Luận văn sử dụng mô hình mô phỏng swat nhằm thành lập bản đồ xói mòn đất vùng tây bắc việt nam

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------------------------- GIANG THANH TÙNG Sö dông m« h×nh m« pháng SWAT nh»m thµnh lËp b¶n ®å xãi mßn ®Êt vïng T©y B¾c ViÖt Nam LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI Mã số : 60.62.16 Người hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN DUY BÌNH HÀ NỘI - 2009 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là kết quả nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ trong quá trình thực hiện luận văn ñã ñược cám ơn, các thông tin trích dẫn ñã chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Tác giả luận văn Giang Thanh Tùng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… ii LỜI CẢM ƠN ðể có ñược kết quả nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ từ rất nhiều ñơn vị và cá nhân. Tôi xin ghi nhận và bày tỏ lòng biết ơn tới những tập thể, cá nhân ñã dành cho tôi sự giúp ñỡ quý báu ñó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng sự giúp ñỡ nhiệt tình của thầy giáo TS. Nguyễn Duy Bình, người ñã trực tiếp hướng dẫn ñề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến ñóng góp quý báu của các thầy, cô trong Khoa ðất và Môi trường, các thầy cô trong Khoa Sau ñại học. Tôi xin chân thành cảm ơn bộ môn Tài nguyên nước, ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian tiến hành chạy thử nghiệm mô hình tại bộ môn. Tôi xin chân thành cảm ơn các ñồng chí lãnh ñạo Bộ Tài nguyên & Môi trường, Trung tâm khí tượng thuỷ văn ñã tạo ñiều kiện về thời gian và cung cấp số liệu giúp tôi thực hiện ñề tài này. Cám ơn sự cổ vũ, ñộng viên và giúp ñỡ của gia ñình, các anh, chị ñồng nghiệp, bạn bè trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Tác giả luận văn Giang Thanh Tùng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… iii Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… iv MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục biểu ñồ viii Danh mục viết tắt ix 1. ðẶT VẤN ðỀ i 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài 1 1.2. Mục ñích nghiên cứu 2 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài. 2 1.3.1. Ý nghĩa khoa học. 2 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn. 2 2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ðẤT 3 2.1. Hiện trạng xói mòn ñất trên thế giới và Việt Nam. 3 2.1.1. Nguyên nhân xói mòn. 3 2.1.2. Diễn biến xói mòn ñất trên Thế giới và Việt Nam. 5 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới xói mòn. 8 2.2.1. ðiều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội và tập quán canh tác. 8 2.2.2. Tính chất thổ nhưỡng của ñất 9 2.2.3. Lượng mưa và thời gian mưa 9 2.2.4. ðộ che phủ của thảm thực vật 10 2.2.5. Cây trồng và loại cây trồng 12 2.2.6. Dòng chảy mặt và tốc ñộ dòng chảy 12 2.2.7. Hệ số bảo vệ ñất 13 2.2.8. ðộ dốc và chiều dài dốc. 13 2.3. Những nghiên cứu xói mòn ñất trên Thế giới và ở Việt Nam 13 2.