Giới thiệu dự án
Sự gia tăng áp lực từ các hoạt động nhân sinh và biến đổi khí hậu đang đe dọa nghiêm trọng an ninh nguồn nước tại các lưu vực sông Việt Nam. Điển hình tại lưu vực sông Đồng Nai, với hơn 114 khu công nghiệp (KCN) nhưng chỉ 79 cơ sở có hệ thống xử lý nước thải tập trung, trung bình mỗi tháng lưu vực phải tiếp nhận khoảng 30 tấn chất thải ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng. Sông La Ngà là một phụ lưu cấp 1 trọng yếu của hệ thống sông Đồng Nai với diện tích lưu vực $4.010\text{ km}^2$, giữ vai trò then chốt trong cung cấp nước sinh hoạt, thủy điện và nông nghiệp cho ba tỉnh Lâm Đồng, Bình Thuận và Đồng Nai. Tuy nhiên, tình trạng phá rừng hơn $50.000\text{ ha}$ đầu nguồn cùng với nước thải từ chế biến chè, cà phê, dâu tằm tơ và sản xuất nông nghiệp khiến chất lượng nước suy thoái phức tạp.
+-------------------------------------------------------+
| LƯU VỰC SÔNG LA NGÀ (4.010 km2) |
+-------------------------------------------------------+
|
+------------------------+------------------------+
| | |
v v v
+------------------+ +--------------------+ +------------------+
| Vùng Thượng lưu | | Vùng Trung lưu | | Vùng Hạ lưu |
| (1.280 km2 - 31%)| | (720 km2 - 18%) | | (2.100 km2 - 51%)|
| Cao nguyên Di | | Núi dốc hiểm trở, | | Đồng bằng lòng |
| Linh, đồi bát úp,| | Thủy điện Hàm | | chảo, ngập lụt, |
| chuyên canh cây | | Thuận - Đa Mi | | lúa, hoa màu & |
| công nghiệp | | | | KCN mía đường |
+------------------+ +--------------------+ +------------------+
Vấn đề cốt lõi đặt ra là phương pháp quan trắc lấy mẫu hóa lý định kỳ truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế: chi phí cao, tốn nhân lực và chỉ phản ánh tức thời tại các điểm đo đơn lẻ, không mô tả được động thái biến đổi liên tục của các chất ô nhiễm phân tán theo không gian và thời gian. Đồ án khóa luận "Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước mặt lưu vực sông La Ngà" do sinh viên Nguyễn Đỗ Ngọc Uyên thực hiện (ngành Hệ thống Thông tin Môi trường, Đại học Nông Lâm TP.HCM) giải quyết bài toán trên thông qua công cụ mô phỏng phân tán SWAT (Soil and Water Assessment Tool).
Mục tiêu nghiên cứu
- Thu thập, chuẩn hóa và xây dựng cơ sở dữ liệu không gian (GIS) và phi không gian cho lưu vực sông La Ngà giai đoạn 1997 – 2010.
- Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình bán phân tán SWAT 2012 tích hợp GIS để mô phỏng lưu lượng dòng chảy (LLDC) và chất lượng nước (CLN).
- Đánh giá độ chính xác của mô hình thông qua hệ số tương quan ($R^2$) và chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ($NSI$) cho 2 trạm thủy văn Tà Pao, Phú Điền và 2 điểm quan trắc CLN (SW_LN_01, SW_LN_02).
- Phân tích mối tương quan giữa LLDC và 6 thông số CLN: Oxy hòa tan (DO), Ammonia ($\text{NH}_4^+$), Nitrit ($\text{NO}_2^-$), Nitrat ($\text{NO}_3^-$), Phosphat ($\text{PO}_4^{3-}$), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS).
- Đánh giá mức độ đáp ứng chất lượng nước thực tế theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT.
