Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá lưu lượng dòng chảy và bồi lắng tại lưu vực sông krong ana

Sựsuy thoái lưu vực là một vấn đề đã và đang được quan tâm rất nhiều trên toàn thế giới.Có nhiều nguyên nhân làm cho lưu vực bịsuy thoái, trong đó việc thay đổi sửdụng đất, địa hình dốc, thảm che phủthấp là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng lớn đến lưu vực. Hậu quảcủa sựsuy thoái này là những trận lũlụt, sạt lở đất, bồi lắng dòng chảy, môi trường bịtác động gây ảnh hưởng rất lớn đến kinh tếxã hội của cộng đồng người dân trong lưu vực trong cả nước Trong những năm gần đây, cùng với sựphát triển kinh tếxã hội và sựgia tăng dân số một cách nhanh chóng trên lực sông Krong Ana đã dẫn đến hiện tượng xói mòn đất xảy ra nhanh do đất rừng bịphá làm cho mật độche phủgiảm, lũlụt thường xuyên,.. Đểgiải quyết những vấn đềtrong việc quản lý lưu vực, việc nghiên cứu các phương pháp, công cụtính toán có độchính xác cao để đánh giá đất và nước tại lưu vực bằng phương pháp mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) trong quản lý lưu vực sông những năm gần đây là điều cần thiết, đáp ứng yêu cầu phát triển của thếgiới. Từthực tiễn đó, tác giảtiến hành thực hiện đềtài: “Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá lưu lượng dòng chảy và xói mòn đất cho lưu vực sông Krong Ana, tỉnh Đắklắk” Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá lưulượng dòng chảy và lượng xói mòn đất bằng mô hình SWAT cho lưu vực Sông Krong Ana. Chi tiết mục tiêu nghiên cứu nhưsau: • Xây dựng cơsởdữliệu cho mô hình SWAT • Chạy mô hình và đánh giá kết quảlưu lượng dòng chảy và lượng xói mòn đất trên lưu vực nghiên cứu

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY VÀ BỒI LẮNG TẠI LƯU VỰC SÔNG KRONG ANA ASSESSMENT OF WATER DISCHARGE AND SEDIMENT YIELD IN KRONG ANA WATERSHEDUSING SWAT Nguyễn Thị Tịnh Ấu, Khoa ĐT Chất lượng cao - Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM ABSTRACT The water supply issues in Vietnam are especially acute in the watershed area whereunexpected drought, soil erosion, nonpoint source pollution, reservoir eutrophication, andinappropriate development for stock farming or recreation have continuously lowered theessential level of water quality and quantity. On the other hand, the rapid increase ofpopulation and the driving force of economic growth further accelerate the need for variousland uses within the watershed. To contemplate the scope of such problems, as experienced inmany other developing countries, the efforts of pursuing integrated optimal planning toachieve the sustainable uses of these watershed resources becomes critical. Many studies havebeen made of multi-objective land-use planning under various conditions, such as thoseapplied in an industrial complex, a watershed. However, very few of them focus on theevaluation of the optimal balance between economic development and environmental qualitywithin a watershed.This study was applied SWAT Model and GIS technique to assess water quality, waterdischarge and sediment yield in Krong Ana watershed. Keywords: Krong Ana, watershed, SWAT 1. ĐặT VấN Đề 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Sự