BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC MẶT LƢU VỰC SÔNG LA NGÀ Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ĐỖ NGỌC UYÊN Ngành: Hệ thống Thông tin Môi trƣờng Niên khóa: 2010 – 2014 TP. Hồ Chí Minh, 06/2014 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC MẶT LƢU VỰC SÔNG LA NGÀ Tác giả NGUYỄN ĐỖ NGỌC UYÊN Khóa luận đƣợc đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kĩ sƣ ngành Hệ thống Thông tin Môi trƣờng Giáo viên hƣớng dẫn PGS. NGUYỄN KIM LỢI KS. NGUYỄN DUY LIÊM Tp.
Hồ Chí Minh, 06/2014 i LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS. Nguyễn Kim Lợi và KS. Nguyễn Duy Liêm, những ngƣời đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và động viên tôi trong suốt thời gian qua, giúp tôi hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này. Trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Quy hoạch Thủy Lợi miền Nam đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc thực tập tại cơ quan.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn đến NCS. Đỗ Đức Dũng, ThS. Nguyễn Vũ Huy, KS. Nguyễn Văn Hùng cùng các cán bộ công tác tại Phòng Quy hoạch Thủy Lợi Đông Nam bộ và phụ cận đã trao đổi kinh nghiệm, kiến thức quý báu cũng nhƣ chia sẻ tài liệu, dữ liệu liên quan đến đề tài.
Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô cùng KS. Lê Hoàng Tú, trƣờng Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý giá dành cho tôi trong bốn năm học tập tại trƣờng. Tôi cũng cảm ơn những ngƣời bạn đồng hành cùng tôi trong quãng đời sinh viên, những ngƣời đã luôn giúp đỡ tôi khi tôi gặp khó khăn, sẵn sàng chia sẻ cho tôi những điều hay, lẽ phải và cũng là nguồn động lực để tôi phấn đấu vƣơn lên.
Cuối cùng, để có đƣợc thành quả nhƣ ngày hôm nay, con xin nói lời biết ơn chân thành đối với cha mẹ, những ngƣời đã sinh thành nên con, chăm sóc, nuôi dạy con thành ngƣời và tạo điều kiện cho con đƣợc học tập. Sinh viên thực hiện Nguyễn Đỗ Ngọc Uyên Bộ môn Tài nguyên và GIS Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Trƣờng Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh ii TÓM TẮT Khóa luận tốt nghiệp “Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt lƣu vực sông La Ngà” đã đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian từ ngày 03/03/2014 đến ngày 06/06/2014. Sông La Ngà là một phụ lƣu của lƣu vực sông Đồng Nai, bắt nguồn từ cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng với diện tích 4.010 km2, chảy qua địa bàn các huyện Bảo Lộc (Lâm Đồng), Tánh Linh (Bình Thuận), Tân Phú, Định Quán (Đồng Nai).
Quá trình phát triển kinh tế - xã hội trên lƣu vực đã và đang đặt ra những vấn đề bức xúc đối với công tác quản lý, khai thác và bảo vệ tài nguyên nƣớc. Do vậy, việc đánh giá chất lƣợng nƣớc trên lƣu vực là rất cần thiết. Mục tiêu của đề tài là ứng dụng mô hình SWAT mô phỏng, đánh giá lƣu lƣợng dòng chảy và chất lƣợng nƣớc trên lƣu vực sông La Ngà giai đoạn 1997 - 2010. Dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu đƣợc thu thập từ nhiều nguồn khác nhau.
