ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS và mô HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG nước lưu vực hồ dầu TIẾNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỚNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC HỒ DẦU TIẾNG Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THANH TUẤN Ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ Niên Khóa: 2007 - 2011 Tháng 08/2011 i ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC LƢU VỰC HỒ DẦU TIẾNG Tác giả NGUYỄN THANH TUẤN Khóa luận đƣợc đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sƣ ngành Hệ thống thông tin địa lý. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Kim Lợi Tháng 08 năm 2011 ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên con xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, cha mẹ đã sinh thành, dƣỡng dục và cho con cơ hội đƣợc trƣởng thành và học hành cho đến ngày hôm nay. Cha mẹ đã chịu bao nỗi khó khăn vất vả để tƣơng lai các con đƣợc tƣơi sáng. Sau đó em xin đƣợc cảm ơn trƣờng đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, khoa Môi Trƣờng và Tài Nguyên, Bộ Môn Hệ Thống Thông Tin Địa Lý cùng các quý thầy cô giáo đã nhiệt tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em trong suốt bốn năm đại học. Cho em có cơ hội đƣợc tiếp xúc với những kiến thức mới để bƣớc vào đời. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Kim Lợi, trƣởng Bộ môn Thông Tin Địa Lý Ứng Dụng trƣờng đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ em hoàn thành Khóa Luận Tốt Nghiệp. Em xin cảm ơn phòng Tài Nguyên và Môi Trƣờng, Ủy Ban Nhân Dân huyện Dầu Tiếng cùng các anh chị cán bộ của phòng và công ty Thủy Lợi đã giúp đỡ em trong khi thực hiện Khóa Luận. Cuối cùng xin cảm ơn các bạn lớp DH07GI, những ngƣời bạn nhiệt tình, thân ái và đoàn kết giúp đỡ lẫn nhau trong suốt bốn năm học vừa qua. iii TÓM TẮT Những năm trở lại đây vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc ngày càng diễn ra nghiêm trọng trên khắp thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Nhu cầu đƣợc sử dụng nƣớc sạch trong sinh hoạt ngày càng cao trong khi chất lƣợng nƣớc tại các điểm cấp nƣớc lại ngày càng ô nhiễm. Hồ Dầu Tiếng là một trong những hồ chứa nƣớc cung cấp nƣớc cho sinh hoạt và tƣới tiêu lớn nhất cả nƣớc, cung cấp nƣớc cho một lƣợng lớn ngƣời dân ở Bình Dƣơng, Đồng Nai và thành phố Hồ Chí Minh. Chính vì vậy việc xác định chất lƣợng nƣớc của hồ là rất quan trọng cho việc xử lý nƣớc hợp lý. Vì lý do trên mà đề tài nghiên cứu này lấy chủ đề là “ Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực hồ Dầu Tiếng”. Đề tài đƣợc thực hiện nhằm các mục tiêu sau: (1) Nghiên cứu lý thuyết về mô hình SWAT trong phần mềm Map Window. (2) Thu thập dữ liệu xây dựng bản đồ đất, bản đồ sử dụng đất, bản đồ địa hình và dữ liệu thời tiết. Từ đó tiến hành thực hiện trên mô hình SWAT để đánh giá chất lƣợng nƣớc của lƣu vực hồ Dầu Tiếng. (3) Đề xuất những giải pháp thích hợp để bảo vệ và nâng cao chất lƣợng nƣớc của hồ Dầu Tiếng. Sau quá trình thực hiện thì đề tài đã đạt đƣợc một số kết quả sau: - Xây dựng đƣợc bản thông số chất lƣợng nƣớc của lƣu vực hồ Dầu Tiếng. - Kết quả phần nào đánh giá đƣợc chất lƣợng nƣớc của lƣu vực và của hồ Dầu Tiếng. iv MỤC LỤC Trang TRANG TỰA i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1 1.1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI 1 1.2. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2 1.3. MỤC TIÊU-NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 2 Chƣơng 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3 2.1. MÔ TẢ KHÁI QUÁT VỀ HỒ DẦU TIẾNG 3 2.1.1. Lịch sử hình thành 3 2.1.2. Vị trí địa lý 3 2.