Mục tiêu của đề tài là ứng dụng mô hình SWAT mô phỏng, đánh giá lƣu lƣợng dòng chảy và chất lƣợng nƣớc trên lƣu vực sông La Ngà giai đoạn 1997 - 2010.. Dữ liệu quan trắc lƣu lƣợng dòng c
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ KLTN Thơng tin địa lý CHẤT LƢỢNG NƢỚC MẶT LƢU VỰC SÔNG LA NGÀ Họ tên sinh viên: NGUYỄN ĐỖ NGỌC UYÊN Ngành: Hệ thống Thơng tin Mơi trƣờng Niên khóa: 2010 – 2014 TP Hồ Chí Minh, 06/2014 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC MẶT LƢU VỰC SƠNG LA NGÀ Tác giả NGUYỄN ĐỖ NGỌC UN Khóa luận đƣợc đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kĩ sƣ ngành Hệ thống Thông tin Môi trƣờng KLTN Thông tin địa lý Giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS NGUYỄN KIM LỢI KS NGUYỄN DUY LIÊM Tp Hồ Chí Minh, 06/2014 i LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Kim Lợi KS Nguyễn Duy Liêm, ngƣời hƣớng dẫn, bảo tận tình động viên tơi suốt thời gian qua, giúp tơi hồn thành báo cáo tốt nghiệp Trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Quy hoạch Thủy Lợi miền Nam tạo điều kiện cho đƣợc thực tập quan Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn đến NCS.ThS Đỗ Đức Dũng, ThS Nguyễn Vũ Huy, KS Nguyễn Văn Hùng cán cơng tác Phịng Quy hoạch Thủy Lợi Đông Nam phụ cận trao đổi kinh nghiệm, kiến thức quý báu nhƣ chia sẻ tài liệu, liệu liên quan đến đề tài Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy KS Lê Hồng Tú, trƣờng Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý giá dành cho bốn năm học tập trƣờng Tôi cảm ơn ngƣời bạn đồng hành quãng đời sinh viên, ngƣời giúp đỡ tơi gặp khó khăn, sẵn sàng chia sẻ cho KLTN Thông tin địa lý điều hay, lẽ phải nguồn động lực để phấn đấu vƣơn lên Cuối cùng, để có đƣợc thành nhƣ ngày hơm nay, xin nói lời biết ơn chân thành cha mẹ, ngƣời sinh thành nên con, chăm sóc, ni dạy thành ngƣời tạo điều kiện cho đƣợc học tập Sinh viên thực Nguyễn Đỗ Ngọc Uyên Bộ môn Tài nguyên GIS Khoa Môi trƣờng Tài nguyên Trƣờng Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh ii TĨM TẮT Khóa luận tốt nghiệp “Ứng dụng mơ hình SWAT đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt lƣu vực sông La Ngà” đƣợc thực khoảng thời gian từ ngày 03/03/2014 đến ngày 06/06/2014 Sông La Ngà phụ lƣu lƣu vực sông Đồng Nai, bắt nguồn từ cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng với diện tích 4.010 km2, chảy qua địa bàn huyện Bảo Lộc (Lâm Đồng), Tánh Linh (Bình Thuận), Tân Phú, Định Quán (Đồng Nai) Quá trình phát triển kinh tế - xã hội lƣu vực đặt vấn đề xúc công tác quản lý, khai thác bảo vệ tài nguyên nƣớc Do vậy, việc đánh giá chất lƣợng nƣớc lƣu vực cần thiết Mục tiêu đề tài ứng dụng mơ hình SWAT mơ phỏng, đánh giá lƣu lƣợng dịng chảy chất lƣợng nƣớc lƣu vực sơng La Ngà giai đoạn 1997 - 2010 Dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu đƣợc thu thập từ nhiều nguồn khác Dữ liệu DEM đƣợc lấy từ liệu ASTER GDEM METI/NASA, với độ phân giải không gian 30 Thông m, sử dụng để chialý lƣu vực Bản đồ sử dụng đất KLTN tinphân địa năm 2000 đồ thổ nhƣỡng đƣợc cung cấp Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam (VQHTLMN) sau biên tập đƣợc sử dụng để phân tích đơn vị thủy văn Dữ liệu thời tiết (1997 – 2010) trạm (Bảo Lộc, Tà Pao Xuân Lộc) bao gồm liệu lƣợng mƣa, nhiệt độ khơng khí, độ ẩm khơng khí, tốc độ gió, xạ Mặt Trời đƣợc cung cấp VQHTLMN Dự án Quan trắc Lƣợng mƣa Tồn cầu thuộc