Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu khai thác dữ liệu mưa vệ tinh nâng cao mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Mã

• Tác giả: Nguyễn Tiến Kiên
• Người hướng dẫn: TS. Lê Đình Thành
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Thủy Văn Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Khai Thác Dữ Liệu Mưa Vệ Tinh Để Cải Thiện Mô Phỏng Dòng Chảy Lũ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƯA VỆ TINH
• 1.1. Tổng quan về mưa vệ tinh
• 1.2. Tổng quan về sản phẩm mưa vệ tinh
• 1.3. Các nghiên cứu đánh giá chất lượng mưa vệ tinh
• 1.4. Tổng quan các nghiên cứu khai thác sản phẩm mưa vệ tinh trên thế giới
• 1.4.1. Các nghiên cứu và phương pháp điển hình
• 1.4.2. Nghiên cứu ứng dụng mưa vệ tinh trong lĩnh vực thủy văn
• 1.4.3. Nhận xét các nghiên cứu trên thế giới
• 1.5. Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến khai thác mưa vệ tinh ở Việt Nam
• 1.6. Lưu vực sông Mã và những đặc điểm liên quan đến đề tài luận án
• 1.6.1. Lưu vực sông Mã, địa hình và sông suối
• 1.6.2. Đặc điểm mưa trên lưu vực sông Mã
• 1.6.3. Đặc điểm dòng chảy trên lưu vực sông Mã
• 1.6.4. Các hình thế thời tiết chính gây mưa - lũ lớn trên lưu vực
• 1.6.5. Hiện trạng mạng lưới trạm đo mưa và những khó khăn trong tính toán dòng chảy lũ trên lưu vực sông Mã
• 1.7. Định hướng nghiên cứu của đề tài luận án
• 1.7.1. Những hạn chế, tồn tại trong nghiên cứu ứng dụng mưa vệ tinh cho lĩnh vực thủy văn và những khó khăn trong tính toán lũ trên lưu vực sông Mã
• 1.7.2. Định hướng nghiên cứu của đề tài luận án
• 1.8. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH MƯA VỆ TINH VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG LŨ SÔNG MÃ
• 2.1. Phân tích, lựa chọn mưa vệ tinh sử dụng trong nghiên cứu
• 2.1.1. Đánh giá chất lượng sản phẩm mưa vệ tinh GSMaP
• 2.1.2. Lựa chọn sản phẩm mưa GSMaP
• 2.2. Phương pháp hiệu chỉnh mưa vệ tinh
• 2.2.1. Phương pháp kết hợp, lân cận gần nhất và hiệu chỉnh theo vị trí trạm
• 2.2.2. Lựa chọn phương án hiệu chỉnh
• 2.2.3. Kết quả dữ liệu mưa lưới kết hợp giữa mưa vệ tinh và thực đo
• 2.3. Đánh giá dữ liệu mưa trong mô phỏng dòng chảy lũ
• 2.3.1. Các mô hình thủy văn thường được ứng dụng tính toán lũ
• 2.3.2. Lựa chọn mô hình thủy văn cho nghiên cứu
• 2.3.3. Một số đặc điểm chính của mô hình NAM
• 2.3.4. Phương pháp Muskingum
• 2.3.5. Thiết lập mô hình NAM cho lưu vực sông Mã
• 2.4. Lựa chọn thời gian xuất hiện mưa – lũ trên lưu vực sông Mã
• 2.5. Số liệu sử dụng trong nghiên cứu
• 2.5.1. Số liệu mưa thực đo từ các trạm bề mặt
• 2.5.2. Số liệu thủy văn
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƯA VỆ TINH NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ SÔNG MÃ
• 3.1. Đánh giá chất lượng dữ liệu mưa không gian trong mô phỏng dòng chảy lũ sông Mã
• 3.2. Tính toán mô phỏng dòng chảy lũ sông Mã
• 3.3. Chỉ tiêu đánh giá
• 3.4. Cách đánh giá chất lượng dữ liệu mưa bằng mô hình thuỷ văn
• 3.5. Phân tích kết quả mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Mã
• 3.5.1. Mô phỏng dòng chảy lũ sử dụng mưa thực đo
• 3.5.2. Mô phỏng dòng chảy lũ sử dụng mưa GSMaP_NRT
• 3.5.3. Mô phỏng dòng chảy lũ sử dụng mưa kết hợp
• 3.5.4. Mô phỏng dòng chảy lũ sử dụng mưa lân cận gần nhất
• 3.5.5. Mô phỏng dòng chảy lũ sử dụng mưa hiệu chỉnh theo vị trí trạm
• 3.5.6. Đánh giá khả năng nâng cao chất lượng mô phỏng lũ
• 3.6. Kết luận chương 3
• MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4. Những đóng góp mới của luận án
• 5. Kiến nghị và định hướng nghiên cứu tiếp theo
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về khai thác dữ liệu mưa vệ tinh

