Khóa luận tốt nghiệp hệ thống thông tin địa lý ứng dụng gis và swat hỗ trợ công tác đề xuất quy hoạch sử dụng đất cho lưu vực sông đak bla, kon tum

Nhằm mục tiêu đánh giá ảnh hƣởng của việc quy hoạch sử dụng đất đến xói mòn và bồi lắng lƣu vực sông Đak Bla tỉnh Kon Tum để phục vụ định hƣớng phát triển bền vững kinh tế - xã hội tỉnh,

TỔNG QUAN

Khu vực nghiên cứu

Sông Đak Blalà, một nhánh sông lớn cấp I, tọa lạc ở phía Đông-Đông Nam tỉnh Kon Tum, bắt nguồn từ núi Ngọc Cơ Rinh (cao 2.039 m) và chảy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam Sông hợp lưu với sông Sê San cách Yaly 16 km về phía hạ lưu.

Sông Đak Bla dài 110,6 km với diện tích lưu vực 1.239 km², có lưu lượng trung bình năm khoảng 15,2 m³ tại thủy điện Thượng Kon Tum Phía Bắc sông giáp hệ thống sông Thu Bồn, phía Đông giáp sông Ba, và phía Nam là hạ lưu sông Sê San Bài viết tập trung vào lưu vực sông Đak Bla thuộc tỉnh Kon Tum, bao gồm phần diện tích chảy qua huyện Kon Rẫy, huyện Kon Plong và một số xã của huyện Đak Hà.

Hình 2.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Đak Bla

KLTN Thông tin địa lý

Lưu vực Đak Bla tọa lạc phía Tây dãy Trường Sơn, với độ cao dao động từ 558 đến 2039 m Địa hình của khu vực này có đặc điểm giảm dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam Trong tỉnh Kon Tum, địa hình lưu vực có thể được phân chia thành ba dạng chủ yếu.

Địa hình của tỉnh Kon Tum chủ yếu là núi trung bình và núi cao, phân bố ở phía bắc lưu vực Với độ dốc trung bình từ 15 độ trở lên, khu vực này có nhiều núi cao tạo thành những thung lũng và khe suối hiểm trở Đặc điểm nổi bật là các núi được hình thành từ đá biến chất cổ, có dạng khối vững chắc.

Địa hình núi thấp tại tỉnh Kon Tum chủ yếu nằm ở trung tâm lưu vực, với độ dốc bình quân từ 15 đến 20 độ Khu vực này được hình thành từ các đồi trầm tích neogen cùng với đá bazan và đá biến chất, có mức độ chia cắt từ vừa đến mạnh.

Dạng địa hình thung lũng và máng trũng phân bố tại phía Nam lưu vực tỉnh Kon Tum, với độ dốc bình quân từ 10 đến 15 độ Địa hình này được hình thành từ quá trình bóc mòn ven sông, tạo nên các lòng máng thấp dần về phía Tây Nam.

Lưu vực Đak Bla có khí hậu cao nguyên nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Mùa Đông diễn ra từ tháng 11 đến tháng 3, trong khi mùa Hạ kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 hoặc tháng 10 Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 2.121 mm, với lượng mưa cao nhất đạt 2.260 mm và thấp nhất là 1.234 mm Tháng có lượng mưa cao nhất thường là tháng 8 và tháng 9.

Trên lưu vực Đak Bla, hướng gió thay đổi theo mùa và mang đặc trưng của gió mùa Đông Nam Á, với gió thịnh hành chủ yếu từ hướng Tây và Đông, chiếm tần suất khoảng 28 ÷ 36% Hướng Bắc và Nam xuất hiện ít hơn, chỉ khoảng 1 ÷ 2% Độ ẩm trung bình hàng năm dao động từ 78 - 87%, với tháng có độ ẩm cao nhất là tháng 8 - 9 (khoảng 90%) và tháng thấp nhất là tháng 3 (khoảng 66%).

Tổng lượng bốc hơi trung bình hàng năm tại trạm Kon Tum đạt 940 mm Lượng bốc hơi cao nhất được ghi nhận vào tháng 2 và tháng 3, trong khi đó, lượng bốc hơi thấp nhất xảy ra trong các tháng mùa mưa.

Tổng lượng bức xạ hằng năm tại tỉnh Kon Tum đạt từ 220-204 Kcal/cm², dẫn đến cân bằng bức xạ cả năm từ 95-115 Kcal/cm², ảnh hưởng đáng kể đến sản xuất nông nghiệp và phân bố thực vật trong khu vực Trạm Kon Tum ghi nhận số giờ nắng trung bình hàng năm dao động từ 2100-2400 giờ, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển nông nghiệp.

L ƣợ ng m ƣa -b ốc h ơi (m m ).

Lƣợng mƣa Bốc hơi Độ m

Hình 2.2 Đồ thị trạm khí tượng Kon Tum từ năm 2005-2010

(Nguồn: Nguyễn Bách Thắng và ctv, 2010)

Hệ thống sông Đak Bla bao gồm sông chính Đak Bla cùng các nhánh như Đak Ne và Đak Pơ Ne, chảy theo hướng Đông Bắc – Tây Nam và đổ vào sông Sê San, nằm trong địa phận tỉnh Gia Lai trước khi sang Cam Pu Chia Lưu vực Đak Bla có độ cao nguồn sông đạt 1.650m, và tại vị trí hợp lưu với sông Sê San, độ cao là 1.100m Tổng lượng dòng chảy hàng năm của lưu vực này khoảng 2.804.529.10^6 m³, chiếm 32,43% tổng lượng dòng chảy của tỉnh Có 18 nhánh sông suối chính đổ vào Đak Bla, với chiều dài chủ yếu từ 10 – 70 km, trong đó các suối lớn nhất là Đak Akol, Đak Pơ Ne và Ia Krom, chiếm 60% diện tích lưu vực sông Đak Bla.

6 sông Đak Bla là 0,49km/km 2 với hệ số uốn khúc là 2, 03; độ dốc trung bình lòng sông chính là 4%.

Lưu vực sông Đak Bla có lượng mưa trung bình hàng năm đạt 2.121 mm, tạo ra dòng chảy hàng năm Qo là 98,5 m³/s Mô số dòng chảy hàng năm Mo đạt 32,3 l/s/km², chiếm 24,1% tổng lượng dòng chảy của lưu vực Sê San.

Mùa khô tại lưu vực Đak Bla có lượng mưa rất hạn chế, chỉ chiếm khoảng 10 đến 15% tổng lượng mưa hàng năm Trong đó, ba tháng khô nhất là tháng 2, 3 và 4, chỉ đóng góp 10% tổng lượng nước trong cả năm.

Bảng 2.1 Đặc điểm các nhánh sông của lưu vực sông Đak Bla

Sông Độ cao nguồn sông (m) Độ dài sông chính (km) Độ cao

TB lưu vực (m) Độ rộng

TB lưu vực (km) Độ dốc

Mật độ lưới sông (km/km2)

(Nguồn: Nguyễn Bách Thắng và ctv, 2010)

2.1.4 Điều kiện kinh tế - xã hội

Lưu vực sông Đak Bla nằm trong huyện Kon Rẫy, Kon Plong và một số xã của huyện Đak Hà, với tổng dân số khoảng 74.344 người theo Niên giám thống kê 2010 Mật độ dân cư không đồng đều, tập trung đông đúc ở thị trấn và thưa thớt hơn ở vùng nông thôn.

Lưu vực Đak Bla đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho thủy lợi và sản xuất thủy điện, không chỉ cho tỉnh Kon Tum mà còn cho các tỉnh lân cận Với lợi thế nằm cạnh quốc lộ 14, lưu vực này tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao thương với tỉnh Gia Lai và thúc đẩy phát triển khu kinh tế chủ đạo của tỉnh.

Khái quát về xói mòn đất

2.2.1 Định nghĩa xói mòn đất

Xói mòn đất có nhiều định nghĩa khác nhau nhƣ:

Xói mòn là hiện tượng di chuyển đất do tác động của nước mưa, gió và trọng lực lên bề mặt đất Nó được coi là một hàm số phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ thực vật, lượng mưa và cường độ mưa.