suy thoái lưu vực là một vấn đề đã và đang được quan tâm rất nhiều trên toàn thế giới.Có nhiều nguyên nhân làm cho lưu vực bị suy thoái, trong đó việc thay đổi sử dụng đất, địa hình dốc, thảm che phủ thấp là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng lớn đến lưu vực. Hậu quả của sự suy thoái này là những trận lũ lụt, s ạt lở đất, bồi lắng dòng chảy, môi trường bị tác động gây ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế xã hội của cộng đồng người dân trong lưu vực trong cả nước Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế xã hội và sự gia tăng dân số một cách nhanh chóng trên lực sông Krong Ana đã dẫn đến hiện tượng xói mòn đất xảy ra nhanh do đất rừng bị phá làm cho mật độ che phủ giảm, lũ lụt thường xuyên, Để giải quyết những vấn đề trong việc quản lý lưu vực, việc nghiên cứu các phương pháp, công cụ tính toán có độ chính xác cao để đánh giá đất và nước tại lưu vực bằng phương pháp mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) trong quản lý lưu vực sông những năm gần đây là điều cần thiết, đáp ứng yêu cầu phát triển của thế giới. Từ thực tiễn đó, tác giả tiến hành thực hiện đề tài: “Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá lưu lượng dòng chảy và xói mòn đất cho lưu vực sông Krong Ana, tỉnh Đắklắk” 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá lưulượng dòng chảy và lượng xói mòn đất bằng mô hình SWAT cho lưu vực Sông Krong Ana. Chi tiết mục tiêu nghiên cứu như sau: • Xây dựng cơ sở dữ liệu cho mô hình SWAT • Chạy mô hình và đánh giá kết quả lưu lượng dòng chảy và lượng xói mòn đất trên lưu vực nghiên cứu • Đề tài giới hạn phạm vi trên lưu vực phía Nam sông Krông Ana và không xét đến ảnh hưởng của các hoạt động khai thác tài nguyên trên lưu vực nghiên cứu. Thời gian mô phỏng từ năm 2010 đến 2011 2. ĐặC ĐIểM KHU VựC NGHIÊN CứU Lưu vực sông Krông Ana thuộc tỉnh Đắk Lắk là vùng đầu nguồn của lưu vực sông Srêpok trong hệ thống lưu vực sông Mê Kông. Vùng lưu vực nghiên cứu này có diện tích khoảng 171.672,8ha. Địa hình khá phức tạp, bị chia cắt mạnh, độ cao trung bình 600m, độ dốc cao và thấp dần từ phía Đông Bắc sang Tây Nam Chế độ nhiệt độ của vùng hầu như không có mùa lạnh với một nền nhiệt độ đồng đều, chênh lệch nhiệt độ giữa các tháng không cao. Nhiệt độ trung bình năm là 23,7 0 C. Nhiệt độ cao nhất trong năm là 35,9 0 C và thấp nhất 14 0 C. Các tháng lạnh nhất là tháng XII và I với khoảng 21 0 C, các tháng nóng nhất là tháng IV – tháng VI với khoảng 25– 26 0 C Do đặc điểm địa hình và vị trí địa lý của khu vực nghiên cứu, hàng năm phân thành 2 mùa khô và mưa tương phản sâu sắc. Mùa mưa kéo dài 6 tháng từ tháng V – X tương ứng với thời kỳ xuất hiện của gió mùa tây nam hoạt động. Tổng lượng mưa trong mùa khoảng 75-85% lượng mưa năm, nhất là trong tháng VIII và IX là tháng có lượng mưa lớn nhất đạt trên 200mm/tháng ở những vùng mưa trung bình, và 300-400mm/tháng ở những nơi có mưa nhiều. Lượng mưa tháng lớn nhất xảy ra tháng VII chiếm 15 ÷ 20% lượng mưa cả năm Hình 1: Bản đồ địa hình của khu vực nghiên cứu Do đặc trưng về khí hậu, địa hình, độ dốc, tài nguyên đất nên thảm thực vật của vùng lưu vực nghiên cứu rất đa