Nghiên cứu khai thác dữ liệu mưa vệ tinh đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong việc cải thiện mô phỏng dòng chảy lũ. Các sản phẩm dữ liệu mưa vệ tinh như GSMaP cung cấp thông tin cần thiết cho những khu vực thiếu số liệu thực đo. Việc sử dụng công nghệ vệ tinh giúp thu thập dữ liệu trên diện rộng, đặc biệt là ở những vùng khó tiếp cận. Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, mạng lưới trạm đo khí tượng hiện tại còn thưa thớt, không đáp ứng được yêu cầu dự báo và quản lý tài nguyên nước. Do đó, việc kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh với số liệu thực đo là cần thiết để nâng cao độ chính xác trong mô phỏng dòng chảy lũ.

1.1. Tình hình nghiên cứu mưa vệ tinh

Nghiên cứu về mưa vệ tinh đã được thực hiện trên toàn cầu, với nhiều phương pháp khác nhau nhằm đánh giá chất lượng và hiệu quả của các sản phẩm này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng dữ liệu mưa vệ tinh có thể cải thiện đáng kể độ chính xác của mô phỏng dòng chảy lũ. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức trong việc hiệu chỉnh và áp dụng các sản phẩm này vào thực tiễn. Việc phân tích và đánh giá chất lượng dữ liệu mưa vệ tinh là một bước quan trọng để đảm bảo tính chính xác trong các mô hình thủy văn.

II. Phương pháp hiệu chỉnh dữ liệu mưa vệ tinh

Phương pháp hiệu chỉnh dữ liệu mưa vệ tinh là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng của mô phỏng dòng chảy lũ. Nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp kết hợp, lân cận gần nhất và hiệu chỉnh theo vị trí trạm. Kết quả cho thấy rằng việc hiệu chỉnh dữ liệu mưa vệ tinh có thể làm giảm sai số và nâng cao độ tin cậy của các mô hình thủy văn. Việc lựa chọn phương pháp hiệu chỉnh phù hợp là rất quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh các khu vực thiếu số liệu thực đo.

2.1. Đánh giá chất lượng dữ liệu mưa

Đánh giá chất lượng dữ liệu mưa là một bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu. Các chỉ tiêu đánh giá như NSE và PBIAS được sử dụng để xác định độ chính xác của mô phỏng dòng chảy lũ. Kết quả cho thấy rằng dữ liệu mưa vệ tinh sau khi được hiệu chỉnh có thể đạt được độ chính xác cao hơn so với dữ liệu chưa hiệu chỉnh. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các phương pháp hiệu chỉnh là cần thiết để cải thiện chất lượng mô phỏng dòng chảy lũ.

III. Kết quả nghiên cứu ứng dụng mưa vệ tinh

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc ứng dụng dữ liệu mưa vệ tinh đã nâng cao chất lượng mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Mã. Các mô phỏng sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh đã cho kết quả gần với thực tế hơn so với các mô phỏng chỉ sử dụng số liệu thực đo. Điều này cho thấy rằng dữ liệu mưa vệ tinh có thể đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng dự báo lũ, đặc biệt ở những khu vực thiếu số liệu thực đo.

3.1. Phân tích kết quả mô phỏng

Phân tích kết quả mô phỏng cho thấy rằng các mô hình thủy văn sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh đã cải thiện đáng kể độ chính xác trong việc dự báo lũ. Các chỉ tiêu đánh giá như NSE và PBIAS cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các mô phỏng sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh và các mô phỏng chỉ dựa vào số liệu thực đo. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của việc kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh vào trong các mô hình thủy văn.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao trong việc quản lý tài nguyên nước và phòng chống thiên tai. Việc cải thiện mô phỏng dòng chảy lũ thông qua việc khai thác dữ liệu mưa vệ tinh sẽ giúp các cơ quan chức năng có được thông tin chính xác hơn trong công tác dự báo và cảnh báo lũ. Điều này góp phần giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra, bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho cộng đồng.

4.1. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Định hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp hiệu chỉnh dữ liệu mưa vệ tinh mới, nhằm nâng cao hơn nữa độ chính xác trong mô phỏng dòng chảy lũ. Ngoài ra, việc mở rộng nghiên cứu ra các lưu vực khác cũng sẽ được xem xét, nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các phương pháp đã áp dụng.