Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn

Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn. Sông Thạch Hãn là con sông lớn nhất của tỉnh Quảng Trị, diện tích lưu vực sông Thạch Hãn là 2660...

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất lưu

vực sông Thạch Hãn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 1

DANH MỤC BẢNG 3

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 8

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 8

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 8

1.1.1 Vị trí địa lý 8

1.1.2 Địa hình, địa mạo 8

1.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng 9

1.1.4 Thảm thực vật 10

1.1.5 Khí hậu 11

1.1.6 Thủy văn 15

1.2 HIỆN TRẠNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KINH TẾ 18

1.2.1 Hiện trạng phát triển kinh tế 19

1.2.1.1 Những hạn chế trong phát triển kinh tế xã hội 19

1.2.1.2 Những thuận lợi trong phát triển kinh tế xã hội 19

1.2.2 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị 20

1.2.2.1 Xu thế phát triển dân số, nguồn nhân lực 20

1.2.2.2 Xu thế phát triển kinh tế - xã hội 21

1.2.2.3 Quy hoạch sử dụng đất và chuyển đổi cơ cấu cây trồng tới năm 2010 22

1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT CỰC ĐOAN 23

1.3.1 Tình trạng hạn hán 23

1.3.2 Tình trạng úng lụt 24

1.3.3 Tình trạng lũ quét 24

CHƯƠNG 2 26

MÔ HÌNH SWAT 26

2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC 26

2.1.1 Cấu trúc của mô hình mưa - dòng chảy lưu vực 27

2.1.2 Giới thiệu một số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực 28

2.1.2.1 MIKE – SHE 28

2.1.2.2 HEC-HMS 28

2.1.2.3 NASIM 29

2.1.2.4 SAC – SMA (Sacramento) 30

2.1.2.5 HBV 30

2.1.2.6 Mô hình NAM 30

2.1.2.7 Mô hình SCS 31

2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ TỔNG QUAN MÔ HÌNH SWAT 32

2.2.1 Lịch sử phát triển 32

2.2.2 Tổng quan mô hình SWAT 34

2.2.3 Các ứng dụng mô hình SWAT trong nước và thế giới 36

2.2.3.1 Thế giới 36

2.2.3.2 Việt Nam 36

2.3 CẤU TRÚC MÔ HÌNH SWAT 37

2.3.1 Mô hình lưu vực 37

2.3.2 Mô hình diễn toán 38

2.4 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH SWAT 38

2.4.1 Dòng chảy mặt 38

2.4.1.1 Phương pháp chỉ số đường cong SCS 38

2.4.1.2 Phương pháp thấm Green và Ampt 39

2.4.1.3 Hệ số lưu lượng đỉnh lũ 40

2.4.1.4 Hệ số trễ dòng chảy mặt 40

2.4.1.5 Tổn thất dọc đường 41

2.4.2 Bốc thoát hơi 42

2.4.2.1 Vòm cây 42

2.4.2.2 Bốc thoát hơi tiềm năng 42

2.4.2.3 Bốc thoát hơi thực tế 43

2.4.3 Chuyển động của nước trong đất 44

2.4.4 Nước ngầm 45

2.4.4.1 Tầng ngậm nước nông 45

2.4.4.2 Tầng ngậm nước sâu 45

2.4.5 Diễn toán dòng chảy trong sông 46

2.4.6 Diễn toán trong hồ chứa 46

2.5 THÔNG SỐ MÔ HÌNH 47

2.5.1 Thông số tính toán dòng chảy trực tiếp 47

2.5.2 Thông số tính toán lưu lượng đỉnh lũ 47

2.5.3 Thông số tính hệ số trễ dòng chảy mặt 47

2.5.4 Thông số tính toán tổn thất dọc đường 47

2.5.5 Thông số tính toán tổn thất bốc hơi 47

2.5.6 Thông số tính toán dòng chảy ngầm 47

2.5.7 Thông số diễn toán dòng chảy trong kênh chính 47

2.6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH 48

CHƯƠNG 3 49

KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ THAY ĐỔI MẶT ĐỆM 49

3.1 KHÁI NIỆM KỊCH BẢN 49

3.2 KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 50

3.2.1 Sơ lược tình hình biến đổi khí hậu hiện nay 50

3.2.2 Dao động các đặc trưng khí hậu của Quảng Trị trong 3 thập kỷ qua 51

3.2.3 Các kịch bản biến đổi khí hậu 52

3.3 KỊCH BẢN THAY ĐỔI MẶT ĐỆM 54

3.3.1 Kịch bản 1 54

3.3.2 Kịch bản 2 55

3.3.3 Kịch bản 3 55

3.4 LỰA CHỌN KỊCH BẢN PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 56

3.4.1 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu 56

3.4.2 Lựa chọn kịch bản thay đổi mặt đệm 57

3.4.3 Lựa chọn kết hợp kịch bản biến đổi khí hậu và kịch bản sử dụng đất 57

CHƯƠNG 4 58

ÁP DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI CÁC KỊCH BẢN ĐÃ LỰA CHỌN 58

4.1 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 58

4.1.1 Số liệu đầu vào 58

4.1.2 Áp dụng mô hình để tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Thạch Hãn 58

4.1.3 Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số của mô hình 60

4.1.4 Kết quả kiểm định mô hình 63

4.1.5 Nhận xét chung 63

4.2 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY 64

4.2.1 Kịch bản B2: 64

4.2.2 Kịch bản A2 66

4.3 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC 68

4.3.1 Kịch bản 1: 68

4.3.2 Kịch bản 2 69

4.3.3 Kịch bản 3 70

4.4 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TỔNG HỢP CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

phương trình Green và Ampt và trong thực tế 39

Hình 3.1 Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu (IPCC, 2007) 50 Hình 3.2 Diễn biến lượng mưa năm ở các vùng trên thế giới (IPCC, 2007) 51 Hình 3.3 Xu thế biến đổi nhiệt độ của Quảng Trị trong 3 thập kỷ qua theo số liệu

thực vật năm 2000 của tỉnh Quảng Trị 60

Hình 4.3 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại trạm thuỷ văn Gia

Hình 4.8 Thay đổi dòng chảy năm của các kịch bản biến đổi khí hậu 66

Hình 4.9 Thay đổi % dòng chảy tháng của thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn nền 1980-1999 theo kịch bản A2 67

Hình 4.10 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng của thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn nền 1980-1999 theo kịch bản A2 67

Hình 4.11 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch bản 1 69

Hình 4.12 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch bản 2 70

Hình 4.13 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch bản 3 71

Hình 4.14 Thay đổi dòng chảy năm tương ứng với kết hợp điều kiện khí hậu khác nhau và bản đồ sử dụng đất theo kịch bản 3 72

Hình 4.15 Thay đổi dòng chảy tháng giữa kịch bản kết hợp biến đổi khí hậu-sử dụng đất so với kịch bản chỉ biến đổi khí hậu 73

Hình 4.16 Biến đổi % dòng chảy tháng giữa kịch bản kết hợp biến đổi khí hậu A2 – sử dụng đất 3 so với kịch bản chỉ biến đổi khí hậu A2 74

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Diễn biến tài nguyên rừng ở Quảng Trị và hiệu quả 11

Bảng 1.2 Chuẩn mưa năm và sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm của các trạm trên lưu vực sông Thạch Hãn 11

Bảng 1.3 Các cực trị của lượng mưa năm trong thời kỳ quan trắc (1977 – 2004) 12

Bảng 1.4 Kết quả phân mùa mưa - khô trong tỉnh Quảng Trị 12

Bảng 1.5 Phân phối mưa năm theo tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông Thạch Hãn 13

Bảng 1.6 Nhiệt độ bình quân tháng tại trạm ĐôngHà 13

Bảng 1.7 Độ ẩm tương đối trạm Đông Hà (%) 13

Bảng 1.8 Bốc hơi bình quân tháng trạm Đông Hà 14

Bảng 1.9 Số giờ nắng trạm Đông Hà 14

Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông trong vùng nghiên cứu 16

Bảng 1.11 Kết quả phân mùa dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn 16

Bảng 1.12 Phân phối dòng chảy năm theo tháng lưu vực sông Thạch Hãn 17

Bảng 1.13 Trữ lượng nước hồ, đập trên lưu vực sông Thạch Hãn 17

Bảng 1.14 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn 18

Bảng 1.15 Dân số trung bình phân theo giới tính và phân theo khu vực 21

Bảng 1.16 Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân qua các thời kỳ 22

Bảng 1.17 Cơ cấu quỹ đất đến 2010 tỉnh Quảng Trị 22

Bảng 1.18 Quy hoạch sử dụng đất đến 2010 của tỉnh Quảng Trị 23

Bảng 2.1 Bảng kết quả đánh giá Mô hình bằng chỉ tiêu Nash 48

Bảng 3.1 Các kịch bản biến đổi sử dụng đất 55

Bảng 3.2 Gia tăng nhiệt độ theo mùa tại Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với các kịch bản phát thải (A2 và B2) 56

Bảng 3.3 Biến đổi % lượng mưa theo mùa tại Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với các kịch bản phát thải (A2 và B2) 57

Bảng 4.1 Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số cho lưu vực sông Thạch Hãn 61

Bảng 4.2 Thay đổi dòng chảy năm theo các kịch bản biến đổi khí hậu 65

Bảng 4.3 Biến đổi dòng chảy tháng so với tính toán kiểm tra 66

Bảng 4.4 Thay đổi dòng chảy mùa theo kịch bản 1 68

Bảng 4.5 Khoảng dao động của biến đổi dòng chảy mùa của kịch bản 1 68

Bảng 4.6 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch bản 2 70

Bảng 4.7 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch bản 3 70

Bảng 4.8 Tỉ lệ giảm dòng chảy trong tháng mùa lũ (%) 71

Bảng 4.9 Thay đổi dòng chảy năm giữa kịch bản kết hợp biến đổi khí hậu -sử dụng đất so với kịch bản chỉ biến đổi khí hậu 73