Xói mòn đất là quá trình loại bỏ lớp đất mặt do tác động của nước chảy, tuyết và các yếu tố địa chất khác, bao gồm cả sạt lở do trọng lực (Rattan Lal, 1990).

Xói mòn là hiện tượng mà các phần tử nhỏ, cục và lớp bề mặt đất bị bào mòn và cuốn trôi do tác động của gió và nước (FAO, 1994).

Xói mòn đất là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng bề mặt do tác động của các yếu tố tự nhiên và kinh tế xã hội Quá trình này dẫn đến mất đất, giảm chất lượng đất và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường cũng như kinh tế xã hội Các khái niệm về xói mòn đất thường thay đổi tùy thuộc vào hướng tiếp cận và mục tiêu nghiên cứu.

2.2.2 Các kiểu xói mòn chính

Xói mòn được phân loại theo các tác nhân gây ra và các yếu tố ảnh hưởng, trong đó có hai kiểu chính là xói mòn do nước và xói mòn băng hà Bài viết này tập trung vào xói mòn do nước, chủ yếu từ hai tác nhân là mưa và dòng chảy.

Hình 2.3 Các loại xói mòn do tác nhân thể lỏng (Nguồn: Nguyễn Trường Ngân, 2012)

Xói mòn do nước xảy ra khi nước chảy tràn trên bề mặt, với năng lượng từ mưa giúp tách các hạt đất ra khỏi thể đất và dòng chảy vận chuyển chúng đi Khoảng cách di chuyển của hạt đất phụ thuộc vào năng lượng của dòng chảy và địa hình bề mặt Theo nghiên cứu của Nguyễn Siêu Nhân và cộng sự, xói mòn do nước có thể được phân loại thành nhiều dạng khác nhau dựa trên tác động của dòng nước.

- Xói mòn theo lớp: Đất bị mất đi theo lớp không đồng đều nhau trên những vị trí khác nhau của bề mặt địa hình

- Xói mòn theo các khe, rãnh: Bề mặt đất tạo thành những dòng xói theo các khe, rãnh trên sườn dốc nơi mà dòng chảy được tập trung

Xói mòn mương xói là hiện tượng đất bị xói mòn mạnh mẽ, xảy ra dưới dạng lớp và khe, rãnh Điều này xảy ra do khối lượng nước lớn tập trung chảy theo các khe thoát xuống chân dốc với tốc độ cao, dẫn đến việc đất bị đào khoét sâu.

2.2.3 Tiến trình xói mòn đất

Theo Ellision (1944), xói mòn đất được coi là hàm số phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ thực vật, lượng mưa và cường độ mưa Mặc dù xói mòn là một quá trình tự nhiên, nhưng ở một số khu vực, tốc độ diễn ra của nó gia tăng do hoạt động của con người Ellision đã chỉ ra rằng tác nhân gây xói mòn mạnh mẽ nhất chính là xung lực của hạt mưa tác động lên bề mặt đất, và ông đã phân chia quá trình xói mòn thành ba giai đoạn rõ rệt.

- Giai đoạn 1: Hạt mƣa rơi xuống làm vỡ cấu trúc đất, tách rời từng hạt đất ra khỏi bề mặt đất

- Giai đoạn 2: Những hạt đất bị bong ra bị dòng nước cuốn trôi theo sườn dốc, di chuyển đi nơi khác, làm mất đất ở khu vực này

- Giai đoạn 3: Những hạt đất lắng đọng ở một nơi khác, tăng thêm khối lƣợng đất cho nơi này, vùi lấp bề mặt đất cũ, làm cạn lòng hồ

Hình 2.4 Tiến trình xói mòn đất (Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005)

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất

Nghiên cứu của các nhà khoa học như Ellision (1944) và Wishmeier cùng Smith (1978) chỉ ra rằng quá trình xói mòn đất chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm lượng mưa, địa hình, loại thổ nhưỡng, độ che phủ bề mặt và các yếu tố từ con người.

Hình 2.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất

Mưa ảnh hưởng đến xói mòn chủ yếu qua tổng lượng và cường độ mưa Ban đầu, người ta cho rằng dòng chảy mặt là nguyên nhân chính gây xói mòn, nhưng nghiên cứu đã chỉ ra rằng mưa mới là yếu tố quyết định Elison (1944) là người đầu tiên khẳng định rằng chính hạt mưa là thủ phạm gây ra xói mòn Năm 1985, Hudson N.W đã chứng minh qua thực nghiệm rằng động năng của hạt mưa lớn hơn 256 lần so với dòng chảy mặt mà nó tạo ra.

Hình 2.6 Tiến trình tác động của hạt mưa đến xói mòn đất

Sự phân bố mùa mưa là yếu tố chính gây xói mòn, đặc biệt ở Việt Nam và lưu vực Đak Bla, tỉnh Kon Tum, nơi mưa phân hóa theo mùa rõ rệt Lượng mưa đạt cực đại vào mùa hè và cực tiểu trong mùa đông, do đó, việc bảo vệ đất và chống xói mòn trong mùa mưa là vô cùng quan trọng.

Ngoài mưa, các yếu tố khí hậu như gió, nhiệt độ và độ ẩm cũng ảnh hưởng đến xói mòn đất, mặc dù mức độ tác động của chúng chưa được xác định rõ ràng.

Thổ nhƣỡng, bao gồm các tính chất vật lý, hóa học và sinh học, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mức độ xói mòn của đất Khi mƣa rơi xuống, đất sẽ chịu hai tác động chính dẫn đến hiện tượng xói mòn.

- Năng lƣợng của hạt mƣa và đập phá vỡ kết cấu đất, tác động đến tính chất hóa học và vật lý, làm tách rời các hạt đất

- Quá trình vận chuyển các hạt đất

Sự xói mòn của các loại đất khác nhau phụ thuộc vào hai đặc tính chính: khả năng thấm và sự ổn định cấu trúc Các loại đất có khả năng thấm cao thường dễ bị xói mòn hơn, trong khi đất có cấu trúc ổn định giúp ngăn chặn hiện tượng này Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc hiểu rõ các đặc tính đất để quản lý xói mòn hiệu quả.

Xói mòn đất chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố, trong đó có thổ nhưỡng, thành phần cơ giới và hàm lượng hữu cơ Đất có kết cấu tốt, cân bằng và giàu hữu cơ sẽ khó bị xói mòn hơn so với đất có kết cấu lỏng lẻo và nghèo chất hữu cơ.

Sự bồi lắng

Theo Bengt Carlsson (1998) : “Bồi lắng (trầm tích) là lớp tích tụ của các hạt lơ lửng mà nặng hơn nước”

Bồi lắng, theo định nghĩa của Đại học Michigan – Mỹ (2004), là quá trình mà các hạt đất bị xói mòn tách ra và lắng đọng lại trong đất hoặc trong các nguồn nước như hồ, suối và đất ngập nước.

Bồi lắng là quá trình mà các hạt đất bị tách ra do xói mòn, chủ yếu do nước, và sau đó được lắng đọng lại trong đất hoặc trong các nguồn nước.

Quá trình hình thành bãi bồi diễn ra khi nước lũ tràn vào thung lũng triền sông, mang theo đất sét, bùn, cát và sỏi nhỏ lắng đọng trên bề mặt Tại các sông suối miền núi, bồi lắng chủ yếu là đá tảng, sỏi, sạn và cuội, với dòng chảy qua các khe xói, tạo ra bồi tích khó phân loại Điều này dẫn đến việc xác định ranh giới giữa các dạng bồi tích lòng sông và bãi bồi trở nên phức tạp, khiến thành phần hạt hỗn tạp và tính phân lớp không rõ ràng.

Hình 2.8 Bồi lắng do xói mòn trên lưu vực sông Đak Bla tỉnh Kon Tum

2.3.3 Ảnh hưởng của bồi lắng

Hiện tượng bồi lắng và xói mòn là quy luật tự nhiên không thể tránh khỏi của các dòng chảy Không có dòng sông hay biển nào hoàn toàn ổn định; sự biến đổi và xói bồi là điều hiển nhiên Hậu quả của bồi lắng khác nhau ở mỗi khu vực, và bồi lắng lòng dẫn có thể gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và hệ sinh thái.

