Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thông số phân bố đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa nước Đại Lải - TS. Phạm Thị Hương Lan

Bài viết Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thông số phân bố đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa nước Đại Lải giới thiệu đến các bạn ứng dụng mô hình toán thông số phân bố SWAT tính toán lượng dòng chảy bùn cát đến hồ chứa nước Đại Lải. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn chuyên ngành Kiến trúc - Xây dựng.

Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thơng số phân bố đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa nước Đại Lải TS Ph¹M Thị Hương Lan B mụn Chnh tr sụng v B biển - Trường §HTL Tóm tắt: Một ngun nhân gây nên bồi lắng hồ chứa tác động người đến thảm phủ bề mặt lưu vực Vì vậy, việc đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa cần thiết để từ đề xuất biện pháp giảm thiểu bồi lắng lòng hồ Báo cáo giới thiệu cơng cụ mạnh nay, nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thơng số phân bố SWAT để đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa nước, ứng dụng tính tốn cho lưu vực hồ chứa nước Đại Lải Mở đầu Lâu quan tâm đến việc tính tốn bồi lắng hồ chứa mà chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể việc đánh giá ảnh hưởng yếu tố khác việc sử dụng đất đến bồi lắng, biện pháp giảm thiểu bồi lắng đưa mức độ chung chung, chưa cụ thể Các nghiên cứu trước nghiên cứu đánh giá trạng xói mòn bề mặt lưu vực, chưa tính tốn tổng lượng bùn cát vận chuyển đến hồ chứa Do đó, việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa cần thiết Hå chứa nước Đại Lải nằm ven chân núi Tam Đảo thuộc địa phận huyện Mê Linh tỉnh Vĩnh Phúc (trước tỉnh Vĩnh Phú) xây dựng năm 1960 - 1970 với nhiệm vụ cấp nước tưới cho 2700 - 3000 đất canh tác huyện Tam Đảo, Mê Linh (Vĩnh Phúc) Sóc Sơn (Hà Nội) Lưu vực hồ Đại Lải nằm vùng nhiệt đới gió mùa có hình diễn biÕn thêi tiÕt diƠn biÕn phøc t¹p, m­a víi c­êng độ lớn nên dẫn đến tượng xói mòn bề mặt lưu vực tương đối lớn Mặt khác hoạt động khai thác lưu vực mục đích kinh tế làm gia tăng tượng xói mòn bề mặt lưu vực Lượng bùn cát bị xói mòn làm gia tăng lượng dòng chảy bùn cát đến hồ, làm tăng lượng bùn cát bồi lắng hồ Với lý đó, báo sâu giới thiệu việc ứng dụng mô hình toán thông số phân bố SWAT dự tính lượng dòng chảy bùn cát đến hồ chứa, từ phân tích nguyên nhân ảnh hưởng đến việc gia tăng 74 lượng dòng chảy bùn cát đến hồ, đề biện pháp làm giảm thiểu lượng bùn cát đến hồ ng dng mụ hỡnh toỏn thơng số phân bố SWAT tính tốn lượng dòng chảy bùn cát đến hồ chứa nước Đại Lải Giới thiệu chung v mụ hỡnh SWAT Mô hình Công cụ đánh giá đất nước SWAT (Soil and Water Assement Tools) mô hình vật lý xây dựng từ năm 90s tiến sỹ Dr Jeff Arnold thuộc trung tâm nghiên cứu đất nông nghiệp USDA- Agricultural Research Service (ARS) xây dựng nên Mô hình xây dựng để mô ảnh hưởng việc quản lý sử dụng đất đến nguồn nước, bùn cát hàm lượng chất hữu đất hệ thống lưu vực sông khoảng thời gian Tiền thân mô hình SWAT mô hình SWRRB ((Simulator for Water Resources in Rural Basins) (Williams et al., 1985; Arnold et al., 1990)) mô hình ROTO ((Routing Outputs to Outlet) (Arnold et al., 1995)) Mô hình chia lưu vực làm vùng hay lưu vực nhỏ Phương pháp sử dụng lưu vực nhỏ mô hình mô dòng chảy tiện lợi mà lưu vực có đủ số liệu sử dụng đất đặc tính đất Xét toàn lưu vực mô hình SWAT mô hình phân bố Mô hình chia dòng chảy thành pha: pha mặt đất, pha mặt đất (sát mặt, ngầm) pha sông Việc mô tả trình thuỷ văn chia làm hai phần chính: Phần thứ pha lưu vực với chu trình thuỷ văn kiểm soát khối lượng nước, bùn cát, chất hữu chuyển