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 13 2.3.2. Những nghiên cứu về xói mòn ở Việt Nam 44 2.4. Những nghiên cứu và sử dụng SWAT trên thế giới 53 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN 55 3.1. Nội dung nghiên cứu 55 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… v 3.1.1. Thu thập số liệu, dữ liệu 55 3.1.2. Xây dựng mô hình 55 3.1.3. Thực hiện mô phỏng xói mòn ñất kiểm ñịnh kết quả mô hình 55 3.1.4. Lập bản ñồ nguy cơ xói mòn ñất 55 3.2. Phương pháp luận 55 3.2.1. Khái niệm mô hình toán học 55 3.2.2. Nguyên lý mô phỏng về phần mềm SWAT 56 3.3. Phương pháp nghiên cứu 59 3.3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu 59 3.3.2. Phương pháp GIS, Excel 59 3.3.3. Mô hình hoá sử dụng SWAT 59 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 61 4.1. ðặc ñiểm chung khu vực nghiên cứu 61 4.1.1. ðiều kiện tự nhiên 61 4.1.2. Các nguồn tài nguyên 63 4.2. Chuẩn bị dữ liệu ñầu vào cho mô hình SWAT 65 4.2.1. ðịa hình 65 4.2.3. Dữ liệu mưa 66 4.2.4. Thuỷ văn. 69 4.2.5. Dữ liệu gió. 69 4.2.6. Dữ liệu ñộ ẩm. 70 4.2.7. Bức xạ. 71 4.3. Xây dựng mô hình mô phỏng xói mòn ñất. 73 4.4. Chạy chương trình SWAT. 74 4.4.1. Bước 1: Nhập dữ liệu cho SWAT. 74 4.4.2. Bước 2: Chạy mô hình SWAT: Run SWAT. 81 5. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ ðỀ NGHỊ. 86 5.1. Kết luận 86 5.2. Tồn tại 87 5.3. ðề nghị. 87 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 2.1. Các phương pháp (công cụ) ñánh giá các pha trong xói mòn ñất 15 Bảng 2.2. Quan hệ giữa cường ñộ mưa và ñường kính hạt mưa trung bình 22 Bảng 2.3. Quan hệ giữa ñường kính, trọng lượng và vận tốc rơi của hạt mưa 23 Bảng 2.4. Tính trị số C cho luân canh lúa mỳ ở Dehradun 37 Bảng 2.5. Giá trị nhân tố biện pháp bảo vệ ñất (P) 38 Bảng 2.6. Trị số P của các biện pháp bảo vệ ñất 39 Bảng 2.7. Các biện pháp canh tác chống xói mòn 48 Bảng 2.8. Kết quả phòng chống xói mòn của các biện pháp bảo vệ ñất dốc 23,6 0 – 26 0 trồng lúa nương 49 Bảng 2.9. Tác dụng chống xói mòn của các biện pháp làm ñất trên 50 lúa nương 50 Bảng 2.10. Quan hệ giữa cây trồng và xói mòn ñất 51 Bảng 2.11. Giá trị xói mòn chẩn ñoán ở khu vực Tây Nguyên 52 Bảng 2.12. Ảnh hưởng của các công thức bảo vệ ñất ñến xói mòn ñất 52 Bảng 2.13. Thành phần hoá học của tướng rắn bị rửa trôi 53 Bảng 2.14. Thành phần các yếu tố ña lượng trên ñất dốc trồng lúa 53 Bảng 4.2. Một số file chính của dữ liệu ñầu ra quá trình xói mòn 82 Bảng 4.3. Những file chính của mỗi HRU trong dữ liệu ñầu ra quá trình xói mòn83 Bảng 4.4. Những file chính của mỗi SUB trong dữ liệu ñầu ra quá trình xói mòn83 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… vii DANH MỤC BIỂU ðỒ STT Tên biểu ñồ Trang Hình 2.1. Biểu ñồ về sự giảm chiều sâu lớp ñất trồng qua các năm kể từ trạng thái ban ñầu của nó khi chưa trồng trọt (Y 0 , D 0 ) 19 Hình 2.2: Biểu ñồ phản ánh sự giảm năng suất từ P m (mức trung bình trên ñất ñiển hình trong vùng) 19 Hình 2.3. Mưa có cường ñộ nhỏ và trung bình 24 Hình 2.4. Mối quan hệ giữa tỷ lệ mưa và ñường kính hạt mưa 24 Hình 2.5. Sơ ñồ lực tác ñộng lên hạt ñất trong dòng chảy 25 Hình 2.6. Sơ ñồ mô tả phương pháp ño bộ rễ thực vật xác ñịnh lượng ñất bị xói mòn 30 Hình 2.7. Sơ ñồ bố trí ô nghiên cứu xói mòn 31 Hình 2.8. ðộ dốc giảm sau khi hệ thống ñập hoạt ñộng 43 Hình 4.9. Mô hình số hoá ñộ cao DEM tại khu vực