- ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÌNH THÁI LƯU VỰC SÔNG LẠI GIANG, TỈNH BÌNH ĐỊNH. - Bài báo giới thiệu kết quả ứng dụng GIS xác định hình thái lưu vực sông Lại Giang, tỉnh Bình Định. - Các thông số hình thái lưu vực sông như ranh giới, diện tích, hệ số đối xứng, hướng dòng chảy, độ cao, độ dốc trung bình. - Kết quả xác định thông số hình thái cho thấy lưu vực sông Lại Giang có diện tích 1404,41 km 2 . - độ cao trung bình 300 m. - độ dốc trung bình 9,10 o. - Theo hướng dòng chảy lưu vực sông Lại Giang được chia thành hai vùng rõ rệt (vùng An Lão và vùng Kim Sơn). - Thông qua xác định hình thái lưu vực sông Lại Giang giúp nhà quản lý đánh giá khả năng tập trung lũ, truyền lũ, phân bố lũ cũng như trữ lượng nước trên toàn lưu vực.. - Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) xác định các thông số hình thái lưu vực sông Lại Giang, tỉnh Bình Định. - Nghiên cứu đánh giá LV đang là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học và quản lí của địa phương, trong đó xác định được các thông số hình thái LV là một trong những nhiệm vụ quan trọng sẽ giúp các nhà nghiên cứu có cái nhìn toàn diện, bao quát về toàn bộ khu vực.. - Trong những năm gần đây, việc xác định hình thái LV sông chủ yếu dựa vào hai phương pháp chính: phương pháp vẽ trực tiếp từ bản đồ địa hình (bản in trên giấy) trên cơ sở các đường đồng mức để xác định giới hạn các đường chia nước. - phương pháp thứ hai sử dụng công cụ hỗ trợ GIS phân tích dữ liệu từ mô hình số độ cao (DEM) nhằm xác định ranh giới lưu vực. - đĐã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng GIS trong đánh giá hình thái LV sông phục vụ đa mục đích, Điển hình như Dhananjay et al., 2010, Rai et al., 201, Madavi and Anshumali, 2019, Venkatesh, and Anshumali, 2019).. - LV sông Lại Giang là một LV có diện tích lớn thứ hai của tỉnh Bình Định (sau LV sông Kôn), là vùng có tiềm năng phát triển kinh tế to lớn ở phía Bắc của tỉnh. - Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng GIS trong xác định hình thái LV sông là rất quan trọng, nhằm tạo bộ cơ sở dữ liệu LV sông giúp cơ quan chuyên môn thuận lợi hơn trong việc xác định ranh giới LV sông nhằm định rõ phạm vi ranh giới bị ảnh hưởng do tác động của con người cũng như vấn đề biến đổi khí hậu.. - 2.1 Dữ liệu. - Dữ liệu địa hình đóng vai trò rất quan trọng trong việc tính toán, xác định hình thái LV. - Hình 1: Thông số dữ liệu DEM của ALOS PALSAR tại LV Lại Giang 2.2 Phương pháp. - Nghiên cứu đề xuất quy trình xác định hình thái LV sông Lại Giang như Hình 2.. - Hình 2: Sơ đồ các bước xác định hình thái LV 2.2.1 Phương pháp áp dụng kỹ thuật GIS Kỹ thuật GIS được sử dụng nhằm xác định LV sông một cách tự động, các công cụ của GIS được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết "mô hình dòng chảy tám hướng". - Khi sử dụng GIS tính toán sự tích lũy dòng chảy từ dữ liệu DEM chính là tính toán