ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI

Những năm gần đây, Việt Nam luôn phấn đấu trở thành một nước đẹp trong mắt của bạn bè trên thế giới. Định hướng của Nhà nước xã hội chủ nghĩa Việt Nam thực hiện quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa. Tuy nhiên, phát triển kinh tế phải luôn gắn liền với bảo vệ môi trường bởi vì môi trường là nơi sống, là nguồn cung cấp thực phẩm, là nguồn dưỡng khí quan trọng cho con người và các loài động thực vật trên trái đất. Sự suy thoái lưu vực hiện đang là một hiện tượng đã và đang diễn ra trên toàn thế giới. Có rất nhiều nguyên nhân làm cho lưu vực suy thoái, nhưng quan trọng nhất là việc sử dụng không hợp lí tài nguyên. Hậu quả của sự suy thoái lưu vực là những trận lũ lụt, môi trường bị tác động xấu gây ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế xã hội của người dân trong vùng. Ngoài ra, sự suy thoái lưu vực ảnh hưởng lớn đến hiện tượng biến đổi khí hậu như trong một báo cáo gần đây về sự thay đổi lớp phủ thực vật toàn cầu của hai chương trình nghiên cứu mang tên “Chương trình địa quyển và sinh quyển quốc tế (International Geosphere – Biosphere Programme, IGBP) và “Chương trình về tác động của con người trong sự biến đổi môi trường toàn cầu (Human Dimension of Global Environmental Change Programme, HDP – 1993 )”. Lưu vực sông Đồng Nai là lưu vực lớn nhất ở khu vực miền Đông Nam Bộ, trải rộng qua 12 tỉnh thành. Với vai trò quan trọng, lưu vực sông Đồng Nai là nguồn cung cấp nước chính cho các trung tâm kinh tế, công nghiệp, trung tâm văn hóa của cả nước nói chung và miền Nam nói riêng như: Bình Dương, Đồng Nai, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu và Thành phố Hồ Chí Minh. Đặc thù của sông Đồng Nai là rất nhiều khu công nghiệp nằm trải dọc, ngoài ra diện tích nông nghiệp ở khu vực này còn rất lớn. Nước thải công nghiệp chưa qua xử lí, nước thải sinh hoạt, phân bón và thuốc trừ sâu… là nguyên nhân gây ra sự giảm sút chất lượng nước trên lưu vực. Đặc biệt, nước sông Đồng Nai sau khi qua xử lí nguồn nước chính để cung cấp phục vụ nhu cầu ăn uống, sinh hoạt cho phần lớn thành phố Hồ Chí Minh – là thành phố có số dân đông nhất cả nước. Chính vì vậy, chất lượng nước sông Đồng Nai là một vấn đề cấp bách , thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học, nhiều cuộc hội thảo khoa học diễn ra nhằm tìm ra bản chất của vấn đề từ đó đề ra những phương pháp giải quyết. Hệ thống thông tin địa lí (GIS Geographic Information System) là công nghệ mới, nó xâm nhập vào Việt Nam trong những thập niên 90 của thế kỉ trước và thực sự phát triển mạnh trong khoảng 5 năm trở lại đây. Trong bối cảnh phát triển như Việt Nam hiện nay, việc từng bước ứng dụng GIS vào hoạt động quy hoạch, quản lí và giám sát trong lĩnh vực tài nguyên môi trường là rất cần thiết. Mô hình Đánh giá chất lượng nước và đất (SWAT Soil and Water Assessment Tool) là một bộ phận của hệ thống GIS. Mô hình SWAT được xây dựng nhằm đánh giá và dự báo những ảnh hưởng của việc quản lí đất tác động lên thành phần nước, địa chất, sản lượng nông nghiệp trên lưu vực rộng lớn và phức tạp trong khoảng thời gian dài. Với những lí do trên, được sự chấp thuận của Bộ môn Công nghệ môi trường thuộc khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm – trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT đánh giá và dự báo chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai”