tải tới kênh lưu vực Phần thứ hai diễn toán dòng chảy, bùn cát, hàm lượng chất hữu tới hệ thống kênh tới mặt cắt cửa lưu vực - Pha mặt đất diễn tả thành phần dòng chảy mặt, phần xói mòn - Pha sát mặt diễn tả thành phần dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm - Pha sông diễn tả diễn toán lượng dòng chảy tới mặt c¾t cưa cđa l­u vùc Ứng dụng mơ hình tốn thơng số phân bố SWAT tính tốn lượng dòng chảy bùn cát đến hồ chứa nước Đại Lải Sè liệu đầu vào mô hình SWAT bao gồm số liệu không gian (các đồ) số liệu thuộc tính + Các số liệu không gian Các đồ dùng để tính toán bao gồm: - Bản đồ địa hình lưu vực hồ Đại Lải đựơc thể dạng mô hình số độ cao (DEM) - Bản đồ mạng lưới sông suối lưu vực hồ Đại Lải mô trực tiếp từ đồ mô hình số độ cao DEM - Bản đồ đất lưu vực hồ Đại Lải: Trên lưu vực chủ yếu đất Feralit - Bản đồ thảm phủ thực vật ứng với trạng rừng sử dụng đất năm 1983 năm 1993 lưu vực hồ Đại Lải Các số liệu không gian xử lý mô hình số hoá độ cao (DEM) Bản đồ địa hình đưa vào mô hình dạng Grid DEM đồ sử dụng đất loại đất đưa vào mô hình dạng Grid Shape + Các số liệu thuộc tính bao gồm: - Vị trí địa lý trạm thuỷ văn lưu vực hồ Đại Lải dùng để tính toán mô hình SWAT - Số liệu khí tượng cần thiết để chạy mô hình SWAT, bao gồm nhiệt độ không khí trung bình (tối cao, tối thấp), tốc độ gió, xạ mặt trời, độ ẩm tương đối, tuyệt đối không khí Số liệu khí tượng trung bình ngày trạm Tam Đảo dùng tính toán cho lưu vực hồ Đại Lải - Số liệu mưa trung bình ngày, lưu lượng bình quân ngày Do mô hình chạy cho số liệu ngày, số liệu mưa ngày trạm đo lưu vực không đầy đủ, thời gian quan trắc không liên tục không tương đồng với dòng chảy bình quân ngày Vì chuỗi số liệu mưa bình quân ngày trạm Ngọc Thanh trạm Đại Lải dùng tính toán cho mô hình SWAT Số liệu dòng chảy bình quân ngày trạm Ngọc Thanh dùng so sánh kết tính toán kiểm nghiệm mô hình + Kt tính tốn thử nghiệm kiểm định mơ hình SWAT So sánh tương quan dòng chảy tính toán thực đo lưu vực sông Thanh Lộc trường hợp thử nghiệm mô hình SWAT So sánh tương quan dòng chảy tính toán thực đo lưu vực sông Thanh Lộc trường hợp thử nghiệm mô hình SWAT 75 Sau hiệu chỉnh thông số mô hình thu kết lưu lượng thực đo lưu lượng tính toán lưu vực sông Thanh Lộc (dùng để chạy thử nghiệm mô hình) cho hệ số tương quan theo tiêu Nash R2 = 0.79 Mô hình cho kết tương đối tốt Phương trình tương quan lưu lượng tính toán lưu lượng thực đo lưu vực sông Thanh Lộc Y=0.80X + 0.01 Kết chạy kiểm nghiệm mô hình cho hệ số tương quan lưu lượng tính toán lưu lượng thực đo theo tiêu Nash R2 = 0.85 phương trình tương quan Y = 0.74X + 0.03 Đây kết chấp nhận được, quan hệ chặt chẽ cho thấy thông số xác định phần chạy thử nghiệm mô hình đáng tin cậy Đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa Thống kê từ đồ trạng rừng lưu vực hồ Đại Lải hai năm 1983 1993 ta thấy so với năm 1983 diện tích rừng năm 1993 có thay đổi mạnh diện tích loại rừng Tỷ lệ đất trống giảm đáng kể, thay vào loại rừng tự nhiên nhân tạo, thảm phủ thực vật cải thiện, điều có tác dụng tích cực tới tài nguyên thiên nhiên giảm khả xói mòn bề mặt lưu vực Tuy nhiên tỷ lệ diện tích đất nông nghiệp xen lẫn khu dân cư chiếm tỷ lệ lớn, khu vực có khả xói mòn bề mặt cao thảm phủ chịu tác động tiêu cực người cách liên tục canh tác, xây dựng, Lưu vực hồ Đại Lải mét l­u vùc cã diƯn tÝch nhá, trªn l­u vùc đất xám Feralit chủ yếu Đây loại đất có độ chua lớn, tỷ lệ mùn cao độ xói mòn đất tương đối lớn Lng xói mòn bề mặt lưu vực cụ thể lưu vực tính tốn dựa vào mơ hình SWAT, kết tính tốn hình vẽ sau: 76 Bản đồ trạng xói mòn lưu vực hồ chứa nước Đại Lải ứng với trạng rừng năm 1993 Kết tính toán từ mô hình cho thấy mức