Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Sêrêpôk, với diện tích tự nhiên khoảng 30.100 km², đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội vùng Tây Nguyên. Đây là dòng sông lớn nhất trong hệ thống sông 3S (Sekong, Sêrêpôk, Sesan), có ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước, phù sa và sinh kế của hàng triệu người dân. Trong giai đoạn 1982-2018, lưu vực này đã trải qua nhiều biến đổi về sử dụng đất, đặc biệt là chuyển đổi từ rừng và đất nông nghiệp sang đất đô thị và đất cỏ, dẫn đến những thay đổi đáng kể về dòng chảy và trầm tích phù sa.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất lên dòng chảy và trầm tích phù sa tại lưu vực sông Sêrêpôk trong khoảng thời gian từ 1982 đến 2018, sử dụng mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) kết hợp với công cụ hiệu chỉnh SWAT-CUP và phương pháp SUIF-2. Nghiên cứu tập trung tại các trạm đo lưu lượng và trầm tích như Ban Don và Cầu 14, nhằm cung cấp số liệu chính xác phục vụ công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên nước bền vững.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp các chỉ số mô hình hóa dòng chảy và trầm tích với hệ số NSE và R² đều trên 0.62, PBIAS dưới 10%, cho thấy mô hình SWAT có khả năng mô phỏng chính xác các biến động thủy văn trong lưu vực. Kết quả này hỗ trợ các nhà quản lý trong việc dự báo và điều chỉnh chính sách sử dụng đất, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến nguồn nước và môi trường sinh thái.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về biến đổi sử dụng đất và tác động của nó đến chu trình thủy văn, cùng với mô hình hóa thủy văn bằng công cụ SWAT.

  1. Lý thuyết biến đổi sử dụng đất: Giải thích sự chuyển đổi giữa các loại hình sử dụng đất như rừng, nông nghiệp, đô thị và đất cỏ, ảnh hưởng đến khả năng thấm nước, dòng chảy bề mặt và quá trình xói mòn đất. Biến đổi này làm thay đổi cân bằng thủy văn và trầm tích trong lưu vực.

  2. Mô hình SWAT: Là mô hình thủy văn bán phân vùng, mô phỏng quá trình dòng chảy, vận chuyển trầm tích và các chất dinh dưỡng trong lưu vực dựa trên dữ liệu khí tượng, địa hình, đất đai và sử dụng đất. SWAT cho phép mô phỏng liên tục theo thời gian, phù hợp với đánh giá tác động dài hạn của biến đổi sử dụng đất.

  3. Các khái niệm chính:

    • Dòng chảy (Runoff): Lượng nước chảy trên bề mặt đất sau mưa, ảnh hưởng bởi loại đất và sử dụng đất.
    • Trầm tích phù sa (Sediment yield): Lượng vật chất rắn bị xói mòn và vận chuyển theo dòng chảy.
    • Hiệu chỉnh mô hình (Calibration): Quá trình điều chỉnh tham số mô hình để phù hợp với dữ liệu quan trắc.
    • Kiểm định mô hình (Validation): Đánh giá độ chính xác của mô hình trên dữ liệu độc lập.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng, địa hình (DEM), sử dụng đất, đất đai, và dữ liệu quan trắc dòng chảy, trầm tích tại các trạm Ban Don và Cầu 14 trong giai đoạn 1982-2018.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình SWAT để mô phỏng dòng chảy và trầm tích, kết hợp với công cụ SWAT-CUP để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Phương pháp SUIF-2 được áp dụng để chi tiết hóa kết quả hiệu chỉnh. Cỡ mẫu dữ liệu quan trắc gồm 37 năm dòng chảy và 23-26 năm trầm tích, được chọn nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2020 đến 2021, bao gồm các bước thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, kiểm định và phân tích kết quả. Phương pháp GIS được sử dụng để xử lý và tích hợp dữ liệu không gian phục vụ mô hình hóa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả mô hình SWAT: Mô hình SWAT mô phỏng dòng chảy và trầm tích phù sa tại trạm Ban Don và Cầu 14 với hệ số NSE và R² đều trên 0.62, PBIAS dưới 10%, cho thấy mô hình có khả năng dự báo chính xác các biến động thủy văn trong lưu vực.

  2. Tăng dòng chảy và trầm tích theo thời gian: Dòng chảy trung bình và trầm tích phù sa có xu hướng tăng trong giai đoạn 1982-2018, tương ứng với sự chuyển đổi sử dụng đất từ rừng và nông nghiệp sang đất đô thị và đất cỏ. Cụ thể, dòng chảy mùa khô tăng khoảng 1.4 lần, trầm tích tăng 1.3 lần so với giai đoạn trước.

  3. Ảnh hưởng của biến đổi sử dụng đất: Diện tích rừng giảm khoảng 12% trong khi đất nông nghiệp và đô thị tăng đáng kể, làm giảm khả năng thấm nước và tăng dòng chảy bề mặt, dẫn đến gia tăng xói mòn và trầm tích.

  4. Tác động đến cân bằng thủy văn: Sự gia tăng dòng chảy và trầm tích phù sa làm thay đổi cân bằng thủy văn, ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước và chất lượng môi trường sống trong lưu vực.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng dòng chảy và trầm tích là do biến đổi sử dụng đất, đặc biệt là giảm diện tích rừng và tăng đất đô thị, làm giảm khả năng giữ nước và tăng xói mòn đất. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong và ngoài nước về tác động của chuyển đổi sử dụng đất lên thủy văn lưu vực.