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA: CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ MƠ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI GVHD : TS NGUYỄN KIM LỢI SVTH : MSSV : NGUYỄN HÀ TRANG 04115046 TP HỒ CHÍ MINH, 01 – 2009 i MỤC LỤC CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP Trang 1.1 Lí lựa chọn đề tài ………………………………………………………2 1.2 Giới hạn đề tài 1.3 Mục tiêu – nhiệm vụ đề tài 1.4 Phương pháp luận ……………………………………………………………3 ……………………………………………3 ………………………………………………………4 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm lưu vực sông Đồng Nai 2.1.1 Điều kiện tự nhiên 2.1.1.1 Địa hình 2.1.1.2 Thủy văn …………………………………………6 …………………………………………………………6 ……………………………………………………………………7 …………………………………………………………………8 2.1.1.3 Thực vật ……………………………………………………………………11 2.1.1.4 Khí hậu ……………………………………………………………………11 2.1.1.5 Tài nguyên nước mặt ………………………………………………………14 2.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội ……………………………………………………14 2.1.2.1 Dân số – Phân bố dân cư …………………………………………………15 2.1.2.2 Kinh tế 2.1.3 ……………………………………………………………………16 Quan trắc môi trường ………………………………………………………17 2.1.3.1 Các Trạm quan trắc phân tích mơi trường quốc gia ……………………20 2.1.3.2 Chương trình quan trắc địa phương ………………………………………20 2.2 Đặc điểm tỉnh Đồng Nai …………………………………………………23 2.2.1 Vị trí địa lí …………………………………………………………………23 2.2.2 Điều kiện tự nhiên …………………………………………………………24 2.2.2.1 Địa hình ……………………………………………………………………24 2.2.2.2 Đất đai ………………………………………………………………………25 2.2.2.3 Khí hậu ……………………………………………………………………26 2.2.2.4 Tài nguyên nước ……………………………………………………………27 2.2.2.5 Tài nguyên rừng ……………………………………………………………28 iv 2.2.3 Điều kiện kinh tế - xã hội …………………………………………………29 2.2.3.1 Dân số ……………………………………………………………………29 2.2.3.2 Kinh tế …………………………………………………………………29 2.3 Khu vực nghiên cứu ……………………………………………………31 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3.1 Tổng quan hệ thống thông tin địa lí(GIS) …………………………………33 3.1.1 Định nghĩa 3.1.2 Các thành phần GIS 3.1.3 Nhiệm vụ GIS 3.1.4 Dạng liệu GIS ………………………………………………………………33 …………………………………………………33 ………………………………………………………33 3.1.4.1 Dữ liệu không gian ……………………………………………………34 ………………………………………………………34 3.1.4.2 Dữ liệu phi không gian ……………………………………………………36 3.2 Tổng quan mơ hình SWAT ………………………………………………37 3.2.1 Lịch sử phát triển mơ hình SWAT 3.2.2 Giới thiệu mơ hình SWAT ………………………………………37 ……………………………………………40 3.2.2.1 Chu trình thủy văn nước ngầm ……………………………………………41 3.2.2.2 Chu trình nước hệ thống sơng ……………………………………48 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Thu thập xử lí số liệu 4.1.1 Một số khái niệm …………………………………………………51 …………………………………………………………51 4.1.1.1 Khái niệm lưu vực (Watershed, River basin, Catchment) …………………51 4.1.1.2 Tiểu lưu vực (Subbasin) …………………………………………………52 4.1.1.3 Đơn vị thủy văn (Hydrologic Response Unit - HRU) 4.1.2 Tổng quan cấu trúc file liệu đầu vào SWAT 4.1.3 Dữ liệu đất Đồng Nai ……………………52 …………………53 ……………………………………………………56 4.1.3.1 Các thông số đất sử dụng SWAT ………………………………56 4.1.3.2 Số liệu thơ …………………………………………………………………62 4.1.3.3 Xử lí số liệu đất ……………………………………………………………65 4.1.3.4 Kết sau q trình xử lí …………………………………………………68 4.1.3.5 Cấu trúc file liệu đất SWAT v ……………………………………69 4.1.4 Dữ liệu địa hình ……………………………………………………………70 4.1.4.1 Dữ liệu thơ ………………………………………………………………71 4.1.4.2 Qui trình xử lí liệu địa hình ……………………………………………72 4.1.4.3 Kết sau xử lí liệu 4.1.5 ……………………………………………74 Dữ liệu thời tiết tỉnh Đồng Nai ……………………………………………75 4.1.5.1 Cơ sở liệu (Database) …………………………………………………76 4.1.5.2 File liệu Weather Generator 4.1.5.3 File liệu mưa (Rainfall) 4.1.5.4 File liệu nhiệt độ 4.1.6 …………………………………………77 ………………………………………………78 ………………………………………………………79 Dữ liệu sử dụng đất tỉnh Đồng Nai ………………………………………81 4.1.6.1 Số liệu thơ …………………………………………………………………81 4.1.6.2 Xử lí liệu sử dụng đất …………………………………………………83 4.1.6.3 Kết sau xử lí liệu ………………………………………………87 4.1.6.4 Cấu trúc file liệu sử dụng đất …………………………………………87 4.2 Tiến trình thực ArcSWAT ……………………………………88 4.2.1 Giới thiệu chung 4.2.2 Khởi động ArcSWAT 4.2.3 Tạo Project ………………………………………………………89 4.2.4 Định nghĩa lưu vực nghiên cứu …………………………………………………………88 ……………………………………………………88 …………………………………………90 4.2.4.1 Thiết lập Bản đồ mơ hình số độ cao (DEM Setup) ………………………90 4.2.4.2 Định nghĩa hệ thống sông …………………………………………………91 4.2.4.3 Định nghĩa điểm đổ nước vào/ điểm đổ nước (outlet/ inlet) …………91 4.2.4.4 Lựa chọn định nghĩa điểm đổ nước lưu vực ……………………92 4.2.4.5 Mơ hình số lượng tiểu lưu vực ……………………………………………92 4.2.5 Phân tích HRUs ……………………92 4.2.6 Ghi chép bảng liệu đầu vào (Write Input Tables) ……………………94 4.2.7 Chỉnh sửa liệu đầu vào SWAT ……………………………………95 4.2.8 Chạy mơ hình SWAT ……………………………………………………95 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1 Phạm vi nghiên cứu ……………………………………………………99 vi 5.2 5.2.1 Hiện trạng chất lượng môi trường khu vực nghiên cứu giai đoạn 1998 – 2003 (Kết kịch 1) ……………………………………100 Dữ liệu đầu cửa lưu vực ……………………………………100 5.2.1.1 Lưu lượng dòng cửa lưu vực (FLOW_OUT) …………………100 5.2.1.2 Tổng lượng NO3 cửa lưu vực (NO3_OUT) ……………………103 5.2.1.3 Tổng lượng P cửa lưu vực (P_OUT) ……………………………106 5.2.1.4 Tổng lượng đất bồi lắng (SED_OUT) ……………………………………108 5.2.2 Dữ liệu đầu mơ hình cửa xả tiểu lưu vực …………………110 5.2.3 Xác định độ tin cậy mơ hình ………………………………………………111 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 6.1 Kết luận …………………………………………………………………118 6.2 Đề xuất ……………………………………………………………………119 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ARS : Agricultural Research Service C : Clay CL : Clay Loam CREAMS2 : Chemicals, Runoff and Erosion from Agricultural Management DEM : Digital Elevation Model ĐBSCL : Đồng sông Cửu Long ĐN : Đồng Nai EPIC : Erosion Productivity Impact Calculator GIS : Geographic Information System GLEAMS : Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems HRU : Hydrologic Response Units HUMUS : Hydrologic Unit Model for the United States KCN : Khu công nghiệp L : Loam LS : Loamy Sand LU : Landuse LULC : Landuse and Landcover MUSLE : Modified Universal Soil Loss Equation NRCS : U.S Natural Resource Conservation Service ROTO : Routing Outputs to Outlet S : Sand SC : Sandy Clay SCL : Sandy Clay Loam SED_OUT : Modeled Sediment Load at the Outlet of A Subbasin Si : Silt SiC : Silty Clay SiCL : Silty Clay Loam SiL : Silty Loam xiv SL : Sandy Loam SOL_AWC : Soil Available Water Capacity (mm H2O/mm soil) SOL_BD : Soil Bulk Density (mg/m3) SOL_CBN : Organic Carbon Content (% soil weight) SOL_CRK : Potential or Maximum Crack Volume of the Soil Profile Expressed As A Fraction of the Total Soil Volume (%) SOL_K : Saturated Hydraulic Conductivity (mm/h) SOL_Z : Depth From Soil Surface to Bottom of Layer (mm) SOL_ZMX : Maximum Rooting Depth of Soil Profile (mm) SWAT : Soil Water Assessment Tool SWRRB1 : Simulator for Water Resources in Rural Basins Systems TIN : Triangulated Irregular Network (Bernhanrdsen, 1999) USDA : United States Department of Agriculture UTM : Universal Transverse Mercator xv Chương1: Dẫn nhập GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI CHƯƠNG DẪN NHẬP Chương1: Dẫn nhập GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 LÍ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Những năm gần đây, Việt Nam phấn đấu trở thành nước đẹp mắt bạn bè giới Định hướng Nhà nước xã hội chủ nghĩa Việt Nam thực q trình cơng nghiệp hóa đại hóa Tuy nhiên, phát triển kinh tế phải ln gắn liền với bảo vệ mơi trường mơi trường nơi sống, nguồn cung cấp thực phẩm, nguồn dưỡng khí quan trọng cho người loài động thực vật trái đất Sự suy thoái lưu vực tượng diễn tồn giới Có nhiều nguyên nhân làm cho lưu vực suy thoái, quan trọng việc sử dụng khơng hợp lí tài nguyên Hậu suy thoái lưu vực trận lũ lụt, môi trường bị tác động xấu gây ảnh hưởng lớn đến kinh tế xã hội người dân vùng Ngoài ra, suy thoái lưu vực ảnh hưởng lớn đến tượng biến đổi khí hậu báo cáo gần thay đổi lớp phủ thực vật toàn cầu hai chương trình nghiên