độ xói mòn lưu vực ứng với trạng rừng năm 1993 so với năm 1983 lớn biến đổi thảm phủ lưu vực, diện tích đất trống lưu vực năm 1993 tăng nhiều so với năm 1983 (năm 1983 3.8km2 tương ứng 6.27%, năm 1993 22.88 km2 tương ứng 37.75% Theo thống kê trạng rừng năm 1993 so với trạng rừng năm 1983 có tăng lên loại rừng song diện tích nhỏ, diện tích đất trống lớn Kết tính toán cho thấy ứng với trạng rừng năm 1983 lượng bùn cát lơ lửng đến hồ là: Go = 6369 (tấn/năm), ứng với trạng rừng năm 1993 lượng bùn cát lơ lửng đến hồ 9235 (tn/năm), vậy, diện tích rừng lưu vực bị giảm lượng bùn cát gia nhập vào hồ tăng, đặc biệt mùa lũ Trong mùa kiệt, nhỡn chung diện tích rừng giảm dòng chảy có xu hướng tăng lên, mức độ xói mòn bề mặt gia tăng mức tăng trội m­a lũ mùa cạn lại cã xu hng gim rừ hn Hiện tượng xói mòn lưu vực gây ảnh hưởng lớn đến lượng bùn cát đến hồ chứa Để phòng tránh giảm mức độ xói mòn lưu vực giảm lượng bùn cát ®Õn hå chøa, thĨ ®èi víi l­u vùc hå chứa nước Đại Lải, áp dụng biện pháp sau: - Tăng độ che phủ rừng biện pháp như: trồng gây rừng thượng hạ lưu, tăng cường biện pháp bảo vệ rừng, giảm thiểu tượng chặt phá rừng làm nương rẫy, khai thác rừng có quy hoạch Đặc biệt nơi có mức độ xói mòn cao - Giảm độ dốc lưu vực: Thực sản xuất nông nghiệp theo hình thức ruộng bậc thang, trồng rừng theo lô bậc thang, tạo thành vành đai xen kẽ - Đào rãnh song song theo đường đồng mức có tác dụng làm giảm vận tốc dòng chảy, ngưng tụ bùn cát - Giảm thiểu sử dụng chất hoá học thuốc trừ sâu sản xuất nhằm giảm mức độ ô nhiễm nước chất độc hại nước Kt lun Qua phõn tích mơ hình tốn nhận thấy việc ứng dụng mơ hình tốn thơng số phân bố để tính tốn lượng dòng chảy bùn cát đến hồ đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bi lng h cha l cn thit Qua nên áp dụng biện pháp bảo vệ, phòng chống giảm thiểu mức độ xói mòn lượng bùn cát đến hồ nêu Đồng thời nâng cao trình độ dân trí thực biện pháp xoá đói giảm nghèo vùng, nâng cao nhận thức người dân giúp cho việc bảo vệ đất, bảo vệ rừng môi trường tốt nhằm giảm thiểu lượng bùn cát bồi lắng hồ, nâng cao ti thä cđa hå Tài liệu tham khảo Vò Văn Tuấn Đánh giá bước đầu ảnh hưởng hồ chứa Hoà Bình đến môi trường Tạp chí "Hoạt động Khoa học Công nghệ Môi trường" Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường 91998 Phm Th Hng Lan Sử dụng mơ hình tốn thơng số phân bố toán quy hoạch quản lý lưu vực Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi Mơi trường 11/2004 Nguyễn Sỹ Định, Đồ án tốt nghiệp năm 2005, giáo viên hướng dẫn Phạm Thị Hương Lan Hà Văn Khối, Mô hình tính toán chuyển tải bùn cát bồi xói hệ thống sông kênh, Tạp chí Cơ học, năm 2001 Abstract Applied hydrology mathematical model to assess impact on land use to sedimentation of Dailai Reservoirs One reason of sedimentation in reservoirs is the impact of human to land use in watershed Therefore, the impacting of land use on sedimentation in reservoir is necessary This paper presents the Application of the SWAT Model on land use Impact Assessment on DaiLai Reservoir Ng­êi ph¶n biện: PGS TS Đỗ Tất Túc 77 ... hồ Đại Lải đựơc thể dạng mô hình số độ cao (DEM) - Bản đồ mạng lưới sông suối lưu vực hồ Đại Lải mô trực tiếp từ đồ mô hình số độ cao DEM - Bản đồ đất lưu vực hồ Đại Lải: Trên lưu vực chủ yếu đất. .. dòng chảy bùn cát đến hồ đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa cn thit Qua nên áp dụng biện pháp bảo vệ, phòng chống giảm thiểu mức độ xói mòn lượng bùn cát đến hồ nêu Đồng thời... vực gây ảnh hưởng lớn đến lượng bùn cát đến hồ chứa Để phòng tránh giảm mức độ xói mòn lưu vực giảm lượng bùn cát đến hồ chứa, cụ thể lưu vực hồ chứa nước Đại Lải, áp dụng biện pháp sau: - Tăng