- Gia tăng diện tích đất sản xuất;

- Cản trở giao thông thủy;

- Giảm năng lực, hiệu quả của các công trình thủy lợi;

Ô nhiễm môi trường không chỉ góp phần gây ra dịch bệnh mà còn dẫn đến thảm họa nghiêm trọng nếu xảy ra bồi lắng tại các cửa sông, làm giảm khả năng thoát nước cho khu vực.

Mô hình SWAT

2.4.1 Tổng quan về mô hình SWAT

The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) is a vital assessment tool for water and soil, developed by Dr Jeff Arnold at the Agricultural Research Service (ARS) of the United States Department of Agriculture (USDA) and Professor Srinivasan from Texas A&M University in the early 1990s.

Mô hình SWAT là công cụ hiệu quả cho quản lý đất và nước nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật Nó có khả năng mô hình hóa lưu vực ngay cả khi thiếu dữ liệu giám sát, định lượng tác động của các dữ liệu đầu vào thay thế, và thực hiện mô phỏng chi tiết theo không gian bằng cách chia lưu vực thành các tiểu lưu vực Hơn nữa, SWAT có thể tính toán và mô phỏng trên quy mô lớn mà vẫn tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời cho phép dự báo dài hạn cho người dùng.

Mô hình được thiết kế để mô phỏng tác động của quản lý nguồn tài nguyên đất đối với nguồn nước, sự bồi lắng và lượng hóa chất phát sinh từ mất rừng và hoạt động nông nghiệp trên các lưu vực lớn và phức tạp trong thời gian dài Dựa trên các quan hệ vật lý của hiện tượng tự nhiên, mô hình sử dụng các phương trình tương quan và hồi quy để mô tả mối quan hệ giữa các thông số đầu vào như sử dụng đất, thảm thực vật, đất, địa hình và khí hậu với các thông số đầu ra như lưu lượng dòng chảy và bồi lắng Ngoài ra, SWAT cũng yêu cầu dữ liệu về thời tiết, sử dụng đất, địa hình, thực vật và tình hình quản lý tài nguyên đất trong lưu vực để đảm bảo tính chính xác của mô hình.

Mô hình SWAT có khả năng tính toán các quá trình tự nhiên như chuyển động của nước, lắng đọng bùn cát, tăng trưởng mùa màng và chu trình chất dinh dưỡng dựa trên các thông số dữ liệu đầu vào Nhờ vào tính năng này, mô hình có thể dự đoán hiệu quả các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường và nông nghiệp.

Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) cho phép đánh giá tác động của các yếu tố như quản lý sử dụng đất, khí hậu và thực vật đến dòng chảy và các thông số khác trong lưu vực, giúp hỗ trợ ra quyết định cho các chiến lược quản lý phức tạp với chi phí và thời gian thấp SWAT không chỉ xem xét lưu lượng dòng, đỉnh lũ mà còn phân tích sự tích lũy chất ô nhiễm và ảnh hưởng đến vùng hạ lưu Mặc dù có nhiều mô hình thủy văn hiện nay như MIKEBASIN, HEC-HMS, ANSWERS và AGNPS, nhưng chúng thường thiếu công cụ hiệu chỉnh tự động để nâng cao độ tin cậy SWAT cung cấp công cụ SWAT-CUP cho việc hiệu chỉnh và kiểm định tự động, giúp tiết kiệm thời gian mà vẫn đảm bảo độ chính xác và hiệu quả cho người sử dụng.

2.4.2 Quá trình phát triển của SWAT

SWAT được phát triển từ mô hình mô phỏng tài nguyên nước lưu vực nông thôn SWRRP (Williams và cộng sự, 1985; Arnold và cộng sự, 1990) cùng với các mô hình khác như CREAMS (Knisel, 1980) để quản lý nông nghiệp về hóa chất, GLEAMS (Leonard và cộng sự, 1987) để phân tích ảnh hưởng của sự tích trữ nước ngầm, và EPIC (Williams và cộng sự, 1984) để tính toán tác động của hoạt động sản xuất đến xói mòn.

Hình 2.9 Sơ đồ phát triển của mô hình SWAT (Nguồn: Philip W.G và ctv, 2009)

SWAT, được phát triển vào đầu những năm 1990 từ sự kết hợp của hai mô hình SWRRP và ROTO, đã trải qua nhiều lần xem xét và cải tiến để mở rộng khả năng mô phỏng Các phiên bản khác nhau của mô hình đã mang lại những cải tiến đáng kể, góp phần nâng cao hiệu quả và tính chính xác trong các nghiên cứu.

- SWAT 94.2: bổ sung khái niệm đơn vị thuỷ văn (HRUs)

SWAT 96.2 đã bổ sung nhiều tính năng quản lý, bao gồm tùy chọn tự động bón phân và tưới nước, cùng với việc tính toán lượng nước mà tán lá cây lưu trữ Phiên bản này cũng tích hợp mô phỏng CO2 trong mô hình tăng trưởng cây trồng, phục vụ cho các nghiên cứu về biến đổi khí hậu, và bổ sung phương trình Penman-Monteith để tính toán bốc thoát nước tiềm năng.

SWAT 98.1 đã được cải tiến với nhiều tính năng mới, bao gồm mô phỏng lượng tuyết tan, nâng cao tính toán chất lượng nước trong các dòng suối, và mở rộng khả năng truyền vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng Ngoài ra, phiên bản này còn bổ sung phương thức quản lý tiêu nước thông qua cày sâu, đồng thời xem xét tác động của chăn thả và bón phân hóa học Mô hình cũng đã được điều chỉnh để có thể áp dụng hiệu quả tại khu vực Nam bán cầu.

- SWAT 99.2: cải tiến tính truyền vòng tuần hoàn chất dinh dƣỡng, cải tiến tính

Bài viết này đề cập đến 19 phương pháp tính toán liên quan đến ruộng lúa và đầm lầy, bao gồm việc ước tính tổn thất chất dinh dưỡng do quá trình bồi lắng trong hồ chứa, ao và đầm lầy Ngoài ra, nó cũng bổ sung lượng nước chứa được từ bờ sông và phân tích tính truyền kim loại theo thứ tự các đoạn sông, suối.

SWAT 2000 đã được nâng cấp để cải thiện khả năng truyền vận chuyển vi khu vực trong dòng chảy, bổ sung phương trình thấm Green & Ampt, và nâng cao mô hình mô phỏng thời tiết Nó cho phép đọc vào hoặc mô phỏng dữ liệu bức xạ mặt trời hàng ngày, độ ẩm tương đối và tốc độ gió Ngoài ra, SWAT 2000 cũng hỗ trợ việc đọc vào hoặc ước tính các giá trị bốc thoát nước tiềm năng ET cho các lưu vực.

SWAT 2005 đã cải thiện khả năng truyền vận chuyển vi khuẩn trong dòng chảy, bổ sung kịch bản dự báo thời tiết và mô phỏng lượng mưa Thêm vào đó, thông số lưu trữ nước trong tính toán giá trị chất lượng nước hàng ngày có thể phụ thuộc vào độ ẩm của đất hoặc lượng bốc hơi nước từ cây cối.

Phiên bản hiện tại của SWAT là SWAT 2012, với giao diện đã được cải tiến cho các hệ điều hành Windows (Visual Basic), GRASS và ArcView Trong thời gian tới, SWAT sẽ tiếp tục phát triển, tập trung vào các lĩnh vực chính để nâng cao hiệu suất và tính năng của phần mềm.

- Mở rộng phạm vi mô phỏng gồm cả thời gian và không gian

- Cung cấp nguồn dữ liệu đầu vào sẵn có, miễn phí và đảm bảo chất lƣợng nhƣ thời tiết, thuỷ văn, thổ nhƣỡng, hoạt động sản xuất nông nghiệp

- Hiệu chỉnh, phân tích tính bất định của mô hình

- Mô phỏng theo thời gian thực

- Tích hợp với các mô hình khác nhƣ APEX, SWMM (EPA), ALMANAC, DSSAT

- Hợp tác phát triển mô hình với các tổ chức nhƣ CGIAR, ISRIC,

- Tăng cường đào tạo, truyền thông về SWAT

Develop multiple options for SWAT users regarding different versions (SWAT 2005, 2009, 2012) and supporting software such as ArcGIS (ArcSWAT), Map Window (MWSWAT), SWAT-CUP (Calibration and Uncertainty Program), SWAT Plot/Graph, and VIZSWAT (Output Visualization), along with multilingual documentation.

