Đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi mục đích sử dụng đất đến dòng chảy và chất lượng nước trên thượng lưu lưu vực sông chảy bằng công cụ đánh giá đất và nước (SWAT)956

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI THỊ PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN DÒNG CHẢY VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN THƯỢNG LƯU LƯU VỰC SÔNG CHẢY BẰNG CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐẤT VÀ NƯỚC (SWAT) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI THỊ PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN DỊNG CHẢY VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN THƯỢNG LƯU LƯU VỰC SÔNG CHẢY BẰNG CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐẤT VÀ NƯỚC (SWAT) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN NGỌC TUỆ Hà Nội – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn đề tài “Đánh giá ảnh hưởng thay đổi mục đích sử dụng đất đến dòng chảy chất lượng nước thượng lưu lưu vực sông Chảy Công cụ đánh giá đất nước (SWAT) cơng trình nghiên cứu thực hướng dẫn TS Nguyễn Ngọc Tuệ Số liệu, kết trình bày luận văn hoàn toàn trung thực chưa tác giả công bố Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2019 Bùi Thị Phương LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến, TS Nguyễn Ngọc Tuệ, Bộ mơn Hóa Lý - Viện Kỹ thuật Hóa học, người ln tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Viện Kỹ thuật Hóa học kiến thức lời khun bổ ích suốt q trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp người bên cạnh, thông cảm động viên để hồn thành khóa học Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC i DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG vi MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4.1 Ý nghĩa khoa học 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các đặc trưng biểu thị dòng chảy lưu vực sông 2.1.1 Đặc trưng dòng chảy 2.1.2 Lưu vực sông 2.1.3 Tổng quan nghiên cứu quản lý lưu vực nước 10 2.2 Hệ thống thông tin địa lý GIS 14 2.2.1 Sơ lược hệ thống thông tin địa lý GIS 14 2.2.2 Các thành phần GIS 17 2.2.3 Các chức GIS 18 2.2.4 Các dạng liệu GIS 19 2.3 Tổng quan mơ hình SWAT 22 2.3.1 Lịch sử phát triển SWAT 22 Học viên: Bùi Thị Phương i MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ 2.3.2 Nguyên lý mô SWAT 25 2.3.3 Các phương pháp sử dụng mơ hình SWAT 33 2.4 Khái quát đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực Hồ Thác Bà 42 2.4.1 Vị trí địa lý 42 2.4.2 Điều kiện tự nhiên 42 2.4.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 44 2.4.4 Đặc điểm tài nguyên môi trường lưu vực Hồ Thác Bà 45 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 3.1 Tiến trình mơ SWAT 46 3.2 Thu thập, xử lý liệu 48 3.2.1 Cấu trúc tổng quát tập tin liệu đầu vào đầu SWAT 48 3.2.2 Cấu trúc liệu đầu vào 52 3.2.3 Xử lý liệu đầu vào theo chuẩn SWAT 58 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69 4.1 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 69 4.1.1 Phân tích độ nhạy thơng số ảnh hưởng đến lưu lượng dòng chảy 71 4.1.2 Kết hiệu chỉnh 72 4.1.3 Kết kiểm định 74 4.2 Hiệu chỉnh kiểm định thông số cho lượng bùn cát 76 4.2.1 Phân tích độ nhạy thông số ảnh hưởng đến lượng bùn cát 76 4.2.2 Kết hiệu chỉnh 78 4.2.3 Kết kiểm