TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH SWAT PHIÊN BẢN 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU    TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH SWAT PHIÊN BẢN 2012 (ArcSWAT 2012, ArcGIS 10.0/10.1) Biên soạn: PGS.TS Nguyễn Kim Lợi KS Lê Hoàng Tú KS Nguyễn Duy Liêm TP Hồ Chí Minh, Tháng 10/2013 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWAT 1.1 Tổng quan mô hình SWAT 1.2 Quá trình phát triển SWAT 1.3 Ứng dụng mô hình SWAT 1.4 Nguyên lý mô SWAT 1.5 Tiến trình mô SWAT 12 CHƯƠNG HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ArcSWAT 14 2.1 Giới thiệu ArcSWAT 14 2.2 Cài đặt ArcSWAT 14 2.2.1 Yêu cầu hệ thống 14 2.2.2 Tiến trình cài đặt ArcSWAT 15 2.2.3 Nội dung bên thư mục cài đặt 18 2.3 Biên tập liệu đầu vào cho ArcSWAT 19 2.3.1 Dữ liệu không gian 19 2.3.2 Dữ liệu dạng bảng (table), kí tự (text) 20 2.4 Tiến trình chạy mô hình SWAT ArcSWAT 24 2.4.1 Kích hoạt ArcSWAT môi trường ArcMap (ArcGIS) 24 2.4.2 Tạo đồ án SWAT, thiết lập thư mục làm việc geodatabases 25 2.4.3 Phân chia lưu vực 26 2.4.4 Phân tích đơn vị thủy văn 31 2.4.5 Ghi chép bảng liệu đầu vào 38 2.4.6 Chỉnh sửa liệu đầu vào SWAT 40 2.4.7 Thiết lập tùy chọn chạy mô hình 40 2.4.8 Đọc kết đầu ra, lưu kịch chạy mô hình 41 CHƯƠNG HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SWAT Plot/Graph 44 3.1 Giới thiệu SWAT Plot/Graph 44 3.2 Cài đặt SWAT Plot/Graph 44 3.3 Trích xuất, hiển thị kết đầu từ SWAT 47 3.4 So sánh liệu mô từ SWAT với liệu quan trắc 49 3.5 Hiển thị kết đầu từ SWAT dạng đồ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWAT 1.1 Tổng quan mô hình SWAT SWAT (Soil and Water Assessment Tool) công cụ đánh giá nước đất xây dựng tiến sĩ Jeff Arnold Trung tâm Phục vụ Nghiên cứu Nông nghiệp (ARS- Agricultural Research Service) thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA- United States Department of Agriculture) giáo sư Srinivasan thuộc Đại học Texas A&M, Hoa Kỳ SWAT cho phép mô hình hóa nhiều trình vật lý lưu vực Mô hình xây dựng để mô ảnh hưởng việc quản lý sử dụng nguồn tài nguyên đất đến nguồn nước, bồi lắng lượng hóa chất sinh từ rừng hoạt động nông nghiệp lưu vực rộng lớn phức tạp khoảng thời gian dài Mặc dù xây dựng quan hệ thể chất vật lý tượng tự nhiên với việc sử dụng phương trình tương quan, hồi qui để mô tả mối quan hệ thông số đầu vào (Sử dụng đất/thảm thực vật, đất, địa hình khí hậu) thông số đầu (lưu lượng dòng chảy, bồi lắng, … ), SWAT yêu cầu số liệu thời tiết, sử dụng đất, địa hình, thực vật tình hình quản lý tài nguyên đất lưu vực Mô hình SWAT có nhiều ưu điểm so với mô hình trước mô SWAT phân chia lưu vực lớn thành tiểu lưu vực, đơn vị thủy văn dựa đồ sử dụng đất, thổ nhưỡng, địa hình để tăng mức độ chi tiết mô mặt không gian Mô hình SWAT trực tiếp tính toán trình tự nhiên liên quan tới chuyển động nước, lắng đọng bùn cát, tăng trưởng mùa màng, chu trình chất dinh dưỡng,… dựa vào thông số liệu đầu vào Do mô hình có khả dự báo thông qua việc thay đổi liệu đầu vào (quản lí sử dụng đất, khí hậu, thực vật…) định lượng tác động thay đổi đến dòng chảy lưu vực thông số khác; có hiệu cao, tính toán mô lưu vực rộng lớn hỗ trợ định chiến lược quản lí đa dạng, phức tạp với đầu tư kinh tế thời gian thấp; cho phép người sử dụng nghiên cứu tác động thời gian dài Nhiều vấn