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Sông Thạch Hãn là con sông lớn nhất của tỉnh Quảng Trị, diện tích lưu vực sông Thạch Hãn là 2660 km2, chiếm tới 56% diện tích tỉnh Quảng Trị

Nhìn chung, dòng chảy trên lưu vực sông Thạch Hãn chia thành 2 mùa rõ rệt:

- Mùa lũ mặc dù chỉ kéo dài 4 tháng (từ tháng VIII đến tháng XI hoặc từ tháng IX đến tháng XII) nhưng mức độ tập trung dòng chảy trong mùa lũ khá lớn, chiếm tới 62,5 - 80% tổng lượng dòng chảy cả năm Đây là thời kỳ mưa lớn trong năm và lũ thời kỳ này có thể xảy ra lũ quét sườn dốc gây đất đá lở hay lũ ngập tràn

ở hạ du Lũ này thường đi liền với bão gây thiệt hại lớn cho kinh tế xã hội, gây chết người và hư hỏng các công trình, cơ sở hạ tầng Tính chất lũ kéo dài từ 5 - 7 ngày, đỉnh lũ cao, tổng lượng lớn Với tình hình phát triển kinh tế hiện tại lũ này chỉ có thể tránh và chủ động làm giảm mức thiệt hại do lũ gây ra

- Mùa kiệt bắt đầu từ tháng XII hoặc tháng I, kết thúc vào tháng VII hoặc VIII, kéo dài tới 8 tháng nhưng tổng lượng dòng chảy mùa kiệt chỉ chiếm khoảng

20 - 37,5% tổng lượng dòng chảy cả năm Sự phân phối không đều đã gây ảnh hưởng lớn cho sinh hoạt và sản xuất Tình trạng đó càng trở nên khốc liệt vào các năm và các tháng có gió Tây Nam (gió Lào) hoạt động mạnh

Hiện nay, việc sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông Thạch Hãn còn tồn tại những vấn đề sau:

- Nguồn nước đang được khai thác và sử dụng cho những mục đích riêng rẽ, gây lãng phí và kém hiệu quả Việc phân bổ nguồn nước cũng chưa hợp lý, chưa đáp ứng mục tiêu cho các hộ dùng nước

- Dấu hiệu khan hiếm nước ngày càng cao (lượng nước suy giảm về mùa kiệt, mặn xâm nhập sâu vào nội đồng, ô nhiễm nước thải và chất thải tăng v.v…)

- Tài nguyên đất đang được khai thác và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như phát triển công nghiệp, dịch vụ, thủy sản, chuyển đổi giống cây trồng và vật nuôi v.v… cũng gây tác động rất lớn đến nguồn nước

Sự lặp lại của các sự kiện cực đoan ở ở tỉnh Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng trong thời gian gần đây đã khiến mọi người quan tâm đến tác động của biến đổi khí hậu khu vực, sử dụng đất và những thay đổi cảnh quan do con người gây ra đối với các hiện tượng cực đoan đó Để chỉ ra được sự tác động đó như thế nào thì cần phải hiểu được sự biến đổi khí hậu, sử dụng đất và thảm phủ tác động đến dòng chảy và các hiện tượng thủy văn theo năm và mùa như thế nào Kiến thức này là cần thiết cho việc quy hoạch sử dụng đất để bảo vệ nguồn nước và quản

lý hiệu quả lưu vực Nó cũng rất quan trọng đối với môi trường sinh thái và hoạt động kinh tế xã hội của lưu vực

Ngoài ra, hiện nay, trên lưu vực sông Thạch Hãn không có trạm quan trắc lưu lượng thường xuyên, duy nhất chỉ có trạm Rào Quán đo đạc từ năm 1983 -

1985, nhằm mục đích phục vụ việc thiết kế và thi công công trình thủy điện Rào Quán, vì vậy đã gây nhiều khó khăn cho công tác tính toán lượng nước đến trên lưu vực cũng như dự báo lũ, kiệt; không có khả năng khái quát được số liệu dòng chảy theo không gian và thời gian, phục vụ các mục đích nghiên cứu cũng như quy hoạch

sử dụng nước của lưu vực Trong khi đó, các trạm đo mưa trong phạm vi tỉnh Quảng Trị lại tương đối nhiều và tiến hành đo tương đối đồng bộ và liên tục từ năm

1977 đến nay Hầu hết các tính toán và đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực đều phải sử dụng các biện pháp khôi phục số liệu dòng chảy từ mưa

Để khảo sát bài toán biến đổi dòng chảy ở lưu vực sông Thạch Hãn trong điều kiện số liệu dòng chảy không đầy đủ, việc sử dụng các mô hình diễn toán mưa – dòng chảy là cần thiết Một số mô hình mưa - dòng chảy được ứng dụng nhiều như: SWAT, HEC-HMS, MIKE-SHE, SAC-SMA, NASIM, HBV v.v… Trong đó,

Mô hình SWAT (Arnold và cộng sự, 2002) đã được chứng minh là một công cụ hiệu quả để đánh giá tài nguyên nước và ô nhiễm với phạm vi lớn và các điều kiện môi trường trên toàn cầu Đồng thời, mô hình SWAT còn được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mòn và việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông những ưu điểm đó, sau khi cân nhắc nghiên cứu, luận văn đã lựa chọn sử dụng mô hình SWAT để thực hiện mục tiêu của đề tài

Do vậy, “Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy do biến

đổi khí hậu và sử dụng đất cho lưu vực sông Thạch Hãn” là một đề tài có tính

khoa học và thực tiễn, góp phần giải quyết những khó khăn trên và giúp cho các

nhà quản có thể quản lý tài nguyên nước và đưa ra được những quyết định chiến lược phát triển kinh tế xã hội có hiệu quả hơn

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

 Nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Quảng Trị nói chung và của lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng để phục vụ cho bài toán quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn

 Chứng minh mức độ phù hợp của việc ứng dụng mô hình SWAT cho lưu vực sông Thạch Hãn trong tính toán dòng chảy

 Hiểu rõ hơn về tác động của sử dụng đất và biến đổi khí hậu

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng: Dòng chảy của sông Thạch Hãn dưới tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất

 Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Thạch Hãn

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Ứng dụng mô hình SWAT

5 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

Luận văn gồm 4 chương chính cùng phần mở đầu, kết luận, phụ lục, tài liệu tham khảo:

 Chương 1: Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Thạch Hãn

 Chương 2: Mô hình SWAT

 Chương 3: Kịch bản biến đổi khí hậu và thay đổi mặt đệm

 Chương 4: Ứng dụng mô hình SWAT tính toán cho các kịch bản lựa chọn Luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Trong quá trình thực hiện, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, các cô trong khoa Khí tượng – Thuỷ văn & Hải dương học về sự hỗ trợ chuyên môn và kỹ thuật Đặc biệt, xin bày

tỏ sự cảm ơn chân thành nhất đến hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thanh

Sơn đã tận tình chỉ đạo và góp ý để tác giả hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN

1.1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực Sông Thạch Hãn nằm trong phạm vi từ 16 018 đến 16054’ vĩ độ Bắc

và từ 106036’ đến 107018’ kinh độ Đông Phía đông giáp Biển Đông, phía tây giáp lưu vực sông Sê Pôn phía nam giáp lưu vực sông Ô Lâu và tỉnh Thừa Thiên Huế, phía bắc giáp lưu vực sông Bến Hải

Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Thạch Hãn

Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, có chiều dài 150 km Dòng chính Thạch Hãn, đoạn thượng nguồn (sông Đakrông) chảy quanh dãy núi Da Ban, khi về tới Ba Lòng sông chuyển hướng Đông Bắc và đổ ra biển tại cửa Việt với diện tích lưu vực 2660 km2

(hình 1.1) Đặc điểm các sông của tỉnh Quảng Trị nói chung

và sông Thạch Hãn nói riêng là: lòng sông dốc, chiều rộng sông hẹp, đáy sông cắt sâu vào địa hình, phần đồng bằng hạ du lòng sông mở rộng, có chịu ảnh hưởng của thuỷ triều [10, 13, 18]

1.1.2 Địa hình, địa mạo

Lưu vực sông Thạch Hãn có thể phân chia thành các vùng địa hình như sau:

vùng cát ven biển, vùng đồng bằng, vùng núi thấp và đồi, vùng núi cao [11, 12]

- Vùng cát ven biển chạy dọc từ cửa Tùng đến bãi biển Mỹ Thuỷ theo dạng

cồn cát Chiều rộng cồn cát nơi rộng nhất tới 3 - 4 km, dài đến 35 km Dốc về 2 phía: đồng bằng và biển, cao độ bình quân của các cồn cát từ 4 đến 6m Vùng cát có lớp phủ thực vật nghèo nàn Cát ở đây di chuyển theo các dạng cát chảy theo dòng nước mưa, cát bay theo gió lốc, cát di chuyển theo dạng nhảy do mưa đào bới và gió chuyển đi; dạng cồn cát này có nguy cơ di chuyển chiếm chỗ của đồng bằng

- Vùng đồng bằng ở đây là các thung lũng sâu kẹp giữa các dải đồi thấp và

cồn cát hình thành trên các cấu trúc uốn nếp của dãy Trường Sơn, có nguồn gốc mài mòn và bồi tụ Ở đây có các vùng đồng bằng rộng lớn như:

+ Đồng bằng dọc sông Cánh Hòm: là dải đồng bằng hẹp chạy từ phía Nam cầu Hiền Lương tới bờ Bắc sông Thạch Hãn, thế dốc của dải đồng bằng này là từ 2 phía Tây và Đông dồn vào sông Cánh Hòm Cao độ bình quân dạng địa hình này từ +0,5  1,5m Dạng địa hình này cũng đã được cải tạo để gieo trồng lúa nước

+ Đồng bằng hạ du sông Vĩnh Phước và đồng bằng Cam Lộ: dạng địa hình bằng phẳng, tập trung ở Triệu Ái, Triệu Thượng (Vĩnh Phước) Cao độ bình quân dạng địa hình này từ 1,0  3,0m Đây là cánh đồng rộng lớn của Triệu Phong và thị

xã Đông Hà Địa hình đồng bằng có cao độ bình quân từ 2,0  4,0m, dải đồng bằng này hẹp chạy theo hướng Tây - Đông, kẹp 2 bên là các dãy đồi thấp