định 80 4.3 ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT ĐẾN LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY VÀ LƯỢNG BÙN CÁT 81 4.3.1 Lựa chọn kịch 81 4.3.2 Đánh giá kịch 82 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 Học viên: Bùi Thị Phương ii MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên English Tên Tiếng Việt ARS Agricultural Research Service Trung tâm phục vụ nghiên cứu nông nghiệp GIS Geographi Information System Hệ thống thông tin địa lý SCS Soil Convervation System Phương pháp số đường cong SWAT Soil and Water Assessment Công cụ đánh giá chất lượng đất Tools USDA nước United States Department of Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ Agriculture USGS United States Geological Survey Cục địa chất Hoa Kỳ USLE Universal Soil Loss Erosion RUSLE Revided Universal Soil Loss Phương trình xói mịn đất tồn cầu DO Phương trình đất tồn cầu Erosion hiệu chỉnh Dissolved Oxygen Lượng oxy hòa tan nước cần thiết cho hô hấp sinh vật nước BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng HRUs Hydrologic Response Units Các đơn vị thủy văn Học viên: Bùi Thị Phương iii MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ DEM Digital Elevation Model Mô hình độ cao số RICE Rice Đất trồng lúa, màu AGRR Agricultural Land- Row Crops Đất trồng màu công nghiệp AGRL Agricultural Land- Generic Đất nương rãy FRSD Forest- Deciduous Đất có rừng trồng FRSE Forest- Evergreen Đất có rừng tự nhiên FRST Forest- Mixed Đất có rừng hỗn hợp URLD Residential- Low DeNSEty Dân cư nông thôn RNGE Range-Grasse Đồng cỏ CSDL Cơ sở liệu NXB Nhà xuất MoNRE Ministry of Natural Resources Bộ Tài ngun Mơi trường and Environment TB Trung bình Học viên: Bùi Thị Phương iv MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Đồ thị diễn tả trình lũ Hình 2.2 Các hợp phần thiết yếu cho cơng nghệ GIS 18 Hình 2.3 Các chức GIS 19 Hình 2.4 Mơ hình Vector (trái) Mơ hình Raster (phải) 21 Hình 2.5 Sơ đồ lịch sử phát triển SWAT giới 25 Hình 2.6 Sơ đồ chu trình thủy văn pha đất 26 Hình 2.7 Sơ đồ trình diễn dòng chảy 27 Hình 2.8 Chu trình nước hệ thống sơng ngịi 29 Hình 2.9 Vịng lặp HRU/ tiểu lưu vực 32 Hình 2.10 Sự khác phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô theo phương trình Green Ampt thực tế 35 Hình 2.11 Bản đồ hành tỉnh Yên Bái 42 Hình 2.12 Một góc hình ảnh hồ Thác Bà 44 Hình 3.1 Sơ đồ tiến trình thực nghiên cứu 46 Hình 3.2 Tiến trình mơ phịng SWAT 48 Hình 3.3 Bản đồ địa hình lưu vực sơng Chảy 59 Hình 3.4 Bản đồ loại đất thượng lưu lưu vực sông Chảy 61 Hình 3.5 Bản đồ loại hình sử dụng đất thượng lưu Sơng Chảy 62 Hình 3.6 Biểu đồ phân chia sử dụng đất thượng lưu lưu vực Sông Chảy 64 Hình 3.7 Phân bố nhiệt độ theo trạm đo lưu vực sông Chảy 67 Hình 3.8 Phân bố lượng mưa theo trạm đo lưu vực sông Chảy 67 Hình 4.1 Lưu lượng thực đo mơ giai đoạn hiệu chỉnh 73 Hình 4.2 Hệ số tương quan R2 lưu lượng thực đo mô giai đoạn hiệu chỉnh 74 Hình 4.3 Lưu lượng thực đo mô giai đoạn kiểm định 74 Hình 4.4 Hệ số tương quan lưu lượng dịng chảy thực đo mô giai đoạn kiểm định 75 Hình 4.5 Quy trình nghiên cứu xói mịn lưu vực sơng Chảy 76 Hình 4.6 Lượng bùn cát mơ thực đo giai đoạn hiệu chỉnh 79 Hình 4.7 Hệ số tương quan lượng bùn cát thực đo mô giai đoạn hiệu chỉnh 79 Hình 4.8 Lượng bùn