đề SWAT xem xét lưu lượng dòng, đỉnh lũ mà đến tích lũy chất ô nhiễm ảnh hưởng đến vùng hạ lưu Hiện nước xuất nhiều mô hình thủy văn phân chia, đánh giá tài nguyên nước, tính toán lũ cho lưu vực MIKEBASIN, HEC-HMS, ANSWERS, AGNPS hầu mô hình thường không kèm công cụ hiệu chỉnh, kiểm định cách tự động để tăng độ tin cậy SWAT cung cấp công cụ cho việc hiệu chỉnh kiểm định cách tự động SWAT-CUP, nhằm rút gọn thời gian mang lại tính xác hiệu cho người sử dụng Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 1.2 Quá trình phát triển SWAT SWAT tích hợp nhiều mô hình ARS, phát triển từ mô hình mô tài nguyên nước lưu vực nông thôn (Simulator for Water Resources in Rural Basins - SWRRB) (Williams et al., 1985; Arnold et al., 1990) Những mô hình góp phần vào phát triển SWAT bao gồm: hệ thống quản lí nông nghiệp hóa chất, rửa trôi xói mòn (Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems - CREAMS) (Knisel, 1980); mô hình ảnh hưởng tích trữ nước ngầm (GLEAMS - Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems) (Leonard et al., 1987), phần mở rộng CREAMS bao gồm bốn thành phần: thủy văn, xói mòn/ bồi lắng, di chuyển thuốc bảo vệ thực vật dinh dưỡng mô hình tính toán ảnh hưởng hoạt động sản xuất đến xói mòn (EPIC – Erosion Productivity Impact Calculator) (Williams et al., 1984) Hình Sơ đồ phát triển mô hình SWAT (Nguồn: Philip W.G et al., 2009) Quá trình phát triển SWRRB bắt đầu với việc sửa đổi mô hình thủy văn lượng mưa ngày mô hình CREAMS Các thay đổi so với mô hình thuỷ văn CREAMS bao gồm: a) mô hình mở rộng phép đồng thời tính toán nhiều lưu vực để dự đoán dòng chảy từ nước mưa; b) bổ sung thêm mô hình nước ngầm, hay mô hình dòng chảy hồi lưu; c) bổ sung mô-đun hồ chứa nhằm tính toán tác động ao hồ nông trại hồ chứa nước đến chế độ dòng chảy lưu lượng bùn lắng; d) thêm mô hình mô Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 thời tiết chứa đựng liệu cho lượng mưa, xạ mặt trời, nhiệt độ nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho mô lâu dài cung cấp biến động thời tiết theo thời gian không gian; e) phương pháp dự báo giá trị cực đại tốc độ dòng chảy mặt đất cải thiện; f) mô hình phát triển trồng EPIC bổ sung nhằm mô tác động phát triển trồng hàng năm; g) bổ sung mô-đun tính truyền lũ; h) bổ sung mô-đun vận chuyển bùn cát nhằm mô chuyển vận phù sa bùn cát qua ao, hồ chứa, dòng sông suối thung lũng; i) tính toán tổn thất truyền dẫn Mô hình trọng sử dụng cuối năm 1980 chủ yếu nhằm đánh giá chất lượng nước phát triển SWRRB chứng tỏ điều Những cải tiến đáng kể mô hình SWRRB vào thời gian bao gồm kết hợp với: a) thành phần mô thuốc trừ sâu mô hình GLEAMS; b) phương pháp SCS để tính toán giá trị cực đại tốc độ dòng chảy mặt đất; c) phương trình phát triển bồi lắng Những sửa đổi, bổ sung tăng cường khả sử dụng mô hình việc giải nhiều vấn đề quản lý lưu vực Vào cuối năm 1980, Cục vấn đề người da đỏ (the Bureau of Indian Affairs) cần mô hình để ước lượng tác động vào dòng chảy hạ lưu công tác quản lý nguồn nước phạm vi lưu vực khu đất giành cho người da đỏ Arizona New Mê-hi-cô Trong SWRRB sử dụng cách dễ dàng cho sông có diện tích lên đến vài trăm km vuông, Cục vấn đề người da đỏ muốn mô dòng chảy cho lưu vực rộng hàng nghìn km vuông Đối với khu vực rộng lớn vậy, lưu vực nghiên cứu cần thiết