sự tích lũy dòng chảy cho một ô pixcel (đơn vị ảnh) nào đó trong khu vực được xác định bằng cách tính tổng số ô lưới tập trung nước về ô đó theo hướng dòng chảy và được thể hiện theo 08 hướng như Hình 3 sau:. - Hình 3: Hướng dòng chảy trong mô phỏng dòng chảy tám hướng. - Ngoài ra, kỹ thuật GIS giúp xác định các thông số hình thái của LV như: xác định ranh giới LV, xây dựng bản đồ độ dốc, xác lập độ cao trung bình của LV, tính toán chiều dài dòng chảy của LV, biên tập bản đồ ranh giới LV và các tiểu LV sông Lại Giang.. - 2.2.2 Một số công thức xác định đặc trưng LV Để trích xuất hình thái LV sông Lại Giang, nghiên cứu sử dụng bộ công cụ GIS kết hợp với các công thức toán học nhằm xây dựng ra các chỉ số hình thái LV. - Diện tích lưu vực - A (km 2 ) là phần bề mặt Trái Đất kể cả chiều dày lớp phủ thổ nhưỡng mà từ đó nước chảy vào hệ thống sông suối của LV. - Chiều dài lưu vực - L (km) là khoảng cách xác định theo đường thẳng từ điểm xa nhất trên đường phân thủy đến cửa sông trong trường hợp hình dạng LV cân đối (Hình 4a). - Hình 4: Xác định độ dài (L) lưu vực. - Độ rộng trung bình LV - B tb (km) được tính bằng cách chia diện tích LV (A) cho chiều dài lưu vực (L).:. - Hệ số đối xứng LV– a: Là độ phân bố không đồng đều của diện tích bờ phía trái (F tr ) và bờ phía bên phải (F ph ) của LV so với dòng sông chính và được xác định theo công thức.:. - Hệ số giãn LV– δ: Là tỷ bình phương độ dài lưu vực (L 2 ) và diện tích LV (A). - Hệ số hình dạng LV: Là đại lượng nhằm xác định hình dạng LV theo các dạng khác nhau thông qua hệ số Gravelius ( Karataş and Ekinci, 2014):. - Trong đó: K G là hệ số hình dạng, P là chu vi của LV (Km). - Nếu K G có kết quả các giá trị khác nhau sẽ cho hình dáng LV sông tương ứng như Hình 5 sau:. - Hướng dòng chảy: Nhằm thể hiện hướng dòng chảy của các nhánh sông trên toàn LV, Jenson và Domingue đã đề xuất cách tính hướng dòng chảy vào năm 1988. - Độ cao trung bình của LV sông ngòi - H tb : được tính theo công thức sau:. - H tb : Độ cao trung bình của LV. - f n : Diện tích thành phần của LV nằm giữa các đường đồng mức (km 2. - H n : Độ cao trung bình giữa các đường đẳng thời (Đỗ Đức Dũng, 2009).. - Độ dốc trung bình của LV (I tb ) được tính theo công thức do Carlier và Leclerc (1964) đề xuất như sau:. - Sông Lại Giang là sông lớn thứ hai (sau sông Kôn) ở tỉnh Bình Định, sông có diện tích LV khoảng 1,404.41 km 2 , chiều dài sông chính 85 km. - Sông bắt nguồn từ miền núi phía Bắc huyện An Lão, có độ cao từ 400 - 825 m, độ cao trung bình của LV là 300 m, độ dốc bình quân của LV nhỏ hơn 22%. - Hình 6: Sơ đồ khu vực nghiên cứu LV sông Lại Giang. - 3.2 Kết quả xác định hình thái LV. - Diện tích LV (A): Sử dụng công thức (1) kết hợp công cụ GIS nhằm xác định diện tích LV dựa trên dữ liệu DEM. - Kết quả thống kê diện tích LV sông Lại Giang được thể hiện qua Bảng 1 sau:. - Diện tích các vùng LV sông Lại Giang Vùng Diện