Luận án tiến sĩ: Ứng dụng mô hình không gian trong phân vùng nguy cơ lũ lưu vực sông Lam - Đặng Tuyết Minh

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẶNG TUYẾT MINH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HOÁ KHÔNG GIAN TRONG PHÂN VÙNG NGUY CƠ PHỤC VỤ CẢNH BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG LAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẶNG TUYẾT MINH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HOÁ KHÔNG GIAN TRONG PHÂN VÙNG NGUY CƠ PHỤC VỤ CẢNH BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG LAM Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 9520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Vũ Anh Tuân 2.TS Phạm Công Khải HÀ NỘI - 2019 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu tính toán, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án Đặng Tuyết Minh iv LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS Vũ Anh Tuân – Trung tâm Vũ trụ Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và PGS.TS Phạm Công Khải – Bộ môn Trắc địa Mỏ, trường Đại học Mỏ - Địa chất.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tới các thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm luận án. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy, cô giáo bộ môn Trắc địa Mỏ đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện trong quá trình tác giả luận án ở Bộ môn. Trong quá trình học tập và nghiên cứu tác giả cũng nhận được nhiều sự giúp đỡ, quan tâm của cơ sở đào tạo, phòng Sau đại học - trường Đại học Mỏ - Địa chất, Bộ môn Trắc địa trường Đại học Thuỷ lợi, tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Luận án còn nhận được ý kiến đóng góp của các chuyên gia, nhà khoa học thuộc trường Đại học Thuỷ lợi, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, trường Đại học Mỏ - Địa chất, trường Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Delft - Hà Lan, Đài KTTV khu vực Tây Nguyên, Đài KTTV khu vực Nam Trung bộ, Đài KTTV khu vực Bắc Trung bộ, Trung tâm Quy hoạch và Điều tra TNN Quốc gia, cục Viễn thám Quốc gia, Trung tâm Vũ trụ Việt Nam (đề tài VT-UD.12) tác giả xin cảm ơn những ý kiến đóng góp có giá trị đó.

Trong quá trình làm đồ án, tác giả đã sử dụng kết quả của đề tài mã số TNMT.TS Trần Duy Kiều, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường là chủ nhiệm. Xin chân thành cảm ơn tập thể tác giả của đề tài đó. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè là chỗ dựa tinh thần giúp tác giả hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án v MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN.

iv MỤC LỤC .v DANH MỤC HÌNH. vii DANH MỤC BẢNG. ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. xiii MỞ ĐẦU.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Các luận điểm của luận án. Những điểm mới của luận án. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cơ sở tài liệu.

Cấu trúc luận án .7 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Tổng quan tình hình nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ trên thế giới .2 Tổng quan các nghiên cứu trong phân vùng nguy cơ lũ ở Việt Nam .3 Tình hình nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam .4 Phương pháp mô hình hoá trong phân vùng nguy cơ lũ, đánh giá ưu, nhược điểm và hiệu quả ứng dụng của chúng .1 Phương pháp mô hình hóa xây dựng mô hình phân vùng nguy cơ lũ .2 Mô hình tất định trong phân vùng nguy cơ lũ (deterministic model) .3 Mô hình suy nghiệm trong phân vùng nguy cơ lũ (heuristic model) .4 Mô hình thống kê trong phân vùng nguy cơ lũ .5 Định hướng và phương pháp nghiên cứu của luận án .6 Tổng kết chương 1. 37 Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP AHP TRONG PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC .1 Cơ sở khoa học của phương pháp AHP .1 Giới thiệu phương pháp AHP .2 Nguyên tắc AHP .2 Quá trình thực hiện phương pháp AHP .3 Thực tiễn sử dụng AHP trong phân vùng nguy cơ lũ .1 Xác định mục tiêu .2 Xây dựng mô hình thứ bậc đa tầng.3 Thành lập ma trận so sánh theo cặp .4 Tính trọng số từng tiêu chí và chỉ số nhất quán. Kiểm tra tỷ số nhất quán .6 Phân tích đánh giá kết quả.4 Phân tích và lựa chọn các yếu tố trong mô hình phân vùng nguy cơ lũ .1 Lượng mưa và cường độ mưa .2 Độ dốc, độ cao và độ nhám địa hình .3 Mật độ lưới sông (mật độ phân cắt ngang), dòng chảy và sự tích tụ dòng chảy .4 Khoảng cách đến mặt nước tự nhiên, khoảng cách đến hệ thống thoát nước, khoảng cách đến ngã ba sông .5 Thổ nhưỡng, cấu trúc đất, tỷ lệ thấm. Sử dụng đất, lớp phủ và lớp phủ thực vật .7 Các yếu tố khác .5 Phân tích ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc đến nguy cơ lũ .2 Cơ sở lý thuyết lựa chọn yếu tố chiều dài sườn dốc trong nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ .6 Một số nhận xét về phương pháp AHP trong phân vùng nguy cơ lũ.7 Tổng kết chương 2.

