Trong nghiên cứu này, mô hình SWAT với bộ thông số thủy văn, bùn cát đã được hiệu chỉnh và kiểm định sẽ được sử dụng và hiệu chỉnh các thông số liên quan đến tải lượng lượng dinh dưỡng để mô phỏng và đánh giá sự biến đổi tải lượng dinh dưỡng theo không gian và thời gian dưới tác động của hoạt động canh tác nông nghiệp.
BÀI BÁO KHOA HỌC ÁP DỤNG MƠ HÌNH SWAT ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CANH TÁC NÔNG NGHIỆP ĐẾN TẢI LƯỢNG DINH DƯỠNG TRÊN LƯU VỰC SÔNG CÔNG, TỈNH THÁI NGUYÊN Nguyễn Lương Bằng1, Nguyễn Việt Anh1 Tóm tắt: Hiện tình trạng suy giảm chất lượng nước sơng Công ngày trở nên nghiêm trọng, nguyên nhân tác động đến trạng xuất phát từ nguồn ô nhiễm phi tập trung từ diện tích canh tác nơng nghiệp lưu vực Trong nghiên cứu này, mơ hình SWAT với thơng số thủy văn, bùn cát hiệu chỉnh kiểm định sử dụng hiệu chỉnh thông số liên quan đến tải lượng lượng dinh dưỡng để mô đánh giá biến đổi tải lượng dinh dưỡng theo không gian thời gian tác động hoạt động canh tác nơng nghiệp Q trình hiệu chỉnh mơ hình để mơ tải lượng Nitơ Phốtpho thời đoạn tháng thực cho giai đoạn 2010 - 2015 2013 - 2015 tương ứng Các tiêu thống kê sử dụng để đánh giá khả mô tải lượng dinh dưỡng mơ hình theo thời đoạn tháng gồm có hệ số hiệu mô NashSutcliffe (NSE) hệ số xác định (R2) Kết nghiên cứu cho thấy mô hình sau hiệu chỉnh có khả mơ tải lượng dinh dưỡng nói mức hợp lý so sánh kết mô với số liệu thực đo Kết nghiên cứu đánh giá loại hình sử dụng đất quy trình canh tác nơng nghiệp làm đất, bón phân có tác động lớn đến biến đổi tải lượng Nitơ Phốtpho hình thành vận chuyển lưu vực Từ khóa: Chu trình thủy văn, Lưu vực, Đơn vị thủy văn, Hiệu chỉnh, SWAT, tải lượng dinh dưỡng GIỚI THIỆU CHUNG * Lưu vực sông Công nằm phía Tây tỉnh Thái Nguyên tiểu vùng lưu vực sơng Cầu (hình 1), lưu vực sơng lớn phía Bắc Việt Nam Sông Công bắt nguồn từ vùng núi tỉnh Bắc Kạn đổ vào sông Cầu vị trí cầu Đa Phúc Sơng Cơng có chiều dài khoảng 100 km diện tích lưu vực khoảng 869 km2 Hình Bản đồ vị trí vùng nghiên cứu Trường Đại học Thủy lợi Trong năm gần với phát triển kinh tế dân số tăng nhanh, hoạt động sản xuất với hoạt động phá rừng ngày trở nên phổ biến gây tác động tiêu cực đến trữ lượng chất lượng nguồn nước mặt địa bàn (Thi Phuong Quynh Le & CTG, 2014) Trước thực trạng nói trên, cơng tác đánh giá tài nguyên đất, nước cần thực để đề xuất giải pháp bảo vệ nguồn tài nguyên đất, nước đóng vai trị vơ quan trọng phát triển bền vững vùng Trong nhiều mô hình thủy văn, chất lượng nước sử dụng, mơ hình SWAT mơ hình sử dụng rộng rãi thành công công tác mô phỏng, đánh giá tài nguyên đất, nước cho nhiều lưu vực giới Việt Nam (Grassman & CTG, 2007; Mou Leong Tan & CTG, 2019) Trong 20 nghiên cứu ứng dụng mơ hình SWAT Việt Nam gần đây, tập trung mô chế độ thủy văn lưu vực (tiêu biểu Raghavan & CTG, 2012; Nguyễn Thị Tịnh Ấu & KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 117 CTG, 2013; Nguyen Hong Quang & CTG, 2017) Một số nghiên cứu tiến hành mô tiêu chất dinh dưỡng lưu vực (Đặng Minh Hải, 2018) Ngồi ra, có số nghiên cứu kết hợp mô chế độ thủy văn chất dinh dưỡng (Nguyễn Thị Thùy Trang & Đào Khôi Nguyên, 2016; Viet Bach Tran & CTG, 2017) Trong nghiên cứu này, mơ hình SWAT với thơng số thủy văn, bùn cát hiệu chỉnh kiểm định thành cơng mơ chế độ dịng chảy bùn cát (Anh N V., 2015 Nguyễn Việt Anh, 2019) sử dụng hiệu chỉnh thông số dinh dưỡng mơ hình để mơ phỏng, đánh giá ảnh hưởng hoạt động canh tác nông nghiệp đến tải lượng dinh dưỡng lưu vực sông Công PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mơ hình SWAT Mơ hình SWAT mơ hình vật lý liên tục mơ trình tự nhiên xảy bề mặt lưu vực xây dựng phát triển quan nghiên cứu nông nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ (Arnold et al., 1998) Mơ hình sử dụng số liệu phân bố theo khơng gian địa hình, thổ nhưỡng, loại hình sử dụng đất, quản lý bảo vệ đất, điều kiện khí hậu để mơ dịng chảy, xói mịn vận chuyển bùn cát, hàm lượng dinh dưỡng, hàm lượng thuốc trừ sâu phạm vi lưu vực Q trình mơ đặc trưng mơ hình SWAT chia làm pha pha đất pha nước chu trình thủy văn Pha đất chu trình thủy văn mơ dòng chảy, bùn cát, dinh dưỡng thuốc trừ sâu chuyển tải từ tiểu lưu vực hệ thống sơng suối Pha nước chu trình thủy văn mơ q trình di chuyển dịng chảy, q trình bồi lắng, v.v…diễn thơng qua hệ thống sơng ngịi lưu vực đến cửa tiểu lưu vực lưu vực Để mơ xác q trình xảy lưu vực, lưu vực chia thành tiểu lưu vực nhỏ, sau tiểu lưu vực chia nhỏ thành đơn vị thủy văn (HRUs) nơi đồng khí hậu, sử dụng đất, thổ nhưỡng độ dốc Trong mô phỏng, đánh giá tải lượng dinh dưỡng lưu vực, mơ hình SWAT mơ 118 trình vận chuyển biến đổi thể hóa học Nitơ Phốtpho phạm vi lưu vực Trong mơi trường đất q trình biến đổi Nitơ Phốtpho từ thể sang thể khác chi phối chu trình Nitơ Phốtpho Quá trình tải lượng chất dinh dưỡng nói từ điểm canh tác lưu vực đến hệ thống sông suối ao hồ lưu vực thực qua dòng chảy mặt dòng chảy ngầm SWAT mơ chu trình Nitơ tầng đất nước ngầm tầng nông (Neitsch & CTG, 2011) Trong môi trường đất nước, Nitơ có mức độ phản ứng hóa học cao tồn số dạng hóa học khác Nitơ bổ sung vào đất từ hoạt động bón phân hóa học, phân chuồng phụ phẩm nơng nghiệp, q trình cố đinh Nitơ vi khuẩn, từ mưa Hàm lượng Nitơ đất trồng sử dụng, q trình xói mòn đất, thẩm lậu, bay hơi, từ phản ứng khử Nitơ Mơ hình SWAT mơ biến đổi năm dạng hóa học khác Nitơ bao gồm hai dạng vô (NO3, NH4) ba dạng hữu (Nitơ hoạt tính, Nitơ ổn định đất phụ phẩm nông nghiệp) SWAT mô trình hóa học khác Phốtpho đơn vị thủy văn (Neitsch & CTG, 2011) Lượng Phốtpho đất mà trồng sử dụng tính tốn tương tự chu trình Nitơ Ba dạng hóa học khác Phốtpho mơ mơ hình gồm dạng hữu đất mùn, dạng khơng hịa tan khống đất dạng trồng sử dụng dung dịch đất Thuật tốn mơ hình SWAT để mơ diễn biến thay đổi chất lượng nước sơng tích hợp tương tác, quan hệ thành phần hóa học sử dụng mơ hình QUAL2E (Brownand Barnwell, 1987) Các yếu tố tương tác q trình bao gồm chu trình dinh dưỡng, phát triển tảo nhu cầu ôxy tầng đáy 2.2 Phân tích độ nhạy thơng số mơ hình Để hỗ trợ cho q trình hiệu chỉnh, cơng tác phân tích độ nhạy tiến hành cho thông số liên quan đến mơ chất dinh dưỡng mơ hình Độ nhạy thông số đánh KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) giá cho lần điều chỉnh giá trị thông số cách thay giá trị thông số khoảng giá trị cho phép giá trị