I. Vai trò của vùng ven sông trong quá trình loại bỏ nitrat
Vùng ven sông đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ nitrat thông qua quá trình khử nitrat. Đây là khu vực giao thoa giữa hệ sinh thái đất liền và thủy sinh, nơi các điều kiện yếm khí được tạo ra bởi mực nước cao, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khử nitrat. Nghiên cứu chỉ ra rằng, mặc dù chiếm diện tích nhỏ, vùng ven sông có khả năng loại bỏ đáng kể lượng nitrat từ nguồn nước. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu hiện tại chỉ tập trung vào quy mô nhỏ và thực địa, trong khi việc mô hình hóa tác động của vùng ven sông ở quy mô lưu vực sông vẫn còn hạn chế.
1.1. Cơ chế khử nitrat trong vùng ven sông
Quá trình khử nitrat trong vùng ven sông chủ yếu xảy ra dưới điều kiện yếm khí, khi nước ngầm chảy qua khu vực này trước khi đổ vào sông. Cơ chế này bao gồm hai yếu tố chính: (i) dòng nước ngầm mang theo nitrat đi qua vùng đệm ven sông và (ii) nước mặt tạm thời tích tụ trong đất ven sông trong các sự kiện lũ lụt. Sự tương tác này giúp giảm đáng kể lượng nitrat trong nước, góp phần cải thiện chất lượng nước và bảo vệ hệ sinh thái sông.
1.2. Tác động của vùng ven sông đến chất lượng nước
Vùng ven sông không chỉ giúp loại bỏ nitrat mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng nước. Bằng cách giảm lượng nitrat, khu vực này giúp hạn chế hiện tượng phú dưỡng, một vấn đề nghiêm trọng trong quản lý tài nguyên nước. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, hiệu quả của vùng ven sông phụ thuộc vào đặc điểm địa hình và điều kiện thủy văn của khu vực.
II. Mô hình hóa quá trình loại bỏ nitrat ở quy mô lưu vực sông
Việc mô hình hóa quá trình loại bỏ nitrat ở quy mô lưu vực sông đòi hỏi sự tích hợp giữa các mô hình thủy văn và hóa học. SWAT là một trong những mô hình được sử dụng rộng rãi để mô phỏng quá trình vận chuyển chất dinh dưỡng và thủy văn. Tuy nhiên, việc tích hợp mô hình vùng ven sông vào SWAT vẫn còn hạn chế. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải tiến SWAT bằng cách thêm mô hình Riparian Nitrogen Model (RNM) để mô phỏng quá trình khử nitrat trong vùng ven sông.
2.1. Cải tiến mô hình SWAT
Nghiên cứu đề xuất hai cải tiến chính cho SWAT: (i) thêm khái niệm định tuyến địa hình giữa các đơn vị cảnh quan khác nhau và (ii) tích hợp RNM vào SWAT để mô phỏng quá trình khử nitrat trong vùng ven sông. Cải tiến đầu tiên giúp xác định vị trí địa hình của các đơn vị thủy văn (HRU) và tạo mối quan hệ giữa các HRU ở vùng cao và vùng thấp. Cải tiến thứ hai giới thiệu mô hình RNM, giả định tốc độ khử nitrat giảm dần theo độ sâu và quá trình này được kích hoạt dưới mực nước ngầm.
2.2. Ứng dụng mô hình SWAT cải tiến
Mô hình SWAT cải tiến được thử nghiệm trên lưu vực sông Odense, một khu vực nông nghiệp với hệ thống thoát nước dày đặc ở Đan Mạch. Kết quả cho thấy, SWAT cải tiến cải thiện đáng kể độ chính xác trong mô phỏng dòng chảy và lượng nitrat, đặc biệt khi xem xét đến sự bất định của các thông số. Tuy nhiên, hiệu quả của vùng ven sông trong việc loại bỏ nitrat ở lưu vực này không đáng kể do ảnh hưởng của hệ thống thoát nước.
III. Tác động của biến đổi khí hậu và quản lý tài nguyên nước
Biến đổi khí hậu và tác động con người đang làm thay đổi đáng kể các quá trình sinh thái trong vùng ven sông. Sự gia tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của khử nitrat. Đồng thời, các hoạt động như thoát nước và sử dụng đất cũng làm giảm khả năng loại bỏ nitrat của vùng ven sông. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa bảo tồn vùng ven sông và các biện pháp kỹ thuật để tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải.
3.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu
Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi chế độ thủy văn, ảnh hưởng đến hiệu quả của vùng ven sông trong việc loại bỏ nitrat. Sự gia tăng tần suất và cường độ của các sự kiện mưa lớn có thể làm tăng lượng nitrat trong nước, trong khi hạn hán có thể làm giảm khả năng khử nitrat do thiếu nước ngầm.
3.2. Chiến lược quản lý tài nguyên nước
Để tối ưu hóa hiệu quả của vùng ven sông, cần thực hiện các biện pháp bảo tồn sông ngòi và hạn chế ô nhiễm nitrat từ các nguồn nông nghiệp. Việc tích hợp các mô hình như SWAT vào quy hoạch quản lý tài nguyên nước sẽ giúp đánh giá chính xác hơn tác động của các biện pháp can thiệp.