cứu mang tên “Chương trình địa sinh quốc tế (International Geosphere – Biosphere Programme, IGBP) “Chương trình tác động người biến đổi mơi trường tồn cầu (Human Dimension of Global Environmental Change Programme, HDP – 1993 )” Lưu vực sông Đồng Nai lưu vực lớn khu vực miền Đông Nam Bộ, trải rộng qua 12 tỉnh/ thành Với vai trò quan trọng, lưu vực sơng Đồng Nai nguồn cung cấp nước cho trung tâm kinh tế, công nghiệp, trung tâm văn hóa nước nói chung miền Nam nói riêng như: Bình Dương, Đồng Nai, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu Thành phố Hồ Chí Minh Đặc thù sông Đồng Nai nhiều khu cơng nghiệp nằm trải dọc, ngồi diện tích nơng nghiệp khu vực lớn Nước thải cơng nghiệp chưa qua xử lí, nước thải sinh hoạt, phân bón thuốc trừ sâu… nguyên nhân gây giảm sút chất lượng nước lưu vực Đặc biệt, nước sông Đồng Nai sau qua xử lí nguồn nước để cung cấp phục vụ nhu cầu ăn uống, sinh hoạt cho phần lớn thành phố Hồ Chí Minh – thành phố có số dân đơng nước Chính vậy, chất lượng nước sông Đồng Nai vấn đề cấp bách , Chương1: Dẫn nhập GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu nhà khoa học, nhiều hội thảo khoa học diễn nhằm tìm chất vấn đề từ đề phương pháp giải Hệ thống thông tin địa lí (GIS - Geographic Information System) cơng nghệ mới, xâm nhập vào Việt Nam thập niên 90 kỉ trước thực phát triển mạnh khoảng năm trở lại Trong bối cảnh phát triển Việt Nam nay, việc bước ứng dụng GIS vào hoạt động quy hoạch, quản lí giám sát lĩnh vực tài ngun mơi trường cần thiết Mơ hình Đánh giá chất lượng nước đất (SWAT - Soil and Water Assessment Tool) phận hệ thống GIS Mơ hình SWAT xây dựng nhằm đánh giá dự báo ảnh hưởng việc quản lí đất tác động lên thành phần nước, địa chất, sản lượng nông nghiệp lưu vực rộng lớn phức tạp khoảng thời gian dài Với lí trên, chấp thuận Bộ môn Công nghệ mơi trường thuộc khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm – trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, lựa chọn thực đề tài nghiên cứu “Ứng dụng cơng nghệ GIS mơ hình SWAT đánh giá dự báo chất lượng nước lưu vực sơng Đồng Nai” 1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Vì thời gian nguồn lực thực có hạn nên đề tài ứng dụng cơng nghệ GIS mơ hình SWAT để đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai, đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Đồng Nai 1.3 MỤC TIÊU - NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Với mục tiêu nghiên cứu đánh giá chất lượng môi trường lưu vực sông Đồng Nai, đoạn thuộc ranh giới tỉnh Đồng Nai thơng qua mơ hình SWAT Chi tiết mục tiêu nghiên cứu sau: - Tìm hiểu sử dụng thành thạo chương trình phần mềm GIS hỗ trợ như: Mapinfo, Arcview 3.3, ArcGIS, ArcSWAT, SWATplot… - Tìm hiểu mơ hình SWAT khả ứng dụng mơ hình SWAT Việt Nam - Ứng dụng mơ hình SWAT đánh giá lưu lượng dịng chảy, chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai Chương5: Thu thập xử lí số liệu GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI Hình 5.30: Đồ thị xác định độ tin cậy mơ hình (P) Bảng 5.4: Bảng kết phân tích độ tin cậy mơ hình (P) Dependent variable: P TONG_OUT (Est) (kg) Parameter Estimate Standard error Constant 0.0458934 0.017 P TONG (Obs) -0.33143 0.199593 Analysis of variable T statistic 2.69961 -1.66053 Source Sum of squares Df Mean square Model Residual Total 0.00103255 0.00337024 10 0.00103255 2.76 0.000374471 R_squared = 23.4522% R_squared (adjusted for Df) = 14.9468% Standard error Est = 0.0193512 Mean absolute error = 0.0156621 Durbin – Watson statistic = 0.874165 P(est) = 0.0458934 – 0.33143*obs 114 Fratio p - value 0.0244 0.1312 P value 0.1312 Chương5: Thu thập xử lí số liệu GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI Hình 5.31: Đồ thị xác định độ tin cậy mơ hình (NO3) Bảng 5.5: Bảng kết phân tích độ tin cậy mơ hình (NO3) Dependent variable: P TONG_OUT (Est) (kg) Parameter Estimate Standard error Constant 0.0884808 0.123398 P TONG (Obs) 0.4058 0.329891 Analysis of variable T statistic 0.717036 1.2301 p - value 0.4851 0.2389 Source Sum of squares Df Mean square Fratio P value Model Residual Total 0.0674245 0.623825 14 15 0.0674245 0.044559 1.51 0.2389 R_squared = 9.754% R_squared (adjusted for Df) = 3.30786% Standard error Est = 0.21109 Mean absolute error = 0.168865 Durbin – Watson statistic = 1.71046 NO3 (est) = 0.0884808 + 0.4058*obs Nhận xét Độ tin cậy mơ hình khơng cao ngun nhân sau: - Mơ hình SWAT mơ chi tiết cho loại trồng, loại hình sử dụng đất, mức độ chi tiết đồ trạng sử dụng đất mà đề tài sử dụng chưa cao 115 Chương5: Thu thập xử lí số liệu - GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI Do điều kiện kinh phí có hạn, đề tài tiến hành thu thập mẫu tiến hành thí nghiệm để xác định thơng số đất Việc sử dụng bảng tra gây sai số lớn - Mơ hình SWAT mơ hình tích hợp, sử dụng kế thừa nhiều mơ hình trước 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 thiếu, lại rải rác gây khó khăn q trình nghiên cứu - Mơ hình SWAT Bộ Nơng Nghiệp Hoa Kì kết hợp với số trung tâm, trường đại học xây dựng phát triển dựa điều kiện tự nhiên canh tác Mỹ, nên trình sử dụng nảy sinh số vấn đề chưa tương thích với điều kiện Việt Nam 116 Chương6: Kết luận – Đề xuất GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI CHƯƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 117 Chương6: Kết luận – Đề xuất GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 6.1 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, đề tài thực nội dung sau: - Kết hợp nhuần nhuyễn công cụ hệ thống thơng tin địa lí GIS (Arcview, Mapinfo, ArcGIS…) - Tìm hiểu phương pháp luận áp dụng mơ hình SWAT vào thực tiễn lưu vực sông Đồng Nai - Xác định số nguyên nhân dẫn đến sai số lớn ứng dụng mơ hình SWAT vào thực tế - Khảo sát mối quan hệ chặt chẽ lưu lượng dòng chảy, NO3 _ N, P lượng bồi lắng thông qua đồ thị trực quan Mơ hình SWAT mơ hình tích hợp, mơ q trình diễn môi trường đất nước SWAT xem xét nhiều mối quan hệ, nhiều biến giải tốn mơi trường Điều giúp người sử dụng đánh giá chất lượng nước đất thời gian dài khu vực rộng lớn phức tạp Đặc biệt, SWAT mơ lan truyền ô nhiễm điểm không điểm đất nước Mơ hình SWAT cơng cụ hỗ trợ đắc lực cho người định để thực toán quy hoạch, giúp dự báo ảnh hưởng mặt môi trườngkhi thay đổi quy hoạch sử dụng đất Tuy nhiên, SWAT mơ hình cịn nên sở liệu sẵn có chương trình chưa đáp ứng cho nhu cầu ứng dụng thực tiễn vào khu vực nước cụ thể Một vấn đề gặp phải sử dụng SWAT mơ hình địi hỏi cần hệ thống liệu đầu vào lớn, điều gây khó khăn cho việc nghiên cứu SWAT Việt Nam Hiện nay, nhà khoa học nước giới xây dựng hiệp hội người nghiên cứu sử dụng mơ hình SWAT Nhiệm vụ hiệp hội tạo điều kiện, hỗ trợ kinh phí lẫn cơng nghệ để xây dựng mạng lưới người sử dụng SWAT 118 Chương6: Kết luận – Đề xuất GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI nước, tiếp tục nghiên cứu xây dựng sở liệu phong phú hơn, cải tiến SWAT để phù hợp với đặc thù vùng quốc gia 6.2 ĐỀ XUẤT Kết nghiên cứu đề tài sở tảng cho nghiên cứu SWAT để khai thác hết lợi ích mà mơ hình mang lại Hướng phát triển đề tài là: nghiên cứu khả dự báo tương lai dựa liệu tập hợp khứ, khắc phục vấn đề gặp phải ứng dụng SWAT Việt Nam để nâng cao hiệu cho mơ hình 119 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1: Diện tích lưu vực chiều dài sơng ……………………….9 Bảng 2.2: Nhiệt độ trung bình tháng năm (0C) số nơi lưu vực sơng Đồng Nai – Sài Gịn ………………………………………………….12 Bảng 2.3: Phân bố dân cư theo địa giới hành tỉnh lưu vực sơng Sài Gịn - Đồng Nai……………………………………………… 16 Bảng 2.4: Vị trí điểm quan trắc nước tỉnh Đồng Nai ………………………20 Bảng 2.5: Vị trí điểm