Chƣơng trình Nghiên cứu Khí hậu Tồn cầu Dữ liệu quan trắc lƣu lƣợng dòng chảy chất lƣợng nƣớc VQHTLMN, Phịng Quan trắc Mơi trƣờng - Sở Tài nguyên Môi trƣờng Đồng Nai cung cấp đƣợc sử dụng để kiểm tra độ xác kết mô theo hai thời kỳ 1997 – 2001 (trƣớc có cơng trình thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi) thời kỳ 2002 – 2003 Kết cho thấy, vào mùa khô, giá trị lƣu lƣợng dịng chảy mơ tƣơng đối tƣơng đồng với giá trị lƣu lƣợng dòng chảy thực đo; vào mùa mƣa, giá trị lƣu lƣợng dịng chảy mơ cao giá trị lƣu lƣợng dịng chảy mơ Giá trị lƣu lƣợng dịng chảy theo tháng đƣợc mơ dựa giá trị tính tốn lƣợng mƣa trung bình tháng Vì vậy, kết mơ lƣu lƣợng dịng chảy theo tháng nhìn chung tốt kết mơ lƣu lƣợng dòng chảy theo ngày Chỉ số R2 iii nằm khoảng chấp nhận đƣợc (0,331 – 0,944), thể tƣơng quan giá trị lƣu lƣợng dòng chảy thực đo mô Tà Pao Phú Điền Chỉ số NSI tốt hai năm 1997 1998, dao dộng từ 0,004 đến 0,724; nhiên, số NSI lại không đƣợc tốt từ công trình thủy lợi Hàm Thuận – Đa Mi vào hoạt động năm 2001, số NSI đột ngột xuống thấp vào năm 2002, 2003 Từ cho thấy giá trị lƣu lƣợng dịng chảy thực đo mơ chênh lệch cao hai năm Điều chứng tỏ lƣu lƣợng dòng chảy chịu tác động cơng trình thủy điện Đánh giá độ xác kết mô chất lƣợng nƣớc qua sáu thông số bao gồm oxi hòa tan (DO), ammonia (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), phosphat (PO43-), tổng chất rắn lơ lửng (TSS) cho thấy R2 dao động sấp xỉ từ đến 0,4; NSI dao động sấp xỉ từ -188 đến -2; giá trị mô thấp giá trị thực đo độ tin cậy mơ hình khơng cao Nguyên nhân thiếu liệu đầu vào nguồn gây ô nhiễm dạng điểm dạng phân tán nên độ xác mơ hình mơ chất lƣợng nƣớc chƣa đạt độ xác theo yêu cầu đặt Bên cạnh đó, khảo sát đƣợc mối quan hệ lƣu lƣợng dịng chảy với thơng số chất lƣợng nƣớc cho thấy hầu hết thông số chất lƣợng nƣớc KLTN Thơng có mối tƣơng quan thuận với lƣu lƣợngtin dòngđịa chảy lý Cuối cùng, tiến hành so sánh giá trị chất lƣợng nƣớc thực đo năm 2010 với Quy chuẩn Kĩ thuật Quốc gia Chất lƣợng nƣớc mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) cho thấy thông số chất lƣợng nƣớc hầu nhƣ phù hợp với mục đích sử dụng khác lƣu vực sông La Ngà; ngoại trừ hàm lƣợng chất rắn lơ lửng vƣợt quy chuẩn vào tháng X Kết nghiên cứu cung cấp thơng tin hữu ích hỗ trợ công tác giám sát, quản lý nguồn nƣớc hiệu iv MỤC LỤC TRANG TỰA i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC .v DANH MỤC VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH ẢNH .x CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .2 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu KLTN Thông tin địa lý CHƢƠNG TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 2.1 Giới thiệu chất lƣợng nƣớc 2.1.1 Các khái niệm .3 2.1.2 Một số tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc 2.1.3 Nguồn gây ô nhiễm nƣớc .6 2.1.4 Hiện tƣợng lan truyền chất môi trƣờng nƣớc 2.2 Phƣơng pháp mô phỏng, đánh giá chất lƣợng nƣớc 12 2.2.1 Lấy mẫu trực tiếp 12 2.2.2 Mơ hình toán .12 2.3 Hệ thống thống tin địa lý (GIS) 14 2.3.1 Định nghĩa GIS 14 2.3.2 Thành phần GIS 15 2.3.3 Chức GIS .16 2.4 Mơ hình SWAT 17 2.4.1 Tổng quan mơ hình SWAT 17 2.4.2 Ngun lý mơ hình SWAT 17 v 2.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu .20 2.5.1 Tình hình nghiên cứu giới .20 2.5.