thông số khác giữ nguyên Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích độ nhạy theo kết mô phương pháp phân tích độ nhạy theo mức độ mơ xác mơ hình để đánh giá độ nhạy thông số Phương pháp đánh giá độ nhạy thông số dựa vào so sánh giá trị quan trắc giá trị mơ mơ hình đại lượng mơ Theo giá trị tổng độ lệch bình phương hai giá trị so sánh SSQ tính tốn sau: n SSC C obs,i Csim ,i (1) i 1 Cobs,i giá trị quan trắc đại lượng thời điểm i (mg/l), Csim,i giá trị mô đại lượng thời điểm i (mg/l), n số cặp so sánh giá trị quan trắc mô Độ nhạy theo theo mức độ xác mơ hình tỷ số thay đổi giá trị SSC so với thay đổi giá trị thông số SSC SSC m (2) SI A P Pm SIA số độ nhạy theo độ xác mơ hình SSC khoảng thay đổi giá trị SSC, SSCm giá trị SSC ứng với giá trị thơng số mơ hình Pm 2.3 Hiệu chỉnh đánh giá mơ hình Mơ hình thực mơ tải lượng dinh dưỡng lưu vực với thông số thủy văn, bùn cát giữ nguyên giá trị hiệu chỉnh (Anh N V., 2015 Nguyễn Việt Anh, 2019) công tác hiệu chỉnh mơ hình lúc thực thông số liên quan đến dinh dưỡng Công tác hiệu chỉnh mơ hình dựa vào kết phân tích độ nhạy thơng số dinh dưỡng, cơng tác hiệu chỉnh, thơng số có độ nhạy theo mức độ mơ xác mơ hình điều chỉnh giá trị khoảng giá trị hiệu chỉnh trước sau thơng số khơng có độ nhạy điều chỉnh giá trị để đảm bảo mơ hình mơ tải lượng dinh dưỡng xác so với giá trị thực đo Các tiêu thống kê sử dụng để đánh giá khả mơ tải lượng dinh dưỡng mơ hình theo thời đoạn tháng gồm có hệ số hiệu mô Nash-Sutcliffe (NSE) hệ số xác định (R2) n C NSE Csim ,i obs ,i i 1 n C obs ,i C obs (3) i 1 n Cobs ,i C obs Csim ,i C sim i 1 R n n Cobs ,i C obs Csim,i C sim i 1 (4) i 1 Cobs,i giá trị quan trắc thời điểm i (mg/l), Csim,i giá trị mô thời điểm i (mg/l), C obs giá trị quan trắc trung bình (mg/l) and C sim giá trị mô trung bình (mg/l), n số cặp so sánh giá trị quan trắc mơ NSE có giá trị từ –∞ đến số thể mức độ phù hợp giá trị mô giá trị quan trắc Trong số R2 đo lường mức độ tương quan tuyến tính giá trị mô quan trắc Khả mơ mơ hình đánh giá tốt số NSE R2 có giá trị cao 2.4 Số liệu đầu vào Số liệu đầu vào để xây dựng mơ hình thực hiệu chỉnh, kiểm định mô thủy văn, bùn cát cho vùng nghiên cứu (Anh N V., 2015 Nguyễn Việt Anh, 2019) gồm đồ cao độ địa hình, sử dụng đất thổ nhưỡng lưu vực sông Công dạng liệu GIS có độ phân giải 90m Lưu vực chia thành 10 tiểu lưu vực 242 HRUs Chuỗi tài liệu khí tượng bao gồm: (1) tài liệu mưa ngày từ trạm khí tượng; (2) tài liệu nhiệt độ khơng khí, tốc độ gió, độ ẩm khơng khí tương đối ngày tài liệu xạ mặt trời tháng từ trạm Thái Nguyên Định Hóa Số liệu thủy văn gồm lưu lượng dòng chảy ngày tổng lượng bùn cát hàng năm đo đạc cho giai đoạn từ năm 1961 đến 1975 trạm thủy văn Tân Cương Trong nghiên cứu này, số liệu đo đạc tiêu chất lượng nước sông Công NO3, NH4 (giai đoạn 2010 – 2015) PO4 (giai đoạn 2013 – 2015) Sở Tài nguyên môi trường tỉnh Thái Nguyên thực hàng năm với chu kỳ tháng/lần ví trí quan trắc (hình 1) thu thập để hiệu KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 119 chỉnh, đánh giá khả mô tải lượng dinh dưỡng lưu vực mơ hình SWAT Các số liệu liên quan đến hoạt động canh tác nơng nghiệp quy trình làm đất, bón