quan trắc nước tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu ……………22 Bảng 2.6: Diện tích loại rừng tỉnh Đồng Nai…………………………………29 Bảng 2.7: Các khu công nghiệp tỉnh Đồng Nai …………………………………30 Bảng 4.1: Dữ liệu đầu vào sử dụng SWAT …………………………………54 Bảng 4.2: Thông số đầu vào đất sử dụng SWAT ………………………56 Bảng 4.3: Bảng phân loại đất theo HYDGRP………………………………………57 Bảng 4.4: Bảng tra phân loại đất theo HYDGRP …………………………………58 Bảng 4.5: Bảng kí hiệu kết cấu đất …………………………………………………58 Bảng 4.6: Bảng phân loại nguyên tố học đất độ lớn …………………59 Bảng 4.7: Các loại đất Đồng Nai …………………………………………………64 Bảng 4.8: Các thơng số vật lí hóa học tương ứng với loại đất bảng 4.3 …………………………………………………64 Bảng 4.9: Bảng tra SOL_AWC theo texture % CBN ( < 0.5 % CBN) …………66 Bảng 4.10: Bảng tra SOL_AWC theo texture % CBN (0.5 – % CBN) ………67 Bảng 4.11: Bảng tra SOL_AWC theo Texture % CBN ( > % CBN) …………67 Bảng 4.12: Bảng tra Ksat theo Texture ………………………………………………67 Bảng 4.13: Bảng tra USLE_K theo Texture ………………………………………68 Bảng 4.14: Bảng tổng hợp số liệu bốn thông số: HYDGRP, SOL_AWC, Ksat USLE_K ………………………………………………………………68 Bảng 4.15: Định dạng bảng file liệu Weather Generator …………………77 Bảng 4.16: Định dạng bảng file khai báo thông tin chung trạm đo mưa ………………………………………………………78 xii Bảng 4.17: Định dạng bảng file liệu mưa theo ngày trạm ………79 Bảng 4.18: Định dạng bảng file khai báo thông tin chung trạm đo nhiệt độ …………………………………………………………79 Bảng 4.19: Định dạng bảng file liệu mưa theo ngày trạm ………80 Bảng 4.20: Các hình thức sử dụng đất tỉnh Đồng Nai ……………………………83 Bảng 4.21: Bảng tra code Landuse SWAT_từng loại trồng ……………84 Bảng 4.22: Bảng tra code Landuse SWAT_các hình thức che phủ chung ……86 Bảng 4.23: Bảng tra code Landuse SWAT_đất đô thị ………………………86 Bảng 4.24: Bảng mã hình thức sử dụng đất tỉnh Đồng Nai dùng SWAT ……87 Bảng 5.1: Bảng kết nồng độ NO3 (mg/l) sau chạy mơ hình (tính theo tháng) ………………………………………………………111 Bảng 5.2: Bảng kết nồng độ P (mg/l) sau chạy mơ hình (tính theo tháng) ………………………………………………………112 Bảng 5.3: Bảng kết quan trắc NO3, P ………………………………………112 Bảng 5.4: Bảng kết phân tích độ tin cậy mơ hình (P) ……………114 Bảng 5.5: Bảng kết phân tích độ tin cậy mơ hình (NO3)…………115 xiii DANH MỤC HÌNH Trang ………………………………………………4 Hình 1.1: Sơ đồ phương pháp luận Hình 2.1: Lưu vực hệ thống sơng Sài Gịn – Đồng Nai dải phụ cận ven biển Đơng ………………………………………………………6 Hình 2.2: Bản đồ mạng lưới quan trắc lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai ………19 Hình 2.3: Bản đồ quan trắc mơi trường nước lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai ……………………………………………………………19 Hình 2.4: Khu vực nghiên cứu Hình 2.5: Vị trí tiểu lưu vực thuộc khu vực nghiên cứu ………………………31 Hình 3.1: Các thành phần GIS Hình 3.2: Chồng lớp mơ hình vector raster ………………………………34 Hình 3.3: Số liệu vector biểu thị dạng điểm (Point) Hình 3.4: Số liệu vector biểu thị dạng đường …………………………35 Hình 3.5: Số liệu vector biểu thị dạng vùng (Polygon)…………………35 Hình 3.6: Mơ hình raster mơ tả đồ ……………………………………………36 Hình 3.7: Sơ đồ thành phần cấu thành SWAT ………………………………39 Hình 3.8: Lưu vực hồ Fork Bắc Texas …………………………………………41 Hình 3.9: Lưu vực hồ Fork Bắc Texas sau phân chia thành tiểu lưu vực …………………………………………………31 ………………………………………………33 …………………35 ……………………………………………………41 Hình 3.10: Chu trình nước pha đất …………………………………………41 Hình 3.11: Sơ đồ thuật tốn SWAT cho chu trình nước pha đất …………43 Hình 3.12: Sơ đồ chu trình nước SWAT ……………………………………44 Hình 3.13: Chu trình Nitơ sử dụng SWAT ……………………………46 Hình 3.14: Chu trình Photpho sử dụng SWAT …………………………47 Hình 3.15: Quá trình vận chuyển thuốc trừ sâu SWAT ………………………47 Hình 3.16: Chu trình nước hệ thống sơng ngịi ……………………………48 Hình 4.1: Lưu vực ………………………………………………………………52 Hình 4.2: Thành phần giới đất phân loại theo hình tam