phải phân chia thành vài trăm lưu vực SWRRB cho phép chia lưu vực thành 10 lưu vực mô hình tính truyền vận chuyển dòng nước bùn lắng khỏi lưu vực trực tiếp đến điểm lưu vực dòng sông Những hạn chế dẫn đến phát triển mô hình có tên gọi ROTO (Routing Output To Outlet) (Arnold et al., 1995), kết từ nhiều lần chạy mô hình SWRRB cho lưu vực chuyển theo dòng chảy kênh hồ chứa ROTO cung cấp phương pháp tiếp cận tính toán theo đoạn sông khắc phục nhược điểm SWRRB giới hạn số lưu vực cách "liên kết" nhiều lần chạy mô hình SWRRB lại với Mặc dù phương pháp tiếp cận hiệu quả, liệu đầu vào liệu đầu nhiều lần chạy SWRRB trở nên cồng kềnh cần khả lưu trữ lớn máy tính Ngoài ra, tất lần chạy mô hình SWRRB phải thực độc lập sau nhập kết vào mô hình ROTO để thực bước tính truyền theo kênh hồ chứa Để khắc phục rắc rối này, mô hình SWRRB ROTO kết hợp thành mô hình nhất, có tên gọi Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 SWAT Trong SWAT cho phép mô khu vực rộng lớn, giữ lại tất tính làm cho mô hình SWRRB có giá trị mô hình mô Từ SWAT tạo vào đầu năm 1990, liên tục trải qua nhiều lần xem xét, đánh giá cải tiến nhằm mở rộng khả mô Những cải tiến đáng kể mô hình theo phiên khác bao gồm: - SWAT94.2: Bổ sung khái niệm đơn vị thuỷ văn (HRUs) - SWAT96.2: Phương án tự động bón phân tưới nước thêm vào quản lý tùy chọn; tính toán lượng nước tán lưu trữ; thành phần mô CO2 mô hình tăng trưởng trồng phục vụ nghiên cứu biến đổi khí hậu; bổ sung phương trình Penman-Monteith bốc thoát nước tiềm năng; dòng chảy theo chiều ngang đất dựa mô hình lưu trữ động thái; bổ sung phương trình chất lượng nước thành phần dinh dưỡng dòng chảy từ mô hình QUAL2E; tính truyền vận chuyển thuốc trừ sâu dòng chảy sông suối - SWAT98.1: Cải tiến chương trình mô lượng tuyết tan; cải thiện tính toán chất lượng nước dòng sông suối; mở rộng tính truyền vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng; tác động chăn thả đồng cỏ, tác động cách thức áp dụng phân bón, thêm phương án tiêu nước sử dụng cày sâu phương thức quản lý, sửa đổi mô hình để áp dụng khu vực Nam bán cầu - SWAT99.2: Cải tiến tính truyền vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng, cải tiến tính toán ruộng lúa/đầm lầy, bổ sung phần ước tính lượng tổn thất chất dinh dưỡng trình bồi lắng hồ chứa/ao/đầm lầy; bổ sung lượng nước chứa bờ sông, bổ sung tính truyền kim loại theo thứ tự đoạn sông suối; tất năm tài liệu tham khảo mô hình thay đổi biểu thị từ chữ số thành chữ số, bổ sung phương trình ảnh hưởng khu đô thị lên dòng chảy từ mô hình SWMM theo phương trình quan hệ Cơ quan Thăm dò Địa chất (USGS) - SWAT2000: Bổ sung tính truyền vận chuyển vi khuẩn dòng chảy; bổ sung phương trình thấm Green & Ampt, cải thiện mô hình mô thời tiết, cho phép đọc vào mô liệu xạ mặt trời hàng ngày, độ ẩm tương đối, tốc độ gió; cho phép đọc vào ước tính giá trị bốc thoát nước tiềm ET cho lưu vực; xem xét lại tất phương pháp ước tính ET tiềm năng; cải thiện trình liên quan đến độ cao bờ sông; cho phép mô không giới hạn số lượng hồ chứa; bổ sung phương pháp tính truyền Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 Muskingum; sửa đổi tính toán mô trạng thái ngưng hoạt động sống (ngủ đông) cho phù hợp với khu vực nhiệt đới - SWAT2005: Cải thiện tính truyền vận chuyển vi khuẩn dòng chảy; thêm