Luận văn thạc sĩ về biến đổi dòng chảy do khí hậu và sử dụng đất tại lưu vực sông Thạch Hãn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT để khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất tại lưu vực sông Thạch Hãn.

• Tác giả: Nguyễn Quang Bảo
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thanh Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Khảo sát biến đổi dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN
• 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN
• 1.1.1. Vị trí địa lý
• 1.1.2. Địa hình, địa mạo
• 1.1.3. Địa chất, thổ nhưỡng
• 1.1.4. Thảm thực vật
• 1.2. HIỆN TRẠNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KINH TẾ
• 1.2.1. Hiện trạng phát triển kinh tế
• 1.2.2. Những hạn chế trong phát triển kinh tế xã hội
• 1.2.3. Những thuận lợi trong phát triển kinh tế xã hội
• 1.2.4. Chiến lược phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị
• 1.2.5. Tình hình phát triển dân số, nguồn nhân lực
• 1.2.6. Xu thế phát triển kinh tế - xã hội
• 1.2.7. Quy hoạch sử dụng đất và chuyển đổi cơ cấu cây trồng tới năm 2010
• 1.3. CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT CỰC ĐOAN
• 1.3.1. Tình trạng hạn hán
• 1.3.2. Tình trạng úng lụt
• 1.3.3. Tình trạng lũ quét
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH SWAT
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC
• 2.1.1. Cấu trúc của mô hình mưa - dòng chảy lưu vực
• 2.1.2. Giới thiệu một số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực
• 2.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ TỔNG QUAN MÔ HÌNH SWAT
• 2.2.1. Lịch sử phát triển
• 2.2.2. Tổng quan mô hình SWAT
• 2.2.3. Các ứng dụng mô hình SWAT trong nước và thế giới
• 2.3. CẤU TRÚC MÔ HÌNH SWAT
• 2.3.1. Mô hình lưu vực
• 2.3.2. Mô hình diễn toán
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH SWAT
• 2.4.1. Dòng chảy mặt
• 2.4.2. Phương pháp chỉ số đường cong SCS
• 2.4.3. Phương pháp thấm Green và Ampt
• 2.4.4. Hệ số lưu lượng đỉnh lũ
• 2.4.5. Hệ số trễ dòng chảy mặt
• 2.4.6. Tổn thất dọc đường. Bốc thoát hơi tiềm năng
• 2.4.7. Bốc thoát hơi thực tế. Chuyển động của nước trong đất
• 2.4.8. Tầng ngậm nước nông
• 2.4.9. Tầng ngậm nước sâu
• 2.4.10. Diễn toán dòng chảy trong sông
• 2.4.11. Diễn toán trong hồ chứa
• 2.5. THÔNG SỐ MÔ HÌNH
• 2.5.1. Thông số tính toán dòng chảy trực tiếp
• 2.5.2. Thông số tính toán lưu lượng đỉnh lũ
• 2.5.3. Thông số tính hệ số trễ dòng chảy mặt
• 2.5.4. Thông số tính toán tổn thất dọc đường
• 2.5.5. Thông số tính toán tổn thất bốc hơi
• 2.5.6. Thông số tính toán dòng chảy ngầm
• 2.5.7. Thông số diễn toán dòng chảy trong kênh chính
• 2.6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH
• 3. CHƯƠNG 3: KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ SỬ DỤNG ĐẤT
• 3.1. KHÁI NIỆM KỊCH BẢN
• 3.2. KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
• 3.2.1. Sơ lược tình hình biến đổi khí hậu hiện nay
• 3.2.2. Dao động các đặc trưng khí hậu của Quảng Trị trong 3 thập kỷ qua
• 3.2.3. Các kịch bản biến đổi khí hậu
• 3.3. KỊCH BẢN SỬ DỤNG ĐẤT
• 3.4. LỰA CHỌN KỊCH BẢN PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.4.1. Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu
• 3.4.2. Lựa chọn kịch bản sử dụng đất
• 3.4.3. Lựa chọn kết hợp kịch bản biến đổi khí hậu và kịch bản sử dụng đất
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN CHO CÁC KỊCH BẢN LỰA CHỌN
• 4.1. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN
• 4.1.1. Số liệu đầu vào
• 4.1.2. Áp dụng mô hình để tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Thạch Hãn
• 4.1.3. Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số của mô hình
• 4.1.4. Kết quả kiểm định mô hình
• 4.1.5. Nhận xét chung
• 4.2. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY
• 4.3. NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC
• 4.4. NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TỔNG HỢP CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khảo sát biến đổi dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn

Lưu vực sông Thạch Hãn, với diện tích 2660 km², là một trong những khu vực quan trọng của tỉnh Quảng Trị. Việc khảo sát biến đổi dòng chảy tại đây không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tài nguyên nước mà còn hỗ trợ trong việc quản lý và quy hoạch sử dụng đất. Dòng chảy của sông Thạch Hãn có sự biến đổi rõ rệt giữa hai mùa lũ và kiệt, ảnh hưởng lớn đến đời sống và sản xuất của người dân. Nghiên cứu này sẽ sử dụng mô hình SWAT để phân tích các yếu tố tác động đến dòng chảy, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

1.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội của lưu vực sông Thạch Hãn

Lưu vực sông Thạch Hãn nằm trong khu vực có địa hình đa dạng, từ đồng bằng đến núi cao. Đặc điểm khí hậu và thổ nhưỡng tại đây cũng ảnh hưởng lớn đến dòng chảy. Kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Trị chủ yếu dựa vào nông nghiệp, trong đó nước là yếu tố quyết định cho sự phát triển. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp trong việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn.

