Đánh Giá Chất Lượng Nước Mặt Lưu Vực Sông La Ngà Sử Dụng Mô Hình SWAT

Khám phá bài viết 'Bố già ở Dubai và Đào Tạo Trường Đại 2' với những thông tin hấp dẫn về cuộc sống và sự nghiệp của nhân vật chính.

• Tác giả: Nguyễn Đỗ Ngọc Uyên
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Kim Lợi
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin Môi Trường
• Đề tài: Đánh Giá Chất Lượng Nước Lưu Vực Sông La Ngà Bằng Mô Hình SWAT
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu về chất lƣợng nƣớc
• 2.2. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc
• 2.3. Nguồn gây ô nhiễm nƣớc
• 2.4. Hiện tƣợng lan truyền chất trong môi trƣờng nƣớc
• 2.5. Phƣơng pháp mô phỏng, đánh giá chất lƣợng nƣớc
• 2.5.1. Lấy mẫu trực tiếp
• 2.5.2. Mô hình toán
• 2.6. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
• 2.6.1. Định nghĩa GIS
• 2.6.2. Thành phần của GIS
• 2.6.3. Chức năng của GIS
• 2.7. Mô hình SWAT
• 2.7.1. Tổng quan về mô hình SWAT
• 2.7.2. Nguyên lý mô hình SWAT
• 2.8. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 2.8.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.8.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 3. CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Vị trí địa lý
• 3.2. Điều kiện tự nhiên
• 3.3. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội
• 3.3.1. Tình hình phát triển dân cƣ
• 3.3.2. Tình hình phát triển các ngành kinh tế
• 4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4.1. Tiến trình thực hiện
• 4.2. Thu thập, xử lý dữ liệu
• 4.2.1. Cấu trúc tổng quát của tập tin dữ liệu đầu vào và đầu ra của SWAT
• 4.2.2. Cấu trúc dữ liệu đầu vào
• 4.2.3. Thu thập dữ liệu lƣu lƣợng dòng chảy và chất lƣợng nƣớc thực đo
• 4.2.4. Xử lý dữ liệu đầu vào theo định dạng yêu cầu của SWAT
• 4.3. Tiến trình chạy mô hình SWAT
• 4.3.1. Phân chia lƣu vực
• 4.3.2. Phân tích đơn vị thủy văn
• 4.3.3. Nhập dữ liệu thời tiết
• 4.3.4. Chạy mô hình
• 4.4. Đánh giá mô hình
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN
• 5.1. Đánh giá độ chính xác của kết quả mô phỏng LLDC (1997 – 2003)
• 5.2. Đánh giá độ chính xác của kết quả mô phỏng CLN (2010)
• 5.3. Mối quan hệ giữa LLDC và các thông số CLN
• 5.4. So sánh giá trị CLN với Quy chuẩn
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Chất Lượng Nước Lưu Vực Sông La Ngà

Đánh giá chất lượng nước là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quản lý tài nguyên nước. Lưu vực sông La Ngà, với diện tích 4.010 km², là một phần của hệ thống sông Đồng Nai, đang phải đối mặt với nhiều thách thức về ô nhiễm nước. Việc áp dụng mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) giúp mô phỏng và đánh giá chất lượng nước một cách hiệu quả. Mô hình này không chỉ cung cấp thông tin về lưu lượng dòng chảy mà còn giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước trong lưu vực.

1.1. Khái Niệm Về Chất Lượng Nước

Chất lượng nước được định nghĩa là tính chất hóa học, vật lý và sinh học của nước. Đánh giá chất lượng nước thường dựa vào các chỉ tiêu liên quan đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc hiểu rõ về chất lượng nước là cần thiết để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Đánh Giá Chất Lượng Nước

Đánh giá chất lượng nước không chỉ giúp phát hiện ô nhiễm mà còn cung cấp thông tin cho việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước. Việc này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội và biến đổi khí hậu.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Nước Tại Lưu Vực Sông La Ngà

Lưu vực sông La Ngà đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng do hoạt động kinh tế và sinh hoạt của con người. Các nguồn ô nhiễm chủ yếu bao gồm nước thải từ các khu công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Việc đánh giá chất lượng nước là cần thiết để xác định mức độ ô nhiễm và tìm ra giải pháp khắc phục.

