòng chảy (m3/s)
Vào ngày 31 tháng 10 năm 2009, mực nước tại các nhánh sông vùng hạ lưu lưu vực sông Đắk được ghi nhận ở mức 41.62 Độ cao mực nước theo ngày trong các tháng 9 và 10 năm 2009 được trình bày chi tiết trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3 Độ cao mực nước tại biên dưới hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla giai đoạn tháng 9 và 10 năm 2009 (đơn vị m)
Ngày Độ cao mặt nước (m) Ngày Độ cao mặt nước (m)
3.1.3 Dữ liệu sử dụng đất
Xác định hệ số nhám Manning là yếu tố quan trọng trong tính toán thủy lực của lòng dẫn hở, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của mô hình tính toán.
Hệ số nhám thay đổi tùy theo từng loại địa hình và tình huống cụ thể Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ nhám bề mặt, sự hiện diện của cây cỏ xung quanh, và hình dạng của lòng dẫn, chẳng hạn như lòng sông.
Tài liệu sử dụng đất được trình bày dưới dạng bản đồ hiện trạng, trong đó thông tin và số liệu được khai thác bằng phần mềm ArcGIS Dữ liệu này sẽ là cơ sở để tính toán hệ số nhám Manning, phục vụ cho việc chạy mô hình.
H nh 3.2 Bản đồ sử dụng đất lưu vực sông Đắk Bla
Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Sơ đồ tiến tr nh thực hiện
Thống kê, thu thập số liệu, dữ liệu về khu vực nghiên cứu cần thiết cho việc chạy mô hình và đánh giá tình hình ngập lụt
Xác định đƣợc nguồn thu thập thông tin một cách chu n xác về địa điểm, không gian và thời gian
Dựa trên các dữ liệu thu thập được tiến hành hiệu chỉnh để xây dựng sơ đồ mạng lưới thủy lực tính toán
Hiệu chỉnh số liệu là bước quan trọng để xác định bộ thông số thủy lực phù hợp cho nghiên cứu Một trong những yếu tố cần chú ý là tìm ra hệ số nhám Manning tương ứng với các mức nước tại các đoạn sông và vùng ngập.
Tích hợp số liệu để chạy mô hình đồng thời kết hợp với các chương trình ứng dụng GIS để thành lập bản đồ ngập lụt của khu vực
H nh 3.3 Sơ đồ phương pháp nghiên cứu
3.2.2 Biên tập dữ liệu đầu vào cho HEC-RAS sử dụng HEC-GeoRAS
Tiến hành khởi chạy chương trình ArcMap, cần phải chắc chắn chức năng mở rộng 3D Analyst và Spatial Analyst đã đƣợc cài đặt và chọn nhƣ hình 3.4
Để khởi động thanh công cụ HEC-GeoRAS trong ArcMap, bạn cần chọn Customize | Toolbars từ giao diện chính và đánh dấu chọn cho công cụ tương ứng.
HEC-GeoRAS là một công cụ xuất hiện trên giao diện ArcMap, cho phép người dùng tùy chỉnh vị trí của thanh công cụ để phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng.
Để mô hình HEC-GeoRAS hoạt động hiệu quả trong ArcMap, cần thêm thanh công cụ HEC-GeoRAS Việc tạo và chỉnh sửa các lớp dữ liệu RAS sẽ được thực hiện thông qua công cụ này, kết hợp với các công cụ khác trong phần mềm.
The RAS data layers in ArcMap serve as essential base layers extracted from GIS for hydraulic analysis using HEC-RAS These RAS data layers include Stream Centerline, Cross-Sectional Cut Lines, Bank Lines, Flow Path Lines, and Land Use The Stream Centerline layer is particularly important for defining the flow path of the river.
Lớp dữ liệu này được sử dụng để xây dựng hệ thống dòng chảy, đảm bảo rằng hệ thống sông được hiển thị chính xác theo hướng dòng chảy, với các điểm đầu và cuối giao nhau tại các điểm giao nhau của các dòng chảy.
Sông Đắk Bla có hệ thống dòng chảy phức tạp, vì vậy cần xác định dòng chảy chính để tiến hành nghiên cứu Để làm điều này, cần tạo một phân lớp chứa dữ liệu dòng chảy Sử dụng thanh công cụ HEC-GeoRAS, chọn tab RAS Geometry | Create RAS Layers | Stream Centerline để biên tập dữ liệu cho lớp Stream Centerline Trong ArcMap, sử dụng công cụ Editor | Start Editing để chọn lớp dữ liệu đã tạo với HEC-GeoRAS Tâm dòng chảy phải được xác định theo hướng dòng chảy, vì vậy đường hiển thị tâm dòng chảy cần được vẽ từ thượng nguồn xuống hạ nguồn.
Trong cửa sổ Create Features, chọn đối tượng cần biên tập (đặt tên là lớp River) và sử dụng công cụ Line để vẽ đường biểu thị dòng chảy của sông Bắt đầu bằng cách nhấp chuột trái để chọn điểm đầu và kết thúc bằng cách nhấp đúp để chọn điểm kết thúc khi đã hoàn thành dòng chảy chính cho nghiên cứu Trong quá trình biên tập, nếu cần di chuyển con trỏ hoặc thu phóng bản đồ, hãy sử dụng công cụ Pan hoặc giữ phím “C” để không làm ảnh hưởng đến quá trình vẽ.