cát mơ thực đo giai đoạn kiểm định 80 Hình 4.9 Hệ số tương quan lượng bùn cát thực đo mô giai đoạn kiểm định 80 Hình 4.10 So sánh lưu lượng dòng chảy thay đổi lớp phủ thực vật 83 Hình 4.11 Bản đồ thể chênh lệch lưu lượng kịch 83 Hình 4.12 Phần trăm lưu lượng dịng chảy thay đổi mơ kịch 86 Hình 4.13 Lượng bùn cát thay đổi qua kịch 87 Hình 4.14 Phần trăm lượng bùn cát thay đổi kịch so với mô 88 Học viên: Bùi Thị Phương v MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Lịch sử phát triển ngành GIS 15 Bảng 3.1 Cấu trúc tổng quát tập tin liệu đầu vào SWAT 48 Bảng 3.2 Cấu trúc tổng quát tập tin liệu đầu SWAT 50 Bảng 3.3 Ý nghĩa thông số bảng CropRng 53 Bảng 3.4 Ý nghĩa thông số bảng UrbanRng 54 Bảng 3.5 Thông số đầu vào liệu thổ nhưỡng SWAT 55 Bảng 3.6 Các thông số đầu vào liệu thời tiết SWAT 57 Bảng 3.7 Các trạm quan trắc thủy văn lưu vực Sông Chảy 58 Bảng 3.8 Các loại đất lưu vực thượng lưu sông Chảy 61 Bảng 3.9 Các loại hình sử dụng đất lưu vực sơng Chảy 63 Bảng 3.10 Thông tin tập tin liệu thời tiết 65 Bảng 3.11 Các trạm quan trắc thủy văn lưu vực Sông Chảy 66 Bảng 4.1 Tiêu chuẩn phân loại mức độ xác kết mô 70 Bảng 4.2 Các thông số thay đổi 73 Bảng 4.3 Giá trị hệ số bảo vệ đất USLE P 77 Bảng 4.4 Giá trị hệ số lớp phủ mặt đất USLE C 77 Bảng 4.5 Giá trị hệ số xói mịn đất USLE K 78 Học viên: Bùi Thị Phương vi MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ 4.2.3 Kết kiểm định Từ thơng số tìm giai đoạn hiệu chỉnh, ta tiến hành áp dụng thông số chạy cho giai đoạn kiểm định 1998 – 2001 Đối với trình kiểm định số NSE đạt 0.5712, %BIAS -15.018 hệ số tương quan R 0.5780 Lượng bùn cát (Tấn/ha) 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 Năm Bùn cát thực đo Bùn cát mô Hình 4.8 Lượng bùn cát mơ thực đo giai đoạn kiểm định 3000000 2500000 y = 0.9108x R² = 0.5780 2000000 1500000 1000000 500000 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 Hình 4.9 Hệ số tương quan lượng bùn cát thực đo mô giai đoạn kiểm định Học viên: Bùi Thị Phương 80 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ Bảng 4.6 So sánh số sau sau hiệu chỉnh, kiểm định Các số Chưa hiệu chỉnh Hiệu chỉnh Kiểm định PBIAS (%Bias) -332.09 -15.1843 -15.018 NSE -10.91 0.5667 0.5712 R2 0.29 0.5760 0.5780 Nếu mưa nhân tố tạo nên dịng chảy, dịng chảy nhân tố kéo theo lượng bùn cát Sạt lở, xói mịn chủ yếu xảy vào mùa mưa lũ, từ nên lượng bùn cát tháng mùa mưa cao Ngồi dịng chảy yếu tố ảnh hưởng trực tiếp yếu tố độ dốc, lớp thảm thực vật tính chất đất ảnh hưởng lớn đến lượng bùn cát Những nơi có lớp thảm thực vật dày rừng thường xanh tỉ lệ sạt lở Những nơi chủ yếu nông nghiệp, đồng cỏ trống đẩy mạnh q trình xói mịn, làm lượng bùn cát tăng lên Các kết khả quan trình hiệu chỉnh kiểm định mơ hình với lưu lượng dịng chảy, lượng bùn cát khẳng định mơ hình sử dụng để đánh giá tác động yếu tố hình thái sử dụng đất qua kịch tương lai 4.3 ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT ĐẾN LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY VÀ LƯỢNG BÙN CÁT 4.3.1 Lựa chọn kịch Dựa theo phát triển kinh tế - xã hội định hướng phát triển tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Hà Giang tỉnh có diện tích đất nằm lưu vực sông Chảy để xây dựng kịch thay đổi mục đích sử dụng đất cho thượng lưu vực sông Chảy