KHAI THÁC SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH TRONG DỰ BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG (TỪ CHIANG SAEN ĐẾN STUNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

------------------------------

Nguyễn Quốc Anh

KHAI THÁC SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH

TRONG DỰ BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG

(TỪ CHIANG SAEN ĐẾN STUNG TRENG)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------------------------

Nguyễn Quốc Anh

KHAI THÁC SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH

TRONG DỰ BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG

(TỪ CHIANG SAEN ĐẾN STUNG TRENG)

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 604490

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THANH SƠN

Hà Nội – 2012

i

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sỹ khoa học “Khai thác sử dụng số liệu mưa vệ tinh trong dự

báo lũ lưu vực sông Mê Kông (từ Chiang Saen đến Stung Treng)” được hoàn thành

vào năm 2012 tại Khoa Khí tượng, Thủy văn và Hải dương học, thuộc trường Đại

học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Trong quá trình học tập, nghiên

cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều của các

thầy cô giáo và đồng nghiệp.

Trước hết, tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn là

người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình hoàn thành luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến lãnh đạo, đồng nghiệp Trung tâm Khí

tượng Thủy văn Quốc gia, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, Ủy

hội sông Mê Kông Quốc tế (Mekong River Commission Secretariat - MRCS), Ủy

ban sông Mê Kông Việt Nam (Vietnam Mekong Commission - VNMC) trong việc

hoàn thành nghiên cứu này.

Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Chương trình quản lý và

giảm thiểu lũ (Flood Management and Mitigation Programeme - FMMP) đã tạo

điều kiện tốt nhất trong quá trình hoàn thành luận văn.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo trong Khoa Khí

tượng, Thủy văn và Hải dương học đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả

trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Cuối cùng, tác giả cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong suốt

quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Với kiến thức còn hạn hẹp, chắc chắn luận văn vẫn còn nhiều hạn chế và

thiếu sót. Vì vậy, tác giả mong muốn nhận được sự góp ý quý báu của độc giả và

các bạn đồng nghiệp.

Hà nội, ngày 16 tháng 10 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Quốc Anh

ii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG ..................................5

1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG................5

1.1.1 Vị trí địa lý............................................................................................... 5

1.1.2 Địa hình, địa chất, thảm phủ..................................................................... 6

1.1.3 Điều kiện khí tượng, khí hậu .................................................................... 8

1.1.4 Điều kiện thủy văn ................................................................................. 11

1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH DỰ BÁO LŨ SÔNG MÊ KÔNG .............15

1.2.1 Sự ra đời của Trung tâm quản lý và giảm nhẹ lũ vùng (RFMMC).......... 15

1.2.2 Hệ thống dự báo cảnh báo lũ sông Mê Kông .......................................... 16

1.2.3 Nhiệm vụ dự báo lũ sông Mê Kông........................................................ 21

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG CỤ KHAI THÁC SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH.24

2.1 KHÁI QUÁT MƯA VỆ TINH PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ SÔNG MÊ KÔNG

..............................................................................................................................24

2.1.1 Nguồn số liệu SRE (Satellite Rainfall Estimate)..................................... 24

2.1.2 Nguồn số liệu GFAS (Global Forecast Alert System)............................. 25

2.1.3 Nguồn số liệu GSMaP (Global Satellite Mapping of Precipitation) ........ 26

2.1.4 Nguồn số liệu TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)............... 27

2.2 XÂY DỰNG CÔNG CỤ KHAI THÁC DỮ LIỆU GFAS............................28

2.2.1 Cấu trúc dữ liệu của GFAS..................................................................... 29

2.2.2 Các thành phần của công cụ khai thác .................................................... 29

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THỦY VĂN NAM DỰ BÁO

DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG......................................................36

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH NAM .......................................................36

3.1.1 Cấu trúc mô hình NAM.......................................................................... 36

3.1.2 Bộ thông số mô hình .............................................................................. 39

3.2 PHƯƠNG PHÁP DIỄN TOÁN LŨ MUSKINGUM....................................41

iii

3.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp Muskingum........................................ 41

3.2.2 Các thông số và giới hạn của Muskingum .............................................. 42

3.3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA GFAS.............42

3.3.1 Xây dựng công cụ phục vụ dự báo tác nghiệp ........................................ 42

3.3.2 Kết quả mô phỏng của mô hình NAM.................................................... 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................61

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................63

PHỤ LỤC.............................................................................................................65

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 – Bản đổ lưu vực sông Mê Kông................................................................. 5

Hình 2 – Mô tả địa lý sông Mê Kông....................................................................... 6

Hình 3 – Lượng mưa trung bình nhiều năm một số trạm........................................ 10

Hình 4 – Bản đồ mạng lưới sông suối và trạm thủy văn lưu vực sông Mê Kông .... 12

Hình 5 – Sơ đồ mô tả hệ thống cảnh báo, dự báo lũ sông Mê Kông. ...................... 18

Hình 6 – Mô hình hóa trong mô hình URBS.......................................................... 19

Hình 7 – Giao diện mô hình URBS ....................................................................... 19

Hình 8 – Giao diện thể hiện kết quả của mô hình dưới dạng đồ họa....................... 20

Hình 9 – Giao diện chính của mô hình ISIS........................................................... 20

Hình 10 – Bản tin dự báo và kết quả dưới dạng đồ thị ........................................... 21

Hình 11 – Mô phỏng mưa vệ tinh bằng bản đồ trực quan....................................... 21

Hình 12 – Sơ đồ dự báo lũ lưu vực sông Mê Kông ................................................ 23

Hình 13 – Số liệu mưa SRE được thể hiện bởi GIS – ArcGIS................................ 25

Hình 14 – Bản đồ lượng mưa GFAS được lấy từ trang web................................... 26