+ Ngoài ra, còn một số các thung lũng hẹp cũng đã được khai thác để trồng lúa nước

- Vùng núi thấp và đồi có dạng đồi bát úp liên tục Độ dốc vùng núi bình

quân từ 15  180 Địa hình này rất thuận lợi cho việc phát triển cây trồng cạn, cây công nghiệp và cây ăn quả; cao độ của dạng địa hình này là 200 – 1000 m, có nhiều thung lũng lớn

- Vùng núi cao xen kẽ các cụm đá vôi được hình thành do quá trình tạo sơn

xảy ra vào đầu đại mêzôzôi tạo nên dãy Trường Sơn Dạng này phân bố phía Tây, giáp theo biên giới Việt - Lào theo hướng Tây Bắc – Đông Nam với bậc địa hình từ

1000 - 1700 m với bề mặt bị xâm thực và chia cắt mạnh Địa hình này thích hợp cho cây lâm nghiệp và rừng phòng hộ đầu nguồn

1.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng

a Địa chất

Trên lưu vực sông Thạch Hãn, nhìn chung địa tầng phát triển không liên tục, các trầm tích từ Paleozoi hạ tới Kainozoi trong đó trầm tích Paleozoi chiếm chủ yếu, gồm 9 phân vị địa tầng, còn lại 6 phân vị thuộc Meôzoi và Kainozoi Các thành tạo xâm nhập phân bố rải rác, song chủ yếu ở phần Tây Nam với diện tích gần 400

km2, thuộc các hệ Trà Bồng, Bến Giàng - Quế Sơn và các đá mạch không phân chia Phức hệ Trà Bồng nằm trên vùng Làng Xoa (Hướng Hoá) với lộ diện 120 km2, khối

có dạng kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam nằm dọc đứt gẫy Đakrông - A Lưới Phức hệ Bến Giàng - Quế Sơn nằm dọc theo dải núi và vùng Vít Thu Lu gồm các khối Tam Kỳ, Ta Băm và động Voi Mẹp Địa chất trong vùng có những đứt gãy chạy theo hướng từ đỉnh Trường Sơn ra biển tạo thành các rạch sông chính cắt theo

phương Tây - Đông Tầng đá gốc ở đây nằm sâu, tầng phủ dày Phần thềm lục địa được thành tạo từ trầm tích sông biển và sự di đẩy của dòng biển tạo thành [11, 12]

b Thổ nhưỡng

Lưu vực sông Thạch Hãn có thể được phân chia thành các vùng thổ nhưỡng:

vùng đồng bằng ven biển, vùng gò đồi, vùng đồi núi dãy Trường Sơn [11, 12]

- Vùng đồng bằng ven biển phân bố dọc bờ biển, địa hình đụn cát có dạng

lượn sóng, độ dốc nghiêng ra biển Dạng trầm tích biển được hình thành từ kỷ Q.IV Cát trắng chiếm ưu thế, tầng dưới cùng bước đầu có tích tụ sắt, chuyển sang màu nâu hơi đỏ Lớp vỏ phong hoá khá dày, thành phần cơ giới trên 97% là cát

- Vùng gò đồi: hầu hết có dạng địa hình đồi thấp, một số dạng thung lũng

sông thuộc địa phận huyện Gio Linh, Cam Lộ trên vỏ phong hoá Mazma Nhiều nơi hình thành đất trống, đồi trọc Thực vật chủ yếu là cây dạng lùm bụi, cây có gai Đất đai ở những nơi không có cây bị rửa trôi khá mạnh Đá xuất lộ lên bề mặt tạo nên dòng chảy mạnh gây ra xói lở

- Vùng đồi, núi dãy Trường Sơn bị chia cắt mạnh, thực vật nghèo

+ Tiểu vùng đất bazan Khe Sanh, Hướng Phùng thuộc các xã Tân Hợp, Tân

Độ, Tân Liên, nông trường Khe Sanh, Hướng Phùng có dạng địa hình lượn sóng, chia cắt yếu, đất đai phù hợp cho phát triển trồng cây công nghiệp dài ngày

+ Tiểu vùng đất sa phiến thạch thuộc địa phận Lao Bảo, Lìa: nằm trong vùng đứt gãy dọc đường 9, giáp khu vực Lao Bảo

tỷ lệ che phủ rừng khá nhanh

Đồng thời với các kế hoạch trồng rừng, trong giai đoạn từ 1995 đến 2000, thực hiện hạn chế khai thác rừng tự nhiên, tăng cường khoanh nuôi phục hồi rừng tự nhiên, độ che phủ rừng đã tăng bình quân 1%/năm (bảng 1.1) Đến năm 2005 độ che phủ của rừng đạt 43,2% Tỉnh Quảng Trị gần như vùng đất vành đai trắng trong thời gian chiến tranh, chỉ hơn 25 sau chiến tranh, rừng che phủ đất đai tự nhiên đã tăng từ 7,4% lên hơn 40%, và đó là một thành quả sinh thái quan trọng [17]

Bảng 1.1 Diễn biến tài nguyên rừng ở Quảng Trị và hiệu quả

Năm Diễn biến rừng và hiệu quả Địa bàn tỉnh Quảng Trị

Phục hồi hệ sinh thái

Chống cát di động Phục hoá đất trồng chuyển canh tác nông nghiệp

Phòng hộ ven biển, đầu nguồn

Phòng hộ ven biển, đầu nguồn

1.1.5 Khí hậu

a Mưa

Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng nằm trong vùng mưa tương đối lớn của nước ta Lượng mưa hàng năm tính trung bình trên phạm vi toàn lưu vực đạt trên 2400 mm, lượng mưa năm phân bố không đều theo không gian, phụ thuộc vào hướng sườn dốc và phù hợp với xu thế tăng dần của mưa theo

độ cao địa hình Do địa hình có xu thế tăng dần từ đông sang tây và từ bắc xuống nam nên lượng mưa năm cũng có xu thế tăng dần từ đông sang tây và từ bắc xuống nam Nơi mưa ít nhất là những thung lũng khuất gió như Khe Sanh chuẩn mưa năm 2070,3 mm, Tà Rụt chuẩn mưa năm là 1936,7 mm Nơi mưa nhiều là khu vực núi cao thượng nguồn các sông Rào Quán, Cam Lộ Kết quả tính toán chuẩn mưa năm của một số trạm trên lưu vực được thể hiện trong bảng 1.2 [8, 11]

Bảng 1.2 Chuẩn mưa năm và sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm của

các trạm trên lưu vực sông Thạch Hãn

TT Tên trạm Thời kỳ tính

toán đại biểu

Độ dài TKTTĐB (năm)

K tb

Hệ số biến đổi mưa năm

Cv x

Chuẩn mưa năm

X o (mm)

Sai số quân phương tương đối (%)

1 Đông Hà 78-98 21 1,00 0,21 2271,5 4,58

2 Khe Sanh 78-04 27 0,99 0,23 2070,3 4,43

3 Thạch Hãn 78-04 27 0,99 0,24 2559,8 4,62

4 Cửa Việt 79-04 26 0,99 0,22 2237,1 4,26 Xét trên toàn chuỗi quan trắc (1977-2004), lượng mưa năm cực đại tại tất cả các trạm rất lớn, đều đạt trên 3200 mm (nhỏ nhất tại Cửa Việt: 3372.4 mm và lớn nhất tại Thạch Hãn: 4030,3 mm) Lượng mưa năm cực tiểu tại tất cả các trạm rất nhỏ, dao động trong khoảng từ 1153,5 mm, tại Khe Sanh đến 1719,9 mm, tại Thạch Hãn và xuất hiện không đồng thời tại các trạm Cực trị của lượng mưa năm được thống kê trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Các cực trị của lượng mưa năm trong thời kỳ quan trắc (1977 – 2004)

Trạm Đông Hà Khe Sanh Cửa Việt Thạch Hãn

9 tháng mùa khô chỉ chiếm khoảng 30% tổng lượng mưa năm Kết quả phân mùa mưa - mùa khô của một số trạm trên lưu vực được thể hiện trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Kết quả phân mùa mưa - khô trong tỉnh Quảng Trị

Thời gian  so với Xnăm Thời gian  so với Xnăm

Bảng 1.5 Phân phối mưa năm theo tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông

b Nhiệt độ không khí

Nhiệt độ không khí trong vùng thấp nhất vào mùa Đông (tháng 11 tới tháng 3) Cao nhất vào mùa Hè (tháng 5 tới tháng 8) Nhiệt độ bình quân nhiều năm vào khoảng 24,30C Chênh lệch nhiệt độ trong ngày từ 7 tới 100C Nhiệt độ bình quân tháng tại trạm các trạm trong vùng nghiên cứu được thể hiện ở bảng 1.6 [7, 8]

Bảng 1.6 Nhiệt độ bình quân tháng tại trạm ĐôngHà

Đơn vị: 0

C

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Đông Hà 19.2 19.3 22.5 25.6 28.2 29.3 29.6 28.8 27.1 25.1 22.5 19.9 Quảng Trị 19.4 20.4 22.6 25.6 28.1 29.4 29.5 29.0 27.1 25.1 23.2 20.8 Khe Sanh 17.6 18.4 21.8 24.4 25.6 25.6 25.3 24.6 24.0 22.8 20.4 18.2

d Bốc hơi

Bốc hơi bình quân nhiều năm nằm trong khoảng 1200 - 1300 mm Ở vùng đồng bằng bốc hơi bình quân nhiều năm cao hơn vùng núi Lượng bốc hơi bình quân tháng lớn nhất tại Đông Hà là 219 mm/tháng (bảng 1.8) Lượng bốc hơi ngày lớn nhất vào tháng 7, bình quân 1 ngày bốc hơi tới 7 mm