Phạm vi và giới hạn
- Không gian: Toàn bộ lưu vực sông La Ngà ($4.010\text{ km}^2$, tọa độ $107^\circ 09'$ – $108^\circ 10'\text{Đ}$, $10^\circ 55'$ – $11^\circ 47'\text{B}$) thuộc 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).
- Thời gian: Chuỗi số liệu khí tượng và dòng chảy 1997 – 2003 (chia tách mốc vận hành Thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi năm 2001); chuỗi số liệu CLN năm 2010.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
| Phương pháp |
Ưu điểm |
Nhược điểm |
Chi phí & Khả năng mở rộng |
| Quan trắc thủ công |
Độ chính xác hóa nghiệm cao tại điểm đo tức thời. |
Thiếu tính liên tục, không bao quát ô nhiễm nguồn phân tán. |
Rất tốn kém, khó mở rộng quy mô toàn lưu vực. |
| QUAL2K / QUAL2E |
Mô phỏng chất lượng nước sông 1D chi tiết. |
Chỉ áp dụng cho dòng chảy ổn định (steady-state), không tính xói mòn lưu vực. |
Trung bình, phụ thuộc nhiều vào dữ liệu thủy lực lòng dẫn. |
| MIKE 11 / MIKE BASIN |
Thủy lực phi điều hòa mạnh mẽ, mô phỏng ngập lụt chi tiết. |
Phần mềm thương mại đóng mã nguồn, chi phí bản quyền rất cao. |
Chi phí đầu tư phần mềm đắt đỏ, phức tạp trong tích hợp dữ liệu mở. |
| Mô hình SWAT (Được chọn) |
Mô phỏng liên tục (continuous-time), mã nguồn mở, tích hợp GIS sâu sắc, tính toán cả pha đất và pha nước. |
Đòi hỏi cấu hình tham số đầu vào lớn (DEM, thổ nhưỡng, sử dụng đất, khí quyển). |
Chi phí bản quyền $0\text{ VNĐ}$, khả năng mở rộng quy mô lưu vực không giới hạn. |
Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW
- Must have: Tự động hóa phân chia tiểu lưu vực từ DEM ASTER 30m; phân bổ đơn vị phản ứng thủy văn (HRUs); mô phỏng cân bằng nước và chu trình đạm - lân.
- Should have: Tích hợp các trạm đo mưa phân bố không gian; phân tích độ dốc đa cấp (Slope classification).
- Could have: Tích hợp trực tiếp dữ liệu xả thải điểm từ các nhà máy chế biến vào file
.pnd hoặc .sub.
- Won't have (lần này): Tự động hiệu chỉnh tham số thời gian thực bằng thuật toán di truyền liên tục (SWAT-CUP kết nối API).
+------------------------------------------+
| CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐẦU VÀO |
| - DEM ASTER 30m |
| - Bản đồ Thổ nhưỡng (FAO/VQHTLMN) |
| - Bản đồ Sử dụng đất (Landuse 2000) |
| - Khí hậu 1997-2010 (Bảo Lộc, Xuân Lộc) |
+------------------------------------------+
|
v
+------------------------------------------+
| TIỀN XỬ LÝ TRÊN GIS |
| - Chuyển đổi định dạng ESRI GRID/Shape |
| - Chiết xuất Mạng sông & Tiểu lưu vực |
| - Chồng lớp: Landuse x Soil x Slope |
+------------------------------------------+
|
v
+------------------------------------------+
| KHỞI TẠO SWAT HRU ENGINE |
| - Tạo các đơn vị Hydrologic Response |
| - Nạp thông số vật lý/hóa học đất (.sol)|
| - Thiết lập thuộc tính thực vật (CropRng|
+------------------------------------------+
|
v
+------------------------------------------+
| MÔ PHỎNG & TRÍCH XUẤT ĐẦU RA |
| - Cân bằng nước pha đất (Water Balance) |
| - Lan truyền chất QUAL2E (.swq/.wwq) |
| - Tập tin kết quả (.std, .rch, .wql) |
+------------------------------------------+
|
v
+------------------------------------------+
| VALIDATION & SO SÁNH |
| - Kiểm định chỉ số thống kê (R2, NSI) |
| - So sánh quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT |
+------------------------------------------+
Thiết kế hệ thống và cấu trúc dữ liệu
Stack công nghệ triển khai:
- GIS Engine: ESRI ArcGIS 10.2 / ArcSWAT 2012 Extension.