2.4.3 Nguyên lý mô phỏng của SWAT

Cân bằng nước là yếu tố chính ảnh hưởng đến mọi hiện tượng trong lưu vực khi nghiên cứu bằng mô hình SWAT Để dự đoán chính xác sự di chuyển của thuốc trừ sâu, phù sa và chất dinh dưỡng, chu trình thủy văn được mô phỏng bởi SWAT cần phải phản ánh đúng các diễn biến thực tế trong lưu vực.

Mô hình thủy học trong lưu vực được phân chia thành hai nhóm chính (Susan L.N và ctv, 2009):

Tổng quan các công trình nghiên cứu xói mòn – bồi lắng trên thế giới và ở Việt Nam

Đánh giá xói mòn bồi lắng là quá trình nghiên cứu và tính toán mức độ xói mòn dưới tác động của các yếu tố như mưa, thổ nhưỡng, địa hình, sử dụng đất và con người Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trên toàn cầu, bao gồm Việt Nam, sử dụng các phương pháp khác nhau như mô hình thực nghiệm (mô phỏng, đồng vị, modul dòng bùn cát, cầu xói mòn, máy quét hồng ngoại) và các mô hình toán học (USLE, RUSLE, mô hình kết hợp trầm tích, mô hình tính toán mương xói, mô hình xói mòn do gió, mô hình cân bằng vật chất).

Xói mòn đất đã trở thành thách thức lớn khi con người chuyển từ nông nghiệp du canh sang nông nghiệp định cư Một trong những biện pháp đầu tiên để kiểm soát xói mòn là xây dựng ruộng bậc thang trên đất dốc.

Nghiên cứu về xói mòn đất bắt đầu từ những năm 1877 do các nhà khoa học Đức, với sự khởi đầu chính thức tại Mỹ vào năm 1907 khi Bộ Nông nghiệp công bố chính sách bảo vệ tài nguyên đất Tuy nhiên, phải đến những năm 1930, các nghiên cứu hiện đại về xói mòn và kỹ thuật kiểm soát mới được phát triển Một trong những nghiên cứu quan trọng đầu tiên là của Carl B Brown vào năm 1947, tập trung vào “Nguyên nhân và bồi lắng ở hồ Decatur”, cho thấy sự gia tăng bồi lắng từ 1922 đến 1946 và đề xuất giải pháp Năm 1960, Fourier công bố chuyên khảo “Thời tiết và xói mòn”, xem xét bồi lắng ở các con sông và giới thiệu hệ thống quản lý sơ khai về mất đất, tiên phong trong việc sử dụng hệ thống lưu vực để tính toán xói mòn và bồi lắng.

Nghiên cứu về xói mòn và bồi lắng đã được khởi xướng từ những năm 1980, với các tác giả như Jansson, Milliman & Meade, và Walling đóng góp quan trọng Năm 1996, Walling và Webb đã tổng quan hóa vấn đề này trên toàn cầu, mở rộng dữ liệu và lập bản đồ xói mòn bồi lắng Đến năm 2001, Helena và Lubos Mitasova đã phân cấp xói mòn và bồi lắng để hỗ trợ quản lý sử dụng đất, qua đó thúc đẩy phát triển bền vững, như trong nghiên cứu “Ứng dụng SWAT hỗ trợ làm giảm lượng bồi lắng trên lưu vực Tana, Kenya” (J.E Hunink và ctv, 2013).

“Ảnh hưởng lâu dài của việc quy hoạch sử dụng đất đến hiện trạng bồi lắng tại đầm phá Oualidia, Ma Rốc” (Mehdi MAANAN và ctv, 2014)

Bảng 2.3 Tổng hợp một số phương pháp đánh giá xói mòn bồi lắng trên thế giới

Phương pháp Tác giả, năm

Phương trình Musgrave Musgrave và ctv, 1947

Phương trình mất đất phổ dụng USLE Wischmeier và Smith, 1958

Hệ thống quản lý hóa chất, dòng chảy và xói mòn CREAMS

Phương pháp Đồng vị L.M Norderman, 1980

Mô hình dự đoán mất đất cho miền nam châu Phi SLEMSA

Mô hình đánh giá xói mòn đất châu Âu

Phương pháp modul dòng bùn cát

S.M White, 1989; Bowie, 1975; Mou và Meng, 1980

Mô hình động lực học về xói mòn và dòng chảy KINEROS

Mô hình đánh giá đất và nước SWAT Jeff Arnold, 1990s

Dự án dự báo xói mòn nước WEPP Laflen, 1991

Mô hình mô phỏng xói mòn do gió

Mô hình xói mòn EROSION-3D von Werner, 1995

Mô hình đánh giá xói mòn dạng mương xói tức thời EGEM

Dựa theo phương pháp đánh giá thì lịch sử nghiên cứu xói mòn và bồi lắng trên thế giới có thể chia thành 4 thời kỳ chủ đạo là:

- Phương trình mất đất phổ dụng USLE (RUSLE): 1958-1980s

- Thời kỳ phát triển và ứng dụng các mô hình dựa trên phương trình USLE: 1980s-1990s

- Hiện nay xu hướng sử dụng GIS kết hợp với các phương khác

Mỗi phương pháp đánh giá xói mòn và bồi lắng đều có ưu và nhược điểm riêng Các phương pháp mô phỏng như mô hình mô phỏng và modul dòng bùn cát mang lại sự trực quan và dễ chấp nhận, nhưng lại khó dự đoán xu hướng và tốn nhiều chi phí, thời gian, chỉ đánh giá được các khu vực thuận lợi giao thông Ngược lại, các phương pháp mô hình toán như USLE và RUSLE ít tốn kém hơn, có thể áp dụng ở vùng hiểm trở và dự báo xu hướng, nhưng lại khó thuyết phục và có tính khái quát rộng Do đó, việc lựa chọn phương pháp phù hợp cho từng vùng cụ thể là rất quan trọng trong nghiên cứu xói mòn và bồi lắng.

Do địa hình chủ yếu là đồi núi và tình trạng xói mòn đất diễn ra thường xuyên, hiện tượng xói mòn đã được nghiên cứu từ rất sớm ở nước ta.

Quang Mỹ (2005) thì lịch sử nghiên cứu xói mòn của nước ta có thể chia làm 3 giai đoạn:

Trước năm 1954, các biện pháp canh tác chống xói mòn như làm ruộng bậc thang và xây kè cống mới chỉ bắt đầu xuất hiện, trong khi vấn đề xói mòn đất vẫn chưa được nghiên cứu một cách lý luận.

Từ năm 1954 đến 1975, nhiều công trình nghiên cứu và biện pháp canh tác chống xói mòn đã được triển khai tại các nông trường miền núi phía Bắc Nghiên cứu của Thái Công Tụng và Moorman (1958) chỉ ra rằng phương pháp canh tác ruộng bậc thang giúp giảm hiện tượng xói mòn đất Đồng thời, Nguyễn Ngọc Bình (1962) đã nêu rõ ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất, từ đó góp phần xây dựng các tiêu chí bảo vệ và khai thác đất dốc Chu Đình Hoàng (1962) cũng đóng góp vào lĩnh vực này với những nghiên cứu quan trọng.

1963) nghiên cứu sự ảnh hưởng của giọt mưa đến xói mòn đất và chống xói mòn bằng biện pháp canh tác(Hoàng Tiến Hà, 2009)

Nghiên cứu "Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đến đất & nước ở cấp độ lưu vực" tại tiểu lưu vực sông La Ngà của Nguyễn Kim Lợi và Nguyễn Hà Trang (2009), cùng với đề tài "Ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy sông Bến Hải" của Nguyễn Ý Như (2009), đã tập trung vào việc tính toán lượng đất xói mòn và đề xuất các biện pháp hạn chế xói mòn Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn chưa đề cập đến việc giảm thiểu các hậu quả do xói mòn gây ra.

