Cách tiếp cận mới xây dựng đường đặc tính hồ chứa bằng việc sử dụng ảnh viễn thám Radar Sentinel-1

10
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
CÁCH TIẾP CẬN MỚI XÂY DỰNG 
ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH HỒ CHỨA BẰNG VIỆC SỬ DỤNG
ẢNH VIỄN THÁM RADAR SENTINEL-1
Nguyễn Quốc Hiệp
1
, Nguyễn Anh Hùng
1
1
Trung tâm Công nghệ phần mềm Thủy lợi
Email: nguyenquochiep@cwrs-au.vn, anhhungbk81@gmail.com
Ban Biên tập nhận bài: 12/08/2019 Ngày phản biện xong: 05/10/2019 Ngày đăng bài:25/10/2019 
Tóm tắt: Đường đặc tính lòng hồ chứa (quan hệ Z-F-W) được sử dụng trong quá trình điều tiết
nước trong mùa lũ và phân phối nước trong mùa kiệt. Theo thống kê gần nhất của Tổng cục Thủy
lợi thì Việt Nam có khoảng 6636 hồ chứa trong đó có khoảng 474 hồ chứa đã được xác định đường
đặc tính và 6162 hồ chứa có đường đặc tính chưa được xác định. Để điều tiết hoặc phân phối nước
cho các hồ chứa chưa được xác định đường đặc tính, hiện tại các đơn vị quản lý hồ đang coi như
đường đặc tính của nó là tuyến tính theo một đường thẳng từ mực nước chết đến mực nước dâng
bình thường. Với cách làm này, kết quả xác định dung tích hồ thường có sai số tương đối lớn nhưng
vẫn được sử dụng để vận hành hồ chứa. Ngay cả những hồ chứa đã được xác định đường đặc tính
thì bản thân đường đặc tính cũng không còn chính xác do hồ được xây dựng từ lâu, quá trình bồi
lắng, xói lở làm thay đổi địa hình lòng hồ, nên chúng cũng cần phải kiểm tra để hiệu chỉnh lại. Bài
viết này giới thiệu cách tiếp cận mới của Trung tâm Công nghệ phần mềm Thuỷ lợi trong việc sử dụng
ảnh Synthetic Aperture Radar (SAR) Sentinel-1 vào việc xây dựng hoặc hiệu chỉnh lại đường đặc tính
hồ chứa cho các hồ có dung tích trên một triệu m
3
trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh, Việt Nam.
Từ khóa: Viễn thám, Sentinel-1, Đường đặc tính hồ chứa.
1. Đặt vấn đề
Việt Nam có 108 lưu vực sông với khoảng
3450 sông, suối tương đối lớn trong đó có 9 hệ
thống sông lớn có diện tích lưu vực lớn hơn
10.000 km
2
, gồm các lưu vực sông Hồng, Thái
Bình, Bằng Giang - Kỳ Cùng, Mã, Cả, Vu Gia -
Thu Bồn, Ba, Đồng Nai và sông Cửu Long [1].
Tổng lượng nước mặt trung bình hằng năm
khoảng 830-840 tỷ m
3
, trong đó hơn 60% lượng
nước được sản sinh từ nước ngoài, chỉ có khoảng
310-320 tỷ m
3
được sản sinh trên lãnh thổ Việt
Nam [2]. Lượng nước bình quân đầu người trên
9.000 m
3
/năm. Nước dưới đất cũng có tổng trữ
lượng tiềm năng khoảng 63 tỷ m
3
/năm, phân bố
ở 26 đơn vị chứa nước lớn, nhưng tập trung chủ
yếu ở Đồng bằng Bắc Bộ, Nam Bộ và khu vực
Tây Nguyên.
Về hồ chứa, các lưu vực sông có dung tích hồ
chứa lớn gồm: sông Hồng (khoảng 30 tỷ m
3
);
sông Đồng Nai (trên 10 tỷ m
3
); sông Sê San (gần
3,5 tỷ m
3
); sông Mã, sông Cả, sông Hương, sông
Vu Gia - Thu Bồn và sông Srêpok (có tổng dung
tích hồ chứa từ gần 2 tỷ m
3
đến 3 tỷ m
3
). Vai trò
của các công trình hồ chứa để phân phối lại dòng
chảy của sông theo thời gian và không gian cho
thích ứng với nhu cầu dùng nước của các ngành
kinh tế, làm cơ sở cho việc quy hoạch, sử dụng
tài nguyên nước hợp lý, đảm bảo cân đối giữa
cung và cầu và giảm nhẹ lũ cho hạ lưu là một
việc làm cần thiết. Với tổng lượng tài nguyên
nước phong phú như vậy nhưng hàng năm vẫn