- Core Simulator: SWAT 2012 Engine (Fortran 90 compile).
- Dữ liệu không gian: ASTER Global DEM $30\text{ m}$ (METI/NASA), bản đồ số hóa tỷ lệ $1:250.000$ từ Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam (VQHTLMN).
- Bộ thông số khí tượng: 5 yếu tố khí hậu (Lượng mưa, Nhiệt độ max/min, Tốc độ gió, Độ ẩm tương đối, Bức xạ mặt trời) từ GPCP và trạm mặt đất.
Cấu trúc tệp tin điều khiển SWAT
swat_project/
Phương pháp nghiên cứu (Methodology)
Quy trình nghiên cứu áp dụng mô hình phân chia pha nước và pha đất:
- Pha đất (Land Phase): Kiểm soát lượng nước, phù sa, chất dinh dưỡng chuyển tải từ các đơn vị HRU ra sông chính.
- Pha nước (Routing Phase): Kiểm soát sự vận chuyển động học, biến đổi sinh hóa chất ô nhiễm trong mạng lưới dòng chảy dựa trên module QUAL2E tích hợp trong SWAT.
Đánh giá sai số mô hình thông qua 2 tiêu chuẩn định lượng bắt buộc:
$$\text{Hệ số tương quan } R^2 = \frac{\left[\sum_{i=1}^n (Q_{obs,i} - \bar{Q}{obs})(Q{sim,i} - \bar{Q}{sim})\right]^2}{\sum{i=1}^n (Q_{obs,i} - \bar{Q}{obs})^2 \sum{i=1}^n (Q_{sim,i} - \bar{Q}_{sim})^2}$$
$$\text{Hệ số Nash-Sutcliffe } NSI = 1 - \frac{\sum_{i=1}^n (Q_{obs,i} - Q_{sim,i})^2}{\sum_{i=1}^n (Q_{obs,i} - \bar{Q}_{obs})^2}$$
Trong đó: $Q_{obs,i}$ là giá trị thực đo tại bước thời gian $i$; $Q_{sim,i}$ là giá trị mô phỏng; $\bar{Q}{obs}$, $\bar{Q}{sim}$ lần lượt là giá trị trung bình chuỗi quan trắc và mô phỏng.
Implementation và kết quả
Quá trình triển khai và Thuật toán cốt lõi
Trọng tâm của tính toán thủy văn dựa trên phương trình cân bằng nước tổng quát:
$$SW_t = SW_0 + \sum_{i=1}^t (R_{day} - Q_{surf} - E_a - w_{seep} - Q_{gw})$$
- $SW_t, SW_0$: Lượng nước trong đất cuối kỳ và ban đầu ($\text{mm }\text{H}_2\text{O}$).
- $R_{day}$: Lượng mưa ngày thứ $i$ ($\text{mm}$).
- $Q_{surf}$: Dòng chảy tràn bề mặt ngày $i$, tính theo phương pháp Curve Number (SCS-CN):
$$Q_{surf} = \frac{(R_{day} - I_a)^2}{(R_{day} - I_a + S)} \quad \text{với } I_a = 0.2S, \quad S = \frac{25400}{CN_2} - 254$$
- $E_a$: Bốc thoát hơi nước thực tế ($\text{mm}$).
- $w_{seep}$: Lượng nước thấm qua tầng rễ xuống vùng chưa bão hòa ($\text{mm}$).
- $Q_{gw}$: Lượng dòng ngầm quay trở lại sông ($\text{mm}$).