giác ………………59 viii Hình 4.3: Sơ đồ pha ……………………………………………………………60 Hình 4.4: Bản đồ đất năm 1998 tỉnh Đồng Nai Hình 4.5: Sơ đồ qui trình xử lí số liệu đất Hình 4.6: File SWAT2005 …………………………………………………………70 Hình 4.7: Bản đồ đường đồng mức tỉnh Đồng Nai Hình 4.8: Qui trình xử lí liệu địa hình ………………………………………72 Hình 4.9: Màn hình sau start Arcmap ………………………………………72 …………………………………63 ………………………………………66 …………………………71 Hình 4.10: Add Data ………………………………………………………………73 Hình 4.11: Bản đồ TIN ……………………………………………………………73 Hình 4.12: Bản đồ DEM …………………………………………………………74 Hình 4.13: Bản đồ DEM tỉnh Đồng Nai …………………………………………74 Hình 4.14: Sơ đồ cấu trúc tổng thể liệu thời tiết ………………………………75 Hình 4.15: Table userwgn …………………………………………………………76 Hình 4.16: Hệ thống file liệu thời tiết Đồng Nai …………………………77 Hình 4.17: Cấu trúc file wstationBH ………………………………………………77 Hình 4.18: Cấu trúc file pcpBH …………………………………………………78 Hình 4.19: Cấu trúc file liệu mưa theo ngày trạm 353 (hop01pcp) …………79 Hình 4.20: Cấu trúc file tmpBH …………………………………………………80 Hình 4.21: Cấu trúc file liệu nhiệt độ theo ngày trạm 353 (hop01tmp) ……………………………………………………………80 Hình 4.22: Bản đồ trạng sử dụng đất năm 1998 tỉnh Đồng Nai ………………82 Hình 4.23: Cấu trúc file mã sử dụng đất dùng SWAT ………………………87 Hình 4.24: Hộp thoại Extension …………………………………………………89 Hình 4.25: ArcSWAT Toolbar …………………………………………………89 Hình 4.26: Hộp thoại Project setup …………………………………………………89 Hình 4.27: Giao diện hộp thoại Watershed Delineation ……………………………90 Hình 4.28: Giao diện mục DEM …………………………………90 Hình 4.29: Giao diện mục Stream Definition …………………………………91 Hình 4.30: Giao diện mục Outlet and Inlet Definition …………………………91 Hình 4.31: Giao diện mục Watershed Outlets(s) Section and Definition ………92 ix Hình 4.32: Giao diện mục Calculation of Subbasin Parameters ………………92 Hình 4.33: Giao diện mục Land Use Data …………………………………………92 Hình 4.34: Giao diện mục Soil Data ………………………………………………93 Hình 4.35: Giao diện mục Slope ………………………………………………93 Hình 4.36: Giao diện mục HRU Defnition ……………………………………93 Hình 4.37: Qui trình thực Tab Write Input Table ……………………………94 Hình 4.38: Giao diện Tab Edit SWAT Input Hình 4.39: Giao diện mục Run SWAT …………………………………95 ………………………………………96 Hình 4.40: Giao diện mục lưu trữ kết sau chạy thành cơng mơ hình SWAT …………………………………………………………96 Hình 4.41: Kết kịch sau chạy thành cơng mơ hình SWAT ………97 Hình 5.1: Sơ đồ cấu trúc kịch mơ hình …………………………………99 Hình 5.2: Đồ thị lưu lượng dịng chảy cửa lưu vực năm 1998…………100 Hình 5.3: Đồ thị lưu lượng dòng chảy cửa lưu vực năm 1999…………101 Hình 5.4: Đồ thị lưu lượng dòng chảy cửa lưu vực năm 2000…………101 Hình 5.5: Đồ thị lưu lượng dịng chảy cửa lưu vực năm 2001…………101 Hình 5.6: Đồ thị lưu lượng dòng chảy cửa lưu vực năm 2002 ………102 Hình 5.7: Đồ thị lưu lượng dòng chảy cửa lưu vực năm 2003 ………102 Hình 5.8: Đồ thị tổng lượng NO3 cửa lưu vực năm 1998………………103 Hình 5.9: Đồ thị tổng lượng NO3 cửa lưu vực năm 1999………………104 Hình 5.10: Đồ thị tổng lượng NO3 cửa lưu vực năm 2000………………104 Hình 5.11: Đồ thị tổng lượng NO3 cửa lưu vực năm 2001………………104 Hình 5.12: Đồ thị tổng lượng NO3 cửa lưu vực năm 2002………………105 Hình 5.13: Đồ thị tổng lượng NO3 cửa lưu vực năm 2003………………105 Hình 5.14: Đồ thị tổng lượng P cửa lưu vực năm 1998 …………………106 Hình 5.15: Đồ thị tổng lượng P cửa lưu vực năm 1999 …………………106 Hình 5.16: Đồ thị tổng lượng P cửa lưu vực năm 2000 …………………106 Hình 5.17: Đồ thị tổng lượng P cửa lưu vực năm 2001 …………………107 Hình 5.18: Đồ thị tổng lượng P cửa lưu vực năm 2002 …………………107 Hình 5.19: Đồ thị tổng lượng P cửa lưu vực năm 2003 …………………107 x Hình 5.20: Đồ thị tổng lượng bồi lắng cửa lưu vực năm 1998 …………108 Hình 5.21: Đồ thị tổng lượng bồi lắng cửa lưu vực năm 1999 ………108 Hình 5.22: Đồ thị tổng lượng bồi lắng cửa lưu vực năm 2000 …………108 Hình 5.23: Đồ thị tổng lượng bồi