Lịch sử nghiên cứu xói mòn và bồi lắng trên thế giới và Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể, với nhiều kết quả và thành tựu quan trọng Những thành công này tạo nền tảng cho việc phát triển và ứng dụng các phương pháp mới trong nghiên cứu và quản lý xói mòn đất.

Ứng dụng GIS và SWAT đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng bản đồ quy hoạch sử dụng đất bền vững cho lưu vực sông Đak Bla, tỉnh Kon Tum Nghiên cứu này nhằm hỗ trợ định hướng phát triển kinh tế - xã hội cho khu vực lưu vực sông Đak Bla, góp phần vào sự phát triển bền vững của tỉnh Kon Tum.

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu

Dựa vào các mục tiêu đã đƣa ra, đề tài sẽ cần thực hiện các nội dung sau:

- Nghiên cứu lý thuyết về xói mòn và bồi lắng

Để xây dựng các lớp bản đồ và dữ liệu đầu vào cho mô hình SWAT, cần thu thập các loại dữ liệu quan trọng như dữ liệu DEM, dữ liệu sử dụng đất, dữ liệu thổ nhưỡng và các bảng dữ liệu thời tiết bao gồm mưa, gió, bức xạ mặt trời, nhiệt độ và độ ẩm tương đối.

Đánh giá xói mòn và bồi lắng trên lưu vực sông Đak Bla, tỉnh Kon Tum, được thực hiện trong hai giai đoạn 2005 – 2010 và 2015 - 2020, nhằm phù hợp với quy hoạch sử dụng đất của tỉnh đến năm 2020 Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn tổng quan về tình trạng đất đai và sự thay đổi môi trường trong khu vực.

Để hạn chế xói mòn và bồi lắng do ảnh hưởng của quy hoạch sử dụng đất trên lưu vực sông Đak Bla tỉnh Kon Tum, cần thực hiện các giải pháp như cải thiện

Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên nội dung nghiên cứu, chúng tôi đã thu thập dữ liệu cần thiết và tài liệu liên quan, sau đó xử lý dữ liệu bằng phần mềm Arcgis và Excel để chuẩn bị cho việc chạy mô hình SWAT Mô hình này được sử dụng để mô phỏng lượng xói mòn và bồi lắng, với hai kịch bản khác nhau: Kịch bản 1 sử dụng dữ liệu lớp phủ năm 2010 và dữ liệu thời tiết từ 2005 đến 2010; Kịch bản 2 dựa trên dữ liệu lớp phủ theo quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 và dữ liệu thời tiết từ 2015 đến 2020 Sau khi mô phỏng lượng bồi lắng cho cả hai kịch bản, chúng tôi đã so sánh kết quả và đưa ra kết luận cùng với các đề xuất nhằm quy hoạch sử dụng đất bền vững hơn cho lưu vực.

Hình 3.1 Sơ đồ tiếp cận

3.2.1 Thu thập dữ liệu – tài liệu Đối với mô hình SWAT ta cần thu thập các dữ liệu đầu vào sau: dữ liệu DEM, dữ liệu sử dụng đất, dữ liệu thổ nhƣỡng, dữ liệu độ dốc và dữ liệu thời tiết Bên cạnh đó nghiên cứu còn thu thập các tài liệu và báo cáo liên quan trực tiếp đến định hướng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Các dữ liệu trên đƣợc thu thập ở Internet, Trung tâm nghiên cứu biến đổi khí hậu, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Kon Tum và Đài Khí tƣợng thủy văn tỉnh Kon Tum Các dữ liệu cần thiết cho đề tài đƣợc thể hiện nhƣ bảng 3.1

Bảng 3.1 Các dữ liệu cần thiết cho đề tài

Bản đồ thổ nhưỡng tỉnh Kon Tum Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Kon

Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất tỉnh Kon

Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Kon Tum(2011)

Dữ liệu quy hoạch sử dụng đất tỉnh Kon

Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Kon Tum(2011)

Dữ liệu khí tƣợng thủy văn tỉnh Kon Tum từ năm 2000 - 2020

The Kon Tum Meteorological and Hydrological Station, located in Dak To, Kon Tum, and Kon Plong, provides essential weather data for the region For detailed weather information, visit the Texas A&M AgriLife Research website at [globalweather.tamu.edu](http://globalweather.tamu.edu/) Additionally, you can access the DEM map of Kon Tum at [Earth Explorer](http://earthexplorer.usgs.gov/).

Dữ liệu DEM của tỉnh Kon Tum được tải từ website USGS và sau đó được cắt theo ranh giới tỉnh bằng công cụ “Extract by mask” trong ArcGIS Quy trình cắt dữ liệu DEM được minh họa trong hình 3.2.

Hình 3.2 Quy trình xử lý dữ liệu DEM

3.2.2.2 Dữ liệu sử dụng đất

Dữ liệu sử dụng đất tỉnh Kon Tum năm 2010 và 2020 được lưu trữ dưới định dạng file dgn, sau đó được chuyển đổi thành shapefile (.shp) Tiến hành phân loại và gán mã cho các lớp phủ theo mã loại hình sử dụng đất trong cơ sở dữ liệu của mô hình SWAT Bản đồ sau đó được chuyển đổi thành dạng raster để phù hợp với yêu cầu đầu vào của dữ liệu SWAT, và cuối cùng tạo bảng tra cứu sử dụng đất cho mô hình.

Hình 3.3 Quy trình xử lý dữ liệu sử dụng đất

Tiến trình xử lý dữ liệu thổ nhưỡng tương tự như xử lý dữ liệu sử dụng đất Sau khi hoàn tất, chúng ta có được bản đồ thổ nhưỡng dưới dạng raster cùng với bảng tra mã loại đất, đáp ứng đúng yêu cầu đầu vào của mô hình SWAT.

Dữ liệu thời tiết được thống kê theo ngày sau khi thu thập Yếu tố điểm sương được tính toán bằng công cụ “TinhDEW” dựa trên nhiệt độ lớn nhất, nhiệt độ nhỏ nhất và độ m trung bình Các thông số cho các trạm thời tiết được tính toán bằng công cụ “WGNmaker” để sử dụng trong ArcSwat.

Hình 3.4 Quy trình xử lý dữ liệu thời tiết

3.2.3 Tiến trình ứng dụng mô hình SWAT

Để chạy mô hình SWAT, cần các dữ liệu thiết yếu như DEM, bản đồ sử dụng đất, bản đồ thổ nhưỡng và các bảng dữ liệu thời tiết (mưa, gió, mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm tương đối) Quá trình này bao gồm các bước: mô phỏng lưu vực, phân tích đơn vị thủy văn, thiết lập và chạy mô hình, kiểm định và chạy mô hình thông qua phần mềm ArcSWAT 2012 Sau khi hoàn thành việc chạy mô hình SWAT và thu được kết quả về xói mòn bồi lắng, chúng ta sẽ so sánh và đánh giá hai giai đoạn 2005 – 2010.

2015 – 2020 Từ đó đƣa ra nhận xét và kiến nghị về quy hoạch sử dụng đất của địa phương

Hình 3.5 Quy trình chạy SWAT đánh giá xói mòn – bồi lắng lưu vực Đak Bla tỉnh

3.2.4 Đánh giá độ chính xác

Hiệu quả của mô hình được đánh giá bằng cách so sánh kết quả chạy với số liệu thực đo dòng chảy của lưu vực theo năm, tháng, và ngày Để đảm bảo độ tin cậy của mô hình, người ta thường sử dụng Hệ số xác định (R²) và chỉ số Nash – Sutcliffe (NSI) Trong khuôn khổ đề tài, việc kiểm định mô hình được thực hiện thông qua chỉ số NSI bằng phần mềm SWAT-CUP.

- Công thức tính hệ số xác định(R 2 ) là:

Hệ số xác định R² đánh giá hiệu quả của mô hình, trong khi chỉ số biến thiên i phản ánh sự biến động của dữ liệu Giá trị đo đạc thực tế được ký hiệu là xi, và giá trị tính toán theo mô hình là x’i.