Sự phát triển nhanh dân số, nhu cầu cơng nghiệp hóa, đại hóa khiến cho việc chặt phá rừng việc thiếu kiến thức người dân , thay đổi diện tích đất nơng lâm nghiệp đổi loại hình canh tác diễn nhanh chóng Điều làm thay đổi hệ sinh thái, nguyên nhân gây biến đổi khí hậu, thay đổi dòng chảy lượng bùn cát Dựa điều kiện thực tế đề tài xây dựng kịch sau: Kịch 1: Thay đổi toàn đất rừng trồng (FRSD) tiểu lưu vực thành đất Học viên: Bùi Thị Phương 81 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ đồng cỏ thay đổi hình thức canh tác Kịch 2: Thay đổi toàn đất rừng trồng (FRSD) tiểu lưu vực 5, thành đất đồng cỏ thay đổi hình thức canh tác Kịch 3: Thay đổi toàn đất rừng trồng (FRSD đất rừng hỗn hợp FRST tiểu lưu vực 5, 8, thành đất đồng cỏ với kịch chuyển đổi quy hoạch sử dụng đất từ đất rừng sang cơng nghiệp hóa Tiểu lưu vực có diện tích đất rừng trồng (FRSD) 28626.8359 ha, chiếm 57.07 % diện tích tiểu lưu vực chiếm 6.31% diện tích rừng hỗn hợp tồn lưu vực thượng lưu sơng Chảy Tiểu lưu vực có diện tích đất rừng trồng (FRSD) 11890.7893 ha, chiếm 24.81 % diện tích tiểu lưu vực chiếm 2.62% diện tích rừng trồng tồn lưu vực thượng lưu sơng Chảy Thay đổi tồn diện tích rừng trồng tiểu lưu vực thành đất đồng cỏ, diện tích đất rừng trồng tồn lưu vực cịn 19.68 % (giảm 8.93%) Tiểu lưu vực có diện tích đất rừng trồng (FRSD) 28626.8359 ha, chiếm 57.07 % diện tích tiểu lưu vực chiếm 6.31% diện tích rừng trồng tồn lưu vực thượng lưu sơng Chảy Tiểu lưu vực có diện tích đất rừng trồng (FRSD) 12021.8521 ha, chiếm 20.34 % diện tích tiểu lưu vực chiếm 2.65% diện tích rừng hỗn hợp tồn lưu vực thượng lưu Sơng Chảy Đồng thời tiểu lưu vực cịn có rừng hỗn hợp FRST với diện tích 11341.2567 chiếm 19.19% diện tích tiểu lưu vực chiếm 2.5% diện tích rừng hỗ hợp toàn khu vực Thay đổi toàn diện tích rừng trồng rừng hỗn hợp tiểu lưu vực thành đất đồng cỏ, diện tích đất rừng trồng tồn lưu vực cịn 19.65 % (giảm 8.96%) diện tích đất rừng hỗn hợp tồn khu vực cịn 12.87% (giảm 2.5%) 4.3.2 Đánh giá kịch Từ mơ hình hiệu chỉnh lưu lượng bùn cát, tiến hành chạy kịch nói phía trên, thu kết lưu lượng dòng chảy giai đoạn 1992 - 2003 biểu đồ đây: Học viên: Bùi Thị Phương 82 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ 800 700 Q (m3/s) 600 500 400 300 200 100 1992\1 1992\5 1992\9 1993\1 1993\5 1993\9 1994\1 1994\5 1994\9 1995\1 1995\5 1995\9 1996\1 1996\5 1996\9 1997\1 1997\5 1997\9 1998\1 1998\5 1998\9 1999\1 1999\5 1999\9 2000\1 2000\5 2000\9 2001\1 2001\5 2001\9 2002\1 2002\5 2002\9 2003\1 2003\5 2003\9 Năm Q thực đo Q mô Kịch Kịch Kịch Hình 4.10 So sánh lưu lượng dòng chảy thay đổi lớp phủ thực vật kịch Dựa vào số liệu tổng hợp lưu lượng dòng chảy từ năm 1992 đến 2003 ta thấy thay đổi rõ rệt lưu lượng kịch so với kịch (hay cịn gọi kịch mơ phỏng) Lưu lượng trung bình 133 132.53 132 131.59 Q (m3/s) 131 130.84 130 129 128.57 128 127 126 Kịch Kịch Kịch Kịch Hình 4.11 Bản đồ thể chênh lệch lưu lượng kịch Học viên: Bùi Thị Phương 83 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ Có thể thấy tác động lớp phủ thực vật So sánh kết lưu lượng dòng chảy thực tế, mô theo kịch thay đổi diện tích sử dụng đất, dịng chảy trung bình qua tháng, theo mùa, theo năm cho thấy dòng chảy qua tháng có biến động, tháng đầu mùa mưa - Lưu lượng