xảy ra tình trạng úng lụt và hạn hán, thiếu nước
sinh hoạt, v.v Một số nguyên nhân chủ yếu
dẫn đến tình trạng nêu trên gồm: (i) hơn một nửa
nguồn tài nguyên nước của Việt Nam bắt nguồn
từ ngoài biên giới, nguồn tài nguyên nước phân
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
11
bố không đều theo không gian và thời gian; (ii)
Nhu cầu nước ngày càng gia tăng phục vụ phát
triển kinh tế-xã hội; (iii) Ô nhiễm nguồn nước
ngày càng tăng cả về mức độ, quy mô, nhiều nơi
có nước nhưng không thể sử dụng do nguồn
nước bị ô nhiễm; (iv) Biến đổi khí hậu và nước
biển dâng, xâm nhập mặn, rừng đầu nguồn bị suy
giảm đã và đang tác động tiêu cực đến nguồn tài
nguyên nước.
Để vận hành hồ chứa hiệu quả, đường cong
đặc tính hồ chứa (Z-F-W) đóng một vai trò quan
trọng [3]. Đường đặc tính lòng hồ chứa (quan hệ
Z-F-W) được sử dụng trong quá trình điều tiết
nước trong mùa lũ và phân phối nước trong mùa
kiệt. Theo thống kê gần nhất của Tổng cục Thủy
lợi thì Việt Nam có khoảng 6636 hồ chứa trong
đó có khoảng 474 hồ chứa đã được xác định
đường đặc tính và 6162 hồ chứa có đường đặc
tính chưa được xác định. 
Đường cong Z-F-W của các hồ chứa còn lại
được thiết lập bằng cách sử dụng mối quan hệ
tuyến tính giữa các đặc điểm đáy của hồ chứa.
Tuy nhiên, mối quan hệ tuyến tính có thể gây ra
một lỗi rất lớn do điều kiện hình dạng phi tuyến
tính của lớp địa hình hồ chứa [4]. Đường cong Z-
F-W có thể được xây dựng với độ chính xác cao
bằng các phương pháp đo trường nhưng phương
pháp này rất tốn kém và mất thời gian tính toán,
đặc biệt đối với các hồ chứa lớn. Các nhà nghiên
cứu đã phát triển đường cong Z-F-W dựa trên
đơn giản hóa tuyến tính, tương tự như mối quan
hệ tuyến tính. Tuy nhiên, đơn giản hóa tuyến tính
có thể tạo ra các lỗi lớn trong hoạt động tối ưu
[5]. Nghiên cứu này giới thiệu một phương pháp
để xác định đường cong Z-F-W phi tuyến của hồ
chứa bằng cách sử dụng hình ảnh radar viễn
thám miễn phí Sentinel-1. Cách tiếp cận này cho
thấy sự cải thiện trong việc xác định các đường
cong Z-F-W của hồ chứa.
2. Thu thập dữ liệu và Phương pháp
nghiên cứu
2.1 Thu thập dữ liệu
Để xác định đường đặc tính lòng hồ chứa cần
có số liệu mực nước (Z), số liệu diện tích mặt hồ
(F) và dung tích hồ chứa (W) ứng với mực nước
đó. Số liệu quan trắc cao trình mực nước hồ chứa
được thu thập từ Tổng cục Thủy lợi thuộc Bộ
NN&PTNT trên trang 
Diện tích bề mặt nước hồ chứa được tính từ kết
quả phân tích ảnh vệ tinh miễn phí Sentinel-1 thu
thập từ European Space Agency (ESA) trên
trang https://search.asf.alaska.edu. Dựa trên
đường quan hệ giữa cao trình mực nước và diện
tích bề mặt hồ (Z-F) nhiều năm, mối quan hệ
giữa cao trình mực nước và dung tích hồ chứa
(Z-W) được tính toán theo công thức hình chóp
cụt.
Diện tích mặt hồ chứa được xác định dựa vào
kết quả giải đoán ảnh vệ tinh. Trước khi có ảnh
vệ tinh radar miễn phí Sentinel-1 thì việc ứng
dụng ảnh vệ tinh để giải đoán diện tích mặt hồ là
không khả thi bởi các ảnh miễn phí có độ phân
giải trung bình và thấp nên sai số sẽ cao. Thêm
vào đó đa phần các ảnh miễn phí là ảnh quang
học là loại ảnh bị ảnh hưởng bởi mây mù che phủ
mặt hồ chứa. Nếu sử dụng ảnh viễn thám thương
mại độ phân giải siêu cao thì chi phí lại quá cao
so với phương pháp đo đạc truyền thống. Từ
năm 2015, cơ quan ESA của Châu Âu bắt đầu