_ x : Giá trị thực đo trung bình n : Số lƣợng giá trị tính toán

Hệ số hiệu quả của mô hình thường nằm trong khoảng từ 0 đến 1 Khi R² đạt từ 0,9 đến 1,0, mô hình cho kết quả tốt Nếu R² nằm trong khoảng từ 0,7 đến 0,9, mô hình cho kết quả khá Khi R² đạt từ 0,5 đến 0,7, mô hình cho kết quả trung bình Tuy nhiên, nếu R² chỉ đạt từ 0,3 đến 0,5, mô hình cho kết quả kém và cần phải xem xét lại cách hiệu chỉnh các thông số của mô hình cũng như số liệu đầu vào.

- Công thức tính chỉ số NSI:

O : Giá trị thực đo i : Chỉ số biến thiên của dữ liệu n : Số lƣợng giá trị tính toán

O : Giá trị thực đo trung bình

Chỉ số NSI dao động từ -∞ đến 1 Khi NSI nhỏ hơn hoặc bằng 0, kết quả sẽ được coi là không chấp nhận được hoặc có độ tin cậy kém Ngược lại, nếu NSI đạt giá trị bằng 1, điều này cho thấy kết quả có độ tin cậy cao.

1, thì kết quả mô phỏng của mô hình là hoàn hảo

Khi kiểm định mô hình mà các chỉ số không đạt yêu cầu, cần phải quay lại để hiệu chỉnh và kiểm tra các thông số đầu vào của mô hình, sau đó tiến hành chạy lại mô hình.

Cơ sở tính toán xói mòn bồi lắng trong mô hình SWAT

Trong mô hình SWAT, lượng bồi lắng được xác định thông qua phương trình mất đất phổ quát sửa đổi (MUSLE) do Williams (1975) phát triển MUSLE là phiên bản cải tiến của phương trình mất đất phổ quát (USLE) được giới thiệu bởi Wishchmeier và Smith vào các năm 1965 và 1978 Công thức của phương trình MUSLE giúp tính toán chính xác hơn về lượng đất bị mất do xói mòn.

K area q Q sed  11 8 ( surf peak hru ) 0 56 USLE USLE USLE USLE

+ sed : sản lƣợng trầm tích trong một ngày cụ thể (tấn)

+ Q surf : lƣợng dòng chảy bề mặt (mm H 2 O/ha)

+ q peak : tốc độ dòng chảy đỉnh điểm (m 3 /s)

+ area hru : diện tích của HRU (ha)

+ K USLE : hệ số thể hiện khả năng xói mòn của đất trong phương trình USLE

Công thức C USLE là tỷ lệ giữa lượng đất bị mất trên một đơn vị diện tích có lớp phủ thực vật và sự quản lý của con người đối với lượng đất mất trên một diện tích trống tương đương trong phương trình USLE.

Hệ số P trong phương trình USLE là chỉ số đánh giá hiệu quả của các phương thức canh tác, phản ánh các hoạt động làm đất của con người Nó có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ đất và hạn chế xói mòn, đặc biệt là trên các vùng đất dốc.

LU USLE là một đại lượng quan trọng trong phương trình USLE, thể hiện ảnh hưởng của độ dốc (S) và độ dài sườn dốc (L) đến hoạt động xói mòn đất.

+ CFRG : hệ số phân mảnh thô

Hình 3.6 Mô phỏng lượng bồi lắng trong mô hình SWAT

KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

Bộ cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình SWAT tại lưu vực sông Đak Bla

Dữ liệu địa hình của lưu vực sông Đak Bla được thu thập từ USGS, cho phép phân định ranh giới lưu vực, hướng dòng chảy và các điểm đầu ra Địa hình lưu vực Đak Bla dao động từ 558 đến 2039 m, với xu hướng thấp dần từ Bắc xuống Nam, nơi tập trung các đỉnh núi cao thuộc khối núi Ngọc Linh Địa hình chủ yếu là đồi núi, tạo điều kiện cho mật độ mạng lưới thủy văn cao và tiềm năng phát triển thủy điện Tuy nhiên, việc khai thác rừng và phát triển thủy điện ồ ạt đã dẫn đến tình trạng xói mòn đất gia tăng, làm tăng lượng bồi lắng theo dòng trong lưu vực.

Hình 4.1 Bản đồ độ cao lưu vực sông Đak Bla tỉnh Kon Tum

4.1.2 Dữ liệu sử dụng đất

4.1.2.1 Dữ liệu sử dụng đất năm 2010

Dữ liệu sử dụng đất cho mô hình SWAT tại lưu vực sông Đak Bla năm 2010 được xây dựng từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Kon Tum Theo hình 4.3, loại hình sử dụng đất chủ yếu trong lưu vực là đất rừng (93.030 ha) và đất nông nghiệp (9.443 ha) Sự phân bố này giúp bề mặt đất đai được phủ xanh, góp phần hạn chế xói mòn và bồi lắng trong khu vực.

Hình 4.2 Bản đồ sử dụng đất năm 2010 trên lưu vực sông Đak Bla tỉnh Kon Tum

4.1.2.2 Dữ liệu quy hoạch sử dụng đất năm 2020

Dữ liệu sử dụng đất lưu vực sông Đak Bla năm 2020 được xây dựng từ bản đồ quy hoạch sử dụng đất của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Kon Tum Theo hình 4.3, diện tích đất rừng đã suy giảm 19.655 ha, trong khi đó, các loại hình sử dụng đất khác như đất phi nông nghiệp tăng lên 18.883 ha, cùng với sự gia tăng của đất kinh doanh và các khu dân cư đô thị.

41 thị (tăng 5.508 ha) Chính những lý do này đã làm gia tăng nguy cơ xói mòn và bồi lắng trên địa bàn lưu vực

Hình 4.3 Bản đồ sử dụng đất dự kiến tại lưu vực sông Đak Bla tỉnh Kon Tum năm 2020

Dữ liệu đất của lưu vực sông Đak Bla được phát triển từ bản đồ đất tỉnh Kon Tum năm 2000 Qua việc cắt theo ranh giới lưu vực và chuyển đổi sang định dạng raster bằng các công cụ trong ArcGIS, chúng ta đã tạo ra bản đồ đất cho lưu vực Đak Bla.

Để đáp ứng yêu cầu dữ liệu đất đầu vào của SWAT, chúng tôi đã chuyển đổi dữ liệu thành định dạng raster và tra cứu theo bảng hệ thống phân loại đất FAO74 để chú thích tính chất của từng loại đất Kết quả, lưu vực Đak Bla được phân chia thành 17 loại đất theo FAO70 và 14 loại trong bảng mã SWAT, với loại đất xám glây chiếm ưu thế (66,11%) Loại đất này có thành phần cơ giới nhẹ ở tầng canh tác và kết cấu kém bền, trong khi loại đất xám Feralit cũng phổ biến (18,07%) với đặc điểm địa chất phụ thuộc vào lớp đá mẹ Điều này dẫn đến nguy cơ xói mòn cao trong khu vực nghiên cứu.

Bảng 4.1 Tỉ lệ các loại đất trong lưu vực Đak Bla

STT Tên đất theo FAO Mã SWAT Diện tích(km 2 ) Tỉ lệ (%)

Hình 4.4 Bản đồ đất lưu vực sông Đak Bla, Kon Tum

4.1.4 Dữ liệu khí tƣợng – thủy văn

Trong nghiên cứu này, số liệu khí tượng thủy văn được thu thập bao gồm lượng mưa, nhiệt độ không khí tối đa và tối thiểu, số giờ nắng, dữ liệu gió, độ ẩm không khí trung bình và lưu lượng dòng chảy Để mô phỏng giai đoạn 2005 - 2010, dữ liệu được lấy từ 5 trạm, bao gồm trạm Măng Đen và trạm Kon Tum, cùng với 6 trạm thời tiết toàn cầu (1421081, 1451081, 1481081, 1421084, 1451084 và 1481084) Đối với giai đoạn 2015 – 2020, dữ liệu được thu thập từ 3 trạm thời tiết toàn cầu.