dạng và phức tạp. Bên cạnh đó, Vườn quốc gia Chư Yang Sin nằm hoàn toàn trong khu vực nghiên cứu, có diện tích 58.947ha chiếm 34,34% diện tích lư u vực, vì vậy thảm thực vật cũng phân hoá đa dạng và phong phú khác nhau 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU 3.1 Phương pháp đánh giá lưu lượng dòng chảy và bồi lắng Cách tiếp cận đánh giá lưu lượng dòng chảy và bồi lắng lưu vực sông Srêpôk dựa trên mô hình SWATđược thể hiện như Hình 2. Theo đó, tiến trình thực hiện bao gồm các bước chính là phân địnhlưu vực, phân tích đơn vị thủy văn, ghi chép dữ liệu đầu vào, chạy mô hình, hiệu chỉnh mô hình và đánh giá kết quả. Hình 2.Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 3.2 Vật liệu nghiên cứu Trên c ơ sở bản đồ địa hình, toạ độ địa lý các trạm khí tượng, thuỷ văn, đề tài đã sử dụng các phần mềm ArcGIS 9.3, MapInfo, SWAT 2.3.4 tiến hành số hoá để tạo các bản đồ DEM, bản đồ phân loại đất, sử dụng đất, thảm phủ, mạng lưới sông suối và các trạm khí tượng - thuỷ văn làm dữ liệu cơ sở cho phần mềm SWAT. Đề tài đã sử dụng số liệu khí tượng ngày của 2 trạm khí tượng Lak và Giang Sơn trên lưu vực và 1 trạm thủy văn Giang Sơn để xây dựng cơ sở dự liệu. 4. KếT QUả NGHIÊN CứU Dữ liệu đầu ra của SWAT cung cấp rất nhiều thông số: tổng khối lượng NO 3 (vào/ra), tổng khối lượng NO 2 (vào/ra), tổng khối lượng NH 4 (vào/ra), tổng khối lượng P (vào/ra), lưu Mụctiêuđánh Thuthậ p và xử B ả n  đ ồ  đ ị a  B ả n  đ ồ  s ử  B ả n  đ ồ th ổ D ữ li ệ u  Xửlý Xácđịnh Định Tính Ch ồ nglớp Định Ghichép Chạymô Ph â n đ ị nh Phântích đ ị Kếtquảlưu Ti ể u l ư u Đơn lượng dòng vào/ra, tổng khối lượng đất bồi lắng (vào/ra), tổng lượng phân bón (vào/ra), tổng lượng thuốc trừ sâu (vào/ra)… Tác giả chỉ lựa chọn một số thông số để xem xét phục vụ cho đề tài, như lưu lượng dòng chày bề mặt, lượng bồi lắng,…. Hình 3 và 4 cho thấy mùa mưa nơi tập trung nhiều từ tháng sáu đến hết tháng mười, đỉnh điểm thường vào tháng 8 hoặc tháng 10.Lượng mưa là một trong những yếu tố quyết định đến chế độ thủy văn của lưu vực. Khí hậu lưu vực có hai mùa chính (mùa mưa và mùa khô) nên chế độ dòng chảy ở lưu vực cũng hình thành hai chế độ tương ứng: chế độ dòng chảy mùa mưa và chế độ dòng chảy mùa kiệt. Lưu lượng dòng chảy bề mặt phụ thuộc vào lượng mưa có trong lưu vực nghiên cứu. Lượng mưa ban đầu hoàn toàn không sinh dòng chảy, khi cường độ mưa tiếp tăng dần thì trên mặt đất sẽ bắt đầu xuất hiện dòng chảy bề mặt. Hàm lượng đất bồi lắng phụ thuộc vào lượng mưa và lưu lượng dòng chảy, sự biểu diễn của hai đồ thị lưu lượng dòng chảy hình 3, 4 và hàm lượng bồi lắng hình 5, 6 tại cùng thời điểm tuân theo qui luật tương tự nhau. Lượng bối lắng tăng lên đột ngột vào những năm có mưa lũ và giảm xuống nhanh vào mùa kiệt là do thảm phủ rừng giảm nhanh, không giữ nước trên bề mặt dòng chảy được. Lượng đất xói mòn/ bồi lắng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước và đất.Hàm lượng bồi lắng càng lớn tương ứng với lượng đất xói mòn càng cao và chất lượng nước càng giảm.Khi bị mất lớp bề mặt, đất trở nên cằn cỗi thiếu dinh dưỡng để canh tác, dẫn tới chi phí sản xuất tăng cao để có thể canh tác mà năng suất không cao. Hình 3 : Đồ thị