phân (thời gian lượng bón) sản suất nơng nghiệp thu thập thông qua phương pháp vấn nông hộ lưu vực Trên lưu vực sông Công, canh tác lúa, ngơ chè loại hình sản xuất nơng nghiệp điển hình, thơng tin hoạt động canh tác áp dụng cho loại hình sản xuất nơng nghiệp chủ đạo nói thu thập làm thơng số đầu vào mơ hình KẾT QUẢ 3.1 Hiệu chỉnh đánh giá mơ hình Khi hiệu chỉnh mơ hình, 10 số 11 thơng số có độ nhạy DNCO, NPERCO, RSDCO, ERORGN, BIOMIX, FRT_SURFACE, HLIFE_NGW, MUMAX, BC3, RS3 với thông số không nhạy CDN hiệu chỉnh để đảm bảo khả mô tốt tải lượng NO3 NH4 lưu vực Đối với hiệu chỉnh mơ hình để mô Phốtpho tổng số thông số có độ nhạy P_UPDIS, PHOSKD, PSP, ERORGP, GWSOLP, BC4 hiệu chỉnh giá trị để mơ hình mô tải lượng Phốtpho tốt Tổng hợp thông số giá trị hiệu chỉnh chúng thể bảng Bảng Kết phân tích độ nhạy hiệu chỉnh thông số mô Nitơ Thông số Mô tả Đơn vị Giá trị mặc định Phạm vi điều chỉnh giá trị Ngưỡng Ngưỡng Độ nhạy theo kết mơ Độ nhạy theo độ xác mơ hình Giá trị hiệu chỉnh NO3 NH4 NO3 NH4 0.003 0.101 -0.128 0.226 0.060 0.0003 0.00 3.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.05 0 0.197 -0.072 -1.480 0.150 - 20 100 0.000 0.000 0.000 0.000 20 Hệ số thẩm lậu Nitrat - 0.2 0.068 0.003 0.079 -0.003 0.01 RSDCO Hệ số phân hủy xác thực vật - 0.05 0.02 0.08 -0.007 0.413 -0.029 -0.097 0.02 ERORGN Tỷ lệ làm giàu Nitơ hữu - 0 -0.001 0.250 -0.003 -0.169 BIOMIX Hiệu trao đổi sinh học - 0.2 0.2 -0.006 0.059 0.026 0.019 0.3 FRT_SURFACE Tỷ lệ lượng phân bón cho 10 mm lớp đất mặt - 0.2 0.1 0.5 0.050 0.284 0.060 -0.176 0.3 HLIFE_NGW Chu kỳ bán phân rã Nitrat nước ngầm tầng nông ngày 0 60 -0.122 0.000 -4.370 0.000 MUMAX Tốc độ phát triển tảo tối đa nhiệt độ 20oC 1/ngày -0.001 0.000 -0.001 0.000 K_N Hằng số bán bão hòa Nitơ MichaelisMenton mg N/L 0.02 0.01 0.3 0.000 0.000 0.000 0.000 0.02 BC3 Hằng số tỷ lệ thủy phân Nitơ hữu thành NH4 nhiệt độ 20oC 1/ngày 0.21 0.2 0.000 0.830 0.000 -0.034 0.6 RS3 Tỷ lệ nguồn trầm tích đáy nước hình mg thành NH4 nhiệt độ 20oC NH4/(m2.ngày) 0.5 0.000 0.400 0.000 -0.040 1.60 RS4 Hệ số tỷ lệ lắng đọng Nitơ hữu nhiệt độ 20oC 0.05 0.001 0.1 0.000 0.000 0.000 0.000 0.05 CMN Hệ số tỷ lệ khống hóa mùn chất dinh dưỡng hữu hoạt động - 0.0003 CDN Hệ số tỷ lệ hàm mũ trình khử Nitrat hóa - SDNCO Ngưỡng độ ẩm cho q trình Nitrat hóa - N_UPDIS Thơng số phân bố hấp thụ Nitơ NPERCO 1/ngày Theo kết nói trên, phương pháp phân tích độ nhạy cục cho thơng số đơn lẻ không biến đổi độ nhạy thơng số chúng có ảnh hưởng lẫn Đây lí thơng số không nhạy thông số CDN phải hiệu chỉnh để tăng độ 120 xác mơ hình Theo phương pháp phân tích độ nhạy tổng thể xem xét độ nhạy ứng với thay đổi giá trị nhiều thơng số cho lần phân tích áp dụng để xác định thay đổi độ nhạy thơng số chúng có phụ thuộc lẫn KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) Bảng Kết phân tích độ nhạy hiệu chỉnh thơng số mô Phốtpho Thông số Mô tả Giá trị mặc định Đơn vị Phạm vi điều chỉnh giá trị Độ nhạy theo kết mô Độ nhạy theo độ xác mơ hình Ngưỡng Ngưỡng PO4 PO4 Giá trị hiệu chỉnh P_UPDIS Thông số phân bố hấp thụ Phốtpho - 20 100 -0.031 -0.100 45 PPERCO Hệ số thẩm lậu Phốtpho 10 m 3/Mg 10 10 15 0.200 0.650 10 PHOSKD