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 21 CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 23 3.1 Vị trí địa lý 23 3.2 Điều kiện tự nhiên .24 3.2.1 Địa hình 24 3.2.2 Sơng ngịi 24 3.2.3 Khí hậu .26 3.2.4 Thủy văn .27 3.3 Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội 28 3.3.1 Tình hình phát triển dân cƣ .28 3.3.2 Tình hình phát triển ngành kinh tế .29 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .32 4.1 Tiến trình thực 32 Thông tin địa lý 4.2 Thu thập, xử lýKLTN liệu 33 4.2.1 Cấu trúc tổng quát tập tin liệu đầu vào đầu SWAT 33 4.2.2 Cấu trúc liệu đầu vào .34 4.2.3 Thu thập liệu lƣu lƣợng dòng chảy chất lƣợng nƣớc thực đo 42 4.2.4 Xử lý liệu đầu vào theo định dạng yêu cầu SWAT 44 4.3 Tiến trình chạy mơ hình SWAT 49 4.3.1 Phân chia lƣu vực .49 4.3.2 Phân tích đơn vị thủy văn 49 4.3.3 Nhập liệu thời tiết 51 4.3.4 Chạy mơ hình 52 4.3.5 Đánh giá mơ hình .52 CHƢƠNG KẾT QUẢ, THẢO LUẬN 54 5.1 Đánh giá độ xác kết mơ LLDC (1997 – 2003) .54 5.2 Đánh giá độ xác kết mơ CLN (2010) 58 5.3 Mối quan hệ LLDC thông số CLN 61 5.4 So sánh giá trị CLN với Quy chuẩn 63 vi CHƢƠNG KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT .67 6.1 Kết luận .67 6.2 Đề xuất 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 73 KLTN Thông tin địa lý vii DANH MỤC VIẾT TẮT BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trƣờng CLN Chất lƣợng nƣớc DEM Mơ hình độ cao số (Digital Elevation Model) FAO Tổ chức nông lƣơng giới (Food and Agriculture Organization) HRU(s) Đơn vị thủy văn (Hydrologic Reponse Units) LLDC Lƣu lƣợng dòng chảy LVSLN Lƣu vực sông La Ngà GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) GPCP Dự án quan trắc lƣợng mƣa toàn cầu (Global Precipitation Climatology Project) NASA Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ (National Aeronautics and Space Administration) QCNV KLTN Thông Quy chuẩn Việt Nam tin địa lý SWAT Mơ hình đánh giá đất nƣớc (Soil anh Water Asessment Tool) VQHTLMN Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam WCRP Chƣơng trình nghiên cứu khí hậu tồn cầu (World Climate Research Program) WQI Chỉ số chất lƣợng nƣớc (Water Quality Index) viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 Nhiệt độ, độ ẩm, bốc tốc độ gió trung bình hàng tháng năm 26 Bảng 3-2 Lƣu lƣợng trung bình tháng thực đo số vị trí (Đơn vị: m3/s) 27 Bảng 3-3 Diện tích đặc điểm dân cƣ LVSLN 29 Bảng 4-1 Cấu trúc tổng quát tập tin liệu đầu vào SWAT 33 Bảng 4-2 Cấu trúc tổng quát tập tin liệu đầu SWAT 34 Bảng 4-3 Ý nghĩa thông số bảng CropRng 35 Bảng 4-4 Ý nghĩa thông số bảng UrbanRng .37 Bảng 4-5 Thông số đầu vào liệu thổ nhƣỡng SWAT 37 Bảng 4-6 Phân loại đất theo nhóm đất thủy văn 39 Bảng 4-7 Đặc điểm nhóm đất thủy văn 39 Bảng 4-8 Các thông số đầu vào liệu thời tiết tổng quát 41 Bảng 4-9 Mạng lƣới trạm quan trắc thủy văn LVSLN 42 Bảng 4-10 Đặc điểm vị trí quan trắc CLN LVSLN 43 KLTN Thông tintrênđịa lý sông La Ngà 45 Bảng 4-11 Các loại hình sử dụng đất năm 2000 lƣu vực Bảng 4-12 Các loại đất lƣu vực sông La Ngà 47 Bảng 4-13 Đặc trƣng địa lý trạm quan trắc khí tƣợng .48 Bảng 5-1 Thống kê so sánh LLDC ngày Phú Điền Tà Pao (1997 – 2003) 54 Bảng 5-2 Thống kê so sánh LLDC tháng Phú Điền Tà Pao (1997 – 2003) .55 Bảng 5-3 Thống kê so sánh thông số chất lƣợng nƣớc năm 2010 58 Bảng 5-4 Thống kê giá trị LLDC mô thông số CLN thực đo điểm đo SW_LN_01 61 Bảng 5-5 Thống kê giá trị LLDC mô thông số CLN thực đo điểm đo SW_LN_02 62 Bảng 5-6 Giá trị giới hạn số thông số CLN 64 ix