chia sẻ miễn phí các loại ảnh vệ tinh Sentinel với
độ phân giải cao giúp mở ra cách tiếp cận mới
xác định đường đặc tính hồ chứa. Vệ tinh Sen-
tinel-1A và Sentinel-1B cung cấp ảnh radar với
độ phân giải không gian mặt đất là 10m, không
bị ảnh hưởng bởi mây che phủ, không phụ thuộc
vào thời tiết, rất nhạy cảm với bề mặt nước. Vì
vậy, ảnh Sentinel-1 là nguồn tư liệu quý báu để
xác định đường đặc tính hồ với chi phí thấp. Đối
với khu vực Việt Nam, cứ 12 ngày sẽ có một ảnh
Sentinel-1 chụp cùng một khu vực và hiện nay
đã được rút ngắn lại là 6 ngày có một ảnh do 2 vệ
tinh S1A và S1B bay chụp đan xen nhau 180 độ.
2.2 Phương pháp nghiên cứu
Có hai phương pháp để xác định diện tích bề
mặt hồ chứa. Phương pháp thứ nhất là sử dụng
các phần mềm chuyên dụng như ArcGIS,
ENVI, để khoanh vi diện tích bề mặt hồ chứa
trên ảnh. Phương pháp này thực hiện khá đơn
giản vì người số hóa có thể dễ dàng xác định đâu
là hồ chứa, đâu là nhiễu do bóng địa hình gây ra.
Tuy nhiên phương pháp này khó khả thi vì số
lượng hồ chứa trên cả nước là rất lớn, số lượng
ảnh cũng nhiều, chi phí nhân công để thực hiện
công việc này khá là tốn kém. Phương pháp thứ
hai là sử dụng thuật toán để tự động nhận biết
được điểm ảnh của từng hồ chứa. Trong nghiên
cứu này phương pháp tự động giải đoán ảnh
được sử dụng để xác định diện tích mặt nước hồ.
Phương pháp này khả thi cho các lĩnh vực nghiên
cứu lớn với chi phí và thời gian hợp lý. Tuy
nhiên, việc xác định diện tích bề mặt hồ chứa
thông qua giải đoán hình ảnh đòi hỏi các thuật
toán tối ưu. Để xác định thuật toán tối ưu, cần
phải hiểu bản chất của hình ảnh radar cũng như
các kỹ năng lập trình và xử lý dữ liệu lớn. Hình
1 và hình 2 cho thấy cách tiếp cận và quy trình
xây dựng đường cong Z-F-W của hồ chứa.
Hình 1. Các bước nghiên cứu xác định đường đặc tính hồ chứa Z-F-W
Hình 2. Quy trình xây dựng đường đặc tính hồ chứa
2.3 Xây dựng đường đặc tính hồ chứa Z-
F-W
Xử lý ảnh Sentinel-1
Sử dụng phần mềm SNAP Desktop nạp danh
sách dữ liệu ảnh vệ tinh vào cửa sổ quản lý tập
tin, cắt vùng nghiên cứu. Nếu mặc đinh sử dụng
độ phân giải ảnh là 10m thì chỉ cần hiệu chỉnh
phổ phản xạ (radiometric calibration) và hiệu
chỉnh hình học (geometric calibration) là đủ [6].
Hiệu chỉnh phổ phản xạ là để tạo ra một hình ảnh
trong đó giá trị của từng pixel liên quan trực tiếp
đến tán xạ ngược của bề mặt. Phép hiệu chỉnh
này rất cần thiết để phân tích hình ảnh một cách
định lượng. Hiệu chỉnh hình học là để khắc phục
các biến dạng nghiêng (Slant Range), layover,
bóng địa hình (shadow), foreshortening. Thuật
12
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
13
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
toán hiệu chỉnh hình học sử dụng dữ liệu DEM
30m để chỉnh sửa và hình ảnh sẽ được điều chỉnh
theo đúng hướng của nó.
Đối với những hồ chứa có đường mép nước
trơn, không phức tạp thì chúng tôi sử dụng Mul-
tilooking chuyển độ phân giải ảnh về 20 m nhằm
giảm dung lượng xử lý ảnh. Ngoài ra chúng tôi
chuyển dữ liệu kênh ảnh Sigma0_VH từ tuyến
tính về decibel và lưu dưới tên Sigma0_VH_db.
Vùng làm việc
Một vùng buffer được sử dụng để xác định
vùng giải đoán hồ chứa, các điểm ảnh nằm ngoài
vùng buffer sẽ được xem xét. Sử dụng vùng buffer