73 vii Chương 3: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP AHP XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG LAM.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Lam .1 Vị trí địa lý .2 Đặc điểm địa hình .3 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi .4 Đặc điểm địa chất, địa mạo .5 Đặc điểm thổ nhưỡng .6 Đặc điểm thảm phủ thực vật .7 Tình hình dân cư .2 Mạng lưới quan trắc và điều kiện khí tượng thủy văn .1 Mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn.2 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn .4 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt ở lưu vực sông Lam .2 Độ dốc địa hình .3 Mật độ lưới sông (mật độ phân cắt ngang).4 Thổ nhưỡng .6 Chiều dài sườn dốc tương đối .7 Các yếu tố khác .5 Xây dựng bảng phân cấp các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt lưu vực sông Lam. Xây dựng bảng phân cấp lượng mưa .2 Xây dựng bảng phân cấp độ dốc. Xây dựng bảng phân cấp thổ nhưỡng. Xây dựng bảng phân cấp lớp phủ .5 Xây dựng bảng phân cấp mật độ lưới sông.6 Xây dựng bảng phân cấp chiều dài sườn dốc tương đối .6 Tính trọng số cho các yếu tố ảnh hưởng đến lũ .1 Tính trọng số cho trường hợp năm yếu tố ảnh hưởng .2 Tính trọng số cho trường hợp sáu yếu tố ảnh hưởng.7 Xây dựng bản đồ các yếu tố ảnh hưởng đến lũ .3 Bản đồ thổ nhưỡng .4 Bản đồ lớp phủ .5 Bản đồ mật độ lưới sông .6 Bản đồ chiều dài sườn dốc tương đối.8 Thành lập bản đồ phân vùng lũ lưu vực sông Lam .9 Đánh giá độ tin cậy của kết quả phân vùng nguy cơ lũ trên lưu vực sông Lam bằng phương pháp mô hình hoá .10 Tổng kết chương 3.

124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 126 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 129 PHỤ LỤC ix DANH MỤC HÌNH x xi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Số lượng các công trình khoa học liên quan đến phân vùng nguy cơ lũ trên Sciencedirect từ năm 2009 đến nay .2 Phương pháp xác định các thông số trong mô hình suy nghiệm áp dụng trong phân vùng nguy cơ lũ.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp mô hình hoá không gian trong phân vùng nguy cơ lũ .4 Các tiêu chí đánh giá mô hình và điểm số tương ứng .1 Bảng xếp hạng mức độ so sánh giữa các phần tử .2 Các nhân tố ma trận ý kiến chuyên gia .3 Ma trận so sánh của các nhân tố .4 Các thành phần của ma trận chuẩn hoá .5 Thành phần của ma trận trọng số.6 Chỉ số ngẫu nhiên RI .7: Thống kê các tiêu chí ảnh hưởng đến nguy cơ lũ đã được công bố .8 Yếu tố ảnh hưởng và trọng số trong nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ .9 Giá trị hệ số dòng chảy của các loại hình sử dụng đất khác nhau .10 Thông số đặc trưng nhám trên sườn dốc .11 Thời gian tập trung nước trên sườn dốc tra theo hệ số địa mạo thuỷ văn sườn dốc và vùng mưa .1 Phân cấp lượng mưa .2 Phân cấp độ dốc .3 Phân cấp thổ nhưỡng .4 Phân cấp lớp phủ.5 Phân cấp mật độ lưới sông .6 Phân cấp chiều dài sườn dốc tương đối .7 Kết quả tổng hợp mức độ ưu tiên của các yếu tố ảnh hưởng đến lũ (trường hợp có 5 nhân tố ảnh hưởng).8 Ma trận so sánh cặp năm yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ lũ.9 Ma trận chuẩn hoá (trường hợp 5 nhân tố ảnh hưởng) .10 Trọng số năm yếu tố ảnh hưởng .11 Các thông số của AHP (trường hợp 5 nhân tố ảnh hưởng) .12 Kết quả tổng hợp mức độ ưu tiên của sáu yếu tố ảnh hưởng đến lũ .13 Ma trận so sánh cặp các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ lũ .14 Ma trận chuẩn hoá .15 Trọng số sáu yếu tố ảnh hưởng.16 Các thông số của AHP.

Lượng mưa trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực sông Lam giai đoạn 1961 – 2017.18 Cấp nguy cơ và diện tích khu vực có nguy cơ lũ (5 yếu tố ảnh hưởng) .19 Cấp nguy cơ và diện tích khu vực có nguy cơ lũ (6 yếu tố ảnh hưởng) .20 Mực nước và cấp báo động tại một số trạm thuỷ văn ngày 17/10/2010121 Bảng 3.21 Mực nước và cấp báo động tại một số trạm thuỷ văn ngày 16/10/2013 .22 Mực nước và cấp báo động tại một số trạm thuỷ văn đợt lũ 16/10/2016 .