nghiên cứu 65 Hình 4.10. Bản ñồ sử dụng ñất vùng Tây Bắc 67 Hình 4.11. Vị trí trạm mưa khu vực nghiên cứu và toàn miền Bắc. 68 Hình 4.12. Dữ liệu gió tại trạm nghiên cứu ðiện Biên 70 Hình 4.13. Dữ liệu ñộ ẩm tại trạm nghiên cứu Hoà Bình 71 Hình 4.14. Bức xạ nhiệt ño ñược tại trạm Tabu - ðiện Biên. 72 Hình 4.15. Sơ ñồ phương pháp mô phỏng xói mòn ñất. 73 Hình 4.16. Giao diện chuẩn hoá dữ liệu DEM vùng nghiên cứu. 74 Hình 4.17. Giao diện xác ñịnh ranh giới vùng nghiên cứu Tây Bắc. (Trong ñó màu ñỏ là khoanh vùng Tây Bắc, màu xanh là hệ thống sông ngòi trong vùng) 75 Hình 4.18. Giao diện xác ñịnh ranh giới lưu vực. 75 Hình 4.19. Giao diện xác ñịnh vị trí các trạm ño nước trong mô hình 76 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… viii Hình 4.20. Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của thượng nguồn sông Mã 76 Hình 4.21. Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của thượng nguồn sông ðà. 77 Hình 4.22. Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của thượng nguồn sông Nậm Gừng 78 Hình 4.23. Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của thượng nguồn sông trong vùng Tây Bắc 78 Hình 4.24. Giao diện kết quả ảnh hưởng xói mòn do sông tại khu vực nghiên cứu khi phân loại lại sử ñụng ñất. 79 Hình 4.25. Giao diện kết quả ảnh hưởng xói mòn do sông tại khu vực nghiên cứu sau khi phân loại lại sử ñụng ñất. 79 Hình 4.26. Giao diện nhập dữ liệu khí tượng ñầu vào cho SWAT. 80 Hình 4.27. Giao diện khí tượng thể hiện trong khu vực nghiên cứu. 80 Hình 4.28. Giao diện chuẩn bị và chạy mô hình mô phỏng SWAT. 81 Hình 4.29. Hộp thoại chỉ ra chạy mô hình mô phỏng xói mòn ñất thành công. 81 Hình 4.30. Một phần dữ liệu file output.hru 84 Hình 4.31. Bản ñồ khả năng xói mòn ñất vùng Tây Bắc. 86 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… ix BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nguyên gốc Giải nghĩa SWAT Soil and Water Assessment Toll Phương pháp ñánh giá ñất và nước DEM Digital Elevation Map Bản ñồ số ñộ cao GIS Geopraphic Information System Hệ thống thông tin ñịa lý HRU Hydrologic Response Unit ðơn vị ñồng nhất về phản ứng của thủy văn SUB Subbasin ðơn vị con của dòng chảy SCS Soil Conservation Service Phương pháp số ñường cong AVENUE Ngôn ngữ lập trình FAO Food and Agriculture Organization Tổ chức lương thực thế giới USDA United States Department of Agriculture Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ BIS Văn phòng ñất liên Phi SARCCVS Hội ñồng bảo vệ và sử dụng ñất ñai Nam Phi USLE Universal Soil Loss Equation Phương trình mất ñất cổ ñiển của Wischmeier và Smith MUSLE Modified Universal Soil Loss Equation Phương trình mất ñất ñã sửa ñổi của Williams PET Potential Evapotranspiration Bốc thoát hơi nước khả năng PEST Parameter Estimator System Mô hình ước lượng thông số ñộc lập OVERLAY Kỹ thuật trồng xếp bản ñồ . Sử dụng mô hình mô phỏng SWAT nhằm thành lập bản ñồ xói mòn ñất vùng Tây Bắc Việt Nam . 1.2. Mục ñích nghiên cứu - Phát triển và ứng dụng mô hình xói mòn. cứu. 80 Hình 4.28. Giao diện chuẩn bị và chạy mô hình mô phỏng SWAT. 81 Hình 4.29. Hộp thoại chỉ ra chạy mô hình mô phỏng xói mòn ñất thành công. 81 Hình