44 cầu(1421081_2020, 1451081_2020 và 1481081_2020) Dữ liệu thủy văn đƣợc lấy từ trạm Kon Plong Vị trí các trạm đƣợc thể hiện nhƣ hình 4.5

Bảng 4.2 Đặc trưng địa lý của các trạm quan trắc khí tượng

STT Trạm đo Vĩ độ

Yếu tố đo đạc Khoảng giá trị

Ghi chú: P (Lượng mưa), T (Nhiệt độ), S (Nhật chiếu), W (Gió), H (Độ ẩm), E (Bốc hơi), TV(thủy văn)

Hình 4.5 Vị trí các trạm khí tượng thủy văn để mô phỏng xói mòn bồi lắng lưu vực sông Đak Bla, Kon Tum

Kết quả mô phỏng tính toán xói mòn bồi lắng

Mô hình SWAT sử dụng dữ liệu đầu vào như mô hình độ cao số (DEM), hiện trạng sử dụng đất, loại đất và độ dốc để tự động tạo ra các đơn vị thủy văn (HRUs) trong khu vực nghiên cứu Sau khi hoàn thành việc tạo HRUs, chúng ta thiết lập dữ liệu thời tiết và tiến hành chạy mô hình Kết quả của quá trình này là thông tin về bồi lắng trong khu vực nghiên cứu.

Trong giai đoạn 2005 – 2010, tổng lượng bồi lắng trên lưu vực đạt 21.964.060,2 tấn, với lượng bồi lắng đỉnh điểm 2.159.000 tấn vào tháng 9/2009 Mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11) chứng kiến lượng bồi lắng tăng mạnh, gấp gần 10 lần so với mùa nắng, đạt 19.887.400 tấn so với 2.076.660,2 tấn, với đỉnh điểm vào tháng 9 là 4.311.200 tấn Nguyên nhân là do lượng mưa lớn làm tăng khả năng xói mòn Tiểu lưu vực số 5 có tổng lượng bồi lắng cao nhất, đạt 15.504.480 tấn nhờ lưu lượng dòng chảy lớn (7.770,6 m³/s), trong khi tiểu lưu vực số 1 có lượng bồi lắng thấp nhất, chỉ 1.051.961 tấn, do diện tích rừng lớn và lưu lượng dòng chảy thấp (435,39 m³/s).

Hình 4.6 Lượng bồi lắng trên lưu vực sông Đắk Bla giai đoạn 2005 -2010

Hình 4.7 Bản đồ phân định các tiểu lưu vực trên lưu vực Đak Bla tỉnh Kon Tum

Sau khi chạy mô hình, nghiên cứu đã kiểm chứng thông qua chỉ số NSI dựa trên lưu lượng dòng chảy của trạm Kon Plong, với kết quả chỉ số NSI đạt 0,04 Chỉ số này chưa cao do dữ liệu còn hạn chế và vị trí trạm đo cách xa đầu ra lưu vực, dẫn đến độ chính xác của mô hình thấp Hơn nữa, dữ liệu khí tượng thu thập không đầy đủ, với một số ngày thiếu dữ liệu, và chỉ có một trạm thời tiết thực đo nằm trong lưu vực.

Trạm Măng Đen và Kon Tum hiện chỉ có dữ liệu khí tượng mô phỏng, với Măng Đen chỉ cung cấp dữ liệu mưa Sự tin cậy của dữ liệu mô phỏng thấp do các công trình thủy điện như Đak Nơ Pe 1, 2, 2ab, Đak Ne, Thượng Kon Tum và Đaks Grét đã điều hòa dòng chảy, làm cho giá trị thực đo khác biệt đáng kể so với giá trị mô phỏng Hơn nữa, mô hình SWAT sử dụng các phương trình thực nghiệm phát triển từ điều kiện khí hậu Hoa Kỳ, dẫn đến kết quả đầu ra chỉ có thể chấp nhận tạm thời trong bối cảnh hiện tại.

Hình 4.8 Biểu đồ kiểm chứng lưu lượng dòng chảy đầu ra của lưu vực sông Đak

Bla trong mô hình SWAT bằng phần mềm SWAT – CUP

Từ sự khác biệt của dữ liệu đầu vào(dữ liệu quy hoạch sử dụng đất đến năm

Mô hình SWAT đã tiến hành mô phỏng dữ liệu thời tiết giai đoạn 2015 – 2020, cho thấy tổng lượng bồi lắng tại lưu vực sông Đak Bla đạt 509.959.470 tấn Đặc biệt, lượng bồi lắng đạt đỉnh 45.130.000 tấn vào tháng 10/2020, và tăng khoảng 10,2 lần trong mùa mưa so với mùa nắng, với số liệu tương ứng là 464.431.600 tấn và 45.527.870 tấn Tháng 11 ghi nhận lượng bồi lắng cao nhất với 130.085.000 tấn Tình trạng bồi lắng trong giai đoạn 2015 - 2020 tương tự như giai đoạn 2005 - 2010 tại lưu vực số 5.

Tiểu lưu vực số 49 ghi nhận tổng lượng xói mòn cao nhất đạt 341.366.570 tấn, trong khi tiểu lưu vực số 1 có tổng lượng xói mòn thấp nhất là 37.848.451 tấn Sự chênh lệch rõ rệt giữa các giai đoạn được thể hiện qua tổng lượng bồi lắng, với tiểu lưu vực số 5 tăng hơn 22 lần và tiểu lưu vực số 1 tăng gần 38 lần.

Hình 4.9 Lượng bồi lắng trên lưu vực sông Đắk Bla giai đoạn 2015 -2020

Đánh giá xói mòn – bồi lắng giữa hai giai đoạn

Kết quả mô phỏng cho thấy lượng bồi lắng do xói mòn giai đoạn 2 đã tăng đáng kể so với giai đoạn 1, từ 21.964.060,2 tấn lên 509.959.470 tấn, tức là tăng hơn 23 lần Lượng bồi lắng trung bình cũng tăng cao, không có tháng nào dưới 6 lần, đặc biệt từ tháng 10 đến tháng 12, mức tăng lên đến 37 – 80 lần, với tháng 12 ghi nhận mức tăng cao nhất gần 80 lần Điều này chỉ ra một thực trạng đáng lo ngại rằng nếu không thay đổi quy hoạch, lượng bồi lắng và xói mòn sẽ tiếp tục gia tăng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống dân cư và môi trường lưu vực Sự gia tăng đột biến của bồi lắng xói mòn vào mùa mưa cho thấy kết cấu đất đã suy yếu, làm tăng khả năng xói mòn.

50 Đây là hệ quả của việc quy hoạch sử dụng đất để phát triển kinh tế một cách không hợp lý trong lưu vực

Hình 4.10 So sánh lượng bồi lắng trung bình theo tháng giữa giai đoạn

Đề xuất giải pháp hỗ trợ công tác đề xuất quy hoạch sử dụng đất

Bài toán quy hoạch sử dụng đất là tối ưu hóa lợi ích dựa trên ba yếu tố: kinh tế, xã hội và môi trường Cần phát triển kinh tế mà không làm suy giảm môi trường và đời sống xã hội Đề án quy hoạch sử dụng đất trong lưu vực theo định hướng tỉnh đã làm tình trạng bồi lắng do xói mòn trở nên nghiêm trọng hơn Do đó, các cơ quan chức năng cần định hướng quy hoạch lại, tập trung vào ba vấn đề: tăng cường thảm phủ thực vật, cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường, và lập kế hoạch hợp lý cho quá trình đô thị hóa Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp dựa trên kết quả mô phỏng.

4.4.1 Tăng thảm phủ thực vật

Thảm phủ thực vật đóng vai trò then chốt trong công tác chống xói mòn và bồi lắng, đòi hỏi phải duy trì mật độ che phủ trên lưu vực ở mức hợp lý Không chỉ dừng lại ở số lượng, thảm thực vật còn phải đảm bảo về chất lượng, trong đó phải bảo tồn những cánh rừng lâu năm và trồng mới các rừng trên diện tích đã bị triệt phá Đặc biệt, trong bối cảnh nguồn tài nguyên rừng đang suy giảm nghiêm trọng do chặt phá rừng bừa bãi và quá trình khai thác tài nguyên không bền vững.