giúp giảm số lượng các điểm ảnh phải xử lý, ngoài
ra còn giúp khoanh vùng được khu vực là hồ
chứa. Ví dụ đối với các sông lớn có đập dâng xây
chắn để chắn để ngăn nước tạo thành hồ chứa thì
vùng buffer sẽ lấy ranh giới của sông đến phạm vi
của đập dâng (minh họa trong hình 4).
Xác định ngưỡng phản xạ ngược là nước
Dựa vào chuỗi dữ liệu ảnh Sentinel-1 từ một
năm trở lên ứng với giá trị mực nước đo tự động
tại thời điểm ảnh được chụp tại vùng nghiên cứu,
chúng ta xác định được mực nước thấp nhất và
mực nước cao nhất trong chuỗi thời gian dữ liệu.
Sử dụng phần mềm SNAP Desktop để xác định
ngưỡng phản xạ ngược của ảnh Sentinel-1 chụp
tại thời điểm có mực nước thấp nhất và ảnh chụp
tại thời điểm có mực nước cao nhất. Giá trị tán
xạ ngược tại thời điểm hồ chứa có mực nước
thấp nhất sẽ thấp hơn giá trị tán xạ ngược tại thời
điểm hồ chứa có mực nước cao nhất. Độ cao của
mực nước hồ sẽ có giá trị tỷ lệ thuận với ngưỡng
giá trị tán xạ ngược để tách nước hồ chứa từ ảnh.
Nghĩa là chúng ta chỉ xác định ngưỡng tại hai
thời điểm mà hồ chứa có mực nước thấp nhất và
cao nhất. Ngưỡng giá trị tán xạ ngược ứng với
mực nước tại các thời điểm khác sẽ được nội suy
dựa trên hai giá trị trên.
Loại địa hình và bóng địa hình
Để loại bỏ khu dân cư, núi rừng, đường xá thì
chúng tôi sử dụng kênh Sigma0_VH_db có giá
trị nhỏ hơn hoặc bằng ngưỡng lọc nước. Riêng
bóng địa hình do bị mất giá trị nên có giá trị gần
giống với bề mặt nước thì chúng tôi sử dụng giá
trị của kênh projectedLocalIncidenceAngle là
kết quả đầu ra trong bước hiệu chỉnh hình học
và địa hình để loại bỏ bóng địa hình.
Hình 3. Sử dụng kênh “projected local incidence angle” để loại bỏ bóng địa hình
Hình 4. Minh họa các
điểm ảnh được lọc
theo ngưỡng tán xạ
ngược
Chữa các điểm ảnh là nước và ngược lại
Thường thì giá trị ngưỡng tán xạ ngược để
tách nước có giá trị nhỏ hơn vào thời điểm khô
hạn khi mà mực nước hồ chứa thấp trong năm
so với các thời điểm mà mực nước hồ chứa ở
mức cao hơn. Khi sử dụng chức năng tạo Band
Maths của phần mềm SNAP Desktop để tách
nước dựa vào giá trị ngưỡng tán xạ ngược của
kênh ảnh VH, ví dụ Sigma0_VH_db <= -24, sẽ
khiến cho một số điểm ảnh là nước nhưng lại bị
loại vì giá trị VH_db lớn hơn -24 như trong ví
dụ. Hình 3 bên dưới minh họa các điểm ảnh là
nước nhưng bị loại do lấy ngưỡng nhỏ.
Trong trường hợp này chúng tôi phát triển
một thuật toán lan truyền để xác định chuỗi các
điểm không phải là nước. Từ danh sách chuỗi
các điểm ảnh không phải là nước này thì chúng
tôi chỉ xét các chuỗi có số lượng điểm ảnh nhỏ
hơn hoặc bằng 20 nếu độ phân giải của ảnh là
10m hoặc nhỏ hơn hoặc bằng 5 nếu độ phân giải
của ảnh là 20m, đổi giá trị của các điểm ảnh này
từ giá trị 0 (không phải là nước) về giá trị 1 (là
nước).
Trên hình 4 có thể thấy tuy đã loại bỏ bóng
địa hình nhưng vẫn có các điểm ảnh là bóng địa
hình nhưng lại được giải đoán là nước cần phải
loại bỏ. Chúng tôi sử dụng thuật toán lan truyền
như trên để xác định chuỗi các điểm ảnh là nước.
Từ danh sách chuỗi các điểm ảnh là nước này thì
chúng tôi chỉ xét các chuỗi có số lượng điểm ảnh
nhỏ hơn hoặc bằng 20 nếu độ phân giải của ảnh
là 10m hoặc nhỏ hơn hoặc bằng 5 nếu độ phân
giải của ảnh là 20m, đổi giá trị của các điểm ảnh
này từ giá trị 1 (là nước) về giá trị 0 (không phải
là nước).