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HỒ DẦU TIẾNG 4 2.2.1. Đặc điểm khí hậu 4 2.2.2. Đặc điểm địa hình, thổ nhƣỡng và sử dụng đất 5 2.2.3. Thủy văn hồ Dầu Tiếng 6 2.3. HOẠT ĐỘNG KINH TẾ XÃ HỘI LƢU VỰC HỒ DẦU TIẾNG 6 2.3.1. Vùng ngập nƣớc 6 2.3.2. Vùng bán ngập nƣớc 8 2.4. HIỆN TRẠNG CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG HỒ DẦU TIẾNG 12 2.4.1 Chất lƣợng môi trƣờng không khí 12 2.4.2 Chất lƣợng môi trƣờng nƣớc 12 2.5. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 13 2.5.1. Định nghĩa 13 v 2.5.2. Các thành phần của GIS 13 2.5.3. Chức năng của GIS 14 2.5.4. Các dạng dữ liệu của GIS 15 2.6. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SWAT 17 2.6.1. Lịch sử phát triển của SWAT 17 2.6.2. Giới thiệu về mô hình SWAT 19 Chƣơng 3:PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 3.1. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 3.2. THU THẬP – XỬ LÍ DỮ LIỆU 27 3.2.1. Một số khái niệm 27 3.2.2. Tổng quan về dữ liệu đầu vào sử dụng trong SWAT 28 3.2.3. Thu thập và xử lí dữ liệu 29 3.3. TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN TRÊN SWAT 32 3.3.1. Tạo ranh giới lƣu vực và tiểu lƣu vực 32 3.3.2. Tạo các đơn vị thủy văn 34 3.3.3. Xây dựng bảng thông số đầu vào để chạy mô hình và chạy mô hình SWAT 35 Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 37 4.1. DIỄN BIẾN DÒNG CHẢY TRÊN LƢU VỰC 38 4.2. DIỄN BIẾN DO THEO LƢU VỰC. 39 4.3. DIỄN BIẾN NITƠ THEO LƢU VỰC. 39 4.3.1 Diễn biến Nitrit (NO 2 - ) và Nitrat (NO 3 - ). 40 4.3.2 Diễn biến ammoni (NH 4 + ) theo lƣu vực. 41 4.4. DIỄN BIẾN PHOTPHAT (PO 4 3- ) THEO LƢU VỰC. 42 Chƣơng 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 44 5.1. KẾT LUẬN. 44 5.2. KIẾN NGHỊ 44 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Vị trí hồ Dầu Tiếng 4 Hình 2.2:Các thành phần của GIS 14 Hình 2.3: Chu trình nƣớc trong hệ thống sông ngòi 23 Hình 3.1: Bản đồ đất của khu vực nghiên cứu 29 Hình 3.2: Bản đồ DEM khu vực nghiên cứu 30 Hình 3.3: Bản đồ sử dụng đất của khu vực nghiên cứu 31 Hình 3.4: Thông số tạo ranh giới lƣu vực và tiểu lƣu vực của mô hình SWAT 33 Hình 3.5: Lƣu vực của hồ Dầu Tiếng sau khi tạo ranh giới 34 Hình 3.6: Thông số tạo các đơn vị thủy văn của mô hình SWAT 35 Hình 4.1: Vị trí các tiểu lƣu vực đƣợc chọn 37 Hình 4.2: Biểu đồ phân cấp lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc ở 2 tiểu lƣu vực theo tháng 39 Hình 4.3: Biểu đồ phân cấp lƣợng Nitrit trong nƣớc ở 2 tiểu lƣu vực theo tháng 40 Hình 4.4: Biểu đồ phân cấp lƣợng Nitrat trong nƣớc ở 2 tiểu lƣu vực theo tháng 41 Hình 4.5: Biểu đồ phân cấp lƣợng Ammoni trong nƣớc ở 2 tiểu lƣu vực theo tháng 42 Hình 4.6: Biểu đồ phân cấp lƣợng photphat trong nƣớc ở 2 tiểu lƣu vực theo tháng 43 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Sản lƣợng khai thác thủy sản trong hồ Dầu Tiếng 7 Bảng 2.2: Diện tích, dân số các xã ven hồ Dầu Tiếng 9 Bảng 2.3: Diện tích đất phân theo mục đích sử dụng 10 Bảng 2.4: Số lƣợng vật nuôi tại các xã ven hồ 10 Bảng 2.5: So sánh chất lƣợng nƣớc của các hồ Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ 12 Sơ đồ 2.1: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS 15 Sơ đồ 3.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu đề tài 25 Sơ đồ 3.2: Sơ đồ phƣơng pháp luận 26 Bảng 3.1: Các loại đất trong lƣu vực hồ Dầu Tiếng 30 Bảng 3.2: Các loại hình sử dụng đất trong lƣu vực hồ Dầu Tiếng 31 Bảng 3.3: Thông tin về các tập tin dữ liệu thời tiết 32 Bảng 4.1: Lƣu lƣợng dòng chảy và tổng lƣợng dòng chảy tháng ở 2 tiểu lƣu vực . 