H nh 3.6 Biên tập dữ liệu lớp Stream Centerline
Đặt tên cho sông và các đoạn sông
Mỗi con sông cần có một tên gọi duy nhất, và từng đoạn sông trong đó cũng phải được đặt tên riêng biệt Để thực hiện việc này, bạn có thể sử dụng chức năng River Reach ID Chỉ cần nhấp vào biểu tượng River Reach ID, sau đó sử dụng con trỏ để chọn đoạn sông mà bạn muốn xác định tên Một bảng sẽ xuất hiện cho phép bạn đặt tên cho đoạn sông đã chọn.
H nh 3.7 Bảng đặt tên cho đoạn sông
To ensure a consistent connection between river segments, select RAS Geometry, Stream Centerline Attributes, and Topology Focus on the FromNode and ToNode fields to maintain the flow system's integrity.
ToNode will be calculated using Integer data Subsequently, the RAS Geometry | Stream Centerline Attributes | Lengths/Stations function will compute the lengths of river segments The complete attribute table for the River layer is illustrated in Figure 3.8.
H nh 3.8 Bảng thuộc tính của lớp River b) Lớp Bank Lines
Lớp Bank Lines đóng vai trò quan trọng trong việc xác định dòng chính của sông và khả năng tạo ra vùng ngập Việc này không chỉ giúp trong công tác tiền xử lý dữ liệu RAS mà còn nghiên cứu tốc độ dòng chảy Xác định chính xác dòng chính sẽ cung cấp cái nhìn rõ ràng hơn về địa hình và sự di chuyển của dòng nước trong khu vực ngập.
Chọn lớp đối tượng "Banks" trong cửa sổ Create Features, sau đó sử dụng công cụ Line để vẽ các đường bờ sông Để tăng độ chính xác, có thể tích hợp các phần mềm hỗ trợ như ArcGoogle vào Arcmap Đường vẽ bờ sông có thể được thể hiện liên tục hoặc đứt khúc, tùy thuộc vào từng đoạn sông.
H nh 3.9 Lớp River và Bank đƣợc hiển thị trên bản đồ DEM
H nh 3.10 Bảng thuộc tính của lớp Bank Lines c) Lớp Flow Path Centerlines
Lớp Flow Path Centerlines được thiết lập để xác định chiều dài đoạn sông giữa mặt cắt địa hình của dòng chính và khu vực bãi sông Đường thể hiện dòng chảy cần được vẽ chính xác tại trung tâm của dòng chảy chính, bao gồm cả bờ trái và bờ phải của con sông.
RAS Geometry | Create RAS Layers | Flow Path Centerlines, chọn tên mặc định là
Khi nhấp OK trên Flowpaths, một bảng thông báo sẽ xuất hiện, yêu cầu bạn sao chép dữ liệu từ lớp Stream Centerlines sang lớp Flow Path Centerlines Chọn Yes để tránh việc phải vẽ lại dòng chảy chính cho đoạn sông.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Thành lập bản đồ ngập lụt
Để xây dựng bản đồ ngập lụt cho hạ lưu lưu vực sông Đắk, bài viết đã sử dụng các lớp dữ liệu nền bao gồm đơn vị hành chính, hệ thống sông suối, và tên các địa danh.
Kết quả tính toán cho các trận lũ vào các ngày 19, 24, 29 tháng 9 và 4 tháng 10 năm 2009 cho thấy diện tích ngập lụt toàn vùng theo các cấp độ sâu khác nhau Bản đồ được biên tập với tỷ lệ 1:100,000 theo hệ quy chiếu latitude/longitude (WGS84, zone 48North) được trình bày trong các hình 4.1 đến 4.4.
H nh 4.1 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla ngày 19 tháng 9 năm
H nh 4.2 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla ngày 24 tháng 9 năm
H nh 4.3 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla ngày 29 tháng 9 năm
H nh 4.4 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Đắk Bla ngày 04 tháng 10 năm
Đánh giá diễn biến ngập lụt
Theo các bản đồ mô phỏng ngập lụt từ ngày 19 đến 4 tháng 10 năm 2009, khu vực hạ lưu sông Đắk Bla tại thành phố Kon Tum đã trải qua tình trạng ngập lụt nghiêm trọng Các phường bị ảnh hưởng nặng nề bao gồm Lê Lợi, Thống Nhất, Nguyễn Trãi, Quang Trung, Quyết Thắng, cùng với một phần các xã Đắk Rơ Qua, Ngok Bay, Đoàn Kết, và Đắk Bla.
Mặc dù độ sâu ngập lụt giữa các bản đồ trong các ngày không có nhiều thay đổi, nhưng diện tích ngập lụt lại có những điểm đáng lưu ý.
Tổng diện tích ngập có sự thay đổi giữa các ngày :
Trong các ngày 19 và 24 tháng 9, diện tích ngập vẫn chưa ảnh hưởng đến xã
Sau ngày 29 tháng 9, tình trạng ngập lụt đã lan đến một phần của xã Ngok Bay và Đắk Năng, cho thấy mực nước lũ có xu hướng gia tăng trong các ngày 29 tháng 9 và 4 tháng 10.
Thành phố Kon Tum nằm ở đồng bằng vùng trũng nên khả năng xả lũ còn rất thấp, mực nước lũ rút tương đối chậm
Thống kê diện tích ngập lụt theo độ sâu trong hai ngày 24 và 29 tháng 9, như thể hiện ở hình 4.5, cho thấy mối tương quan không mạnh mẽ giữa diện tích ngập và độ sâu ngập trong các ngày này.
H nh 4.5 Thống kê diện tích ngập lụt theo độ sâu trong ngày 24, 29- 9- 2009