Hình 5. Kết quả giải đoán ảnh xác định diện tích hồ chứa nước Ngàn Trươi, Hà Tĩnh, Việt Nam
Xác định đường đặc tính diện tích mặt nước
hồ (Z-F)
Dựa vào số liệu mực nước hồ được đo thủ
công hoặc đo tự động từ trạm quan trắc ứng với
ngày giải đoán ảnh được thu thập, tiến hành xác
định quan hệ Z-F dựa vào tập hợp các cặp giá trị
mực nước hồ và diện tích mặt hồ được giải đoán
từ ảnh. Diện tích mặt nước hồ tại thời điểm giải
đoán ảnh được tính bằng số điểm ảnh là nước
nhân với diện tích của một điểm ảnh. Tùy theo
độ phân giải của ảnh thì diện tích của một điểm
ảnh cũng khác nhau, đối với độ phân giải là 10m
thì diện tích của một điểm ảnh là 100m
2
, ứng với
độ phân giải 20m thì diện tích của một điểm ảnh
là 400m
2
.
Xác định đường đặc tính dung tích hồ 
Trong nghiên cứu này, mực nước thấp nhất
được gọi là mực nước chết (Z0) trong khi mực
nước cao hơn mực nước chết (Zi) được gọi là
mực nước hữu ích. Thể tích hồ chứa bị giới hạn
giữa mực nước chết và mực nước hữu ích được
gọi là dung tích hữu ích. Dung tích hữu ích được
14
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
15
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
xác định dựa trên chuỗi dữ liệu quan hệ giữa cao
trình mực nước và diện tích bề mặt hồ chứa. Nó
được tính bằng công thức hình chóp cụt (Công
thức 1).
(1)
Trong đó i là vị trí thứ i trong chuỗi giá trị cao
trình mực nước được sắp xếp tăng dần từ bản ghi
thứ 0 đến bản ghi thứ n; W
i
là dung tích hữu ích
của hồ chứa tại cao trình mực nước tại vị trí thứ
i trong chuỗi dữ liệu; Z
i
là cao trình mực nước tại
vị trí thứ i trong chuỗi dữ liệu; F
i 
là diện tích bề
mặt hồ chứa ứng với cao trình mực nước tại vị trí
thứ i trong chuỗi dữ liệu.
3. Kết quả và Thảo luận
Nghiên cứu này thử nghiệm phương pháp đề
xuất xây dựng đường cong Z-F-W cho ba hồ
chứa của tỉnh Hà Tĩnh là Rác, Kẻ Gỗ và Ngàn
Trươi (Hình 6). Các hồ chứa này có các trạm
quan trắc tự động đo mực nước của hồ chứa. Dữ
liệu tham khảo quan hệ Z-F-W cho các hồ chứa
Rác, Kẻ Gỗ và Ngàn Trươi được lấy từ các quy
trình vận hành hồ chứa hiện tại đã được UBND
tỉnh Hà Tĩnh phê duyệt.
 