2.1. Nguồn Gây Ô Nhiễm Chính

Các nguồn gây ô nhiễm chính bao gồm nước thải từ các khu công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Những chất ô nhiễm này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

2.2. Tác Động Của Ô Nhiễm Đến Môi Trường

Ô nhiễm nước có thể dẫn đến sự suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến sự sống của các loài thủy sinh và sức khỏe con người. Việc đánh giá tác động của ô nhiễm là cần thiết để đưa ra các biện pháp bảo vệ hiệu quả.

III. Phương Pháp Ứng Dụng Mô Hình SWAT Để Đánh Giá Chất Lượng Nước

Mô hình SWAT là công cụ hữu ích trong việc mô phỏng và đánh giá chất lượng nước. Mô hình này cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước và lưu lượng dòng chảy trong lưu vực. Việc áp dụng mô hình SWAT giúp cung cấp thông tin chính xác và kịp thời cho công tác quản lý tài nguyên nước.

3.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Mô Hình SWAT

Mô hình SWAT hoạt động dựa trên nguyên lý mô phỏng dòng chảy và chất lượng nước thông qua các thông số đầu vào như lượng mưa, nhiệt độ và loại đất. Mô hình này giúp đánh giá tác động của các yếu tố môi trường đến chất lượng nước.

3.2. Quy Trình Thực Hiện Mô Hình SWAT

Quy trình thực hiện mô hình SWAT bao gồm thu thập dữ liệu, phân chia lưu vực, nhập dữ liệu thời tiết và chạy mô hình. Các bước này đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả mô phỏng.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Chất Lượng Nước Lưu Vực Sông La Ngà

Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước tại lưu vực sông La Ngà có sự biến động lớn theo mùa. Các thông số như oxy hòa tan, nitrat và chất rắn lơ lửng đều có sự thay đổi đáng kể. Việc so sánh các thông số này với quy chuẩn chất lượng nước cho thấy một số thông số không đạt yêu cầu.

4.1. Đánh Giá Độ Chính Xác Của Kết Quả Mô Phỏng

Đánh giá độ chính xác của kết quả mô phỏng cho thấy mô hình SWAT có khả năng mô phỏng lưu lượng dòng chảy tương đối tốt. Tuy nhiên, độ chính xác của mô hình trong việc mô phỏng chất lượng nước còn hạn chế do thiếu dữ liệu đầu vào.

4.2. So Sánh Các Thông Số Chất Lượng Nước

So sánh các thông số chất lượng nước với quy chuẩn cho thấy một số thông số như chất rắn lơ lửng vượt quy chuẩn. Điều này cho thấy cần có các biện pháp quản lý và bảo vệ nguồn nước hiệu quả hơn.

V. Kết Luận Và Đề Xuất Giải Pháp Quản Lý Nguồn Nước

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy việc đánh giá chất lượng nước tại lưu vực sông La Ngà là rất cần thiết. Các giải pháp quản lý nguồn nước cần được triển khai để bảo vệ và cải thiện chất lượng nước. Việc áp dụng mô hình SWAT là một trong những phương pháp hiệu quả để hỗ trợ công tác này.

5.1. Đề Xuất Giải Pháp Quản Lý Nguồn Nước

Các giải pháp quản lý nguồn nước bao gồm tăng cường giám sát chất lượng nước, cải thiện hệ thống xử lý nước thải và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ nguồn nước.