tích. - Bảng 1 cho thấy diện tích ở vùng thượng lưu và trung lưu của sông Lại Giang tương đối lớn hơn vùng hạ lưu. - Vùng thượng lưu của sông lại Giang chủ yếu là các đồi núi phía Tây - Bắc của huyện An Lão, Tây Nam huyện Hoài Ân thuộc tỉnh Bình Định và một phần của huyện Ba Tơ tỉnh Quảng Ngãi.. - Hình 7: Bản đồ địa chất LV sông Lại Giang. - Chiều dài lưu vực (L): Để tính toán được chiều dài LV, nghiên cứu tiến hành sử dụng kết quả phân chia LV theo độ cao và mật độ sông suối trên toàn LV từ dữ liệu DEM (Hình 8 và Bảng 2).. - Hình 8: Chiều dài LV sông Lại Giang Bảng 2: Thống kê tổng chiều dài LV sông Lại. - Ở Bảng 2 cho thấy được chiều dài LV sông tương quan với diện tích, độ dài sông theo hai nhánh (An Lão và Kim Sơn) có độ dài tương đương nhau.. - Phần trung lưu của LV có độ dài sông lớn nhất, là tiền đề cho tốc độ truyền lũ chậm hơn, thời gian hình thành lũ chậm hơn so với khu vực thượng nguồn.. - Tuy nhiên, tốc độ truyền lũ còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố địa hình, độ dốc và lớp phủ cũng ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tập trung nước và khả năng truyền lũ ở LV ở sông Lại Giang.. - Độ rộng trung bình LV (B tb. - Thông thường chiều rộng LV sông không cố định mà thay đổi theo chiều dài sông. - Tính toán độ rộng trung bình LV dựa vào kết quả diện tích và chiều dài LV cho 3 tiểu vùng LV.. - Nghiên cứu đã tính toán độ rộng trung bình cho LV Lại Giang dựa trên công thức (1) cho kết quả độ rộng được thể hiện qua Bảng 3 sau:. - Bảng 3: Thống kê độ rộng trung bình LV Lại Giang. - Kết quả Bảng 3 cho thấy độ rộng LV sông Lại Giang phân chia không đồng đều và phân hóa từ thượng nguồn cho đến hạ lưu. - Ở thượng lưu và trung lưu có diện tích khá lớn hơn so với độ rộng ở vùng hạ lưu, điều này liên quan đến sự tích trữ nước và dòng chảy tại khu vực này, dẫn đến tình trạng ngập nước nhanh chóng và chậm thoát nước lũ tại khu vực hạ lưu của LV.. - Bảng 4: Thống kê mức độ đối xứng LV sông Lại Giang. - LV Bờ trái (km 2 ) Bờ phải (km 2 ) Hệ số. - Hạ lưu . - Qua Bảng 4, kết quả thống kê mức độ đối xứng LV sông Lại Giang cho thấy mức độ đối xứng của LV một cách tổng thể toàn LV có hệ số đối xứng nhỏ, chứng tỏ hai phần bờ trái và bờ phải của LV khá cân xứng với nhau.. - Riêng ở vùng thượng lưu, hệ số đối xứng có độ lệch lớn nhất (0,67) cho thấy diện tích bờ trái lớn hơn bờ phải theo hướng dòng chảy. - Hình 9: Bờ trái và bờ phải vùng hạ lưu LV sông Lại Giang (Photo: Anh Tú, 2020). - Bảng 5: Thống kê hệ số giãn LV sông Lại Giang. - Nhánh sông Hệ số giãn LV. - Hệ số giãn δ của hai nhánh sông khá nhỏ, chứng tỏ LV sông Lại Giang ít biến dạng địa hình khi chịu các tác nhân bên ngoài.. - Hình 10: Hình dáng LV sông Lại Giang. - Hệ số hình dạng LV(K G. - Hệ số hình dạng LV thể hiện cho tỉ số giữa chiều rộng và độ dài LV sông. - Diện tích toàn LV (A. - Từ hệ số có thể nhận định được hình dạng toàn LV sông