lắng cửa lưu vực năm 2001 …………109 Hình 5.24: Đồ thị tổng lượng bồi lắng cửa lưu vực năm 2002 …………109 Hình 5.25: Đồ thị tổng lượng bồi lắng cửa lưu vực năm 2003 …………109 Hình 5.26: Đồ thị lưu lượng dịng cửa xả tiểu lưu vực 1998 – 2003 ……………………………………………………………110 Hình 5.27: Đồ thị tổng lượng bồi lắng cửa xả tiểu lưu vực 1998 – 2003 ……………………………………………………………110 Hình 5.28: Đồ thị tổng lượng NO3 cửa xả tiểu lưu vực 1998 – 2003…… 111 Hình 5.29: Đồ thị tổng lượng P cửa xả tiểu lưu vực 1998 – 2003 ………111 Hình 5.30: Đồ thị xác định độ tin cậy mơ hình (P) ……………………114 Hình 5.31: Đồ thị xác định độ tin cậy mơ hình (NO3) ………………115 xi TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Trình, Lê Quốc Hùng (2004) – Môi trường lưu vực sông Đồng Nai _ Sài Gòn – NXB Khoa học Kỹ thuật [2] TS Nguyễn Kim Lợi (2006) –Ứng dụng GIS quản lý tài nguyên thiên nhiện – NXB Nông nghiệp [3] TS Nguyễn Kim Lợi (2007) – Hệ thống thông tin địa lý phần mềm Arcview 3.3 – NXB Nông nghiệp [4] Phan Văn Tân (2003) – Các phương pháp thống kê khí hậu – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Trần Kông Tấu (2005) – Tài nguyên đất – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh [6] Jeff Arnold nnk (2008) – Soil and Water Assessment Tool (SWAT) Global Applications [7] Elif Bulut (2005) – Assessment of management policies for lake Uluabat Basin using AVSWAT – The degree of master of science in environmental engineering – Middle East Technical University [8] Ann van Griensven – Sensitivity, auto-calibration , uncertainty and model evaluation in SWAT2005 – a.vangriensven@unesco-ihe.org [9] S.L Neitsch nnk (2005) – Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation version 2005 – Grassland, Soil and Water research laboratory (Agricultural Research Service) Texas; Blackland research center (Texas Agricultural Experiment Station) [10] S.L Neitsch nnk (2004) – Input/ Output file documentation version 2005 [11] R Sirinivasan – ArcSWAT, ArcGIS Interface for Soil and Water Assessment Tool [12] M Winchell nnk (2007) – ArcSWAT Interface for SWAT 2005 (User’s Guide) xiv Website [13] http://www.mo10.nrcs.usda.gov/references/guides/properties/ – Guides For Editing Soil Properties last access – United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service [14] http://www.fao.org/docrep/r4082e/r4082e05.htm xv Lời cảm ơn Trong suốt q trình thực đồ án tốt nghiệp, em nhận giúp đỡ, bảo tận tình từ q Thầy Cơ Bộ môn Công nghệ môi trường – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Bộ môn Thông tin địa lí ứng dụng – Trường Đại học Nơng Lâm TP.HCM để em hồn thành tốt nhiệm vụ Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: ™ TS Nguyễn Kim Lợi: Chủ nhiệm Bộ mơn Thơng tin địa lí ứng dụng – Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM ™ Ths Trần Thống Nhất: Giảng viên Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM ™ Thầy Vũ Minh Tuấn: Giảng viên Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM ™ Cơ Hồng Thị Tuyết Nhung – Giảng viên Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Sinh viên thực Nguyễn Hà Trang iii ... báo chất lượng nước lưu vực sơng Đồng Nai? ?? 1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Vì thời gian nguồn lực thực có hạn nên đề tài ứng dụng cơng nghệ GIS mơ hình SWAT để đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai, ... giá lưu lượng dịng chảy, chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai Chương1: Dẫn nhập GVHD: TS NGUYỄN KIM LỢI 1.4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN Lưu vực sông Đồng Nai Đối tượng nghiên cứu Đánh giá dự báo chất lượng. .. Sông Đồng Nai chảy vào tỉnh Đồng Nai bậc địa hình thứ vùng trung lưu sông Đoạn từ ranh giới Đồng Nai - Lâm Đồng đến cửa sông Bé Tân Uyên sông chảy theo hướng Tây Bắc – Đơng Nam Địa hình lưu vực