Hệ số phân tán Phốtpho đất m3/Mg 175 100 200 -0.910 -3.170 200 PSP Chỉ số Phốtpho sẵn có - 0.4 0.2 0.6 0.804 2.910 0.2 ERORGP Tỷ lệ làm giàu Phốtpho sẵn có - 0 0.045 0.140 2.5 GWSOLP Nồng độ Phốtpho hòa tan dòng chảy ngầm chảy vào dịng chảy sơng mg P/L 0 50 0.974 1.991 0.01 K_P Hằng số bán bão hòa Phốtpho Michaelis-Menton mg N/L 0.025 0.05 0.001 0.001 0.025 1/ngày 0.05 0.1 0.000 0.000 0.05 1/ngày 0.35 0.7 0.110 0.333 0.20 Hình Đánh giá kết mơ NH4 thời đoạn tháng cho giai đoạn hiệu chỉnh R2 = 0.61 NSE = 0.54 Năm PO4 đo đạc (mg/l) Hình Đánh giá kết mơ PO4 thời đoạn tháng cho giai đoạn hiệu chỉnh NO mô p hỏn g (m g/l) Nồn g đ ộ N O (m g/l) NH4 đo đạc (mg/l) Năm R2 = 0.85 NSE = 0.76 Năm NH4 mô (mg/l) R2 = 0.61 NSE = 0.54 PO4 mô (mg/l) Kết mô NO3, NH4, PO4 thời đoạn tháng mơ hình mặc định mơ hình hiệu chỉnh so sánh với số liệu quan trắc hình - Mơ hình mặc định mô cao giá trị NO3 PO4 mô thấp giá trị NH4 Sau hiệu chỉnh, khác biệt kết mô mơ hình số liệu quan trắc giảm đáng kể Giá trị xu tải lượng dinh dưỡng kết mô tương đối phù hợp với số liệu quan trắc Với số NSE R2 mơ hình hiệu chỉnh lớn 0,50, mơ hình đánh giá mơ hợp lý tải lượng dinh dưỡng lưu vực theo đề xuất Moriasi & CTG (2007) Nồng độ NH4 (mg/l) BC4 Tỷ lệ lắng đọng Phốtpho hữu nhiệt độ 20o C Tỷ lệ khống hóa Phốt hữu thành dạng hòa tan nhiệt độ 20o C Nồng độ PO4 (mg/l) RS5 NO đo đạc (mg/l) Hình Đánh giá kết mô NO3 thời đoạn tháng cho giai đoạn hiệu chỉnh Mơ hình hiệu chỉnh đồng thời để mô NO3 NH4 Theo kết phân tích độ nhạy theo độ xác mơ hình mơ Nitơ ảnh hưởng thơng số SDNCO, NPERCO, BIOMIX đến độ xác mơ hình mơ NO3 NH4 đối lập So với NH4, KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 121 NO3 dễ bị trơi theo dịng chảy mặt thẩm lậu xuống dịng chảy ngầm NO3 có liên kết yếu với hạt đất mang điện tích âm Khi vận động của NO3 chiếm ưu chu trình Nitơ, hàm lượng NO3 dịng chảy lớnnên q trình hiệu chỉnh tập trung vào thông số liên quan đến NO3 trước Hiệu chỉnh thơng số giúp tăng độ xác mơ NO3 lại giảm độ xác mơ NH4 Đây lý làm cho kết mô NH4 không tốt kết mô NO3 Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT, giá trị giới hạn an toàn hàm lượng NO3, NH4, PO4 nước mặt sử dụng cho mục đích sinh hoạt hạng A2 5,0; 0,3; 0,2 mg/l Theo hàm lượng NO3, NH4, PO4 nước sơng Cơng trì mức an tồn hầu hết thời gian ngoại trừ số thời điểm vào mùa khô Tại thời điểm hàm lượng NO3 NH4 vượt ngưỡng giới hạn an tồn lưu lượng dịng chảy nhỏ thẩm lậu chất dinh dưỡng từ sản xuất nông nghiệp hệ thống sông, suối Khi mô tải lượng dinh dưỡng, số liệu quan trắc có tần suất tháng/lần nên biến đổi thành phần dinh dưỡng theo thời gian, đặc biệt thời đoạn ngắn đầy đủ Ngồi chuỗi số liệu khơng đủ dài để kiểm định khả mơ mơ hình sau hiệu chỉnh ứng với chuỗi số liệu độc lập Vì vậy, khả mô tải lượng dinh dưỡng mơ hình lưu vực nghiên cứu sơng Cơng cần đánh giá thêm với liệt số liệu quan trắc bổ sung 3.3 Phân bố tải lượng dinh dưỡng lưu vực Để đánh giá cụ thể tải lượng dinh dưỡng lưu vực sông Công, kết mơ tải lượng NO3 PO4 trung bình năm cho giai đoạn 2006 – 2015 phạm vi lưu vực thể hình Tải lượng NO3 PO4 từ tiểu lưu vực 1, 2, 6, 8, 10 cao so với tiểu lưu vực cịn lại lưu