Bảng 1.8 Bốc hơi bình quân tháng trạm Đông Hà

Gió mùa Tây Nam hoạt động mạnh vào mùa hè từ tháng 4 đến tháng 11, tốc

độ gió bình quân 2,0  2,2m/s Gió mùa này mang độ ẩm và gây mưa cho vùng

Gió mùa Tây Bắc hoạt động mạnh từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau, tốc độ gió bình quân từ 1,7  1,9m/s Thời gian chuyển tiếp các hướng gió Tây Nam và Tây Bắc là thời gian giao thời và gió Tây khô nóng hoạt động vào tháng 4, tháng 5 (nhân dân địa phương gọi là gió Lào) Thời kỳ có gió Lào là thời kỳ nóng nhất trong tỉnh Quảng Trị Bão và xoáy thuận nhiệt đới là những biến động thời tiết trong mùa

hạ, hoạt động rất mạnh mẽ và thất thường Từ tháng 5 đến tháng 8 vùng ven Thái Bình Dương không khí bị nung nóng bốc lên cao tạo thành những vùng xoáy rộng hàng trăm km2

, tích luỹ dần và di chuyển theo hướng Tây Nam đổ bộ vào đảo Hải Nam Trung Quốc Tính chất của bão và áp thấp nhiệt đới ở vùng Quảng Trị cũng rất khác nhau theo từng cơn bão và từng thời kỳ có bão Có năm không có bão và áp thấp nhiệt đới như năm 1963, 1965, 1969, 1986, 1991, 1994 Cũng có năm liên tiếp

3 cơn bão như năm 1964, 1996 hoặc 1 năm có 2 cơn bão như năm 1999 Bình quân

1 năm có 1,2  1,3 cơn bão đổ bộ vào Quảng Trị Vùng ven biển Quảng Trị bão và

áp thấp nhiệt đới thường gặp nhau tới 78%, do vậy khi có bão thường gặp mưa lớn sinh lũ trên các triền sông Bão đổ bộ vào đất liền với tốc độ gió cấp 10 đến cấp 12, khi gió giật trên cấp 12 Thời gian bão duy trì từ 8  10 giờ nhưng mưa theo bão thường xảy ra 3 ngày liên tục Thiệt hại về người và tài sản do bão gây ra thường rất lớn Đây cũng là 1 yếu tố cản trở tới tiến trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng

1.1.6 Thủy văn

a Mạng lưới thủy văn

Hệ thống sông Thạch Hãn (còn gọi là sông Quảng Trị) có 37 con sông gồm

17 sông nhánh cấp I với 3 nhánh tiêu biểu là Vĩnh Phước, Rào Quán và Cam Lộ, 13 sông nhánh cấp II, 6 sông nhánh cấp III Diện tích toàn lưu vực là 2660 km2, độ dài sông chính là 150 km, độ cao bình quân lưu vực 301 m, độ dốc bình quân lưu vực là 20,1%, độ rộng trung bình lưu vực là 36,8 km, mật độ lưới sông là 0,92 (hình 1.2 và bảng 1.10) [18, 19]

Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông suối và lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực

sông Thạch Hãn

Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông trong vùng nghiên cứu

b Đặc điểm thủy văn

Nằm trong vùng mưa tương đối lớn của nước ta nên dòng chảy năm của các sông suối trong lưu vực sông Thạch Hãn cũng khá dồi dào Môđun dòng chảy năm bình quân đạt 44,8 l/skm2, ứng với lớp dòng chảy hàng năm khoảng 1442,8 mm

Trong phạm vi lưu vực sông Thạch Hãn, chuẩn dòng chảy năm phân phối không đều theo không gian, biến đổi phù hợp với sự biến đổi của lượng mưa năm, nghĩa là cũng theo xu thế tăng dần theo độ cao địa hình với phạm vi biến đổi từ 30 l/skm2 đến 60 l/skm2 Hàng năm, trên toàn bộ sông suối trên lưu vực sông Thạch Hãn có tổng lượng dòng chảy trên lưu vực khoảng 3,92 km3

Nhìn chung, trên dòng chảy trên lưu vực sông Thạch Hãn chia thành 2 mùa

rõ rệt (bảng 1.11 và bảng 1.12) Mùa lũ mặc dù chỉ kéo dài 4 tháng (từ tháng VIII đến tháng XI hoặc từ tháng IX đến tháng XII) nhưng mức độ tập trung dòng chảy trong mùa lũ khá lớn, chiếm tới 62,5 - 80% tổng lượng dòng chảy cả năm Mùa kiệt bắt đầu từ tháng XII hoặc tháng I, kết thúc vào tháng VII hoặc VIII, kéo dài tới 8 tháng nhưng tổng lượng dòng chảy mùa kiệt chỉ chiếm khoảng 20 - 37,5% tổng lượng dòng chảy cả năm

Mùa kiệt trong vùng thường chậm hơn so với các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ Lượng nước mùa kiệt chỉ chiếm khoảng gần 30% tổng lượng dòng chảy trong năm

Sự phân phối không đều đã gây ảnh hưởng lớn cho sinh hoạt và sản xuất Tình trạng

đó càng trở nên khốc liệt vào các năm và các tháng có gió Tây Nam (gió Lào) hoạt động mạnh Tuy nhiên vào khoảng tháng 5 - 6 trong vùng thường có mưa tiểu mãn

bổ sung lượng nước cho mùa kiệt [11, 18, 19]

Bảng 1.11 Kết quả phân mùa dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn

Thời gian   Qnăm Thời gian   Qnăm

2 Thạch Hãn VIII XI 65,1 XII  VII 34,9

Bảng 1.12 Phân phối dòng chảy năm theo tháng lưu vực sông Thạch Hãn

Lũ trên lưu vực sông Thạch Hãn có thể xảy ra trong 3 thời kỳ trong năm:

- Lũ tiểu mãn thường xảy ra vào tháng 5, 6 và năm nào cũng xảy ra lũ tiểu mãn Tính chất lũ này nhỏ, tập trung nhanh, xảy ra trong thời gian ngắn, lũ đỉnh nhọn, lên và xuống nhanh, thường xảy ra trong 2 ngày nên ít ảnh hưởng đến đời sống dân cư, chủ yếu ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản

- Lũ sớm xảy ra vào tháng 6 đến đầu tháng 9 hàng năm Lũ này không có tính chất thường xuyên nhưng lũ có tổng lượng lớn hơn lũ tiểu mãn, tập trung lũ nhanh Thời kỳ xảy ra lũ sớm thường vào thời kỳ triều bắt đầu cao Do vậy mực nước lũ cao hơn lũ tiểu mãn Lũ này ít ảnh hưởng tới dân sinh mà chủ yếu là ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp và thuỷ sản

- Lũ chính vụ xảy ra từ trung tuần tháng 9 đến cuối tháng 11 đầu tháng 12 hàng năm Đây là thời kỳ mưa lớn trong năm và lũ thời kỳ này có thể xảy ra lũ quét sườn dốc gây đất đá lở hay lũ ngập tràn ở hạ du Lũ này thường đi liền với bão gây thiệt hại lớn cho kinh tế xã hội, gây chết người và hư hỏng các công trình, cơ sở hạ tầng Tính chất lũ kéo dài từ 5 - 7 ngày, đỉnh lũ cao, tổng lượng lớn Với tình hình phát triển kinh tế hiện tại lũ này chỉ có thể tránh và chủ động làm giảm mức thiệt hại do lũ gây ra

c Các công trình thủy lợi trên lưu vực

Nhằm mục đích điều tiết nước phục vụ canh tác nông nghiệp cũng như các hoạt động dân sinh kinh tế khác, trên lưu vực sông Thạch Hãn đã được xây dựng một số các công trình thủy lợi, chủ yếu là các hồ chứa nước tiêu biểu liệt kê trong bảng 1.13 [12]

Bảng 1.13 Trữ lượng nước hồ, đập trên lưu vực sông Thạch Hãn

3 )

1 Kinh Môn Gio Linh XNKTN Gio Linh 18,2 15,9

3 Nghĩa Hy Cam Lộ XNKTN Đông Hà 3,27 3,24

TT Tên hồ chứa Địa điểm Đơn vị quản lý Dung tích (triệu m )

5 Nam Thạch Hãn Hải Lăng XNKTN Nam Thạch Hãn 9,3

d Tình hình tài liệu khí tượng - thủy văn

Trong lưu vực nghiên cứu có 7 trạm khí tượng và thủy văn Trong đó có một trạm khí tượng cấp 1 là trạm Đông Hà, 1 trạm khí tượng cấp 2 là trạm Khe Sanh, hai trạm khí tượng cấp 4 là trạm Ba Lòng, Tà Rụt và một trạm khí tượng cao không

là trạm Thạch Hãn Trạm Đông Hà và Cửa Việt đây là hai trạm thủy văn cấp 3 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn được thể hiện trong hình 1.2 và bảng 1.14 [19]

Bảng 1.14 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn

TT Tên trạm Vĩ độ Kinh độ Loại trạm Yếu tố đo đạc Thời gian

quan trắc Ghi chú

1 Đông Hà 16051’ 107 0 05’ Khí tượng X, t, bốc hơi 1974 - nay

2 Khe Sanh 160 38’ 106 0 44’ Khí tượng X, t, bốc hơi 1977 - nay

3 Ba Lòng 16039' 107001' Khí tượng X 1979 - 1990

4 Tà Rụt 16025' 107000' Khí tượng X 1983 - 1986

1988 - 1990

5 Đông Hà 16o50' 107o06' Thủy văn X, H 1974 - nay

6 Cửa Việt 16o53' 107o10' Thủy văn X, H 1989 - nay

7 Thạch Hãn 16 o

45' 107o14' Khí tượng X 1978 - nay

Hiện trên lưu vực sông Thạch Hãn không có trạm quan trắc lưu lượng thường xuyên, duy nhất chỉ có trạm Rào Quán đo đạc từ năm 1983 - 1985, nhằm mục đích phục vụ việc thiết kế và thi công công trình thủy điện Rào Quán, vì vậy đã gây nhiều khó khăn cho công tác tính toán lượng nước đến trên lưu vực cũng như

dự báo lũ, kiệt Hầu hết các tính toán và đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực đều phải sử dụng các biện pháp khôi phục số liệu dòng chảy từ mưa