# Trích đoạn mô phỏng tính toán SCS Curve Number và Cân bằng nước HRU (Python mô phỏng thuật toán Fortran của SWAT)
def calculate_surface_runoff(r_day: float, cn2: float) -> float:
"""Tính dòng chảy mặt bề mặt theo phương pháp SCS Runoff Curve Number."""
if r_day <= 0:
return 0.0
# Tính khả năng giữ nước tiềm năng lớn nhất của đất (S)
s = (25400.0 / cn2) - 254.0
# Lượng tổn thất ban đầu (Ia)
ia = 0.2 * s
if r_day > ia:
q_surf = ((r_day - ia) ** 2) / (r_day - ia + s)
else:
q_surf = 0.0
return q_surf
def update_soil_water_balance(sw_init: float, r_day: float, q_surf: float,
ea: float, w_seep: float, q_gw: float) -> float:
"""Cập nhật độ ẩm đất theo chu trình cân bằng pha đất SWAT."""
sw_t = sw_init + (r_day - q_surf - ea - w_seep - q_gw)
return max(0.0, sw_t)
-- Cấu hình mẫu bảng tra cứu thuộc tính Thổ nhưỡng (Soil Profile) nạp vào SWAT DB
CREATE TABLE SoilParameters (
OID INT PRIMARY KEY,
SNAM VARCHAR(50), -- Tên loại đất (Ferralsols, Acrisols, v.v.)
NLAYERS INT, -- Số lớp đất khảo sát (1-5)
HYDGRP VARCHAR(1), -- Nhóm đất thủy văn (A, B, C, D)
SOL_ZMX FLOAT, -- Độ sâu rễ cực đại (mm)
SOL_BD FLOAT, -- Dung trọng đất (g/cm3)
SOL_AWC FLOAT, -- Khả năng giữ nước hữu hiệu (mm/mm)
USLE_K FLOAT, -- Hệ số xói mòn đất USLE
CLAY FLOAT, -- % Tỷ lệ sét
SILT FLOAT, -- % Tỷ lệ thịt
SAND FLOAT -- % Tỷ lệ cát
);
INSERT INTO SoilParameters VALUES
(1, 'Luvic_Acrisols', 2, 'B', 1000.0, 1.35, 0.15, 0.28, 28.5, 32.0, 39.5),
(2, 'Rhodic_Ferralsols', 3, 'A', 1500.0, 1.18, 0.22, 0.16, 55.0, 20.0, 25.0);
Kiểm định và Đánh giá độ chính xác (Validation Benchmarks)
Mô hình SWAT được vận hành và kiểm tra kết quả theo 2 giai đoạn:
- Thời kỳ 1997 – 2001: Giai đoạn chế độ tự nhiên (trước khi tích nước hồ Hàm Thuận – Đa Mi).
- Thời kỳ 2002 – 2003: Giai đoạn dòng chảy bị điều tiết bởi vận hành hồ chứa thủy điện.
Kết quả mô phỏng Lưu lượng Dòng chảy (LLDC)
| Trạm kiểm tra |
Bước thời gian |
Giai đoạn |
Hệ số tương quan ($R^2$) |
Chỉ số Nash-Sutcliffe ($NSI$) |
Đánh giá độ phù hợp |
| Tà Pao |
Ngày |
1997 – 1998 |
$0{,}542 - 0{,}789$ |
$0{,}412 - 0{,}724$ |
Khá tốt, đường hydrograph khớp đỉnh lũ |
| Tà Pao |
Tháng |
1997 – 2001 |
$0{,}781 - 0{,}944$ |
$0{,}650 - 0{,}890$ |
Rất tốt, phản ánh chuẩn xác mùa khô & mưa |
| Phú Điền |
Tháng |
1997 – 2001 |
$0{,}692 - 0{,}885$ |
$0{,}580 - 0{,}810$ |
Tốt, tương thích cao với phân bố mưa |
| Tà Pao / Phú Điền |
Tháng |
2002 – 2003 |
$0{,}331 - 0{,}512$ |
$-1{,}240 \text{ đến } -0{,}050$ |
Kém do hồ Hàm Thuận – Đa Mi chặn dòng tích nước |
Lưu lượng (m3/s) - Trạm Tà Pao (Năm 1998)
250 | /\ [Mô phỏng SWAT]
200 | / \
150 | /\ / \ * [Thực đo]
100 | / \ / \*
50 | *--*---/----\------/--------\---*
0 +-------------------------------------
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII (Tháng)
Kết quả mô phỏng Chất lượng Nước (CLN) năm 2010
Tại 2 trạm quan trắc kiểm định SW_LN_01 (Cầu La Ngà, Quốc lộ 20) và SW_LN_02:
- $R^2$ dao động trong khoảng: $0{,}02 - 0{,}38$.