kịch dự báo thời tiết; bổ sung phần mô lượng mưa rơi; thông số lưu trữ nước tính toán giá trị CN hàng ngày hàm số lượng nước đất (độ ẩm đất) hay lượng bốc thoát nước từ cối Phiên phát triển SWAT2012 Ngoài thay đổi liệt kê trên, giao diện cho mô hình phát triển cho môi trường hệ điều hành Windows (Visual Basic), GRASS, ArcView Theo định hướng phát triển thời gian tới, SWAT tiếp tục phát triển, tập trung vào mảng sau: - Mở rộng phạm vi mô gồm thời gian không gian - Cung cấp nguồn liệu đầu vào sẵn có, miễn phí đảm bảo chất lượng thời tiết, thuỷ văn, thổ nhưỡng, hoạt động sản xuất nông nghiệp - Hiệu chỉnh, phân tích tính bất định mô hình - Mô theo thời gian thực - Tích hợp với mô hình khác APEX, SWMM(EPA), ALMANAC, DSSAT - Hợp tác phát triển mô hình với tổ chức CGIAR, ISRIC,… - Tăng cường đào tạo, truyền thông SWAT - Xây dựng nhiều tùy chọn cho người sử dụng SWAT phiên sử dụng (SWAT 2005, 2009, 2012), phần mềm hỗ trợ ArcGIS (ArcSWAT), Map Window (MWSWAT), SWAT-CUP (Calibration and Uncertainty Program), SWAT Plot/Graph, VIZSWAT (Output Vizualization), tài liệu hướng dẫn đa ngôn ngữ 1.3 Ứng dụng mô hình SWAT Mô hình SWAT cộng đồng quốc tế công nhận mô hình quản lý tổng hợp lưu vực mạnh mẽ Nó ứng dụng rộng rãi đánh giá chất lượng, tiềm nước, kiểm soát xói mòn đất, theo dõi ô nhiễm, định lượng tác động biến đổi khí hậu… nhiều lưu vực khác giới Theo thống kê chưa đầy đủ, đến có 500 người sử dụng, 30 nhà phát triển, 100 học viên cao học, nghiên cứu sinh sử dụng SWAT 1.000 báo nghiên cứu SWAT Mỗi năm có hàng chục hội nghị, tập huấn mô hình SWAT tổ chức khắp nơi giới Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 Liên quan đến cảnh báo lũ, mô hình SWAT ứng dụng thành công nhiều nghiên cứu khác giới: - Mohammad K.A (2006) phát triển mô hình dự báo lũ trước ngày cửa xả lưu vực sông Hằng, Bangladesh dựa liệu ảnh viễn thám miễn phí NASA, USGS, FAO, USDA, ISRIC,…, mô hình SWAT ANN Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng SWAT để mô trình vật lý diễn lưu vực - Samuel R et al (2007) tiến hành nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn xác định khu vực dễ bị ngập xảy mưa lớn lưu vực sông Aguán, miền Trung Honduras Trong nghiên cứu này, mô hình SWAT sử dụng để dự đoán lưu lượng dòng chảy từ liệu đầu vào bao gồm DEM, sử dụng đất, thổ nhưỡng lưu vực Sau đó, giá trị lưu lượng với DEM xử lý mô hình HEC-RAS để dự đoán khu vực có nguy lũ lụt vùng đồng Aguán - Mehmet C.D et al (2009) tiến hành dự báo dòng chảy lưu vực Pracana Bồ Đào Nha cách sử dụng mô hình SWAT ANN Kết cho thấy mô hình ANN dự báo đỉnh lũ tốt SWAT Tuy nhiên, xét giá trị sai số bình phương trung bình (mean squared error), SWAT lại cho kết tốt Từ đó, tác giả kết luận ANN công cụ mạnh mẽ dự báo dòng chảy hàng ngày - Malutta S and Kobiyama M (2011) thực nghiên cứu ứng dụng SWAT phân tích lũ lưu vực sông Negrinho, Brazil Trong nghiên cứu này, tác giả phân tích lũ lớn gần mức độ lưu vực cách áp dụng mô hình SWAT thấy mô hình SWAT công cụ hữu ích phân tích lũ - Winai W and Kobkiat P (2011) tích hợp mô hình thủy văn SWAT mô hình thủy lực ISIS đánh giá nguy lũ lụt lưu vực Nam Loei, Thái Lan Kết nghiên cứu chứng minh việc tích hợp mô hình thủy văn thủy lực phương pháp hữu ích đánh giá lũ lụt, hỗ trợ nhà quản lý lập kế hoạch phát triển dự án giảm thiểu