dòng chảy vào tháng mùa cạn có xu hướng tăng nhẹ so với kịch nền, lượng tăng không đáng kể, vào mùa cạn lượng mưa ít, nên lớp phủ thực vật không gây ảnh hưởng nhiều đến lưu lượng dòng chảy - Lưu lượng dịng chảy vào tháng mùa lũ có xu hướng tăng mạnh, lũ đến sớm so với mô Tuy nhiên tuân theo quy luật mùa lũ mùa cạn khí hậu Miền Bắc Việt Nam - Kết đưa bảng 4.7 Hình 4.13 cho thấy, với kịch diện tích rừng bị chuyển đổi lớn tiểu lưu vực 5, 8, khiến dòng chảy tăng đáng kể, tăng nhiều vào mùa lũ Sự thay đổi dòng chảy mặt tăng, dòng nhập lưu nhỏ, dòng chảy bên giảm thiếu độ ẩm đất Bảng 4.7 Tổng hợp thông số báo cáo Kịch Thông số Đơn vị Kịch Kịch Kịch năm mm 1537 1640.4 1889.8 1974.3 Nước mặt mm 458.81 499.44 583.99 613.58 Nước ngầm mm 335.92 367.62 433.54 455.63 mm 897.19 975.76 1149.58 1207.79 Tấn/ha 22.102 22.158 22.169 22 343 Lượng mưa hàng Tổng lượng nước hàng năm Tổng lượng bùn cát hàng năm Tổng lượng nước thay đổi hàng năm lượng nước mặt qua kịch Hình 4.13 chứng tỏ ảnh hưởng vô lớn từ việc chuyển đổi đất rừng đến nguồn nước, chất lượng nước lưu vực sông Chảy Học viên: Bùi Thị Phương 84 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ 1400 1207.79 1200 1149.58 975.76 Q (mm) 1000 897.19 800 600 400 200 Kịch Kịch Kịch Kịch Tổng lượng nước hàng năm Hình 4.12: So sánh tổng lượng nước hàng năm qua kịch 12 11 10 -100.00 -80.00 -60.00 -40.00 Q (m3/s) Học viên: Bùi Thị Phương -20.00 Q max (m3/s) 85 0.00 20.00 40.00 Q mean (m3/s) MSHV: CB160006 60.00 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ Lưu lượng thay đổi theo tháng lựa chọn kịch 30 20 10 -10 10 11 12 -20 -30 -40 -50 Month Q mean (m3/s) 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 10 11 12 -10.0 -15.0 -20.0 Lưu lượng TB theo tháng (%) Lưu lượng lớn (%) Lưu lượng nhỏ (%) Hình 4.13 Phần trăm lưu lượng dịng chảy thay đổi mô kịch Trong lưu vực sông Chảy có hai mùa rõ rệt: mùa mưa mùa khơ Nhìn chung mùa mưa thường kéo dài từ hạ tuần tháng – thượng tuần tháng đến thượng - trung tuần tháng 10, đỉnh điểm thường vào tháng Lượng mưa yếu tố định đến chế độ thủy văn lưu vực Khí hậu lưu vực có hai mùa (mùa mưa mùa khơ) nên chế độ dịng chảy lưu vực hình thành hai chế độ tương ứng: chế độ dòng chảy mùa mưa chế độ dòng chảy mùa kiệt Sự biến đổi dòng chảy hai mùa tương phản Học viên: Bùi Thị Phương 86 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ b Đối với lượng bùn cát Chạy mơ hình SWAT với kịch nêu trên, ta thu số liệu sau: 22.4 Lượng bùn cát (Tấn/ha) 22.35 22.343 22.3 22.25 22.2 22.169 22.158 22.15 22.1 22.102 22.05 22 21.95 Kịch Kịch Kịch Kịch Hình 4.12 Lượng bùn cát thay đổi qua kịch Kết việc thay đổi lớp phủ thực vật khơng lưu lượng nước thay đổi, mà lượng bùn cát thay đổi (tỉ lệ xói mịn diễn mạnh hơn): Nước mặt 700 583.99 600 Q (mm) 500 458.81 613.58 499.44 400 300 200 100 Kịch Kịch Kịch Kịch Hình 4.14 Lượng nước mặt thay đổi qua kịch Học viên: Bùi Thị Phương 87 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 10 11 12 -10.0 Hình 4.15 Phần trăm lượng bùn cát thay đổi kịch so với mô Nếu thay đổi mục đích sử dụng đất lớp phủ thực vật, lưu lượng dòng chảy lượng bùn cát có thay đổi, tháng mùa lũ, lượng bùn cát tăng mạnh Hàm lượng đất bồi lắng phụ thuộc vào lượng mưa lưu lượng dòng chảy, biểu diễn hai đồ thị lưu lượng