Hình 15 – Số liệu GSMaP với độ phân giải 0.1 x 01 độ kinh/vĩ độ ....................... 26

Hình 16 – Số liệu GSMaP với độ phân giải 0.25 x 0.25 độ kinh/vĩ độ .................. 27

Hình 17 – Sơ đồ vệ tinh TRMM đo và phân tích mưa............................................ 27

Hình 18 – Sơ đồ khai thác và sử dụng số liệu GFAS cho mô hình NAM ............... 28

Hình 19 – Số liệu mưa GFAS thể hiện bằng ArcGIS ............................................ 29

Hình 20 – Giao diện phần mềm Filezilla tải xuống số liệu GFAS ......................... 30

Hình 21 – Số liệu GFAS ban đầu được nén bằng file zip ...................................... 30

Hình 22 – Mô tả chuyển đổi tự động số liệu GFAS............................................... 31

Hình 23 – Sơ đồ thuật toán lấy số liệu GFAS theo điểm....................................... 31

Hình 24 – Bản đồ phân bố mưa theo không gian .................................................. 32

Hinh 25 – Điểm đo GFAS gần 56 trạm đo thực tế trên lưu vực Mê Kông............. 33

Hình 26 – Tạo đầu vào cho mô hình NAM ........................................................... 34

Hình 27 – Số liệu GFAS được lấy theo tiểu lưu vực ............................................ 34

Hình 28 – Cấu trúc mô hình NAM........................................................................ 37

Hình 29 – Sơ đồ mô tả làm việc của công cụ ......................................................... 44

v

Hình 30 – Giao diện chính của công cụ ................................................................. 45

Hình 31 – Giao diện một số thuộc tính của công cụ .............................................. 45

Hình 32 – Mô tả diễn toán MUSKINGUM cho một đoạn sông.............................. 45

Hình 33 – Các tiểu lưu vực nghiên cứu.................................................................. 46

Hình 34 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm LuangPraban ................................. 50

Hình 35 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Vientaine ........................................ 51

Hình 36 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại Nakhonphanon....................................... 53

Hình 37 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Mudhan ......................................... 54

Hình 38 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Pakse ............................................. 56

Hình 39 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Strungtreng.................................... 57

Hình 40 – Quá trình thực đo và tính toán tại trạm Luangbang............................... 58

Hình 41 – Quá trình lũ thực đo và tính toán trạm Vien Tiane................................. 59

Hình 42 – Quá trình lũ thực đo và tính toán tại trạm Pakse .................................... 59

Hình 43 – Quá trình lũ thực đo và tính toán tại trạm Tung Streng.......................... 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 – Lưu vực Mê Kông qua 04 quốc gia thuộc tiểu vùng.................................. 8

Bảng 2 – Tổng quan về các mùa của lưu vực sông Mê Kông................................... 8

Bảng 3 – Tổng lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của một số trạm................ 10

Bảng 4 – Tỷ lệ đóng góp dòng chảy của các nhánh sông bờ tả bờ hữu................... 13

Bảng 5 – Danh sách các trạm dự báo trên lưu vực sông Mê Kông ......................... 22

Bảng 6 – Thời gian dự kiến dự báo lũ trên lưu vực sông Mê Kông ........................ 22

Bảng 7 – Số liệu GFAS được lấy theo điểm gần điểm đo thực tế........................... 32

Bảng 8 – Kết quả mưa bình quân tiểu lưu vực 1 từ dữ liệu GFAS......................... 34

Bảng 9 – Điều kiện ban đầu của mô hình NAM.................................................... 47

Bảng 10 – Kết quả thông của NAM và MUSKINGUM........................................ 48

Bảng 11 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Luang Prabang................................. 49

Bảng 12 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Vientaine ......................................... 51

Bảng 13 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Nakhonphanon................................. 52

Bảng 14 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Mudhan............................................ 53

Bảng 15 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Pakse ............................................... 55

vi

Bảng 16 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Strungtreng ...................................... 56

Bảng 17 – Kết quả đánh giá mức đảm bảo dự báo cho một số trạm ....................... 58

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

- ĐBSCL: Đồng Bằng Sông Cửu Long

- FMMP: Flood Mitigation and Managent Programme – Chương trình quản lý và

giảm nhẹ lũ

- FEWS: Flood E Warning System – Hệ thống cảnh báo lũ (công cụ của FMMP)

- GIS : Geographic Information System

- GFAS : Global Forecast Alert System – Hệ thống cảnh báo toàn cầu

- GSMaP: Global Satellite Mapping of Precipitation – Bản đồ mưa vệ tinh toàn cầu

- IDI: Infrastructure Development Institute – Viện phát triển Cơ sở hạ tầng (Nhật

bản)

- IFNet: International Flood Nework – Mạng lưới lũ Quốc tế

- JAXA: Japan Aerospace Exploration Agency – Cơ quan thám hiểm vũ trụ Nhật

bản

- JSI: Japan Science Institute – Viện khoa học Nhật bản

- MRCS: Mekong River Commission Secretariat – Ban thư ký Ủy hội sông Mê

Kông.

- NASA: National Aeronautics and Space Administration – Cơ quan Hàng không và

Vũ trụ Mỹ

- NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration – Cơ quan hải dương

và khí quyển Mỹ

- RFMMC: Regional Flood Mitigation and Management Center – Trung tâm quản

lý và giảm nhẹ lũ vùng.

- SRE: Satellite Rainfall Estimate – Mưa vệ tinh ước lượng

- SSARR: Stream Synthesis and Reservoir Regulation – Mô hình toán thủy văn của

Mỹ.

- TRMM: Tropical Rainfall Measuring Mission – Vệ tinh đo mưa khu vực nhiệt đới