5.2. Tương Lai Của Nghiên Cứu Chất Lượng Nước

Nghiên cứu chất lượng nước cần tiếp tục được thực hiện để theo dõi và đánh giá tình trạng ô nhiễm. Việc áp dụng công nghệ mới và mô hình tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý tài nguyên nước.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lưu vực sông La Ngà là một phụ lưu quan trọng của hệ thống sông Đồng Nai, bắt nguồn từ cao nguyên Di Linh (tỉnh Lâm Đồng) với diện tích tự nhiên khoảng 4.010 km², chảy qua địa bàn các tỉnh Lâm Đồng, Bình Thuận và Đồng Nai. Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế và quá trình công nghiệp hóa, hiện trạng ô nhiễm nguồn nước mặt tại lưu vực sông Đồng Nai nói chung và sông La Ngà nói riêng đang diễn biến phức tạp. Toàn bộ lưu vực sông Đồng Nai tiếp nhận lượng nước thải lớn từ 114 khu công nghiệp (trong đó mới chỉ có 79 khu công nghiệp xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung), cùng với khoảng 30 tấn chất thải gây ô nhiễm (dầu mỡ, chất hữu cơ, kim loại nặng) đổ ra mỗi tháng và hơn 852.000 m³/ngày nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý triệt để. Quá trình phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông La Ngà với các hoạt động thâm canh nông nghiệp, chế biến nông sản (trà, cà phê, tơ tằm, mía đường), chăn nuôi và khai thác quặng bô xít đã và đang tạo ra sức ép lớn lên tài nguyên nước.

Phương pháp đánh giá chất lượng nước truyền thống thông qua lấy mẫu và phân tích trực tiếp tại hiện trường thường tốn kém kinh phí, nhân lực và bị giới hạn về không gian cũng như tần suất quan trắc. Việc ứng dụng công cụ mô hình toán kết hợp Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) cho phép mô phỏng liên tục động thái dòng chảy và quá trình lan truyền chất ô nhiễm theo cả không gian và thời gian. Do đó, tác giả đã thực hiện đề tài nhằm ứng dụng mô hình SWAT để mô phỏng, đánh giá lưu lượng dòng chảy và chất lượng nước mặt trên lưu vực sông La Ngà.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể như sau:

1. Thiết lập và vận hành mô hình SWAT cho lưu vực sông La Ngà.
2. Mô phỏng, kiểm tra và đánh giá độ chính xác của kết quả mô phỏng lưu lượng dòng chảy (giai đoạn 1997 – 2003) và chất lượng nước (năm 2010).
3. Khảo sát mối tương quan giữa lưu lượng dòng chảy và các thông số chất lượng nước mặt.
4. So sánh, đối chiếu các thông số chất lượng nước thực tế với Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT).

Đối tượng nghiên cứu là chất lượng nước mặt lưu vực sông, bao gồm các chỉ tiêu lý - hóa học và các quá trình lan truyền chất trong môi trường nước. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung trên lưu vực sông La Ngà thuộc địa giới hành chính của các huyện Bảo Lộc, Bảo Lâm, Di Linh (Lâm Đồng); Tánh Linh, Đức Linh (Bình Thuận); Tân Phú, Định Quán, Xuân Lộc, Long Khánh (Đồng Nai). Phạm vi thời gian mô phỏng dòng chảy bao gồm chuỗi số liệu từ năm 1997 đến năm 2003 (chia thành hai thời kỳ: 1997 – 2001 trước khi có công trình thủy điện và 2002 – 2003 sau khi thủy điện vận hành), cùng số liệu chất lượng nước quan trắc định kỳ trong năm 2010.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khóa luận dựa trên nền tảng lý thuyết về thủy văn lưu vực, các quá trình lan truyền chất trong môi trường nước mặt và công nghệ địa tin học:

• Chỉ tiêu chất lượng nước và cơ chế lan truyền: Khóa luận làm rõ các thông số gồm oxy hòa tan (DO), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng chất rắn hòa tan (TDS), hợp chất nitơ (ammonia - NH₄⁺, nitrit - NO₂⁻, nitrat - NO₃⁻), phosphat (PO₄³⁻), nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD). Cơ chế lan truyền chất ô nhiễm trong mạng lưới sông ngòi được phân tích dựa trên bốn quá trình: chuyển tải (advection), khuếch tán phân tử (molecular diffusion theo định luật Fick), khuếch tán rối (turbulent diffusion) và phân tán (dispersion) do gradian vận tốc cắt giữa các lớp nước.
• Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool): Là mô hình thủy văn bán phân bố liên tục, được phát triển bởi Tiến sĩ Jeff Arnold (Cơ quan Nghiên cứu Nông nghiệp Hoa Kỳ - USDA-ARS) và Giáo sư Srinivasan (Đại học Texas A&M). SWAT vận hành dựa trên hai phân hệ: pha đất (mô phỏng chu trình nước mặt, bốc thoát hơi, dòng thấm, nước ngầm và tải lượng dưỡng chất từ các đơn vị phản ứng thủy văn - HRU ra dòng chính dựa trên phương trình cân bằng nước) và pha nước (mô phỏng sự vận chuyển dòng chảy, bùn cát, chất dinh dưỡng và thuốc bảo vệ thực vật qua hệ thống sông dẫn). So với các mô hình chuyên biệt khác như WASP7, QUAL2K, DELFT 3D, SMS hay MIKE, SWAT được lựa chọn vì khả năng mô phỏng liên tục quy mô lưu vực lớn, tích hợp chặt chẽ với GIS và cung cấp miễn phí.
• Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS): Đóng vai trò xử lý không gian với 6 thành phần (phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp, con người, mạng lưới) và 4 chức năng cốt lõi (thu thập, quản lý, phân tích không gian và hiển thị). GIS được dùng để xử lý mô hình số độ cao (DEM), phân chia ranh giới lưu vực, cắt lớp thổ nhưỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và chồng lớp xác định HRU.
• Chỉ số đánh giá độ chính xác: Mô hình sử dụng hệ số xác định ($R^2$) và hệ số hiệu quả mô hình Nash-Sutcliffe (NSI) để so chuẩn giữa số liệu tính toán mô phỏng và chuỗi số liệu thực đo.

Bảng tổng hợp nguồn dữ liệu được sử dụng trong nghiên cứu:

Loại dữ liệu	Định dạng / Quy mô	Nguồn cung cấp	Mục đích sử dụng
Mô hình độ cao số (DEM)	ASTER GDEM, độ phân giải 30 m	METI / NASA	Phân chia ranh giới lưu vực, mạng lưới sông và trích xuất độ dốc
Hiện trạng sử dụng đất	Bản đồ số năm 2000	Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam (VQHTLMN)	Phân loại thảm phủ, gán thông số thực vật (CropRng) và đô thị (UrbanRng)
Bản đồ thổ nhưỡng	Bản đồ số đất	Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam	Phân loại nhóm đất thủy văn (A, B, C, D) và các đặc tính lý - hóa của đất
Khí tượng (1997 – 2010)	Dữ liệu ngày (mưa, nhiệt độ, gió, bức xạ, độ ẩm)	VQHTLMN; Dự án GPCP thuộc Chương trình WCRP	Làm dữ liệu đầu vào chạy mô phỏng khí hậu tại 3 trạm (Bảo Lộc, Tà Pao, Xuân Lộc)
Thủy văn thực đo	Lưu lượng dòng chảy ngày/tháng (1997 – 2003)	VQHTLMN	Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dòng chảy tại trạm Tà Pao và Phú Điền
Chất lượng nước thực đo	6 thông số (DO, NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻, TSS) năm 2010	Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Đồng Nai	Đánh giá độ tin cậy mô phỏng CLN tại điểm SW_LN_01 và SW_LN_02

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Chương này nêu rõ tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ áp lực suy giảm tài nguyên nước dưới tác động của các nguồn thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp trong bối cảnh phát triển kinh tế giai đoạn 2006 – 2010. Tác giả xác định rõ mục tiêu tổng quát, 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể, đối tượng nghiên cứu là chất lượng nước lưu vực sông và phạm vi địa lý thuộc 10 huyện/thị xã trên lưu vực sông La Ngà.