vực có diện tích trồng lúa, chè chiếm tỷ lệ lớn Do mơ hình SWAT lược bỏ số trình nên trình vận động NH4 chu trình Nitơ chủ yếu bị chi phối q trình bay nitrat hóa thành 122 NO3 Do vậy, tải lượng NH4 hình thành từ pha đất giả thiết không đáng kể tỷ lệ đóng góp thành phần tổng tải lượng Nitơ chảy vào hệ thống sơng, suối khơng có Vì nguồn gốc hình thành hàm lượng NH4 sơng chủ yếu đến từ q trình khống hóa chất Nitơ hữu trình khuếch tán NH4 từ bùn cát lắng đọng lịng sơng, suối (a) (b) TT D.tích (km 2) 10 134 66 207 70 58 109 107 41 54 23 Tổng lượng Tải lượng NO NO3 (Kg/ha/năm) (Tấn/năm) 357 26.6 125 19.0 431 20.8 122 17.5 27 4.7 230 21.1 175 16.3 96 23.2 72 13.4 51 22.1 TT D.tích (km2) 10 134 66 207 70 58 109 107 41 54 23 Tổng lượng Tải lượng PO4 PO4 (Kg/ha/năm) (Tấn/năm) 11.7 0.88 4.4 0.68 17.2 0.83 4.1 0.59 0.8 0.14 7.9 0.73 5.2 0.48 4.5 1.09 3.0 0.56 3.2 1.38 0.0 - 5.0 10.0 - 15.0 5.0 - 10.0 0.30 - 0.60 15.0 - 20.0 10 20.0 - 25.0 25.0 - 30.0 0.00 - 0.30 0.60 - 0.90 10 0.90 - 1.20 1.20 - 1.50 Hình Phân bố NO3(a) PO4 (b) trung bình năm tiểu lưu vực giai đoạn 2006 – 2015 Trong số 10 tiểu lưu vực, tải lượng NO3 PO4 hình thành từ tiểu lưu vực nhỏ tiểu lưu vực có tỷ lệ diện tích canh tác nơng nghiệp thấp (chỉ chiếm 16%) Ngồi loại hình canh tác nơng nghiệp tiểu lưu vực ngày chủ yếu loại trồng vụ với quy trình bón phân khác Trong nghiên cứu thuật tốn bón phân tự động mơ hình SWAT lựa chọn cho loại hình sử dụng đất Theo mơ hình xác định ngưỡng giá trị thiếu hụt dinh dưỡng loại trồng Ngưỡng giá trị liên quan phân số tốc độ tăng trưởng tiềm trồng Tại thời điểm tốc độ tăng trưởng thực tế giảm xuống ngưỡng giá trị thiếu hụt dinh dưỡng mơ hình tự bổ sung dinh dưỡng cho trồng Với lựa chọn này, trường hợp bón thừa dinh dưỡng bị loại bỏ So sánh với quy trình bón phân thực tế áp dụng cho lúa chè lưu vực sông Công, lựa chọn bón phân cho loại hình sử dụng đất nơng nghiệp tiểu lưu vực giảm đáng kể Đó nguyên dẫn đến tải lượng NO3 PO4 từ tiểu lưu vực nhỏ Ngoài ra, tải lượng NO3 phân bố từ tiểu lưu vực cao so tải lượng PO4 Kết mô tả đặc điểm thực tế hai thành phần dinh dưỡng q trình mơ lưu vực KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) NO3 thành phần dinh dưỡng có tính di động cao nên có khả di chuyển dịng chảy mặt, q trình ngấm theo dòng chảy ngầm Độ hòa tan PO4 bị giới hạn hầu hết môi trường nên q trình vận động chủ yếu theo dòng chảy mặt Do khả di động thấp PO4 đất nên dòng chảy mặt chủ yếu tác động đến PO4 10mm lớp đất mặt KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, phương pháp phân tích độ nhạy theo kết mô kết mô mơ hình độ xác mơ hình thực 15 thông số mô Nitơ thông số mô Phốtpho để xác định thơng số có mức độ ảnh hưởng lớn đến tải lượng dinh dưỡng lưu vực Dựa vào kết phân tích độ nhạy theo độ xác mơ hình, 11 thơng số Nitơ thơng số Phốtpho điều chỉnh giá trị trình hiệu chỉnh mơ hình nhằm đảm bảo mơ hình có khả mơ tốt đại lượng tương ứng Kết nghiên cứu cho thấy mơ hình sau hiệu chỉnh có khả mơ tải lượng dinh dưỡng mức hợp lý so sánh kết mô với số liệu thực đo Đánh giá khẳng định thông qua giá trị NSE R2 mơ hình hiệu chỉnh Tuy nhiên, khả mô tải lượng dinh dưỡng mô hình cần đánh giá