  
      
 
  
   


 


  

Hình 6. Khu vực nghiên cứu, tỉnh Hà Tĩnh, Việt Nam
3.1 Xác định đường đặc tính hồ chứa Sông
Rác
Hồ chứa nước Sông Rác thuộc địa phận xã
Cẩm Lạc, huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh,
được khởi công xây dựng năm 1986, được bàn
giao cho Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành
viên Thủy lợi Nam Hà Tĩnh quản lý vận hành
khai thác từ năm 1995. Trong giai đoạn 1991-
1994, hồ chứa nước Sông Rác vừa được tiếp tục
xây dựng, vừa được vận hành khai thác từng
phần để phục vụ sản xuất nông nghiệp của huyện
Cẩm Xuyên. Năm 2012 hồ đã nâng cấp theo
chương trình an toàn hồ chứa và xây dựng tràn
xả lũ, hình thức đập tràn Oxipherop tràn tự do
với chiều rộng tràn B = 70m.
3.2 Xác định đường đặc tính hồ chứa Kẻ Gỗ
Hồ chứa nước Kẻ Gỗ trên sông Rào Cái thuộc
xã Cẩm Mỹ, huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh,
cách thành phố Hà Tĩnh khoảng 20km về phía
Tây. Công trình được khởi công xây dựng ngày
26/3/1976 đến tháng 02 năm 1978 bắt đầu tích
nước để sử dụng. Năm 1983, công trình hoàn
thành và chính thức đưa vào khai thác.
3.3 Xác định đường đặc tính hồ chứa Ngàn
Trươi
Hồ chứa nước Ngàn Trươi được Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn và UBND tỉnh
Hà Tĩnh cho khởi công ngày 14/6/2009, phục vụ
tưới khoảng 32.334 ha đất canh tác nông nghiệp
ở các huyện Hương Sơn, Vũ Quang, Đức Thọ,
Can Lộc, Nghi Xuân và một phần phía Bắc
huyện Thạch Hà và thị xã Hồng Lĩnh.
Bảng 1. Xác định đặc tính hồ chứa nước từ kết quả giải đoán ảnh và so sánh với số liệu từ 
bảng tra hồ Sông Rác




 

￿





 


 
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

Hình 7. Đồ thị so sánh đường Z ~ W giữa đo thực tế và giải đoán từ ảnh Sentinel-1 
của hồ Sông Rác
Hình 8. Đồ thị so sánh đường Z ~ W giữa đo thực tế và giải đoán từ ảnh Sentinel-1 
của hồ Kẻ Gỗ

16
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
17
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
Bảng 2. Xác định đặc tính hồ chứa nước từ kết quả giải đoán ảnh và so sánh với số liệu 
từ bảng tra hồ Kẻ Gỗ




 

￿
 


 


 
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

￿


 





￿





 



 