Lại Giang có dạng hình như Hình 10. - Điều này cũng hoàn toàn phù hợp với hình dáng thực tế của LV (vùng thượng nguồn có diện tích và độ rộng lớn và giảm dần đến hạ lưu).. - Theo nhà nghiên cứu Musy công bố năm 2004, tương ứng với các hệ số K G = 1,2 sẽ cho ra hình dáng dòng chảy lũ của LV như sau:. - Hình 11: Mô tả mối liên hệ lưu lượng dòng chảy lũ với thời gian ở LV sông Lại Giang Qua hình cho thấy thời gian truyền lũ ở khu vực trung lưu của LV rất nhanh và giảm dần ở vùng hạ lưu của LV sông Lại Giang. - Hình 12: Minh họa dòng chảy và mức nước lũ năm 2016 tại trạm đo thủy văn An Hòa, sông Lại Giang. - Hướng dòng chảy trên LV: Trên cơ sở “mô hình dòng chảy 8 hướng”, kỹ thuật GIS và dữ liệu DEM cho kết quả hướng dòng chảy được thể hiện. - Hướng dòng chảy ở LV sông Lại Giang chủ yếu theo hướng từ Bắc xuống Nam và, từ Tây sang Đông.. - Hình 13: Hướng dòng chảy của các nhánh sông ở LV sông Lại Giang. - Độ cao trung bình của LV(H tb. - Dựa vào công thức (5), độ cao trung bình của LV sông Lại Giang được tính toán và mô phỏng qua Hình 14 và Bảng 6 sau:. - Hình 14: Mô hình số độ cao sông Lại Giang Qua Hình 14 cho thấy độ cao tổng thể của LV sông được phân hóa theo chiều từ Tây Bắc. - Ngoài ra, tổng diện tích có địa hình cao hơn 120 m ở LV sông Lại Giang chiếm hơn 70% tổng diện tích toàn LV.. - lũ ở trong khu vực sông Lại Giang rất nhanh do áp lực rất lớn của tông diện tích có độ cao lớn.. - Bảng 6: Thống kê độ cao LV sông Lại Giang theo các tiểu vùng lưu vực. - Nhỏ nhất Trung bình Cao nhất. - Độ dốc trung bình của LV(I tb. - Xác định độ dốc trung bình của từng vùng LV cho thấy hướng chạy của dòng chảy. - Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật GIS kết hợp công thức (6) thống kê độ dốc trung bình của LV thể hiện tại Hình 15 và Bảng 7 sau:. - Hình 15: Độ dốc LV sông Lại Giang Bảng 7: Thống kê độ dốc trung bình LV sông Lại. - Vùng Độ dốc trung bình (độ). - Kết quả thống kê ở Bảng 7 cho thấy độ dốc của LV giảm dần theo thứ tự từ thượng lưu về hạ lưu, ở thương lưu dòng chảy khá dốc (gần 14,0 o. - Ở vùng hạ lưu độ dốc trung bình khoảng 4,04 o tập trung chủ yếu ở thị xã Hoài Nhơn, nơi có địa hình tương đối bằng phẳng. - Bên cạnh đó độ dốc trung bình toàn LV sông Lại Giang khoảng 9,10 o. - Việc xác định ranh giới và tính toán các đặc trưng hình thái của LV dựa vào công cụ của GIS, dữ liệu DEM kết hợp một số công thức xác định đặc trưng LV đã cho kết quả tương đối chính xác về độ dốc, hình dáng LV, độ cao, hệ số đối xứng,… của LV tại các vị trí thượng, trung, hạ lưu thuộc LV sông Lại Giang. - Ngoài ra, độ chính xác của các đặc trưng hình thái của LV phụ thuộc rất lớn vào độ phân giải của dữ liệu DEM. - Do đó, trong tương lai cần nghiên cứu sử dụng dữ liệu DEM có độ phân giải cao hơn cũng như tích hợp thêm độ sâu đáy sông nhằm nâng cao độ chính xác khi tính toán đặc trưng hình thái của LV.. - Phương pháp xác định lưu vực sông