dòng chảy hàm lượng bồi lắng thời điểm tuân theo qui luật tương tự Lượng đất xói mịn/ bồi lắng ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước đất Hàm lượng bồi lắng lớn tương ứng với lượng đất xói mòn cao chất lượng nước thấp Khi bị lớp bề mặt, đất trở nên cằn cỗi thiếu dinh dưỡng để canh tác, dẫn tới chi phí sản xuất tăng cao để canh tác mà suất không cao Học viên: Bùi Thị Phương 88 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Kết luận văn tốt nghiệp: Thơng qua việc sử dụng mơ hình SWAT GIS xây dựng sở liệu như: đồ mơ hình số hóa độ cao DEM, Bản đồ đất, Bản đồ trạng sử dụng đất lưu vực sông Chảy tạo sở liệu đầu vào cho khu vực nghiên cứu Mơ hình SWAT ứng dụng thành cơng điều kiện khí tượng thủy văn lưu vực sông Chảy để đánh giá ảnh hưởng loại hình sử dụng đất đến lưu lượng dòng chảy lượng bùn cát Kết nghiên cứu cho thấy số đánh giá mơ hình có giá trị tốt: %BIAS NSE R2 Mơ 9.3 0.89 0.899 Kiểm định 8.125 0.9 0.904 Mô -15 0.5667 0.5760 Kiểm định -15 0.5710 0.5780 Chỉ số Dòng chảy Bùn cát Kết nghiên cứu cho thấy CN2 số nhạy điều chỉnh số để chạy mơ hình, đồng thời kết thay đổi diện tích đất rừng có ảnh hưởng rõ rệt đến lưu lượng dòng chảy lượng bùn cát lưu vực Lưu lượng dòng chảy tăng dẫn đến tăng xói mịn đất, làm giảm độ màu mỡ, dinh dưỡng đất Đề xuất số kịch tương lai với mong muốn giúp nhà quản lý khu vực nghiên cứu có nhìn tổng quát quy hoạch sử dụng đất Kiến nghị: Kết cho thấy, cần phải tiếp tục cập nhập liệu đầu vào mô hình Mơ hình SWAT mơ chi tiết cho loại trồng, loại hình sử dụng đất, cần nâng cao mức độ chi tiết đồ trạng sử dụng đất mà đề tài sử dụng qua việc giải đoán ảnh viễn thám Do số liệu thực nghiệm thu nhiều hạn chế nên Học viên: Bùi Thị Phương 89 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ nghiên cứu xem xét đến lưu lượng dòng chảy và lượng bùn cát, cần xét thêm yếu tố khác DO,TN, TP… Mơ hình SWAT mơ xem xét tổng hợp mối quan hệ trình diễn tự nhiên, để giải tốn mơi trường, SWAT địi hỏi số lượng liệu đầu vào lớn Đây điều kiện để nâng cao độ xác cho mơ hình Tuy nhiên, đặc thù Việt Nam, sở liệu hạn chế, lại rải rác gây khó khăn q trình thực nghiên cứu Trong q trình sử dụng Mơ hình SWAT nảy sinh số vấn đề chưa tương thích với điều kiện Việt Nam Khi độ che phủ giảm dẫn đến tăng xói mịn đất, làm giảm độ màu mỡ, dinh dưỡng đất làm ngập lụt vùng hạ lưu vào mùa mưa, kéo theo đất bị xói mịn làm tăng lượng bùn cát lịng sơng Sự xói mịn vận chuyển chất nhiễm canh tác nông nghiệp thuốc trừ sâu, kim loại nặng… ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sống loài thủy sinh ảnh hưởng đến sức khỏe người sống vùng hạ lưu Hạn chế chuyển đất rừng sang trồng ngô, trồng chè, trồng ăn thực hiện, đặc biệt tỷ lệ rừng hỗn giao Tiếp tục nghiên cứu với kịch sử dụng đất khác để có kết phong phú làm sở khuyến cáo nhà quản lý lựa chọn kịch sử dụng đất tối ưu tương lai phù hợp với phát triển kinh tế xã hội ba tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Hà Giang phạm vi lưu vực Học viên: Bùi Thị Phương 90 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Atlas Việt Nam 2009 Bản đồ Sơng ngịi Việt Nam [2] Đặng Văn Đức (2001), Hệ Thống Thông Tin Địa Lý NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [3] Hoàng Tiến Hà (2009), Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mịn