1.2 HIỆN TRẠNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KINH TẾ

Trong cơ cấu kinh tế của tỉnh hiện nay ngành nông, lâm nghiệp, thủy sản vẫn chiếm tỷ trọng lớn; trong đó giá trị sản xuất trồng trọt chiếm tỷ trọng cao, ngành chăn nuôi chưa phát triển tương xứng với tiềm năng Quá trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế diễn ra chậm, giá trị sản phẩm trên 1 ha canh tác còn thấp, lao động nông thôn còn dư thừa nhiều, thu nhập thấp, đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn [9]

1.2.1 Hiện trạng phát triển kinh tế

1.2.1.1 Những hạn chế trong phát triển kinh tế xã hội

Do địa bàn tỉnh Quảng Trị nằm xa các trung tâm kinh tế lớn như Hà nội, thành phố Hồ Chí Minh cũng như các thành phố lớn khác nên hạn chế trong giao lưu kinh tế [14]

Diện tích đất canh tác ít, diện tích đất cát nhiều Trong tỉnh Quảng Trị diện tích đất cát khoảng 30.000 ha, lớn hơn so với diện tích đất trồng lúa màu

Quảng Trị nằm trong vùng thiên tai khắc nghiệt nhất so với các tỉnh khác trong cả nước Lũ lụt, hạn hán, bão cát, cát lấp đồng ruộng xảy ra thường xuyên

Lực lượng lao động còn thiếu và yếu do chưa có chiến lược đầu tư dài hạn Trong khi đó lực lượng chưa đến tuổi lao động hoặc quá tuổi lao động nhiều Lực lượng hưởng chế độ chính sách hàng năm do hậu quả của cuộc chiến tranh rất lớn

Thị trường tiêu thụ sản phẩm còn nhiều khó khăn, sản phẩm hàng hoá chưa nhiều, tỷ trọng hàng hoá xuất khẩu còn thấp

Hệ thống cơ sở hạ tầng phục vụ sản xuất chưa đồng bộ, còn thiếu và lạc hậu, chưa theo kịp với tiến trình phát triển

1.2.1.2 Những thuận lợi trong phát triển kinh tế xã hội

Lợi thế về đất đai khí hậu, nguồn nước: Tỉnh Quảng Trị có điều kiện tự nhiên

về địa hình, khí hậu, đất đai phong phú Ở đây có cả vùng núi, trung du, đồng bằng

và ven biển; có tiềm năng để phát triển một nền nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ sản

đa dạng có hiệu quả cao [14]

Tiểu vùng núi: miền núi Quảng Trị có diện tích 298.173 ha trải trên diện tích của 43 xã, thị trấn miền núi, chiếm 65% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh Ðây là vùng có tiềm năng phát triển cây công nghiệp, cây ăn quả, lâm nghiệp và chăn nuôi đại gia súc

Tiểu vùng đồng bằng: thế mạnh trong sản xuất nông nghiệp là trồng lúa và các cây màu lương thực, cây công nghiệp ngắn ngày gắn với chăn nuôi lợn

Tiểu vùng ven biển: bao gồm nhiều bãi cát và cồn cát lớn ven biển Ðây là một tiềm năng lớn phát triển nuôi trồng thuỷ sản Hệ thống sông ngòi trong tỉnh tương đối dày với nguồn nước khá phong phú Lượng dòng chảy trong năm khoảng

5 tỷ m3, góp một phần hết sức quan trọng trong sinh hoạt và phát triển kinh tế

Lợi thế về cơ sở hạ tầng: Hệ thống đường quốc lộ và tỉnh lộ tạo nên mạng lưới giao thông thuận lợi Các đường liên huyện, liên xã đã và đang tiếp tục được nâng cấp và mở rộng Trong vùng có cửa khẩu quốc tế Lao Bảo thông thương buôn bán và giao lưu kinh tế với nước bạn Lào, Thái Lan Cửa khẩu này càng trở nên quan trọng khi tuyến đường xuyên Á nối liền Cảng cửa Việt với Lào và vùng Ðông Bắc Thái Lan được hình thành Trong những năm qua, được nhà nước tập trung đầu

tư phát triển cơ sở hạ tầng nên hiện nay toàn tỉnh đã có 132/136 phường xã có đường ô tô đến tận trung tâm Chỉ còn 1 xã ở Vĩnh Linh chưa có đường điện, tỷ lệ

hộ được dùng điện lên đến 82%

Lợi thế về lao động, khoa học kỹ thuật: Dân số toàn tỉnh năm 2011 là 604.671 người, trong đó số người trong độ tuổi lao động 329.943 người Ðây là nguồn lao động dồi dào phục vụ phát triển kinh tế Tỷ lệ lao động được đào tạo nghề tuy chưa cao nhưng người dân trong tỉnh khá năng động, chịu khó làm việc và học hỏi nhằm áp dụng những tiến bộ khoa học vào cuộc sống

1.2.2 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị

Định hướng cơ bản đối với vùng núi là chuyển nền kinh tế tự cung tự cấp sang nền kinh tế sản xuất hàng hoá trên cơ sở nông lâm kết hợp, xã hội hoá nghề rừng, cây công nghiệp ngắn ngày và dài ngày, cây dược liệu, cây đặc sản, cây ăn quả và chăn nuôi đại gia súc, gắn liền với công nghệ chế biến khai khoáng và dịch

vụ du lịch nhằm ổn định và nâng cao đời sống dân cư miền núi [14]

Bảo vệ và tái tạo tài nguyên rừng, khôi phục môi trường sinh thái, chống xói mòn đất Phát triển đồng bộ cơ sở hạ tầng, đồng thời mở rộng mạng lưới giao lưu trao đổi hàng hoá, văn hoá xã hội với các huyện trong tỉnh, với các tỉnh của nước bạn Lào, Thái Lan Xây dựng các cụm điểm kinh tế - văn hoá - xã hội cho vùng cao, vùng sâu, vùng đồng bào dân tộc ít người

Chú trọng đào tạo cán bộ người dân tộc thiểu số, từng bước nâng cao mặt bằng dân trí, cải thiện đời sống tinh thần cho đồng bào dân tộc miền núi

Phát triển công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp ở các trung tâm, mở rộng mạng lưới thương mại, dịch vụ du lịch, đẩy mạnh sản xuất các mặt hàng xuất khẩu

1.2.2.1 Xu thế phát triển dân số, nguồn nhân lực

Theo Niên giám thống kê năm 2011 dân số toàn tỉnh là 604.671 người (trong đ

n gi i c 305.549 người và nam gi i c 299.122 người), dân số thành thị 174.179,

dân số nông thôn 430.492 nhân khẩu (Bảng 1.15) Toàn tỉnh có 154.278 hộ, bình

quân 3,92 người/hộ Đồng bào dân tộc thiểu số phân bố tập trung chủ yếu ở hai huyện ĐaKrông, Hướng Hoá, ngoài ra còn phân bố ở 1 số xã thuộc các huyện Gio Linh, huyện Vinh Linh và Cam Lộ [4]

Bảng 1.15 Dân số trung bình phân theo giới tính và phân theo khu vực

Đơn vị tính: người

1.2.2.2 Xu thế phát triển kinh tế - xã hội

Trong thập niên qua tình hình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh đạt mức khá cao, tuy nhiên có xu hướng giảm trong những năm gần đây Tốc độ tăng trưởng kinh tế GDP của một số ngành và lĩnh vực kinh tế - xã hội đang tiếp tục được cải thiện đặc biệt ngành dịch vụ, tuy nhiên kinh tế nông nghiệp có xu hướng giảm tương đối lớn

từ 4.9% năm 2005 xuống 2.9% năm 2011 (bảng 1.16) [3]

Giai đoạn 2001- 2005 Tăng trưởng kinh tế đạt bình quân 8.7%/năm, trong đó

công nghiệp - xây dựng tăng 21.7%/năm, nông nghiệp tăng 4.7%/năm, dịch vụ tăng 6.7%/năm Năm 2005, tổng GDP (giá HH) đạt 3.407 tỉ đồng, bình quân đầu người đạt 5.165 triệu đồng, tăng hơn 1.8 lần so với năm 2000

Giai đoạn 2006-2010 Kinh tế Quảng Trị có mức tăng trưởng khá, bình quân

giai đoạn 2006-2010 đạt 10.6%/năm, tương đương chỉ tiêu Nghị quyết Đại hội Đảng bộ tỉnh lần thứ XIV đã đề ra là 11%/năm và cao hơn so với giai đoạn 2001-

2005 đã đạt là 8.68%/năm Đánh giá về tốc độ tăng trưởng bình quân VA (GDP) giai đoạn 05 năm 2006-2010 của các ngành kinh tế cho thấy, tốc độ tăng trưởng ngành Xây dựng và ngành Công nghiệp có tốc độ cao trong cả giai đoạn 10 năm

2001-2010 với tốc độ 23.3%/năm và 19.3%/năm; Tiếp theo là ngành Thương Dịch vụ đạt tốc độ 7.6%/năm và ngành Nông nghiệp là 4.1%/năm Năm 2010, tổng

mại-VA (theo giá cố định 1994) của tỉnh đạt khoảng 3.008 tỷ đồng gấp hơn 1.6 lần so với năm 2005 và đạt mức tăng trưởng 10.6%/năm trong giai đoạn 2006-2010

Giai đoạn 2009-2011 Kinh tế tỉnh đạt tốc độ tăng trưởng 10.15%/năm (năm

2009 tăng 9.4%, năm 2010 tăng 10.8%, năm 2011 tăng 9.6%) Trong đó công nghiệp - xây dựng tăng 16.76%, nông - lâm - ngư nghiệp tăng 2.76%, dịch vụ tăng 8.57% Tổng thu ngân sách trên địa bàn bình quân tăng 26.05%/năm, tốc độ tăng thu nội địa bình quân là 21.9%/năm