Tổng quan cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày tổng quan các khái niệm về đánh giá chất lượng nước, định nghĩa và vai trò của 9 chỉ tiêu hóa lý nước (DO, TSS, TDS, Nitrit, Nitrat, Ammonia, Phosphat, COD, BOD). Tác giả phân tích nguồn gốc ô nhiễm tự nhiên và nhân tạo (nước thải sinh hoạt, công nghiệp chế biến, y tế, nông nghiệp, thủy sản) cùng cơ chế lan truyền chất ô nhiễm trong sông hồ (chuyển tải, khuếch tán phân tử, khuếch tán rối, phân tán). Tiếp theo là phần đánh giá so sánh các công cụ mô hình hóa chất lượng nước hiện hành (WASP7, AQUATOX, QUAL2K, DELFT 3D, SMS, ECOSMO, BASINS, MIKE) và nêu bật lý do chọn SWAT. Phần cuối tổng hợp kiến trúc 6 thành phần và 4 chức năng của GIS, nguyên lý cân bằng nước pha đất - pha nước của SWAT, cùng tổng quan các công trình ứng dụng SWAT trong và ngoài nước (như các nghiên cứu của Jeff Arnold, Srinivasan, Lương Hữu Dũng, Nguyễn Kiên Dũng, Nguyễn Kim Lợi, Nguyễn Hà Trang, Nguyễn Thanh Tuấn, Trần Xuân Lộc).

Đặc điểm khu vực nghiên cứu

Chương 3 mô tả điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế - xã hội của lưu vực sông La Ngà (tọa độ từ 107°9' đến 108°10' kinh độ Đông và 10°55' đến 11°47' vĩ độ Bắc). Địa hình lưu vực bị phân cắt phức tạp thành 3 vùng đặc trưng:

• Thượng lưu (diện tích 1.280 km², chiếm 31% lưu vực): Cao độ từ 700 – 900 m, dạng đồi bát úp, bắt nguồn từ suối Đargna và Đariam, là vùng chuyên canh cây công nghiệp dài ngày (chè, cà phê, dâu tằm với 43.467 ha).
• Trung lưu (diện tích 720 km², chiếm 18% lưu vực): Chuyển tiếp từ cao nguyên xuống đồng bằng, dạng núi dốc hiểm trở, nhiều thác ghềnh, có tiềm năng thủy điện lớn với công trình hồ chứa Hàm Thuận – Đa Mi.
• Hạ lưu (diện tích 2.100 km², chiếm 51% lưu vực): Cao độ từ 80 – 150 m, địa hình đồi lượn sóng kết hợp lòng chảo trũng ngập úng mùa lũ (khu Biển Lạc), là vùng chuyên canh cây lương thực và cây công nghiệp ngắn ngày (116.937 ha).

Chế độ khí hậu mang đặc trưng nhiệt đới gió mùa phân hóa 2 mùa mưa - khô sâu sắc; bốc hơi trung bình năm đạt 638,4 mm tại Bảo Lộc và 1.104,0 mm tại Xuân Lộc; lưu lượng dòng chảy trung bình đạt 79,16 m³/s tại Tà Pao và 141,26 m³/s tại Phú Điền. Về mặt xã hội, năm 2005 toàn lưu vực có 226.945 hộ với 1.144.969 nhân khẩu, tốc độ gia tăng dân số 2,5%/năm. Hoạt động công nghiệp chính gồm các nhà máy chè (công suất 195 tấn búp tươi/ngày), dâu tơ tằm (920 tấn tơ/năm), nhà máy đường La Ngà (công suất 2.500 tấn mía/ngày) và khai thác bô xít (80.000 tấn/năm).