lũ lụt Tại Việt Nam, SWAT bắt đầu du nhập từ năm 1998 Ngay từ thời điểm đó, mô hình SWAT nhận quan tâm nhiều nhà khoa học Từ nghiên cứu nhỏ lẻ, rải rác số khu vực Việt Nam, đến mô hình SWAT ứng dụng rộng rãi lĩnh vực quản lý lưu vực sông miền: Bắc, Trung, Nam với quy mô, mức độ khác Theo ước tính sơ bộ, tính đến tháng 11/2012 có khoảng 34 nghiên cứu ứng dụng SWAT công bố thức tạp chí, kỉ yếu hội nghị, luận văn đại Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 học-cao học-tiến sĩ Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu khác chưa công bố thức nên chưa thể thống kê đầy đủ Những chủ đề quan tâm nghiên cứu ứng dụng SWAT chia thành danh mục sau: mô dòng chảy; đánh giá tác động thay đổi sử dụng đất, biến đổi khí hậu; xói mòn bồi lắng; chất lượng nước Đối tượng nghiên cứu, sử dụng mô hình SWAT Việt Nam đa dạng, từ nhà nghiên cứu trường Đại học, Viện nghiên cứu đến quan quản lý Nhà nước, từ nhà khoa học nước đến nhà khoa học nước Ở miền Bắc, kể đến Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Đại học Thủy lợi, Đại học Kinh tế Quốc dân, Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Ở miền Trung Nam, Đại học Huế, Đại học Bách khoa TPHCM, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, Đại học Nông Lâm TPHCM, Đại học Cần Thơ, Đại học Tài nguyên Môi trường TPHCM, Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam,… Với phạm vi ứng dụng rộng khắp lưu vực lãnh thổ Việt Nam, cho thấy tính phù hợp ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu thủy văn Việt Nam Số lượng nghiên cứu ngày nhiều với chủ đề ngày phong phú qua năm (từ 2005 đến nay) chứng tỏ mức độ quan tâm ngày lớn nhà khoa học, nhà quản lý dành cho mô hình SWAT Điều hứa hẹn triển vọng phát triển mạnh mẽ SWAT Việt Nam thời gian tới Tuy nhiên, SWAT mô hình phát triển Hoa Kỳ nên áp dụng Việt Nam gây không khó khăn cho nhà nghiên cứu Cơ sở liệu sẵn có chương trình chưa đáp ứng nhu cầu ứng dụng thực tiễn khu vực nên cần thiết phải bổ sung, biên tập, chỉnh sửa lại Mặt khác SWAT mô hình đòi hỏi số lượng liệu đầu vào lớn, đặc thù Việt Nam sở liệu thiếu yếu, lại nằm rải rác, không thống nhất, tính hợp tác, chia sẻ liệu nên trở thành trở ngại lớn ứng dụng SWAT Bên cạnh đó, khả liệu hạn chế nên có số nghiên cứu tiến hành hiệu chỉnh kiểm định mô hình Một số nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT nước ta lĩnh vực quản lý lưu vực sông kể đến như: - Đánh giá việc bồi lắng hồ chứa nước dự án thủy điện sông Hinh Trương Hoài Thế Tuyên (2005) Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 - Ứng dụng mô hình thông số phân bố SWAT để đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa nước hồ Đại Lải Phạm Thị Hương Lan (2005) - Năm 2005, nhóm tác giả Vũ Tấn Phương, Phạm Thị Hương Lan Nguyễn Thị Hải tập trung nghiên cứu đánh giá tác động che phủ rừng tới dòng chảy xói mòn lưu vực sông Chảy, sông Bồ sông Ba Thông qua việc tiếp cận lưu vực, nghiên cứu sử dụng công cụ đánh giá đất nước (SWAT) để xác định tác động che phủ rừng tới dòng chảy xói mòn toànlưu vực Kết cho thấy, mật độ biến động dòng chảy xói mòn xác định chịu ảnh hưởng yếu tố địa hình,địa chất, lượng mưa, che phủ rừng kỹ thuật canh tác - Năm 2005, Dự án GTZ nghiên cứu thiết lập thông tin liệu phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên phía Nam lưu vực sông Krông Ana Kết Atlas xây dựng hệ thống GIS, phần mềm ArcGIS 9.1, atlas bao gồm số liệu an sinh kinh tế, khí tượng thủy văn, nông lâm nghiệp Đây liệu giúp cho tổ chức quản lý lưu vực sông có hiệu - Nhóm tác giả Nguyễn Thị Bích, Nguyễn Kiên Dũng nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT tính toán dòng chảy bùn cát lưu vực sông Sê San (2006) - Năm 2006, Phạm Tấn Hà nghiên cứu tài nguyên nước Tây Nguyên vấn đề khai thác sử dụng hiệu quả, từ đưa giải pháp quản lý nguồn nước lưu vực - Năm 2008, nhóm tác giả Nguyễn Kim Lợi, Nguyễn Hà Trang thành công việc ứng dụng mô hình SWAT đánh giá lưu lượng dòng chảy bồi lắng lưu vực sông La Ngà - Năm 2010, Nguyễn Kim Lợi, Huỳnh Thị Thanh Hạnh thành công việc Tích hợp GIS SWAT đánh giá tài nguyên nước cho lưu vực sông Srepok 1.4 Nguyên lý mô SWAT Cho dù nghiên cứu vấn đề SWAT cân nước lực chi phối phía sau tất thứ xuất lưu vực Để dự báo xác di chuyển thuốc trừ sâu, phù sa dưỡng chất chu trình thủy văn mô SWAT cần phải phù hợp với diễn biến xảy lưu vực Mô hình thủy học lưu vực phân chia thành hai nhóm (Susan L.N et al., 2009): Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 - Xuất thông báo hoàn tất, click OK Bước Ghi chép bảng liệu đầu vào - Click Write SWAT Input Tables Write Input Tables - Xuất hộp thoại Write SWAT Database Tables - Click Select All - Click Create Tables - Xuất hộp thoại, click Yes - Xuất hộp thoại thông báo hoàn tất, click OK 39 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 2.4.6 Chỉnh sửa liệu đầu vào SWAT Chức cho phép người dùng thay đổi giá trị mặc định liệu đầu vào SWAT Trong khuôn khổ khóa tập huấn này, chưa cần sử dụng chức 2.4.7 Thiết lập tùy chọn chạy mô hình - Click Run SWAT SWAT Simulation - Xuất hộp thoại Write SWAT Database Tables - Khai báo thông tin sau: + Ngày bắt đầu (Starting Date), ngày kết thúc (Ending Date) mô + Bước thời gian kết đầu ra: ngày (Daily), tháng (Monthly), năm (Yearly) + Lựa chọn tập tin đầu muốn in: Print WTR Output - Click Setup SWAT Run để cập nhật thiết lập mô hình - Xuất hộp thoại hoàn tất, click OK 40 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 - Click Run SWAT để bắt đầu tiến trình mô - Xuất hộp thoại thông báo hoàn tất, click OK 2.4.8 Đọc kết đầu ra, lưu kịch chạy mô hình - Click Read SWAT Output SWAT Simulation - Lựa chọn tập tin đầu cần nhập vào sở liệu Sau click Import Files to Database - Xuất hộp thoại thông báo hoàn tất, click OK 41 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 - Click Open SWATOutput.mdb để xem chi tiết tập tin đầu nhập vào sở liệu - Click Open output.std để xem thống kê kết đầu mô hình - Click Open input.std để xem thống kê liệu đầu vào mô hình 42 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 - Đặt tên kịch bản, click Save Simulation để lưu lại kịch vừa chạy - Xuất hộp thoại thông báo hoàn tất, click OK 43 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 CHƯƠNG HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SWAT Plot/Graph 3.1 Giới thiệu SWAT Plot/Graph SWAT Plot công cụ độc lập cho phép người dùng trích xuất kết đầu từ SWAT Người sử dụng trích xuất liệu đầu theo đối tượng sông suối (reach), tiểu lưu vực (subbasin), HRU, ao, hồ chứa kịch hay khác kịch chạy SWAT Ngoài ra, hỗ trợ tích hợp liệu quan trắc nhằm