Giai đoạn 2011 Quảng Trị đạt được một số kết quả như sau:

Tốc độ tăng trưởng ngành nông - lâm - ngư nghiệp tăng 2.9%; Công nghiệp - xây dựng tăng 14.6%; Dịch vụ tăng 9.1% Tổng vốn đầu tư phát triển toàn xã hội ước đạt: 6.451 tỷ đồng

Tổng thu ngân sách trên địa bàn ước đạt: 1466 tỷ đồng; trong đó thu nội địa: 903

tỷ đồng; thu từ hoạt động xuất nhập khẩu: 563 tỷ đồng GDP bình quân đầu người (giá HH) đạt 21.496 triệu đồng

Bảng 1.16 Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân qua các thời kỳ (%)

Chỉ tiêu 2008 2009 2010 Sơ bộ 2011

- Công nghiệp - xây dựng 22.1 17.7 18 14.6

1.2.2.3 Quy hoạch sử dụng đất và chuyển đổi cơ cấu cây trồng tới năm 2010

Đất nông nghiệp đến 2010 tăng chủ yếu do khai thác quỹ đất chưa sử dụng đưa vào sản xuất cây hàng năm và cây lâu năm, trồng và khoanh nuôi phục hồi rừng, nuôi trồng thủy sản [15, 16, 17]

Bảng 1.17 Cơ cấu quỹ đất đến 2010 tỉnh Quảng Trị

Bảng 1.18 Quy hoạch sử dụng đất đến 2010 của tỉnh Quảng Trị

Diện tích (ha)

Cơ cấu (%)

Diện tích (ha)

Cơ cấu (%) Tổng diện tích 474573.57 100 474573 100

(Nguồn: Viện Quy hoạch & Thiết kế Nông nghiệp)

1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT CỰC ĐOAN

1.3.1 Tình trạng hạn hán

Năm 1998 là năm hạn lịch sử trong vùng, theo thống kê tình trạng hạn trong

vụ Hè Thu ở tỉnh Quảng Trị Kết quả sản xuất và thiệt hại do hạn hán vụ Hè Thu năm 1998: [1, 2]

 Lúa Hè Thu gieo cấy: 16.011 ha, bị hạn: 11.831 ha, mất trắng: 9.200 ha

 Lúa vụ 10 gieo cấy 4.898 ha, ngô 506 ha, khoai lang 770 ha, sắn 3.715,5 ha, màu khác 299 ha, rau các loại 300 ha đều bị hạn nặng và mất trắng

 Ðậu xanh gieo trồng 1435 ha, bị hạn 1.435 ha

 Lạc gieo trồng 466 ha, bị hạn 466 ha

Cây công nghiệp dài ngày trồng mới năm 1997 hạn gần 4.000 ha:

 Cao su: 1.117 ha, chết trên 50%, bị giảm năng suất cạo mủ do hạn là 2.400

ha

 Cà phê: 149 ha chết ; 648 ha bị hạn giảm năng suất 50%

 Hồ tiêu có hiện tượng mềm thân 479 ha/800 ha

Do không đủ nguồn nước nên hàng năm phần diện tích các đuôi kênh N1, N4, N6, N2a và đuôi các kênh thuộc hệ thống Hà Thượng, Trúc Kinh, Kinh Môn thường bị hạn, nhất là trong vụ hè thu Tình trạng thiếu nước dẫn đến giảm diện tích

và năng suất trong vụ hè thu Diện tích lúa vụ hè thu năm cao nhất chỉ bằng 82% diện tích lúa đông xuân và năng suất chỉ bằng 87% năng suất lúa đông xuân Ðó là chưa kể đến ảnh hưởng của hạn đến con người, gia súc và các loại cây trồng khác

1.3.2 Tình trạng úng lụt

Trong vụ đông xuân, diện tích bị úng là do ruộng đất thấp, trũng, thuỷ triều cao không tiêu tự chảy được mà trạm bơm tiêu còn thiếu hoặc chưa bơm đủ được Phần nhiều phải nhờ thuỷ triều hạ mới tiêu tự chảy nên thời vụ chậm, ảnh hưởng tới năng suất cây trồng Bình quân trong 10 năm qua, thiệt hại do úng gây ra làm giảm sản từ (10 - 20)% năng suất cây trồng

Ðối với vụ hè thu, úng chủ yếu ở những vùng trũng ven sông do lũ tiểu mãn tràn qua đê vào ruộng cộng với mưa to gây úng cục bộ Hàng năm trong vùng ngập úng khoảng 7000 ha, nằm chủ yếu ở vùng Sa Lung (1000 ha), ven sông Cánh Hòm (1500 ha), ven sông Hiếu (500 ha), vùng Hải Lăng úng từ (4000 - 4500 ha)

1.3.3 Tình trạng lũ quét

Do địa hình phân bố như đã nói ở trên nên về mùa lũ lưu lượng tập trung trên các sông suối dồn về đồng bằng rất nhanh Mặt khác do sự chắn ngang của các dải cát ven biển nên nước lũ chỉ thoát hạn chế qua 2 cửa sông chính là Cửa Tùng và Cửa Việt, khi gặp triều cường khả năng thoát bị hạn chế rất nhiều gây ra lũ lụt cho vùng đồng bằng Lũ sông lớn cộng với bão, triều cường làm ách tắc dòng chảy tràn

vào đồng ruộng, nhà cửa, làm thiệt hại lớn đến tài sản của nhân dân Hàng năm cứ đến mùa lũ, bão hầu như không có năm nào không thiệt hại

Trận lũ lịch sử từ đầu tháng 11 năm 1999 với lượng mưa tính tới 7 giờ ngày 7-11-1999 đạt 1517mm tại Mỹ Chánh, 1368mm tại Thạch Hãn và 857mm tại Ðakrông gây lũ lớn với mực nước 7,29m tại Thạch Hãn (cao hơn báo động 3 là 1,79m) và 32.72m tại Ðakrông (cao hơn báo động 3 là 1,72m) làm chết và mất tích

56 người Thiệt hại trên toàn tỉnh ước tính trên 300 tỷ đồng Lụt thường xuyên xảy

ra hàng năm gây tổn thất lớn tới người và của cho nhân dân Theo thống kê 10 năm gần đây, thiệt hại do lũ trên lưu vực Thạch Hãn như sau:

Thiệt hại về lũ gây ra ngày càng nặng nề đối với người và tiền của của nhân dân và gây mất ổn định xã hội

Tình trạng lũ quét đã xảy ra trong vùng, nhất là các năm gần đây với nguyên nhân chính là:

 Lượng mưa có cường độ lớn, thời gian tập trung dòng chảy nhanh Tại Quảng Trị lượng mưa đạt 100 mm/h, 162 mm/2h

 Lớp phủ thực vật bị tàn phá, độ che phủ kém Những trận lũ quét đã xảy ra ở thượng nguồn sông Thạch Hãn trên đoạn sông Đakrông như trận lũ X/1983, X/1985 Nhất là trận lũ quét X/1995 có cường độ mưa đạt 200 mm/h ở thượng nguồn sông Đakrông làm chết 10 người, phá huỷ cầu Đakrông, sạt lở đường 14.

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH SWAT

2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC

Mô hình mưa – dòng chảy hiện nay là một công cụ phát triển của quản lý thủy văn tài nguyên nước Sự phát triển này là do quá trình phát triển nhanh chóng của máy tính và công nghệ thông tin, cung cấp cho loài người một khả năng mới trong sử dụng nước một cách hợp lý và đưa ra những biện pháp bảo vệ hiệu quả

Các mô hình mưa – dòng chảy có nhiều ứng dụng khác nhau, ví dụ ứng dụng trong thủy văn vận hành, quản lý tài nguyên nước hoặc trong nghiên cứu Cấu trúc đặc trưng chung của các mô hình mưa – dòng chảy đều là dạng cấu trúc lưu vực đơn giản như hệ thống bể chứa thẳng đứng – hình thành mô hình tầng tuyến tính Các bể chứa chính gồm mưa, bốc thoát hơi (bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thảm phủ), dòng chảy trực tiếp, dòng chảy trong đới bão hòa (dòng nước hợp lưu), dòng chảy

cơ sở và dòng chảy trong lòng dẫn Để tính toán các quá trình diễn ra trong mỗi bể chứa, nhiều phương trình được ứng dụng Cấu trúc và các phương trình này được sử dụng trong phần lớn các mô hình như HEC-HMS, MIKE-SHE, SAC-SMA, NASIM, HBV và nhiều mô hình khác [9, 22]

Hình 2.1 Cấu trúc chung của mô hình thủy văn

2.1.1 Cấu trúc của mô hình mưa - dòng chảy lưu vực

Đặc điểm chung nhất của mô hình là phân chia lưu vực thành các đới theo trật tự thằng đứng Các đới này được tính với sự hỗ trợ của mô hình tầng tuyến tính

Nhiều phương trình được sử dụng để tính toán các quá trình thủy văn trong mỗi bể chứa

Giáng thủy (bao gồm cả mưa và tuyết): chúng được đưa vào mô hình dưới dạng số liệu theo chuỗi thời gian lấy từ các trạm đo khí tượng hoặc radar khí tượng

Để tính toán ảnh hưởng của tuyết các phương pháp chỉ số nhiệt độ, hoặc cân bằng năng lượng được sử dụng

Bốc thoát hơi (bao gồm cả phần bị giữ lại): lượng bốc thoát hơi và lượng bị giữ lại thực tế được tính từ chuỗi số liệu từ các trạm đo khí tượng nếu có Nó cũng

có thể lấy từ lượng bốc thoát hơi thực tế từ bốc thoát hơi tiềm năng (có nhiều phương trình dựa vào số liệu khí tượng)

Dòng chảy mặt từ các lưu vực: phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là thủy văn đơn vị UH và các biến đổi khác (Clark’s, Snyder’s, SCS) Người sử dụng cũng có thể sử dụng các phương pháp khác dựa vào mô hình sóng động học hoặc phương pháp sai phân hữu hạn

Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa: có vài phương pháp được sử dụng, như phương pháp CN SCS, mà được sử dụng để tính toán lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào các thông số thủy văn của thổ nhưỡng, điều kiện ban đầu (bão hòa) hoặc sử dụng đất Một vài phương pháp khác là phương pháp Green-Ampt hoặc SMA (tính toán độ ẩm đất) Các phương pháp khác dựa vào các cách tiếp cận phức tạp hoặc đơn giản từ mô hình 2 lớp đơn, mô hình trọng lực đến mô hình dựa vào lời giải của phương trình Richard

Dòng chảy cơ sở: phụ thuộc vào mô hình cụ thể, phần lớn sử dụng phương pháp dựa vào mô hình tầng tuyến tính, giảm theo hàm mũ hoặc dòng chảy cố định

Mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều, 3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn cũng được sử dụng phổ biến

Dòng chảy trong lòng dẫn hở: mô hình mưa – dòng chảy áp dụng các phương pháp được gọi là diễn toán thủy văn như phương pháp Muskingum – Cunge, mô hình Lag, mô hình sóng động học hoặc phương trình khuếch tán Các phương pháp này dựa vào giải phương trình cơ bản của lòng dẫn hở là hệ phương trình động lượng và phương trình liên tục - như hệ phương trình St.Venant

Trong mô hình mưa – dòng chảy một vài công trình được mô hình hóa như

bể chứa, đầm lầy có đê chắn thủy triều hoặc công trình phân nước [9, 22]

2.1.2 Giới thiệu một số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực

2.1.2.1 MIKE – SHE

Mô hình mưa – dòng chảy MIKE – SHE của Viện Thủy lực Đan Mạch thuộc nhóm mô hình bán phân bố hoặc phân bố Nó bao gồm vài thành phần tính lưu lượng và phân phối nước theo các pha riêng của quá trình dòng chảy:

 Mưa – số liệu đầu vào Cả dạng lỏng và rắn

 Bốc thoát hơi, bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thực vật– số liệu đầu vào

 Dòng chảy mặt - dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn 2 chiều

 Dòng chảy trong lòng dẫn – diễn toán 1 chiều của Mike 11 được sử dụng

Mô hình này cung cấp vài phương pháp như Muskingum, phương trình khuếch tán hoặc phương pháp dựa vào giải phương trình St.Venant

 Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – mô hình 2 lớp đơn, mô hình dòng chảy trọng lực hoặc mô hình giải phương trình Richard

 Dòng chảy cơ sở - MIKE SHE bao gồm mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều và

3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn

Đối với modun thổ nhưỡng, bộ dữ liệu bao gồm đặc tính thủy văn của đất (độ lỗ hổng, độ dẫn thấm thủy lực ) được tạo ra Cũng kết hợp với 2 phần mềm ESRI Arcview 3.x hoặc ArcGIS 9.1 Phần kết hợp này làm việc với số liệu đầu vào:

đầu tiên, Geomodel phiên dịch các đặc điểm địa lý; thứ 2, DaisyGIS mô tả tất cả các

quá trình quan trọng gắn với hệ sinh thái nông nghiệp

Mô hình có thể hiệu chỉnh tự động hoặc theo thông thường Đối với hiệu chỉnh tự động công cụ AUTOCAL được phát triển Công cụ này đưa ra phương án tốt nhất theo các điều kiện biên và ban đầu [9, 22]

2.1.2.2 HEC-HMS

Mô hình HEC-HMS là phiên bản tiếp của HEC-1, phát triển từ thập kỷ 60 của quân đội Mỹ Thuận lợi lớn của nó là nó là mô hình miễn phí, thành phần cơ bản của mô hình bao gồm:

 Mô đun lưu lượng dòng chảy – bao gồm các phương pháp như SCS CN, Green-Ampt hoặc SMA

 Mô đun dòng chảy trực tiếp – đối với tính toán dòng chảy trực tiếp phương pháp đơn vị thủy văn hoặc các dạng biến đổi khác được sử dụng (Clark’s, Snyder’s, SCS) Cũng có thể sử dụng phương pháp sóng động học

 Mô đun dòng chảy cơ sở - người sử dụng có thể lựa chọn, ví dụ mô hình bể chứa tuyến tính, giảm theo hàm mũ, hoặc mô đun dòng chảy cố định

 Mô đun diễn toán – phương pháp Muskingum, mô hình Lag, mô hình sóng động học hoặc các biến đổi của chúng

 Các mô hình khác – trong trường hợp đặc biệt cũng có thể tính bể chứa, đập Đối với mô hình HEC-HMS mở rộng giao diện Arcview gọi là HEC-GeoHMS cũng được tạo ra Mở rộng này có thể lấy từ một vài đặc tính thủy văn cơ bản của lưu vực cơ sở, hướng dòng chảy, dòng chảy tích lũy, độ dốc

Mô hình có thể hiệu chỉnh thông thường hoặc tự động Với loại mô hình này (hợp với lưu vực trên 500 km2 ) hiệu chỉnh thực hiện với các trận lũ ngắn [28]

2.1.2.3 NASIM

Mô hình mưa – dòng chảy NASIM (Niederschlag – Abfluss Simulation Model ) của viện thủy văn Đức, phát triển kể từ thập niên 80 và thuộc nhóm mô hình bán phân bố, tất định, nhận thức Các thành phần cơ bản sau:

 Trạm mưa – để phân biệt mưa dạng lỏng hay rắn, mô hình sử dụng phương pháp kết hợp “chỉ số nhiệt độ/Snow compaction”

 Phân phối mưa theo không gian – chuyển đổi giá trị điểm sang mưa khu vực

 Phân chia thành phần dòng chảy – dòng chảy trong đới chưa bão hòa (dòng hợp lưu) và đới bão hòa (dòng chảy cơ sở) của khu vực bằng mô hình tầng tuyến tính và phi tuyến Đối với dòng chảy mặt, phương pháp dựa vào thủy văn đơn vị được sử dụng

 Dòng chảy trong lòng dẫn – bằng cách mô tả lòng dẫn, sử dụng phương pháp Kalinin – Miljukov

Một vài Extension cho Arcview 3.x được tạo ra để phân tích dữ liệu Các Extension quan trọng nhất là “Zfl” và “Verchneidung” Cái đầu tiên tạo ra hàm thời gian - diện tích của lưu vực Thứ 2 xây dựng các đặc tính cơ bản của lưu vực Các Extension khác được sử dụng để thể hiện kết quả Cùng với mô hình, phần mềm Time – View cho chuỗi thời gian được tạo ra

Hiệu chỉnh mô hình, chỉ có hiệu chỉnh thông thường được phát triển Mô hình nhạy với các thông số thể hiện đặc tính của đất – độ dẫn thấm thủy lực theo phương ngang và phương thẳng đứng, độ lỗ hổng, tốc độ thấm Trong tương lai, hiệu chỉnh tự động sẽ được kết hợp vào mô hình [9, 22]

2.1.2.4 SAC – SMA (Sacramento)

Mô hình tính toán độ ẩm đất – Sacramento, là một phần của thư viện công nghệ mô hình của hệ thống NWSRFS, phát triển từ thập kỷ 70 bởi viện khí hậu quốc gia Mỹ Mỗi lưu vực được phân chia thành các đới, được gắn vào hệ thống bể chứa Cơ bản gồm có đới cao hơn và thấp hơn Đới cao hơn gồm nước chịu ứng suất căng và nước tự do, đới thấp hơn gồm dòng chảy cơ sở và nước ứng suất (tension water ) và nước tự do bổ sung Dòng chảy vượt quá hình thành một vài dạng dòng chảy: [9, 22]

 Dòng chảy trực tiếp

 Dòng chảy mặt

 Dòng chảy sát mặt (dòng chảy nhập lưu)

 Dòng chảy cơ sở ban đầu

 Dòng chảy cơ sở bổ sung

Trong khi Sacramento là mô hình độ ẩm đất, dữ liệu quan trọng nhất là dữ liệu thổ nhưỡng – độ dẫn thấm thủy lực, độ lỗ hổng

Sacramento hỗ trợ cả hiệu chỉnh tự động và hiệu chỉnh thông thường Cùng với 24 thông số có thể được hiệu chỉnh, mà có thể được phân loại theo đới riêng

2.1.2.5 HBV

Mô hình thủy văn HBV, phát triển từ thập niên 70 ở viện khí tượng và thủy văn Thụy điển Nó là một phần của hệ thống mô hình IHMS (hệ thống mô hình thủy văn kết hợp) Các thành phần đặc trưng là: [9]

 Modun tuyết – tính toán dựa và phương pháp độ - ngày đơn giản

 Modun độ ẩm đất – thành phần tính toán chính của tập trung dòng chảy mặt

 Modun ban đầu dòng chảy – dựa vào phương pháp đơn vị thủy văn

 Modun bể chứa

2.1.2.6 Mô hình NAM

Mô hình NAM là mô hình mưa rào-dòng chảy thuộc nhóm phần mềm của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), là một phần của mô hình MIKE 11 Nó được xem

như là mô hình dòng chảy tất định, tập trung và liên tục cho ước lượng mưa - dòng chảy dựa theo cấu trúc bán kinh nghiệm [9, 20]

MIKE NAM là mô hình liên tục và do đó có thể mô phỏng mưa trong nhiều năm, tuy nhiên bước thời gian cũng có thể được hiệu chỉnh để nó có thể mô phỏng trận mưa và các cơn bão nhất định NAM là mô hình bán kinh nghiệm có nghĩa là

nó mô tả đơn giản hóa dạng định lượng, các biến đổi của đất trong chu kỳ thủy văn

và sẽ được giải thích nhiều hơn

Chương trình MIKE 11-RR là mô đun thêm vào bộ MIKE 11, nó không chỉ gồm NAM mà còn có mô hình đường đơn vị UHM, mô hình tính độ ẩm tháng SMAP, và URBAN