Phương pháp nghiên cứu

Chương 4 thiết lập quy trình mô hình hóa bao gồm các bước: thu thập số liệu, biên tập dữ liệu không gian và thuộc tính, thiết lập cấu trúc file đầu vào của SWAT (.cio, .pcp, .tmp, .wnd, .hmd, .sub, .hru, .sol, .chm, .rch, .wql...). Lưu vực được phân chia thành các tiểu lưu vực và đơn vị HRU dựa trên bản đồ độ cao số DEM ASTER 30 m, bản đồ sử dụng đất năm 2000 (phân loại thông số theo bảng CropRng và UrbanRng) và bản đồ thổ nhưỡng (phân chia 4 nhóm đất thủy văn A, B, C, D theo độ dẫn nước bão hòa và khả năng sinh dòng chảy mặt). Sau khi nạp dữ liệu khí tượng giai đoạn 1997 – 2010, mô hình SWAT được kích hoạt chạy mô phỏng lưu lượng dòng chảy theo bước thời gian ngày và tháng, sau đó xuất file kết quả thống kê để kiểm tra sai số.

Kết quả, thảo luận

Chương 5 phân tích định lượng kết quả mô phỏng theo 4 nội dung chính:

• Đánh giá lưu lượng dòng chảy (1997 – 2003): Phân tích tương quan giữa dòng chảy thực đo và mô phỏng tại 2 trạm Tà Pao và Phú Điền. Vào mùa khô, kết quả tính toán có độ khớp cao với thực tế; vào mùa mưa, giá trị mô phỏng có xu hướng cao hơn dòng chảy thực tế. Mô phỏng theo bước thời gian tháng đạt kết quả tốt hơn bước thời gian ngày.
• Đánh giá chất lượng nước năm 2010: Kết quả mô phỏng 6 thông số tại hai trạm SW_LN_01 và SW_LN_02 cho thấy nồng độ mô phỏng đều thấp hơn giá trị thực tế.
• Tương quan giữa dòng chảy và nồng độ chất: Các thông số ô nhiễm đều có xu hướng tỷ lệ thuận với độ lớn dòng chảy do quá trình rửa trôi bề mặt.
• Đối chiếu QCVN 08:2008/BTNMT: Hầu hết các thông số chất lượng nước trong năm 2010 nằm trong giới hạn cho phép đối với các mục đích sử dụng nước mặt, riêng hàm lượng TSS vượt ngưỡng quy chuẩn vào tháng 10.

Kết luận, đề xuất

Chương 6 tổng kết các kết quả đạt được về mặt học thuật và mô hình hóa, đồng thời nêu rõ các nguyên nhân gây sai số và đưa ra các kiến nghị mang tính kỹ thuật nhằm hoàn thiện mô hình trong các nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán mô phỏng

Mô hình SWAT đã tái hiện được dòng chảy và biến động nồng độ chất ô nhiễm trên lưu vực sông La Ngà với các kết quả định lượng cụ thể:

Bảng tổng hợp các chỉ số đánh giá độ chính xác mô hình:

Hạng mục đánh giá	Đối tượng / Trạm quan trắc	Giai đoạn / Năm	Chỉ số $R^2$	Chỉ số Nash-Sutcliffe (NSI)	Nhận xét độ tin cậy
Lưu lượng dòng chảy (LLDC)	Trạm Phú Điền và Tà Pao	1997 – 1998	0,331 – 0,944	0,004 – 0,724	Kết quả mô phỏng khá tốt, phản ánh sát thực tế
Lưu lượng dòng chảy (LLDC)	Trạm Phú Điền và Tà Pao	2002 – 2003	Không ổn định	Sụt giảm đột ngột	Chênh lệch lớn do hồ thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi tích nước
Chất lượng nước (CLN)	6 chỉ tiêu (DO, NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻, TSS) tại SW_LN_01, SW_LN_02	Năm 2010	Xấp xỉ 0 đến 0,4	Xấp xỉ -188 đến -2	Độ tin cậy thấp, giá trị mô phỏng thấp hơn thực tế đo đạc