Việc quy hoạch sử dụng đất để phát triển kinh tế và đô thị hóa là rất cần thiết, yêu cầu các cơ quan có thẩm quyền thực hiện các biện pháp bảo vệ rừng Cần quy hoạch kinh tế và phát triển đô thị theo từng vùng chuyên biệt, nhằm tránh ảnh hưởng đến các cánh rừng nguyên sinh và rừng phòng hộ, đồng thời trồng mới các diện tích rừng trong khu vực nghiên cứu.

4.4.1.1 Giữ nguyên diện tích rừng

Giả định rằng diện tích rừng năm 2020 không thay đổi so với năm 2010, mô hình sử dụng đất mới cho thấy tổng lượng bồi lắng trên lưu vực giảm còn 446.903.956 tấn, giảm hơn 63 triệu tấn so với kịch bản năm 2015.

Theo quy hoạch, lượng bồi lắng vào năm 2020 gấp khoảng 20 lần so với giai đoạn 2005 - 2010, với đỉnh điểm đạt 42.260.000 tấn vào tháng 10/2010 Trong đó, lượng bồi lắng mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 11) đạt 412.730.000 tấn, trong khi mùa nắng (tháng 12 và từ tháng 1 đến tháng 4) chỉ đạt 34.173.956 tấn Đặc biệt, tháng 11 ghi nhận lượng bồi lắng cao nhất với 118.646.000 tấn Việc bảo vệ rừng đã góp phần đáng kể vào việc giảm lượng bồi lắng trong lưu vực, nhưng lượng bồi lắng vẫn còn cao so với giai đoạn 2005 - 2010, do đó cần áp dụng thêm nhiều biện pháp khác.

Hình 4.11 So sánh lượng bồi lắng giữa kịch bản giữ nguyên diện tích rừng và kịch bản theo quy hoạch giai đoạn 2015 – 2020

Hình 4.12 So sánh lượng bồi lắng giữa giai đoạn 2005 - 2010 và giai đoạn 1015 -

2020 theo kịch bản giữ nguyên diện tích rừng

4.4.1.2 Giữ nguyên diện tích rừng kết hợp phủ xanh đất trống đồi trọc

Giả định rằng diện tích rừng năm 2020 không thay đổi so với năm 2010 và toàn bộ đất trống đã được phủ xanh bằng rừng, mô hình sử dụng đất mới cho thấy tổng lượng bồi lắng trên lưu vực giảm còn 426.474.852 tấn, giảm hơn 83 triệu tấn so với kịch bản quy hoạch cũ và chỉ gấp khoảng 19 lần so với giai đoạn 2005 - 2010 Lượng bồi lắng đỉnh điểm đạt 40.780.000 tấn vào tháng 10/2010, với lượng bồi lắng trong mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11) đạt 394.487.600 tấn và mùa nắng (tháng 12 và từ tháng 1 đến tháng 4) là 31.987.252 tấn Đặc biệt, lượng bồi lắng đỉnh điểm xảy ra vào tháng 11, đạt 114.681.000 tấn Như vậy, việc bảo vệ rừng và phủ xanh đồi trọc đã góp phần giảm đáng kể lượng bồi lắng trong lưu vực.

Hình 4.13 So sánh lượng bồi lắng giữa kịch bản giữ nguyên diện tích rừng phủ xanh đồi trọc và kịch bản theo quy hoạch giai đoạn 2015 – 2020

Hình 4.14 So sánh lượng bồi lắng giữa giai đoạn 2005 - 2010 và giai đoạn 1015 -

2020 theo kịch bản giữ nguyên diện tích rừng kết hợp phủ xanh đồi trọc

4.4.2 Cân bằng lợi ích kinh tế và môi trường

Phát triển kinh tế là mục tiêu thiết yếu cho sự phát triển của đất nước, nhưng cần phải gắn liền với bảo vệ môi trường để đảm bảo tính bền vững Nếu không chú trọng đến môi trường, chúng ta sẽ phải đối mặt với những hậu quả nghiêm trọng như xói mòn và bồi lắng Bên cạnh đó, tiềm năng phát triển thủy điện cũng cần được khai thác một cách hợp lý để vừa thúc đẩy kinh tế, vừa bảo vệ hệ sinh thái.

Lưu vực có tiềm năng kinh tế lớn từ hoạt động thương mại, nhưng sự phát triển này cũng dẫn đến sự suy giảm lớp thực phủ và chất lượng lớp thổ nhưỡng bề mặt Do đó, các cơ quan chức năng cần có kế hoạch quy hoạch rõ ràng để phát triển kinh tế bền vững và bảo vệ môi trường.

4.4.3 Quá trình đô thị hóa Đô thị hóa được biết là có ảnh hưởng đến quan hệ lượng mưa – dòng chảy, những yếu tố quyết định đến quá trình xói mòn – bồi lắng Tuy nhiên trong nhiều mô hình trước đây người ta ít tính đến yếu tố này với lý do là đô thị thường chiếm diện tích nhỏ trong lưu vực Tuy nhiên không vì thế mà chúng ta được quyền xem nhẹ vấn đề này Điển hình nhƣ trong đề tài đã tính đến thay đổi sử dụng đất trong đó có quá trình đô thị hóa đã làm cho lƣợng bồi lắng tăng một cách chóng mặt Đây là bài toán nan giải đòi hỏi chính quyền cần xây dựng các khu dân cƣ đô thị tránh xa các nhánh sông chính cũng nhƣ các cánh rừng nguyên sinh để đảm bảo giảm tác động và áp lực của đô thị hóa lên môi trường

4.4.4 Một số biện pháp hạn chế xói mòn bồi lắng khác

Mỗi lưu vực sở hữu các điều kiện tự nhiên và xã hội đặc thù, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả của các biện pháp can thiệp Để hạn chế xói mòn trong khu vực nghiên cứu, có thể áp dụng một số biện pháp thích hợp.

Xây dựng ruộng bậc thang và canh tác theo đường đồng mức là những biện pháp hiệu quả giúp dẫn dòng, ngăn dòng và giảm tốc độ dòng chảy trong khu vực lưu vực Việc đào mương và đắp đập cũng góp phần quan trọng trong việc quản lý nước, bảo vệ đất và duy trì độ ẩm cho cây trồng.

Xây dựng hồ chứa phụ và hệ thống thủy lợi là giải pháp hiệu quả nhằm tăng cường tích nước, giảm áp lực dòng chảy do các đập thủy điện gây ra.

- Cải tạo và làm mới các diện tích đất bị xói mòn bằng các biện pháp nhƣ: bón vôi, bón phân, trồng các loại cây để tạo thảm phủ,

- Phủ xanh các diện tích đất trống hoặc bị bỏ hoang

- Hướng dẫn người dân canh tác theo hướng bảo tồn đất

Mối liên hệ giữa thay đổi sử dụng đất đến lƣợng bồi lắng

Việc thay đổi sử dụng đất có ảnh hưởng lớn đến xói mòn và bồi lắng trong lưu vực Khi giảm diện tích rừng và tăng cường các loại hình sử dụng đất khác, lượng bồi lắng gia tăng nhanh chóng Mỗi loại hình sử dụng đất có khả năng giữ đất và hạn chế xói mòn khác nhau Chẳng hạn, sự thay đổi diện tích rừng trong quy hoạch sử dụng đất năm 2020 đã làm thay đổi đáng kể lượng bồi lắng trong khu vực, như được thể hiện trong bảng 4.1 dưới đây.

Kịch bản quy hoạch SDD năm 2020 Diện tích rừng (ha) Lƣợng bồi lắng (tấn)

Kịch bản giữ rừng kết hợp phủ xanh đất trống đồi trọc

Tiêu đề	Ứng Dụng GIS Và SWAT Hỗ Trợ Công Tác Đề Xuất Quy Hoạch Sử Dụng Đất Cho Lưu Vực Sông Đak Bla, Tỉnh Kon Tum
Tác giả	Nguyễn Kiều Minh Thông
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Kim Lợi, KS Lê Hoàng Tú
Trường học	Trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hệ thống Thông tin Môi trường
Thể loại	khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	2,98 MB