Nó là mô hình tất định do đó dường như lưu vực trở thành một đơn vị đồng nhất Để đánh giá sự thay đổi của các thuộc tính thủy văn của lưu vực, lưu vực chia

ra thành nhiều lưu vực con khép kín Quá trình diễn toán thực hiện bởi mô dun diễn toán thủy động lực trong kênh của MIKE 11 Phương pháp này cho phép các tham

số khác nhau của NAM ứng dụng trong mỗi một lưu vực con, do đó nó được xem là

mô hình phân bố

Mô hình có nhiều đặc trưng mở rộng nên việc phân loại mô hình này khó

Mô hình có khuynh hướng mở rộng nhiều mặt để mô phỏng lũ, điều này làm mô hình có tính cạnh tranh với các mô hình khác Do đó chỉ có một đặc trưng mở rộng trong mô hình có thể ứng dụng khác với diễn toán mưa rào-dòng chảy cơ bản là sự tích hợp ở mức độ cao với mô hình thủy lực MIKE 11

2.1.2.7 Mô hình SCS

Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một phương pháp

để tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào (gọi là phương pháp SCS) Theo đó, trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P Tương tự, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu nước bị cầm giữ có thực trong lưu vực, Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng một

độ sâu trữ nước tiềm năng tối đa nào đó S Đồng thời có một lượng Ia bị tổn thất ban đầu không sinh dòng chảy trước thời điểm sinh nước đọng trên bề mặt lưu vực

Do đó, có lượng dòng chảy tiềm năng là P - Ia Trong phương pháp SCS, giả thiết rằng tỉ số giữa hai đại lượng có thực Pe và Fa bằng với tỉ số giữa hai đại lượng tiềm năng P - Ia và S, có nghĩa là:

e a

IP

PS

I P P

S P

Pe

8 0

2

2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ TỔNG QUAN MÔ HÌNH SWAT

2.2.1 Lịch sử phát triển

Mô hình SWAT được phát triển liên tục trong gần 30 năm qua bởi viện nghiên cứu nông nghiệp USDA Phiên bản đầu tiên của SWAT là mô hình USDA-ARS (Hình 1) bao gồm chất hóa học, dòng chảy và xói mòn từ mô hình hệ thống quản lý nông nghiệp (CREAMS), tác động lượng nước ngầm trong mô hình hệ

thống quả lý nông nghiệp (GLEAMS), và mô hình khí hậu chính sách tác động môi trường (EPIC)- tính toán tác động hiệu suất xói mòn Mô hình SWAT hiện tại là phiên bản tiếp theo của tính toán tài nguyên nước trong mô hình lưu vực SWRRB - tính toán tác động của quản lý lưu vực đối với chuyển động của nước, bùn cát

Hình 2.2 Sơ đồ lịch sử phát triển của mô hình SWAT

Sự phát triển của SWRRB bắt đầu những năm đầu thập niên 80, biến đổi của

mô hình thủy văn mưa ngày CREAMS Trải qua quá trình nâng cấp mô hình tăng diện tích tính toán, cải thiện các phương pháp tính tốc độ dòng chảy lũ, tổn thất truyền, thêm vào một vài thành phần mới như dòng chảy nhập lưu, bể chứa, mô đun phát triển vụ mùa EPIC, tính các thông số khí hậu, và vận chuyển bùn cát, kết hợp thành phần thuốc trừ sâu, phương pháp USDA – SCS để ước tính tốc độ dòng chảy

lũ, các phương trình bùn cát được phát triển thêm Các biến đổi này mở rộng khả năng của mô hình giải quyết các vấn đề quản lý chất lượng nước lưu vực

Arnold và cộng sự (1995b) đã phát triển thêm mô đun diễn toán ROTO đầu thập niên 90 để hỗ trợ đánh giá tác động của quản lý tài nguyên nước, bằng liên kết kết quả đầu ra của SWRRB, diễn toán dòng chảy qua lòng dẫn và bể chứa trong ROTO thông qua phương pháp diễn toán theo đoạn sông Hệ phương pháp này đã khắc phục được giới hạn của SWRRB Sau đó SWRRB và ROTO được kết hợp thành một mô hình SWAT để hạn chế nhược điểm cồng kềnh của nó (hình 1) SWAT dữ lại tất cả các đặc trưng mà tạo ra trong SWRRB và cho phép tính toán với khu vực rất lớn

SWAT đã trải qua quá trình đánh giá, mở rộng khả năng kể từ khi nó được

tạo ra vào đầu thập niên 90 Những nâng cấp quan trọng cho các phiên bản trước của mô hình (SWAT94.2, 96.2, 98.1, 99.2, and 2000) bao gồm sự kết hợp diễn toán động học trong sông từ mô hình QUAL2E

 SWAT94.2: mô phỏng đường lưu lượng đơn vị

 SWAT96.2 Phiên bản này cập nhật thêm phần quản lý về hàm lượng chất hữu cơ trong đất, trong đó nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu tới

sự phát triển của cây trồng Phương trình chất lượng nước từ mô hình QUAL2E được sử dụng đến

 SWAT98.1: Phiên bản này thêm phần diễn toán dòng chảy do tuyết tan, chất lượng nước trong sông

 SWAT99.2: Phiên bản này cập nhật thêm diễn toán chất lượng nước cho hồ chứa, phần thuỷ văn đô thị được cập nhật từ mô hình SWMM

 SWAT2000 Cập nhật thêm phương trình thấm của Green & Ampt, cập nhật thêm các yếu tố khí tượng thời tiết như bức xạ mặt trời, tố độ gió , cho phép giá trị bốc thoát hơi tiềm năng của lưu vực có thể được đưa vào như là số liệu đầu hoặc được tính toán theo phương trình Đặc biệt trong phiên bản này có sử dụng môi trường ARCVIEW là môi trường giao diện Trong báo cáo sẽ giới thiệu phiên bản mới này

Để mô hình hóa các quá trình mưa – dòng chảy, có thể sử dụng nhiều phương pháp Các phương pháp này có thể sử dụng để giải đáp các mục tiêu thủy văn khác nhau, như thủy văn vận hành, lũ lụt, hạn hán hoặc mô hình hóa truyền ô nhiễm Một trong những bước đầu tiền để giải quyết vấn đề là lựa chọn mô hình phù hợp với mục tiêu thủy văn cụ thể Lựa chọn mô hình theo dữ liệu mà mô hình cần, mục tiêu (ví dụ như yêu cầu dự báo hoặc mô hình hóa các kịch bản thảm họa), kích thước lưu vực, kết hợp với GIS hoặc các phần mềm khác để tập hợp, phân tích hoặc biểu diễn dữ liệu và kết quả, cũng như tham khảo, hỗ trợ và giá cả Với nhiều lưu vực lớn (trên 100 km2) có thể được kết hợp hiệu quả với mô đun diễn toán để tính toán quá trình sóng lũ Sau khi cân nhắc nghiên cứu đã lựa chọn mô hình SWAT để thực hiện mục tiêu của đề tài [23, 24]

2.2.2 Tổng quan mô hình SWAT

Mô hình SWAT (Arnold và cộng sự, 2002) đã được chứng minh là một công

cụ hiệu quả để đánh giá tài nguyên nước và ô nhiễm với phạm vi lớn và các điều kiện môi trường trên toàn cầu Ở Mỹ, SWAT đang được sử dụng nhiều hơn để hỗ trợ phân tích tổng lượng tải lớn nhất ngày (Bo‐rah et al., 2006), nghiên cứu hiệu quả

của hoạt động bảo tồn thiên nhiên trong chương trình đánh giá hiệu quả bảo tồn thiên nhiên USDA (CEAP, 2007), thực hiện đánh giá cho các khu vực lớn như lưu vực thượng nguồn sông Mississippi và toàn bộ Mỹ (ví dụ Arnold và cộng sự, 1999a; Jha et al., 2006), và nhiều ứng dụng trong chất lượng nước, sử dụng nước

Xu hướng ứng dụng SWAT cũng tương tự ở Châu Âu và các khu vực khác, được chỉ ra ở số nghiên cứu đa dạng được đưa ra ở 4 hội nghị SWAT quốc tế trước

Mô hình SWAT được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mòn và việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông Mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở về mặt vật lý, bên cạnh đó kết hợp các phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa những biến đầu vào và đầu ra, mô hình yêu cầu thông tin về thời tiết, thuộc tính của đất, tài liệu địa hình, thảm phủ, và việc sử dụng đất trên lưu vực Những quá trình vật lý liên quan đến sự chuyển động nước, sự chuyển động bùn cát, quá trình canh tác, chu trình chất dinh dưỡng, … đều được mô tả trực tiếp trong mô hình SWAT qua việc sử dụng dữ liệu đầu vào này

Mô hình chia lưu vực ra làm các vùng hay các lưu vực nhỏ Phương pháp sử dụng các lưu vực nhỏ trong mô hình khi mô phỏng dòng chảy là rất tiện lợi khi mà các lưu vực này có đủ số liệu về sử dụng đất cũng như đặc tính của đất

Xét về toàn lưu vực thì mô hình SWAT là một mô hình phân bố Mô hình này chia dòng chảy thành 3 pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất (sát mặt, ngầm) và pha trong sông Việc mô tả các quá trình thuỷ văn được chia làm hai phần chính: phần thứ nhất là pha lưu vực với chu trình thuỷ văn kiểm soát khối lượng nước, bùn cát, chất hữu cơ và được chuyển tải tới các kênh chính của mỗi lưu vực Phần thứ hai là diễn toán dòng chảy, bùn cát, hàm lượng các chất hữu cơ tới hệ thống kênh và tới mặt cắt cửa ra của lưu vực [23, 24]

Các số liệu đầu vào và kết quả đầu ra của mô hình

a Các số liệu đầu vào của mô hình

Yêu cầu số liệu vào của mô hình được biểu diễn dưới hai dạng: dạng số liệu không gian và số liệu thuộc tính

 Số liệu không gian dưới dạng bản đồ bao gồm:

 Bản đồ độ cao số hóa DEM;

 Bản đồ sử dụng đất;

 Bản đồ loại đất;

 Bản đồ mạng lưới sông suối, hồ chứa trên lưu vực;