38 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ARS: Agricultural Research Service Bộ NN&PTNT: Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn CREAMS: Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems DEM: Digital Elevation Model DO: Dissolved Oxygen FAO: Food and Agriculture Organization GIS: Geographic Information System GLCC: Global Land Cover Chacterization GLEAMS: Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems HRU: Hydrostatic Release Unit LULC: landuse and landcover MUSLE: Modified Universal Soil Loss Equation MWSWAT: Map Window Soil and Water Assessment Tool NEXRAD: Next-Generation Radar QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn Việt Nam năm 2008 của Bộ Tài Nguyên và Môi Trƣờng SQL: Structure Query Language SRTM: Shuttle Radar Topographic Mission SWAT: Soil and Water Assessment Tool SWRRB: Simulator for Water Resources in Rural Basins TP: Total Phospho UBND: Ủy Ban Nhân Dân USDA: United States Department of Agriculture USGS: United States Geological Survey UTM: The Universal Transverse Mercator 1 Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, Việt Nam đang xây dựng và phát triển để cơ bản trở thành một nước công nghiệp vào năm 2020. Tuy nhiên, việc phát triển kinh tế cầ phải gắn liền với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Vấn đề bảo vệ môi trường đang là vấn đề nóng bỏng trong suốt nững năm gần đây vì môi trường chính là nơi chúng ta và những sinh vật khác đang sống, là nơi cung cấp các nhu cầu thiết yếu cho cuộc sống của chúng ta. Hiện tượng ô nhiễm nguồn nước đang là vấn đề được mọi người quan tâm và cần phải có biện pháp khắc phục, giải quyết thật nhanh để bảo vệ sự sống của chúng ta. Có nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước như sự phát triển và chết đi của các loài thực vật, động vật có trong nguồn nước, do nước rửa trôi các chất ô nhiễm vào trong nguồn nước và do việc xả nước thải sinh hoạt và công nghiệp vào nguồn nước. Sự ô nhiễm nguồn nước gây ra những hậu quả vô cùng nguy hại đến cuộc sống của con người và động thực vật. Hồ Dầu Tiếng là một trong những hồ nước nhân tạo lớn nhất Việt Nam với diện tích hơn 27.000 hecta và 1,5 tỷ m 3 nước. Hồ là nguồn cung cấp nước chính cho sinh hoạt và công nghiệp, nông nghiệp của các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh, Long An. Chính vì thế chất lượng nước của hồ là rất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sống và nền kinh tế của các tỉnh. Vì lẽ đó mà việc đánh giá, giám sát tình trạng,chất lượng nước của hồ Dầu Tiếng là một việc cần thiết. Hệ thống thông tin địa lý ( GIS – Geographic information System) là một công nghệ mới được du nhập vào Việt Nam trong những thập niên 90 của thế kỉ XIX và đang phát triển trong những năm trở lại đây. Việc ứng dụng GIS vào hoạt động quy [...]... Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực hồ Dầu Tiếng 1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Vì thời gian và nguồn lực thực hiện có hạn nên đề tài chỉ ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT để đánh giá chất lượng nước theo một số thông số về chất lượng nước của QCVN 08:2008/BTNMT tại lưu vực hồ Dầu Tiếng 1.3 MỤC TIÊU-NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Với mục tiêu là đánh giá chất lượng nước hồ Dầu Tiếng. .. qua công nghệ GIS và mô hình SWAT Chi tiết mục tiêu nghiên cứu như sau: - Tìm hiểu mô hình SWAT và khả năng ứng dụng mô hình SWAT tại Việt Nam - Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước tại lưu vực hồ Dầu Tiếng - Tìm hiểu và sử dụng chương trình Map Window và plug-ins của nó là MWSWAT 2 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1 MÔ TẢ KHÁI QUÁT VỀ HỒ DẦU TIẾNG 2.1.1 Lịch sử hình thành Hồ Dầu Tiếng. .. dòng nước bên trong đất vào mô hình động học; tính toán chất lượng nước đối với các thông số: phân bón và thuốc trừ sâu bằng mô hình chất lượng nước sông (QUAL2E) ♦ SWAT9 8.1: thêm vào cải tiến mô hình chất lượng nước và tan băng; mở rộng chu trình dinh dưỡng; những ứng dụng của trồng trọt, chăn nuôi và xét đến dòng nước mưa SWAT9 8.1 đã được ứng dụng nghiên cứu trên vùng Southern Hemisphere ♦ SWAT9 9.2:... SWAT là mô hình dùng để dự báo những ảnh hưởng của sự quản lí sử dụng đất đến nước, sự bồi lắng và lượng hóa chất sinh ra từ hoạt động nông nghiệp trên những lưu vực rộng lớn và phức tạp trong khoảng thời gian dài Mô hình là sự tập hợp những phép toán hồi quy để thể hiện mối quan hệ giữa giá trị thông số đầu vào và thông số đầu ra Mô hình SWAT có những ưu điểm so với các mô hình trước, đó là: lưu vực. ..hoạch,quản lí và giám sát tài nguyên môi trường là rất cần thiết Trong đó mô hình đánh giá chất lượng đất và nước 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 đến thành phần nước, địa chất, sản lượng nông nghiệp trên lưu vực rộng lớn trong khoảng thời gian dài... là hòa tan trong nước và bị hấp phụ vào bùn lắng 24 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong khuôn khổ nghiên cứu, đề tài tiến hành nghiên cứu theo sơ đồ sau: Sơ đồ 3.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu đề tài Mục tiêu của đề tài là đánh giá chất lượng nước lưu vực hồ Dầu Tiếng thì đề tài đã ứng dụng mô hình SWAT vào trong nghiên cứu Dữ liệu đầu vào trong mô hình SWAT bao gồm bản... các tiểu lưu vực nằm trong biên giới của lưu vực nghiên cứu 3.2.1.2 Tiểu lƣu vực Một lưu vực lớn sẽ được chia nhỏ thành nhiều tiểu lưu vực Mỗi tiểu lưu vực có vị trí địa lí trong lưu vực và có mối quan hệ về mặt không gian với các tiểu lưu vực khác Tiểu lưu vực được xác lập dựa trên đường phân thủy, phụ thuộc vào địa hình bề mặt, kéo dài từ những dòng chảy đến điểm ra (outlet) của tiểu lưu vực đó Khi... Tây Nam huyện Củ Chi, thành phố Hồ Chí Minh Diện tích lưu vực sông Sài Gòn tới tuyến đập Dầu Tiếng là 2.700 km2 (trên tổng diện tích tính toán lưu vực sông Sài Gòn 5.560 km2 ) 3 Hình 2.1: Vị trí hồ Dầu Tiếng 2.2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HỒ DẦU TIẾNG 2.2.1 Đặc điểm khí hậu Hồ Dầu Tiếng nói riêng và lưu vực sông Sài Gòn nói chung nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa Khí hậu được phân thành hai... HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG HỒ DẦU TIẾNG 2.4.1 Chất lượng môi trường không khí Môi trường không khí trong hồ nhìn chung là tốt Tuy nhiên, do việc chăn thả gia súc rất nhiều nên phân thải của chúng gây ra mùi hôi Do vùng hồ luôn có gió nên mùi hôi này cũng được khuếch tán và không gây ảnh hưởng gì tới môi trường chung Khu vực hồ Dầu Tiếng có khí hậu thông thoáng trong lành, chất lượng môi trường... từng tiểu lưu vực và sẽ sử dụng để tính toán lượng xói mòn chung trên toàn lưu vực Điều này giúp nâng cao tính chính xác và mô tả ý nghĩa vật lí của phương trình cân bằng nước tốt hơn Những dữ liệu đầu vào và các quá trình liên quan đến chu trình nước trong pha đất bao gồm:  Khí hậu Khí hậu của lưu vực cung cấp dữ liệu đầu vào về độ ẩm và năng lượng để kiểm soát quá trình cân bằng nước và xác định . qua công nghệ GIS và mô hình SWAT. Chi tiết mục tiêu nghiên cứu như sau: - Tìm hiểu mô hình SWAT và khả năng ứng dụng mô hình SWAT tại Việt Nam. - Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước. SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực hồ Dầu Tiếng . 1.2. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Vì thời gian và nguồn lực thực hiện có hạn nên đề tài chỉ ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT để đánh giá chất lượng. chủ đề là “ Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực hồ Dầu Tiếng . Đề tài đƣợc thực hiện nhằm các mục tiêu sau: (1) Nghiên cứu lý thuyết về mô hình SWAT trong