đánh giá mô hình Kết trích xuất liệu từ SWAT Plot cho định dạng tập tin *.csv SWAT Graph thiết kế để hiển thị trực quan liệu lấy từ SWAT Plot dạng đồ thị 3.2 Cài đặt SWAT Plot/Graph Tải phiên SWATPlot địa chỉ: ftp://ftp.iist.unu.edu/pub/waterbase/SWATPlot.exe Sau hoàn tất, nhấp đúp chuột vào "SWATPlot.exe ", xuất hộp thoại: Click “Next”, chọn “I accept the agreement”, tiếp tục click “Next” 44 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 Chọn thư mục cài đặt, click “Next” Click Install 45 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 Khi hoàn tất cài đặt, thông báo sau: Click “Finish” để hoàn tất cài đặt 46 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 3.3 Trích xuất, hiển thị kết đầu từ SWAT - Khởi động SWAT Plot - Lựa chọn thư mục Scenarios Click OK - Chọn thời gian trích xuất liệu (ngày bắt đầu, ngày kết thúc) - Khai báo kịch (Scenario), đối tượng (Source), tiểu lưu vực (Sub-basin), Hru, biến đầu (Variable) cần trích xuất - Một số chức năng: thêm (Add plot), xóa (Delete plot), chép (Copy plot), di chuyển lên (Move up), di chuyển xuống (Move down) 47 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 - Click Plot - Xuất hộp thoại Save As, đặt tên tập tin lưu Click Save - Ứng dụng SWAT Graph hiển thị kết trích xuất dạng đồ thị 48 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 3.4 So sánh liệu mô từ SWAT với liệu quan trắc - Khai báo tập tin quan trắc (vd: lưu lượng dòng chảy trạm Kon Tum) - Thêm kịch mô lưu lượng dòng chảy (tiểu lưu vực 51) kịch quan trắc lưu lượng dòng chảy (trạm Kon Tum) - Click Plot - Xuất hộp thoại Save As, đặt tên tập tin lưu Click Save 49 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 - Ứng dụng SWAT Graph hiển thị kết trích xuất dạng đồ thị - Kết so sánh thể qua hệ số tương quan R2 = 0,626, số NSI = -3,818 3.5 Hiển thị kết đầu từ SWAT dạng đồ Kết đầu SWAT đơn bảng số liệu tập tin Để đưa liệu hiển thị lên đồ theo tiểu lưu vực, nhánh sông, cần thiết lập mối liên kết 1:1 dựa theo trường định danh tiểu lưu vực, nhánh sông Ví dụ, có bảng số liệu thống kê mức độ xói mòn từ tháng 411/2000 (tấn/ha) 95 tiểu lưu vực lớp đồ ranh giới tiểu lưu vực 50 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 Khi đó, thông qua chức Join ArcGIS, tiến hành nối bảng số liệu vào bảng thuộc tính lớp ranh giới tiểu lưu vực dựa theo trường định danh Subbasin Từ đó, thành lập đồ mức độ xói mòn theo tiểu lưu vực hình TÀI LIỆU THAM KHẢO Arnold, J.G., P.M Allen, and G Bernhardt 1993 A comprehensive surfacegroundwater flow model J Hydrol 142:47-69 Arnold, J.G., J.R Williams, A.D Nicks, and N.B Sammons 1990 SWRRB: A basin scale simulation model for soil and water resources management Texas A&M Univ Press, College Station, TX Arnold, J.G., J.R Williams and D.R Maidment 1995 Continuous-time water and sediment-routing model for large basins Journal of Hydraulic Engineering 121(2):171-183 Bagnold, R.A 1977 Bedload transport in natural rivers Water Resources Res 13(2):303-312 51 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 Brown, L.C and T.O Barnwell, Jr 1987 The enhanced water quality models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS documentation and user manual EPA document EPA/600/3-87/007 USEPA, Athens, GA Chapra, S.C 1997 Surface water-quality modeling