Về chất lượng nước thực tế năm 2010, khi so sánh với QCVN 08:2008/BTNMT, các chỉ tiêu hóa lý tại 2 vị trí quan trắc đều đạt chuẩn phục vụ mục đích cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu nông nghiệp, ngoại trừ hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt chuẩn cho phép vào tháng 10 (thời điểm đỉnh lũ với lượng bùn cát bị xói mòn và cuốn trôi lớn).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Cần đầu tư lắp đặt và mở rộng mạng lưới các trạm quan trắc tự động về khí tượng, thủy văn và chất lượng nước trên toàn lưu vực, đặc biệt là vùng trung lưu và hạ lưu.
• Khảo sát, thống kê và xây dựng cơ sở dữ liệu chi tiết về các nguồn gây ô nhiễm dạng điểm (nước thải từ nhà máy chế biến trà, mía đường, tơ tằm, cơ sở khai khoáng) và nguồn phân tán (lượng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật từ đất canh tác nông nghiệp).
• Thu thập đầy đủ quy trình và lưu lượng xả điều tiết thực tế của hồ thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi để đưa vào làm điều kiện biên trong mô hình, tránh sai lệch dòng chảy hạ du.

Đóng góp của đề tài

Khóa luận đã xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu không gian hoàn chỉnh (địa hình, thổ nhưỡng, lớp phủ) tích hợp chuẩn hóa theo cấu trúc của mô hình SWAT cho lưu vực sông La Ngà. Đề tài chỉ ra được sự thay đổi lớn trong chế độ thủy văn hạ lưu do tác động của công trình hồ chứa thủy điện từ sau năm 2001, đồng thời xác lập mối quan hệ tương quan thực nghiệm giữa lưu lượng dòng chảy và quá trình vận chuyển các chất dinh dưỡng, bùn cát trên lưu vực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế nội tại trong quá trình thực hiện:

• Thiếu dữ liệu nguồn ô nhiễm: Do không có đủ số liệu định lượng về tải lượng xả thải thực tế từ các nguồn điểm (khu dân cư, cơ sở công nghiệp chế biến) và nguồn diện (canh tác nông nghiệp, phân bón), kết quả mô phỏng chất lượng nước chưa đạt độ tin cậy cần thiết ($R^2 \le 0,4$; chỉ số NSI âm).
• Chưa tích hợp quy trình vận hành hồ chứa: Mô hình chưa tích hợp được thông số vận hành điều tiết lưu lượng của nhà máy thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi đi vào hoạt động từ năm 2001, dẫn đến kết quả mô phỏng dòng chảy hạ lưu trong hai năm 2002 và 2003 có sai số lớn.
• Mạng lưới quan trắc chất lượng nước còn thưa: Dữ liệu chất lượng nước chỉ thu thập tại 2 điểm đo (SW_LN_01 và SW_LN_02) trong năm 2010 với tần suất đo định kỳ theo tháng, chưa đủ dày để hiệu chỉnh chi tiết cho toàn bộ mạng lưới kênh suối.

Hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm: bổ sung điều tra kiểm kê nguồn thải trên lưu vực; cập nhật số liệu xả lũ và phát điện của hồ Hàm Thuận – Đa Mi vào tệp tin hồ chứa (.res) của SWAT; mở rộng chuỗi dữ liệu kiểm định chất lượng nước theo nhiều năm để tối ưu hóa bộ thông số mô hình.

Giá trị tham khảo

Đề tài có giá trị tham khảo chuyên môn đối với sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành: Hệ thống Thông tin Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Tài nguyên Nước, Thủy văn học và Công nghệ GIS - Viễn thám.

Các nội dung có giá trị thực tiễn cao bao gồm:

• Quy trình chuẩn hóa và xử lý số liệu viễn thám ASTER GDEM 30 m để phân định ranh giới lưu vực sông tự động.
• Phương pháp lập bảng tra cứu phân loại thảm phủ đất theo định dạng SWAT (CropRng, UrbanRng) và phân nhóm đất thủy văn (A, B, C, D) từ dữ liệu bản đồ thổ nhưỡng thực tế tại Việt Nam.
• Cấu trúc chi tiết các file dữ liệu đầu vào và đầu ra của phần mềm SWAT, hỗ trợ thao tác xây dựng mô hình cho các lưu vực lân cận thuộc hệ thống sông Đồng Nai.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao kết quả mô phỏng lưu lượng dòng chảy giai đoạn 2002 – 2003 lại có chỉ số NSI sụt giảm mạnh so với giai đoạn 1997 – 1998?