đất huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Cạn, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Thái Nguyên [4] Nguyễn Kim Lợi, Lê Hoàng Tú, Nguyễn Duy Liêm (2013) Tài liệu hướng dẫn sử dụng mơ hình SWAT phiên 2012 Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Thanh Tuấn (2010), Ứng dụng cơng nghệ GIS mơ hình SWAT đánh giá dự báo chất lượng nước lưu vực hồ Dầu Tiếng, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật TP Hồ Chí Minh [6] Nguyễn Kiều Minh Thơng (2014) Ứng dụng GIS SWAT hỗ trợ công tác đề xuất quy hoạch sử dụng đất cho lưu vực sơng Đak Bla, Kon Tum Khố luận tốt nghiệp, Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh [7] Nguyễn Hà Trang (2009), Ứng dụng công nghệ GIS mơ hình SWAT đánh giá dự báo chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật TP Hồ Chí Minh [8] Nguyễn Duy Liêm (2010), Ứng dụng công nghệ viễn thám, hệ thống thông tin địa lý mô hình tính tốn cân nước lưu vực sơng Bé, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại Học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Thị Kim Nga (2010), Ứng dụng cơng nghệ GIS mơ hình SWAT đánh giá dự báo chất lượng nước lưu vực sông Bé, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật TP Hồ Chí Minh Học viên: Bùi Thị Phương 91 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ [10] Nguyễn Thị Phương (2017), Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến dịng chảy trạm Đồng Trăng, Sông Cái, Nha Trang Luận văn Thạc sỹ Khoa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội [11] Nguyễn Thị Mai Hương (2015), Xây dựng đồ nguy xói mịn đất đề xuất mơ hình sản xuất nơng nghiệp hợp lý cho huyện Quản Bạ - Tỉnh Hà Giang Luận văn Thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội [12] Nguyễn Quang Mỹ (2005), Xác định yếu tố gây xói mịn khả dự báo xói mịn đất dốc, Luận án Phó Tiến sĩ khoa học kĩ thuật, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội [13] Nguyễn Tử Xiêm Thái Phiên (1999) Đất đồi núi Việt Nam thối hóa phục hồi Nhà xuất Nông Nghiệp, Hà Nội [14] Lê Huy Bá (2006) Phương pháp nghiên cứu khoa học Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [15] Lê Hồng Tú (2011), Ứng dụng Gis đánh giá mức độ xói mịn đất lưu vực sơng tỉnh Lâm Đồng Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh [16] Phạm Ngọc Dũng (1991) Nghiên cứu số biện pháp chống xói mịn đất đỏ bazan trồng chè vùng Tây nguyên xác định giá trị yếu tố gây xói mịn đất theo mơ hình Wischmeier W.H and Smith D.D Luận án Phó tiến sĩ khoa học Nơng nghiệp, Hà Nội [17] Trần Quốc Vinh Đào Châu Thu (2009), Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám xây dựng đồ hệ số lớp phủ đất nghiên cứu xói mịn đất huyện Tam Nơng, tỉnh Phú Thọ, Tạp chí Khoa học Phát triển, số 6, Trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội [18] Trần Văn Chính cộng (2006) Giáo Trình thổ nhương học Nhà xuất Nơng Nghiệp, Hà Nội [19] Viện Quy hoạch Thiết kế nông nghiệp (1984), Đề tài xây dựng quy trình xói mịn đất , Hà Nội Học viên: Bùi Thị Phương 92 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ Tiếng Anh [20] Brown, L.C and T.O Barnwell, Jr 1947 The enhanced water quality models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS documentation and user