 
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
Bảng 3. Xác định đặc tính hồ chứa nước từ kết quả giải đoán ảnh và so sánh với 
số liệu từ bảng tra hồ Ngàn Trươi
Hình 9. Đồ thị so sánh đường Z ~ W giữa đo thực tế và giải đoán từ ảnh Sentinel-1 
của hồ Ngàn Trươi
3.4 Thảo luận
Trong nghiên cứu này, các mối quan hệ Z ~
W được xác định cho ba hồ chứa và mối quan hệ
Z ~ F được xác định cho hồ chứa Ngàn Trươi có
diện tích bề mặt tham chiếu. Người ta thấy rằng
hầu hết các thể tích hồ chứa được tính toán hợp
lý với khối lượng thực tế. Các hệ số tương quan
giữa dung tích tính toán và dung tích thực tế gần
bằng nhau, như được thấy trong hình 7, 8 & 9.
Về sai số tương quan của dung tích tính toán, sai
số trung bình đạt được 1%, 1,5% và 4,1% đối với
hồ chứa sông Rác, Kẻ Gỗ, và hồ chứa Ngàn
Trươi tương ứng. Các phân tích bổ sung về diện
tích bề mặt được tính toán sau đó được thực hiện
cho Ngàn Trươi. Kết quả cho thấy hệ số tương
quan đạt được là 0,93 và sai số tương đối trung
bình là khoảng 10,6%. Điều này chỉ ra rằng các
sai số trong việc xác định diện tích bề mặt của hồ
chứa có xu hướng lớn hơn các sai số thể tích.
Tuy nhiên, thông tin về thể tích hồ chứa quan
trọng hơn diện tích bề mặt để xây dựng quy trình
vận hành hồ chứa.
4. Kết luận
Nghiên cứu này trình bày phương pháp và các
kết quả xác định đường đặc tính hồ chứa dựa vào
kết quả giải đoán ảnh vệ tinh Sentinel-1 và dữ
liệu quan trắc. Kết quả giải đoán xác định quan
hệ Z~W cho các hồ chứa có độ chính xác trên
95%. Trên cơ sở này có thể xác định nhanh
chóng đường đặc tính cho các hồ chứa chưa xác
định đường đặc tính lòng hồ chứa. Đường cong
quan hệ Z-F-W được xác định có thể nâng cao
hiệu quả quản lý và vận hành các hồ chứa.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được Chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia hỗ trợ tài
chính để ứng phó với biến đổi khí hậu, quản lý tài nguyên và môi trường trong giai đoạn 2016-2020
(Mã số BĐKH.17/16-20), Bộ Khoa học và Công nghệ tại Việt Nam. Nghiên cứu được thực hiện tại
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.
Tài liệu tham khảo
1. Nguyen, T.V., Elliott, R.J.R., Strobl, E.A., (2018), Hydropower generation, flood control and
dam cascades: A national assessment for Vietnam. Journal of Hydrology, 560, 109-126.
2. Jolk, C., Greassidis, S., Jaschinski, S., Stolpe, H., Zindler, B., (2010), Planning and Decision
Support Tools for the Integrated Water Resources Management in Vietnam. Water, 2, 711-725.
18
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
19
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 10 - 2019
BÀI BÁO KHOA HỌC
3. Jahanshir, M.H., Heidarpour, M., Mousavi, S.F., Haghiabi, A.H., (2009), Derivation of Reser-
voir’s Area-Capacity Equations. Journal of Hydrologic Engineering, 14, 9.
4. Gao, H., Birkett, C., Lettenmaier, D.P., (2012), Global monitoring of large reservoir storage
from satellite remote sensing. Water Resour. Res., 48 (9), W09504.
5. Meyer, F., (2019), The SAR Handbook. UAF & Chief Scientist of Alaska Satellite Facility, 21-
62.
A METHOD FOR CONSTRUCTING RESERVOIR AREA-STORAGE-ELEVATION
CURVE USING SENTINEL-1 RADAR REMOTE SENSING IMAGE
Nguyen Quoc Hiep
1
, Nguyen Anh Hung
1
1
Center for Water Resources Software
Abstract: Reservoir elevation-area-storage (Z-F-W) curves are used for regulating discharge
during the flood season and allocating water supply in the dry season. According to the latest sta-
tistics of the Directorate of Water Resources, Vietnam has about 6636 reservoirs, of which the Z-F-
W curves of 474 reservoirs have been already identified and the remaining 6162 reservoirs have no
information on the Z-F-W relationship. In order to regulate or allocate water in these reservoirs, op-
erators assume a linear relationship between the area or storage and elevation, varying from the
dead to normal water level. By mean of this method, calculated area and storage are subject to large
errors but they are still used to operate the reservoirs. In fact, even the reservoirs attributed with the
Z-F-W relationships, but the relationships may not be stationary as the reservoirs were built a long
time ago with continuous sediment deposition and erosion processes that altered the reservoir ba-
thymetry; as a result, these relationships also require corrections. This paper introduces a method
for constructing the Z-F-W curves of the reservoir with the capacity larger than one million cubic
meters in Ha Tinh province of Vietnam using Synthetic Aperture Radar (SAR) Sentinel-1 remote
sensing image.
Keywords: Remote Sensing, Sentinel-1, Reservoir elevation-area-storage curve.