với thời đoạn mơ ngắn cách bổ sung số liệu đo đạc thời đoạn ngắn Kết đánh giá mô hình dựa vào số liệu quan trắc ứng với thay đổi lưu vực giúp đặc điểm đa dạng lưu vực mơ xác đầy đủ Theo kết mô tải lượng dinh dưỡng hình thành từ bề mặt lưu vực (pha đất chu trình), loại hình sử dụng đất quy trình canh tác nơng nghiệp làm đất, bón phân có tác động lớn đến biến đổi tải lượng Nitơ Phốtpho hình thành vận chuyển lưu vực Kết đánh giá theo thời gian cho thấy hàm lượng Nitơ, Phốtpho nước sông Công trì mức an tồn hầu hết thời gian ngoại trừ số thời điểm vào mùa khơ lưu lượng dịng chảy nhỏ thẩm lậu chất dinh dưỡng từ sản xuất nông nghiệp hệ thống sông, suối Những thông tin hữu ích cho người quản lý đưa định lựa chọn kế hoạch sử dụng đất biện pháp canh tác nông nghiệp lưu vực nhằm bảo vệ chất lượng nguồn nước lưu vực TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Minh Hải (2018) Ảnh hưởng chế độ bón phân cho lúa tới thay đổi hàm lượng Nitơ kênh tiêu lưu vực Hán Quảng, tỉnh Bắc Ninh Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường số 61 (6/2018), 76-83 Nguyễn Thị Thu Trang, Đào Khơi Ngun (2016) Mơ hình hóa dịng chảy chất lượng nước mặt hệ thống sông 3S (Sê Kơng, SêSan Sêrêpơk) Tạp chí phát triển khoa học cơng nghệ, tập 19, sốt 2-2016, 107-117 Nguyễn Thị Tịnh Âu, Nguyễn Duy Liêm, Nguyễn Kim Lợi (2013) Ứng dụng mơ hình Swat cơng nghệ GIS đánh giá lưu lượng dịng chảy lưu vực sơng Đăk Bla Tạp chí khoa học DHQGHN, khoa học trái đất môi trường, tập 29, số 3, 1-13 Nguyễn Việt Anh (2019) Áp dụng mơ hình SWAT để đánh giá chế độ bùn cát lưu vực sông Công, Thái Nguyên, Tuyển tập hội nghị khoa học thường niên trường Đại học Thủy lợi 2019, 341-343 Anh, N.V., Fukuda, S., Hiramatsu, K., Harada, M (2015) Sensitivity-based calibration of SWAT for hydrologic cycle simulation in the Cong Watershed, Vietnam Journal of Water Environment Research, 87(8):735-750 Arnold, J.G., Srinivasan, R., Muttiah, R.S., Wiliams, J.R (1998) Large area hydrologic modeling and assessment Part I: Model development J Am Water Resour Assoc., 34(1), 73-79 Brown, L C., Barnwell, Jr., T O (1987) The enhanced water quality models QUAL2E and QUAL2EUNCAS: Documentation and user manual EPA/600/3-87/007 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 123 Grassman, P W., Reyes, M R., Green, C H., Arnold, J G (2007) The Soil and Water Assessment Tool: historical development, applications and future research directions Trans ASABE, 50(4), 1211-1240 Moriasi, D N., Arnold, J G., Van Liew, M W, Binger, R L., Harmel, R D., Veith, T (2007) Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations Trans ASABE, 50(3), 885-900 Mou Leong Tan, Philip W Gassman, Raghavan Srinivasan, Jeffrey G Arnold (2019) A Review of SWAT Studies in Southeast Asia: Applications, Challenges and Future Directions Water 2019, 11, 914 Neitsch, S.L., Arnold, J.G., Kiniry, J.G., Wiliams, J.R (2011) Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation: version 2009, Texas Water Resources Institute Technical Report No 406, College Station, Texas 77843-2118 Nguyen Hong Quang, Le Thi Thu Hang, Pham Thi Thanh Nga, Martin Kappas (2016) "Modelling surface runoff