manual EPA document, USEPA, Athens, GA [21] Moriasi, D.N, J G Arnold, M W Van Liew, R L Bingner, R D Harem,T L.Veith, (2007):Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in Watershed simulations Vol 50(3), 850-900pp American society of Agricultural and Biological Engineers ISSN 0001-235 [22] Nash, J E.; Sutcliffe, J V (1970) "River flow forecasting through conceptual models part I — A discussion of principles" Journal of Hyrology, New Zealand [23] Nicks, A.D 1974 Stochastic generation ofthe occurrence, pattern and location of maximum amount of daily rainfall In Proc Symp Statistical Hydrology, Tucson, AZ US Gov Print Office, Washington [24] S.L Neitsch, J.G Arnold, J.R Kiniry, J.R.Williams Grassland, Soil and Water Research Laboratory, 2011 Soil and Water Assessment Tool Theoretial Documentation Varsion 2009 Texas Water Resoirces Institute Technical Report №.406, Texas A&M University System College Station, Texas [25] Susan L Neitsch et al., 2009 Overview of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) Model In: Arnold, J et al., eds 2009 Soil and Water Assessment Tool (SWAT): Global Applications Special Publication № 4., World Associatiom of Soil and Water Conservation, Bangkok: Funny Publishing [26] Williams, J.R and R.W Hann, 1972 HYMO, a problem-oriented computer language for building hydrologic models Water Resour [27] Williams, J.R and R.W Hann, 1978 Optimal operation of large agricultural watersheds with water quality constraints Texas Water Resources Institute, Texas A&M University, Technical Report № 96 Học viên: Bùi Thị Phương 93 MSHV: CB160006 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tuệ [28] Williams, J.R 1980 SPNM, a model for predicting sediment, phosphorus, and nitrogen yields from agricultural basins Water Resour Bull [29] Williams, J.R 1969 Flood routing with variable travel time or variable storage coefficients Trans ASAE 12 [30] Williams, J.R., A.D Nicks, and J.G Arnold 1985 Simulator for water resources in rural basins Journal of Hydraulic Engineering 111 [31] Williams, J.R., C.A Jones and P.T Dyke 1984 A modeling approach to determining the relationship between erosion and soil productivity Trans [32] Wischmeier, W.H., and D.D Smith 1978 Predicting rainfall losses: A guide to conservation planning USDA Agricultural Handbook № 537 U.S Gov Print Office, Washington [33] https://vi.wikipedia.org/wiki/S%C3%B4ng_Ch%E1%BA%A3y [34] http://www.vncold.vn/Web/Content.aspx?distid=165 [35] http://dmc.gov.vn/kien-thuc-co-ban/lu-pt32.html?lang=vi-VN [36] https://water.usgs.gov/edu/watercyclevietnamese.html Học viên: Bùi Thị Phương 94 MSHV: CB160006 ... Tuệ Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung Mục tiêu chung đề tài ? ?Đánh giá ảnh hưởng thay đổi mục đích sử dụng đất đến dịng chảy chất lượng nước thượng lưu lưu vực sông Chảy công cụ đánh giá đất. .. 2020”, lựa chọn nghiên cứu đề tài ? ?Đánh giá ảnh hưởng thay đổi mục đích sử dụng đất đến dòng chảy chất lượng nước thượng lưu lưu vực sông Chảy Công cụ đánh giá đất nước (SWAT)” Học viên: Bùi Thị... đoan nội dung luận văn đề tài ? ?Đánh giá ảnh hưởng thay đổi mục đích sử dụng đất đến dòng chảy chất lượng nước thượng lưu lưu vực sông Chảy Công cụ đánh giá đất nước (SWAT) cơng trình nghiên cứu