Nguyên nhân trực tiếp là do công trình thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi bắt đầu đi vào vận hành và tích nước từ năm 2001. Hoạt động tích trữ và xả nước nhân tạo của hồ chứa làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên của hạ lưu sông La Ngà. Do mô hình SWAT trong nghiên cứu này chưa được cập nhật thông số và quy trình vận hành thực tế của hồ thủy điện, độ chênh lệch giữa giá trị mô phỏng tự nhiên và giá trị dòng chảy thực đo tại các trạm Tà Pao, Phú Điền tăng cao đột ngột.

2. Nguyên nhân nào khiến các chỉ số đánh giá mô phỏng chất lượng nước ($R^2$, NSI) năm 2010 đạt kết quả rất thấp?

Mô hình mô phỏng chất lượng nước đạt độ chính xác chưa cao ($R^2$ dao động khoảng 0 – 0,4; NSI từ -188 đến -2) do thiếu hụt nghiêm trọng dữ liệu đầu vào về nguồn ô nhiễm dạng điểm (nước thải sinh hoạt, nước thải từ các cơ sở chế biến chè, tơ tằm, cao su, mía đường) và nguồn ô nhiễm phân tán (dư lượng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật từ đất canh tác nông nghiệp). Khi không có số liệu tải lượng xả thải thực tế, nồng độ các chất mô phỏng đều thấp hơn nhiều so với giá trị thực tế ngoài hiện trường.

3. Chất lượng nước mặt sông La Ngà trong năm 2010 đáp ứng như thế nào so với QCVN 08:2008/BTNMT?

Theo kết quả đối chiếu số liệu quan trắc thực đo năm 2010 với Quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT, hầu hết các thông số chất lượng nước (DO, NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻) đều nằm trong giới hạn cho phép đối với các mục đích sử dụng nước mặt khác nhau. Chỉ có hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) bị vượt quy chuẩn vào tháng 10, trùng với thời điểm mùa mưa lũ gây xói mòn và rửa trôi mạnh bùn cát trên lưu vực.

4. Dữ liệu khí tượng dùng để vận hành mô hình SWAT trong đề tài được lấy từ những nguồn nào?

Dữ liệu khí tượng hàng ngày từ năm 1997 đến 2010 (bao gồm lượng mưa, nhiệt độ tối cao - tối thấp, tốc độ gió, độ ẩm tương đối và bức xạ mặt trời) được thu thập tại 3 trạm quan trắc là Bảo Lộc, Tà Pao và Xuân Lộc. Các số liệu này do Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam (VQHTLMN) và Dự án Quan trắc Lượng mưa Toàn cầu (GPCP) thuộc Chương trình Nghiên cứu Khí hậu Toàn cầu (WCRP) cung cấp.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Đỗ Ngọc Uyên đã ứng dụng thành công mô hình SWAT kết hợp công nghệ GIS để xây dựng cơ sở dữ liệu thủy văn và mô phỏng tài nguyên nước mặt trên lưu vực sông La Ngà. Kết quả nghiên cứu chứng minh SWAT có khả năng mô phỏng tốt dòng chảy tự nhiên theo bước thời gian tháng trước khi có hồ chứa, đồng thời phản ánh rõ nét sự biến động thủy văn do tác động của công trình thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi. Mặc dù kết quả mô phỏng chất lượng nước còn hạn chế do thiếu hụt dữ liệu kiểm kê nguồn thải thực tế, công trình đã cung cấp một quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh và luận cứ khoa học hữu ích cho công tác quản lý và bảo vệ tài nguyên nước trên lưu vực sông La Ngà.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.