- Chỉ số $NSI$ dao động tiêu cực: $-188 \text{ đến } -2{,}1$.
- Nguyên nhân cốt lõi: Giá trị nồng độ tính toán từ SWAT thấp hơn thực tế do dữ liệu nguồn thải điểm (Point sources từ 114 KCN và cụm chế biến nông sản) và nguồn phân tán (Non-point sources: phân bón N-P-K, thuốc BVTV từ $43.467\text{ ha}$ cây công nghiệp) chưa được thu thập định lượng đầy đủ vào file cấu hình
.wwq.
So sánh Chất lượng nước thực tế với QCVN 08:2008/BTNMT
| Thông số |
Đơn vị |
Giá trị thực đo (2010) |
QCVN 08:2008 (Cột A2 - Cấp nước sinh hoạt) |
QCVN 08:2008 (Cột B1 - Tưới tiêu nông nghiệp) |
Kết luận hiện trạng |
| DO |
$\text{mg/l}$ |
$5{,}2 - 6{,}8$ |
$\ge 5$ |
$\ge 4$ |
Đạt chuẩn thủy sinh tốt |
| TSS |
$\text{mg/l}$ |
$24 - 118$ |
$30$ |
$50$ |
Vượt chuẩn 2,36 lần vào tháng 10 do xói mòn đất |
| $\text{NH}_4^+$ (tính theo N) |
$\text{mg/l}$ |
$0{,}04 - 0{,}18$ |
$0{,}2$ |
$0{,}5$ |
Nằm trong ngưỡng an toàn |
| $\text{NO}_2^-$ (tính theo N) |
$\text{mg/l}$ |
$0{,}003 - 0{,}021$ |
$0{,}02$ |
$0{,}05$ |
Đạt chuẩn |
| $\text{NO}_3^-$ (tính theo N) |
$\text{mg/l}$ |
$0{,}42 - 1{,}85$ |
$5$ |
$10$ |
Đạt chuẩn cho phép |
| $\text{PO}_4^{3-}$ (tính theo P) |
$\text{mg/l}$ |
$0{,}012 - 0{,}085$ |
$0{,}2$ |
$0{,}3$ |
Đạt chuẩn, chưa phát hiện phú dưỡng cấp |
Đổi mới và đóng góp
- Ứng dụng công nghệ bán phân tán quy mô lưu vực lớn: Xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu không gian DEM $30\text{ m}$ kết hợp bản đồ thổ nhưỡng chi tiết cho $4.010\text{ km}^2$ lưu vực sông La Ngà, thiết lập phân cấp lưu vực thành nhiều HRU đồng nhất về thủy văn.
- Làm rõ tác động phi tự nhiên từ công trình thủy điện: Chứng minh định lượng bằng chỉ số $NSI$ rằng việc nhà máy Thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi đi vào vận hành từ năm 2001 đã làm thay đổi hoàn toàn quy luật thủy văn tự nhiên mùa kiệt/mùa lũ hạ du, cung cấp bằng chứng cho việc cần đưa module hồ chứa (
.res / .pnd) vào hiệu chỉnh SWAT.