and soil erosion for Yen Bai Province, Vietnam, using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) " J Viet Env 2016, Vol 8, No 1, pp 71-79 Raghavan, S.V., Vu, M.T., Liong, S (2012) Assessment of future stream flow over Sesan catchment of the lower Mekong river basin in Vietnam Hydrol Process., 26, 3661-3668 Thi Phuong Quynh Le, Cuong Tu Ho, Thi Thuy Duong, Emma Rochelle-Newall, Dinh Kim Dang, Thanh Son Hoang (2014) Nutrient budgets (N and P) for the Nui Coc reservoir catchment (North Vietnam) Agricultural Water Management 142 (2014) 152–161 Viet Bach Tran, Hiroshi Ishidaira, Takashi Nakamura, Thu Nga Do, Kei Nishida (2017) Estimation of Nitrogen Load with Multi-pollution Sources Using the SWAT model: a Case Study in the Cau River Basin in Northern Vietnam Journal of Water and EnvironmentTechnology, 15 (3), 106-119 Abstract: APPLICATION OF SWAT MODEL TO ASSESSING THE IMPACT OF AGRICULTURAL PRACTICES TO NUTRIENT TRANSPORT IN THE CONG WATERSHED, THAI NGUYEN PROVINCE In recent years, water quality in the Cong River has degraded seriously Non-point source pollution from agricultural land has been one of the main reasons of the problem In this study, SWAT model, after successfully calibrated and validated on hydrologic and sediment simulations was used and calibrated on nutrient transport simulation The overall objectives of this study were to simulate and assess spatial and temporal variations of nutrient yield influenced by agricultural practices in the Cong Watershed Model performance was evaluated based on surface water quality data observed in the watershed The calibration process was conducted with respect to the monthly simulation of Nitrogen and Phosphorus at period of 2010 – 2015 and 2013 – 2015, respectively The model performance was evaluated with two statistical criteria, namely Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) and coefficient of determination (R2) The present study revealed that, the calibrated SWAT could achieve acceptable accuracy in the nutrient transport simulation The study also indicates that land uses and agricultural practice, i.e., tillage and fertilizer and manure applications, had a great impact to the spatial and temporal variations of nutrient generated and transport within the watershed Keywords: Hydrological cycle, Basin, Hydrographic units, Correction model, SWAT, Nutrient transport Ngày nhận bài: 02/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 17/6/2020 124 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) ... Phân bố tải lượng dinh dưỡng lưu vực Để đánh giá cụ thể tải lượng dinh dưỡng lưu vực sông Công, kết mơ tải lượng NO3 PO4 trung bình năm cho giai đoạn 2006 – 2015 phạm vi lưu vực thể hình Tải lượng. .. mơ hình để mơ phỏng, đánh giá ảnh hưởng hoạt động canh tác nông nghiệp đến tải lượng dinh dưỡng lưu vực sông Công PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mơ hình SWAT Mơ hình SWAT mơ hình vật lý liên tục... thập để hiệu KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 119 chỉnh, đánh giá khả mô tải lượng dinh dưỡng lưu vực mơ hình SWAT Các số liệu liên quan đến hoạt động canh tác nông nghiệp