Dữ liệu DEM đƣợc lấy từ dữ liệu ASTER GDEM của METI/NASA, với độ phân giải không gian 30 m, sử dụng để phân chia lƣu vực. Bản đồ sử dụng đất năm 2000 và bản đồ thổ nhƣỡng đƣợc cung cấp bởi Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam (VQHTLMN) sau khi biên tập đƣợc sử dụng để phân tích đơn vị thủy văn. Dữ liệu thời tiết (1997 – 2010) tại 3 trạm (Bảo Lộc, Tà Pao và Xuân Lộc) bao gồm dữ liệu lƣợng mƣa, nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, tốc độ gió, bức xạ Mặt Trời đƣợc cung cấp bởi VQHTLMN và Dự án Quan trắc Lƣợng mƣa Toàn cầu thuộc Chƣơng trình Nghiên cứu Khí hậu Toàn cầu. Dữ liệu quan trắc lƣu lƣợng dòng chảy và chất lƣợng nƣớc do VQHTLMN, Phòng Quan trắc Môi trƣờng - Sở Tài nguyên và Môi trƣờng Đồng Nai cung cấp đƣợc sử dụng để kiểm tra độ chính xác kết quả mô phỏng theo hai thời kỳ 1997 – 2001 (trƣớc khi có công trình thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi) và thời kỳ 2002 – 2003.
Kết quả cho thấy, vào mùa khô, giá trị lƣu lƣợng dòng chảy mô phỏng tƣơng đối tƣơng đồng với giá trị lƣu lƣợng dòng chảy thực đo; vào mùa mƣa, giá trị lƣu lƣợng dòng chảy mô phỏng cao hơn giá trị lƣu lƣợng dòng chảy mô phỏng. Giá trị lƣu lƣợng dòng chảy theo tháng đƣợc mô phỏng dựa trên giá trị tính toán lƣợng mƣa trung bình tháng. Vì vậy, kết quả mô phỏng lƣu lƣợng dòng chảy theo tháng nhìn chung tốt hơn kết quả mô phỏng lƣu lƣợng dòng chảy theo ngày. Chỉ số R2 iii nằm trong khoảng chấp nhận đƣợc (0,331 – 0,944), thể hiện tƣơng quan giữa giá trị lƣu lƣợng dòng chảy thực đo và mô phỏng tại Tà Pao và Phú Điền.
Chỉ số NSI khá tốt trong hai năm 1997 và 1998, dao dộng từ 0,004 đến 0,724; tuy nhiên, chỉ số NSI lại không đƣợc tốt từ khi công trình thủy lợi Hàm Thuận – Đa Mi đi vào hoạt động năm 2001, chỉ số NSI đột ngột xuống thấp vào năm 2002, 2003. Từ đó cho thấy giá trị lƣu lƣợng dòng chảy thực đo và mô phỏng chênh lệch khá cao trong hai năm này. Điều này chứng tỏ lƣu lƣợng dòng chảy chịu tác động bởi công trình thủy điện. Đánh giá độ chính xác kết quả mô phỏng chất lƣợng nƣớc qua sáu thông số bao gồm oxi hòa tan (DO), ammonia (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), phosphat (PO43-), tổng chất rắn lơ lửng (TSS) cho thấy R2 dao động sấp xỉ từ 0 đến 0,4; NSI dao động sấp xỉ từ -188 đến -2; các giá trị mô phỏng đều thấp hơn giá trị thực đo và độ tin cậy của mô hình không cao.
Nguyên nhân do thiếu dữ liệu đầu vào về nguồn gây ô nhiễm dạng điểm và dạng phân tán nên độ chính xác của mô hình mô phỏng chất lƣợng nƣớc chƣa đạt độ chính xác theo yêu cầu đặt ra. Bên cạnh đó, khảo sát đƣợc mối quan hệ giữa lƣu lƣợng dòng chảy với các thông số chất lƣợng nƣớc cho thấy hầu hết các thông số chất lƣợng nƣớc đều có mối tƣơng quan thuận với lƣu lƣợng dòng chảy. Cuối cùng, tiến hành so sánh giá trị chất lƣợng nƣớc thực đo năm 2010 với Quy chuẩn Kĩ thuật Quốc gia về Chất lƣợng nƣớc mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) cho thấy các thông số chất lƣợng nƣớc hầu nhƣ đều phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau trên lƣu vực sông La Ngà; ngoại trừ hàm lƣợng chất rắn lơ lửng vƣợt quy chuẩn vào tháng X. Kết quả của nghiên cứu cung cấp thông tin hữu ích hỗ trợ công tác giám sát, quản lý nguồn nƣớc hiệu quả.
iv MỤC LỤC TRANG TỰA. iii MỤC LỤC .v DANH MỤC VIẾT TẮT. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC HÌNH ẢNH.
Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Đối tƣợng nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Giới thiệu về chất lƣợng nƣớc. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc.
Nguồn gây ô nhiễm nƣớc. Hiện tƣợng lan truyền chất trong môi trƣờng nƣớc. Phƣơng pháp mô phỏng, đánh giá chất lƣợng nƣớc. Lấy mẫu trực tiếp.
Mô hình toán. Hệ thống thống tin địa lý (GIS). Định nghĩa GIS. Thành phần của GIS.
Chức năng của GIS. Mô hình SWAT. Tổng quan về mô hình SWAT. Nguyên lý mô hình SWAT.
Tổng quan tình hình nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU.
Vị trí địa lý. Điều kiện tự nhiên. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội. Tình hình phát triển dân cƣ.
Tình hình phát triển các ngành kinh tế. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Tiến trình thực hiện. Thu thập, xử lý dữ liệu.
Cấu trúc tổng quát của tập tin dữ liệu đầu vào và đầu ra của SWAT. Cấu trúc dữ liệu đầu vào. Thu thập dữ liệu lƣu lƣợng dòng chảy và chất lƣợng nƣớc thực đo. Xử lý dữ liệu đầu vào theo định dạng yêu cầu của SWAT.
Tiến trình chạy mô hình SWAT. Phân chia lƣu vực. Phân tích đơn vị thủy văn. Nhập dữ liệu thời tiết.
Chạy mô hình. Đánh giá mô hình. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN. Đánh giá độ chính xác của kết quả mô phỏng LLDC (1997 – 2003).
Đánh giá độ chính xác của kết quả mô phỏng CLN (2010). Mối quan hệ giữa LLDC và các thông số CLN. So sánh giá trị CLN với Quy chuẩn .63 vi CHƢƠNG 6. KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .73 vii DANH MỤC VIẾT TẮT BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng CLN Chất lƣợng nƣớc DEM Mô hình độ cao số (Digital Elevation Model) FAO Tổ chức nông lƣơng thế giới (Food and Agriculture Organization) HRU(s) Đơn vị thủy văn (Hydrologic Reponse Units) LLDC Lƣu lƣợng dòng chảy LVSLN Lƣu vực sông La Ngà GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) GPCP Dự án quan trắc lƣợng mƣa toàn cầu (Global Precipitation Climatology Project) NASA Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (National Aeronautics and Space Administration) QCNV Quy chuẩn Việt Nam SWAT Mô hình đánh giá đất và nƣớc (Soil anh Water Asessment Tool) VQHTLMN Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam WCRP Chƣơng trình nghiên cứu khí hậu toàn cầu (World Climate Research Program) WQI Chỉ số chất lƣợng nƣớc (Water Quality Index) viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1.
Nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi và tốc độ gió trung bình hàng tháng và năm. Lƣu lƣợng trung bình tháng thực đo tại một số vị trí (Đơn vị: m3/s). Diện tích và đặc điểm dân cƣ trên LVSLN. Cấu trúc tổng quát của tập tin dữ liệu đầu vào của SWAT.
Cấu trúc tổng quát của tập tin dữ liệu đầu ra của SWAT. Ý nghĩa các thông số trong bảng CropRng. Ý nghĩa các thông số trong bảng UrbanRng. Thông số đầu vào của dữ liệu thổ nhƣỡng trong SWAT.
Phân loại đất theo nhóm đất thủy văn. Đặc điểm nhóm đất thủy văn. Các thông số đầu vào của dữ liệu thời tiết tổng quát. Mạng lƣới trạm quan trắc thủy văn trên LVSLN.
Đặc điểm các vị trí quan trắc CLN trên LVSLN. Các loại hình sử dụng đất năm 2000 trên lƣu vực sông La Ngà .