- Phát hiện tương quan dòng chảy - tải lượng ô nhiễm: Xác lập được mối tương quan thuận giữa LLDC và nồng độ chất rắn lơ lửng TSS ($R \approx 0{,}72$). Lưu lượng mùa lũ kéo theo rửa trôi bề mặt cực mạnh, giải thích hiện tượng TSS vượt chuẩn QCVN 08:2008 vào mùa mưa (tháng X).
Ứng dụng thực tế và triển khai
+-------------------------------------------------------------------------+
| KHUNG ỨNG DỤNG THỰC TẾ LƯU VỰC LA NGÀ |
+-------------------------------------------------------------------------+
|
+--------------------------------+-------------------------------+
| |
v v
+------------------------------------+ +------------------------------------+
| QUẢN LÝ QUY HOẠCH NÔNG NGHIỆP | | HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀI NGUYÊN NƯỚC|
| - Thiết lập vùng đệm thực vật ven | | - Cảnh báo vượt ngưỡng TSS |
| sông tại Tánh Linh, Đức Linh. | trong mùa mưa bão. |
| - Kiểm soát phân bón N-P tại | | - Điều tiết xả dòng chảy môi |
| vùng chuyên canh trà/cà phê | trường từ hồ Hàm Thuận. |
| Bảo Lộc (giảm 25% rửa trôi). | | - Tích hợp số liệu vào GIS Đồng |
| | Nai để cấp phép xả thải KCN. |
+------------------------------------+ +------------------------------------+
- Đơn vị tiếp nhận trực tiếp: Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Đồng Nai, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Thuận, Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam (VQHTLMN).
- Chi phí & Lợi ích (ROI): Giảm thiểu $60%$ chi phí khảo sát thực địa dày đặc hàng năm bằng cách sử dụng SWAT để định vị chính xác các tiểu lưu vực "điểm nóng" có nguy cơ xói mòn và ô nhiễm cao nhất.
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật
- Thiếu hụt dữ liệu phát thải phân tán: Chưa số hóa chi tiết dữ liệu tải lượng phân bón, thuốc trừ sâu tại từng xã/nông trường và lưu lượng xả thải thực tế của các nhà máy sản xuất đường La Ngà, chế biến bô-xít Bảo Lộc.
- Biến động do công trình thủy điện: Chưa tích hợp đầy đủ quy trình vận hành đóng/mở điều tiết của hồ thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi giai đoạn 2002 – 2003 vào file
.res.
- Mạng lưới trạm đo mưa: Phân bố trạm mặt đất còn thưa (3 trạm chính), chủ yếu dựa vào lượng mưa trung bình tháng khiến mô phỏng theo ngày có sai số đỉnh lũ.
Hướng nâng cấp
- Sử dụng thuật toán tối ưu hóa tự động SUFI-2 trong công cụ SWAT-CUP để hiệu chỉnh đa thông số tự động (CN2, ALPHA_BF, SOL_AWC, ESCO).
- Tích hợp thuật toán Machine Learning (Random Forest / LSTM) để hiệu chỉnh sai số phi tuyến tính giữa dữ liệu mô phỏng SWAT và dữ liệu quan trắc thực tế.
- Bổ sung dữ liệu viễn thám độ phân giải cao (Sentinel-2, Landsat 8) để cập nhật biến động lớp phủ đất rừng định kỳ theo năm.
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên & Học viên cao học: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp tích hợp GIS và mô hình thủy văn SWAT đánh giá chất lượng nước mặt.
- Kỹ sư GIS & Môi trường: Cung cấp cấu trúc cơ sở dữ liệu mẫu, quy trình tiền xử lý bản đồ thổ nhưỡng, phân chia HRU và thiết lập tham số cho lưu vực sông Nam Trung Bộ - Tây Nguyên.
- Cơ quan Quản lý Nhà nước: Cung cấp bức tranh tổng thể về hiện trạng tài nguyên nước và luận cứ khoa học để xây dựng chính sách cấp phép xả thải, bảo vệ hành lang thoát lũ lưu vực sông La Ngà.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu cấu hình phần cứng và dữ liệu tối thiểu để chạy mô hình SWAT cho lưu vực sông?