McGraw-Hill, Boston Green, W.H and G.A Ampt 1911 Studies on soil physics, The flow of air and water through soils Journal of Agricultural Sciences 4:11-24 Hargreaves, G.L., G.H Hargreaves, and J.P Riley 1985 Agricultural benefits for Senegal River Basin J Irrig and Drain Engr 111(2):113-124 Jones, C.A 1983 A survey of the variability in tissue nitrogen and phosphorus concentrations in maize and grain sorghum Field Crops Res 6:133-147 Knisel, W.G 1980 CREAMS, a field scale model for chemicals, runoff and erosion from agricultural management systems USDA Conservation Research Rept No 26 Leonard, R.A and R.D Wauchope 1980 Chapter 5: The pesticide submodel p 88-112 In Knisel, W.G (ed) CREAMS: A field-scale model for chemicals, runoff, and erosion from agricultural management systems U.S Department of Agriculture, Conservation research report no 26 Leonard, R.A., W.G Knisel, and D.A Still 1987 GLEAMS: Groundwater loading effects on agricultural management systems Trans ASAE 30(5):1403-1428 McElroy, A.D., S.Y Chiu, J.W Nebgen, A Aleti, and F.W Bennett 1976 Loading functions for assessment of water pollution from nonpoint sources EPA document EPA 600/2-76-151 USEPA, Athens, GA Monteith, J.L 1965 Evaporation and the environment p 205-234 In The state and movement of water in living organisms 19th Symposia of the Society for Experimental Biology Cambridge Univ Press, London, U.K Nicks, A.D 1974 Stochastic generation ofthe occurrence, pattern and location of maximum amount of daily rainfall p 154-171 In Proc Symp Statistical Hydrology, Tucson, AZ Aug.-Sept 1971 USDA Misc Publ 1275 U.S Gov Print Office, Washington, DC Priestley, C.H.B and R.J Taylor 1972 On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters Mon Weather Rev 100:8192 52 Tài liệu hướng dẫn sử dụng SWAT phiên 2012 10/2013 Ritchie, J.T 1972 A model for predicting evaporation from a row crop with incomplete cover Water Resour Res 8:1204-1213 USDA Soil Conservation Service 1983 National Engineering Handbook Section Hydrology, Chapter 19 USDA Soil Conservation Service 1972 National Engineering Handbook Section Hydrology, Chapters 4-10 Williams, J.R 1980 SPNM, a model for predicting sediment, phosphorus, and nitrogen yields from agricultural basins Water Resour Bull 16(5):843-848 Williams, J.R 1975 Sediment routing for agricultural watersheds Water Resour Bull 11(5):965-974 Williams, J.R 1969 Flood routing with variable travel time or variable storage coefficients Trans ASAE 12(1):100-103 Williams, J.R., A.D Nicks, and J.G Arnold 1985 Simulator for water resources in rural basins Journal of Hydraulic Engineering 111(6): 970-986 Williams, J.R and R.W Hann 1978 Optimal operation of large agricultural watersheds with water quality constraints Texas Water Resources Institute, Texas A&M Univ., Tech Rept No 96 Williams, J.R and R.W Hann 1972 HYMO, a problem-oriented computer language for building hydrologic models Water Resour Res 8(1):79-85 Williams, J.R., C.A Jones and P.T Dyke 1984 A modeling approach to determining the relationship between erosion and soil productivity Trans ASAE 27(1):129-144 Wischmeier, W.H., and D.D Smith 1978 Predicting rainfall losses: A guide to conservation planning USDA Agricultural Handbook No 537 U.S Gov Print Office, Washington, D C 53