lượng nước mặt tại cửa ra của lưu vực nghiên cứu năm 2010 Hình 4 : Đồ thị lượng nước mặt tại cửa ra của lưu vực nghiên cứu năm 2011 Datasets: 2011 Datasets: 2010 Hình 5 : Đồ thị lượng xói mòn tại cửa ra của lưu vực nghiên cứu năm 2010 Datasets: 2010 Datasets: 2011 Hình 6 : Đồ thị lượng xói mòn tại cửa ra của lưu vực nghiên cứu năm 2011 5. KếT LUậN VÀ KIếN NGHị 5.1 Kết luận Nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng lưu lượng dòng chảy và bồi lắng lưu vực sông Krong Ana trong khoảng thời gian hai năm 2010 và 2011. Dựa trên kết quả môphỏng trong SWAT, hai thông sốlưu lượng dòng chày bề mặt, lượng bồi lắng được xem xét, đánh giá cho lưu vực và kết quả cho thấy lượng dòng chảy nước trên lưu vực có quan hệ chặt chẽ với độ che phủ của rừng. Với độ che phủ năm 2011 giảm 1444.86ha so với năm 2010 để chuyển sang các loại hình sử dụng khác như nông nghiệp, đất phi nông nghiệp thì: lưu lượng trung bình lớn nhất và nhỏ nhất ngày tăng. Lượng bối lắng tăng lên đột ngột vào những năm có mưa lũ và giảm xuống nhanh vào mùa kiệt là do thảm phủ rừng giảm nhanh, không giữ nước trên bề mặt dòng chảy được. Lượng đất xói mòn/ bồi lắng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước và đất. Hàm lượng bồi lắng càng lớn tương ứng với lượng đất xói mòn càng cao và chất lượng nước càng giảm 5.2. Kiến nghị Nghiên cứu này là bước đầu tiên áp dụng mô hình SWAT đánh giá lưu lượng dòng chảy và bồi lắng lưuvực sông Krong Ana nên còn nhiều hạn chế: Một vấn đề gặp phải khi sử dụng SWAT là mô hình đòi hỏi cần hệ thống dữ liệu đầu vào rất lớn, đây cũng là điều kiện để nâng cao độ chính xác cho mô hình.Tuy nhiên, do đặc thù ở Việt Nam nên cơ sở dữ liệu nền còn rất thiếu, nằm rải rác không thống nhất, đã gây ra khó khăn trong quá trình thực hiện nghiên cứu.Các kết quả đầu ra từ việc mô phỏng chất lượng nước trong SWAT chưa được kiểmđịnh, hi ệu chỉnh. Vì vậy, hướng phát triển tiếp theo của đề tài là tiếp tục sử dụng mô hình SWAT để nghiên cứu sâu hơn về những ảnh hưởng của rừng tới dòng chảy nước và dòng chảy bùn cát không chỉ cho lưu vực nam sông Krong Ana mà có thể cho nhiều lưu vực khác, đây cũng là cách kiểm nghiệm mô hình trên lãnh thổ Việt Nam. Từ đó có thể đưa ra những con số và kết luận đáng tin cậy hơ n. Tài liệu tham khảo [1]. Cục Quản lý tài nguyên nước: www.dwrm.gov.vn [2]. Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật: www.vbqppl.moj.gov.vn [3]. Nguyễn Kim Lợi, Lê Cảnh Định, Trần Thống Nhất (2009), Hệ thống thông tin địa lý nâng cao, Nhà xuất bản Nông nghiệp [4]. Tổng cục thống kê:www.gso.gov.vn [5]. Viện Khí tượng Thuỷ văn: www.imh.ac.vn . ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY VÀ BỒI LẮNG TẠI LƯU VỰC SÔNG KRONG ANA ASSESSMENT OF WATER DISCHARGE AND SEDIMENT YIELD IN KRONG ANA WATERSHEDUSING SWAT Nguyễn. Phương pháp đánh giá lưu lượng dòng chảy và bồi lắng Cách tiếp cận đánh giá lưu lượng dòng chảy và bồi lắng lưu vực sông Srêpôk dựa trên mô hình SWAT ược thể hiện như Hình 2. Theo đó, tiến. hiện dòng chảy bề mặt. Hàm lượng đất bồi lắng phụ thuộc vào lượng mưa và lưu lượng dòng chảy, sự biểu diễn của hai đồ thị lưu lượng dòng chảy hình 3, 4 và hàm lượng bồi lắng hình 5, 6 tại cùng