Cần máy trạm CPU tối thiểu 4 Cores, 8GB RAM, cài đặt ArcGIS 10.2 trở lên tích hợp ArcSWAT 2012. Về dữ liệu: Bắt buộc có DEM (tối thiểu $30\text{ m}$), bản đồ số loại đất (kèm thuộc tính vật lý $SOL_BD, SOL_AWC, CLAY$), bản đồ sử dụng đất, và chuỗi khí tượng ngày liên tục tối thiểu 3 – 5 năm.
2. Tại sao chỉ số Nash-Sutcliffe ($NSI$) lại giảm mạnh trong giai đoạn 2002 – 2003?
Do công trình thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi vận hành tích nước và phát điện từ năm 2001 làm thay đổi chế độ thủy văn tự nhiên. Khi chạy mô hình dòng chảy tự nhiên mà không khai báo thông số hồ chứa (.res), lưu lượng mô phỏng sẽ sai lệch đáng kể so với dòng chảy thực đo đã bị điều tiết nhân tạo.
3. Tại sao kết quả mô phỏng chất lượng nước (DO, N, P) có hệ số $R^2$ thấp hơn nhiều so với dòng chảy?
Mô hình hóa chất lượng nước yêu cầu chi tiết dữ liệu nguồn thải điểm (nước thải sinh hoạt, KCN) và nguồn thải diện (lượng phân bón thực tế bón cho cây trồng). Khi thiếu các số liệu này, SWAT chỉ tính toán dựa trên nồng độ nền trong đất tự nhiên, dẫn đến nồng độ mô phỏng thấp hơn giá trị thực đo.
4. SWAT có thể mô phỏng ô nhiễm nguồn điểm từ các nhà máy chế biến được không?
Có. SWAT hỗ trợ nạp dữ liệu xả thải điểm thông qua tệp tin Point Source Data File (.dat / .pnd), cho phép nhập lưu lượng xả thải cố định hoặc biến đổi theo ngày kèm theo nồng độ cụ thể của từng chất ô nhiễm (BOD, DO, $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, TSS).
5. Chỉ số TSS vượt chuẩn QCVN 08:2008 vào tháng 10 phản ánh hiện tượng gì?
Tháng 10 là đỉnh điểm mùa mưa tại lưu vực sông La Ngà, lượng mưa lớn kết hợp với độ dốc cao ở thượng lưu Bảo Lộc - Di Linh và tình trạng mất rừng ($50.000\text{ ha}$) gây ra hiện tượng xói mòn bề mặt nghiêm trọng, cuốn theo một lượng lớn bùn cát lơ lửng vào dòng sông làm tăng vọt hàm lượng TSS ($118\text{ mg/l}$).
Kết luận
Đồ án khóa luận đã xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu GIS và thiết lập mô hình bán phân tán SWAT 2012 để mô phỏng bức tranh thủy văn và chất lượng nước mặt cho toàn bộ $4.010\text{ km}^2$ lưu vực sông La Ngà giai đoạn 1997 – 2010. Kết quả đạt được cho thấy mô hình phản ánh rất tốt lưu lượng dòng chảy theo tháng trong điều kiện tự nhiên ($R^2$ đạt tới $0{,}944$, $NSI$ đạt $0{,}890$). Nghiên cứu đã chỉ ra tác động rõ rệt của thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi đối với chế độ dòng chảy hạ du và nhận diện nguy cơ xói mòn đất rửa trôi gây ô nhiễm TSS vào mùa mưa lũ. Đây là tiền đề khoa học vững chắc giúp các nhà quản lý môi trường và cơ quan quy hoạch đưa ra các giải pháp phân vùng xả thải, quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn và bảo vệ an ninh nguồn nước bền vững cho vùng kinh tế trọng điểm phía Nam.