So sánh với các nghiên cứu tại lưu vực sông Mê Kông và các nhánh sông khác, kết quả mô hình SWAT tại lưu vực Sêrêpôk có độ chính xác tương đương, khẳng định tính ứng dụng rộng rãi của mô hình trong quản lý tài nguyên nước. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh dòng chảy và trầm tích theo năm, bảng thống kê các chỉ số hiệu chỉnh mô hình, giúp minh họa rõ ràng xu hướng biến đổi.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch sử dụng đất và quản lý tài nguyên nước, góp phần phát triển bền vững vùng Tây Nguyên.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bảo vệ rừng: Hành động bảo vệ và phục hồi diện tích rừng nhằm giảm thiểu xói mòn đất, duy trì cân bằng thủy văn, mục tiêu giảm trầm tích phù sa ít nhất 10% trong vòng 5 năm, do các cơ quan quản lý tài nguyên và môi trường thực hiện.

  2. Quy hoạch sử dụng đất hợp lý: Điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất, hạn chế mở rộng đất đô thị và đất cỏ không kiểm soát, ưu tiên phát triển nông nghiệp bền vững, nhằm ổn định dòng chảy và giảm thiểu biến đổi thủy văn trong 3-5 năm tới, do chính quyền địa phương phối hợp với các chuyên gia quy hoạch.

  3. Ứng dụng mô hình SWAT trong quản lý: Áp dụng thường xuyên mô hình SWAT để giám sát và dự báo biến đổi dòng chảy, trầm tích, hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên nước, với cập nhật dữ liệu hàng năm, do các viện nghiên cứu và cơ quan quản lý thực hiện.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, tuyên truyền về tác động của biến đổi sử dụng đất đến nguồn nước, khuyến khích cộng đồng tham gia bảo vệ môi trường, mục tiêu nâng cao nhận thức trên 70% dân cư trong lưu vực trong 2 năm, do các tổ chức phi chính phủ và địa phương phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý tài nguyên nước: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý, quy hoạch sử dụng đất và bảo vệ nguồn nước hiệu quả, giảm thiểu rủi ro thiên tai.

  2. Các nhà quy hoạch đô thị và nông nghiệp: Áp dụng thông tin về biến đổi sử dụng đất và tác động thủy văn để thiết kế các dự án phát triển bền vững, hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên: Tham khảo phương pháp mô hình hóa SWAT kết hợp SWAT-CUP và SUIF-2, cũng như các phân tích biến đổi sử dụng đất trong nghiên cứu thủy văn.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi sử dụng đất đến nguồn nước, tham gia bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình SWAT là gì và tại sao được sử dụng trong nghiên cứu này?
    SWAT là mô hình đánh giá đất và nước, mô phỏng dòng chảy và trầm tích dựa trên dữ liệu khí tượng, địa hình và sử dụng đất. Nó được sử dụng vì khả năng mô phỏng liên tục theo thời gian và phù hợp với đánh giá tác động dài hạn của biến đổi sử dụng đất.

  2. Biến đổi sử dụng đất ảnh hưởng như thế nào đến dòng chảy và trầm tích?
    Chuyển đổi từ rừng sang đất đô thị và đất cỏ làm giảm khả năng thấm nước, tăng dòng chảy bề mặt và xói mòn đất, dẫn đến tăng dòng chảy và trầm tích phù sa trong lưu vực.

  3. Các chỉ số hiệu chỉnh mô hình như NSE, R² và PBIAS có ý nghĩa gì?
    NSE và R² đo độ phù hợp giữa mô hình và dữ liệu quan trắc, giá trị trên 0.6 cho thấy mô hình mô phỏng tốt. PBIAS đo sai số trung bình, giá trị dưới 10% thể hiện mô hình có độ chính xác cao.

  4. Tại sao cần hiệu chỉnh và kiểm định mô hình?
    Hiệu chỉnh giúp điều chỉnh tham số mô hình phù hợp với dữ liệu thực tế, kiểm định đánh giá độ tin cậy của mô hình trên dữ liệu độc lập, đảm bảo kết quả mô phỏng chính xác và có thể áp dụng thực tiễn.

  5. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng như thế nào trong quản lý tài nguyên nước?
    Kết quả giúp dự báo biến đổi dòng chảy và trầm tích, hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất, thiết kế các biện pháp bảo vệ rừng và quản lý nguồn nước hiệu quả, góp phần phát triển bền vững vùng Tây Nguyên.

Kết luận

  • Mô hình SWAT kết hợp SWAT-CUP và SUIF-2 đã mô phỏng chính xác dòng chảy và trầm tích phù sa tại lưu vực sông Sêrêpôk với các chỉ số hiệu chỉnh đạt yêu cầu (NSE, R² > 0.62; PBIAS < 10%).
  • Biến đổi sử dụng đất từ rừng sang đất đô thị và đất cỏ đã làm tăng dòng chảy và trầm tích phù sa trong giai đoạn 1982-2018, ảnh hưởng đến cân bằng thủy văn và môi trường.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch sử dụng đất và quản lý tài nguyên nước bền vững tại Tây Nguyên.
  • Đề xuất các giải pháp bảo vệ rừng, quy hoạch hợp lý, ứng dụng mô hình SWAT trong quản lý và nâng cao nhận thức cộng đồng nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực.
  • Nghiên cứu mở ra hướng tiếp tục ứng dụng mô hình thủy văn trong đánh giá tác động biến đổi sử dụng đất và phát triển bền vững tài nguyên nước.

Hành động tiếp theo: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào quy hoạch và quản lý tài nguyên nước tại lưu vực, đồng thời cập nhật mô hình định kỳ để theo dõi biến đổi trong tương lai. Các nhà quản lý và nghiên cứu được khuyến khích sử dụng mô hình SWAT làm công cụ hỗ trợ ra quyết định.

Hãy bắt đầu hành trình quản lý tài nguyên nước bền vững ngay hôm nay!