1.2. Tầm quan trọng của việc khảo sát dòng chảy

Khảo sát dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn là cần thiết để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất. Những thông tin thu thập được sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc quy hoạch và sử dụng tài nguyên nước, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do thiên tai.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn

Quản lý dòng chảy tại lưu vực sông Thạch Hãn đang đối mặt với nhiều thách thức. Sự biến đổi khí hậu, cùng với việc sử dụng đất không hợp lý, đã dẫn đến tình trạng khan hiếm nước và ô nhiễm nguồn nước. Các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt và hạn hán ngày càng trở nên nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống của người dân và phát triển kinh tế. Việc nhận diện và giải quyết các vấn đề này là rất quan trọng.

2.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi lượng mưa và nhiệt độ, dẫn đến sự biến động của dòng chảy. Các nghiên cứu cho thấy rằng lượng nước trong mùa kiệt đang giảm dần, trong khi mùa lũ lại có xu hướng gia tăng. Điều này gây khó khăn cho việc quản lý tài nguyên nước và sản xuất nông nghiệp.

2.2. Vấn đề ô nhiễm nguồn nước

Ô nhiễm nguồn nước tại lưu vực sông Thạch Hãn đang gia tăng do hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người. Nước thải từ các khu công nghiệp và nông nghiệp không được xử lý đúng cách đã làm giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

III. Phương pháp khảo sát biến đổi dòng chảy bằng mô hình SWAT

Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là một công cụ mạnh mẽ trong việc khảo sát và dự đoán dòng chảy. Mô hình này cho phép phân tích tác động của các yếu tố như khí hậu, sử dụng đất và thảm thực vật đến dòng chảy. Việc áp dụng mô hình SWAT sẽ giúp đưa ra các kịch bản dự đoán dòng chảy trong tương lai, từ đó hỗ trợ cho công tác quản lý tài nguyên nước.

3.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của mô hình SWAT

Mô hình SWAT được xây dựng dựa trên các nguyên lý thủy văn và môi trường. Nó chia lưu vực thành các tiểu lưu vực, từ đó tính toán dòng chảy, xói mòn và chất lượng nước. Mô hình này có khả năng mô phỏng các kịch bản khác nhau, giúp đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất.

3.2. Quy trình áp dụng mô hình SWAT cho lưu vực sông Thạch Hãn

Quy trình áp dụng mô hình SWAT bao gồm các bước như thu thập dữ liệu đầu vào, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Các dữ liệu cần thiết bao gồm thông tin về khí hậu, thổ nhưỡng, sử dụng đất và dòng chảy thực đo. Sau khi mô hình được hiệu chỉnh, kết quả sẽ được phân tích để đưa ra các khuyến nghị cho quản lý tài nguyên nước.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu từ mô hình SWAT cho thấy sự biến đổi dòng chảy tại lưu vực sông Thạch Hãn có sự thay đổi rõ rệt theo thời gian. Các kịch bản dự đoán cho thấy rằng dòng chảy sẽ tiếp tục biến đổi trong tương lai, đặc biệt là dưới tác động của biến đổi khí hậu. Những thông tin này có thể được sử dụng để xây dựng các chiến lược quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn.

4.1. Kết quả mô phỏng dòng chảy

Mô hình SWAT đã cho thấy sự biến đổi dòng chảy theo mùa, với mùa lũ có xu hướng gia tăng và mùa kiệt giảm. Các kết quả này cần được xem xét để điều chỉnh quy hoạch sử dụng nước và phát triển nông nghiệp bền vững.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý tài nguyên nước

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước, từ đó giảm thiểu tác động của thiên tai và đảm bảo nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất. Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Khảo sát biến đổi dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn là một nghiên cứu quan trọng, giúp hiểu rõ hơn về tài nguyên nước và các yếu tố tác động đến nó. Việc áp dụng mô hình SWAT đã chứng minh hiệu quả trong việc dự đoán dòng chảy và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và cập nhật dữ liệu để cải thiện độ chính xác của mô hình, từ đó hỗ trợ cho công tác quản lý tài nguyên nước bền vững.

5.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần mở rộng nghiên cứu để bao gồm các yếu tố khác như tác động của phát triển đô thị và biến đổi sử dụng đất. Việc này sẽ giúp có cái nhìn toàn diện hơn về tình hình tài nguyên nước tại lưu vực sông Thạch Hãn.

5.2. Tầm quan trọng của việc bảo vệ tài nguyên nước

Bảo vệ tài nguyên nước là nhiệm vụ cấp bách trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Cần có các chính sách và biện pháp cụ thể để quản lý và sử dụng nước một cách hiệu quả, đảm bảo nguồn nước cho các thế hệ tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Thạch Hãn, với diện tích khoảng 2660 km², chiếm tới 56% diện tích tỉnh Quảng Trị, là một trong những lưu vực sông quan trọng nhất khu vực Bắc Trung Bộ Việt Nam. Dòng chảy trên lưu vực này phân chia rõ rệt thành hai mùa: mùa lũ kéo dài khoảng 4 tháng, chiếm từ 62,5% đến 80% tổng lượng dòng chảy năm, và mùa kiệt kéo dài 8 tháng, chỉ chiếm khoảng 20% đến 37,5% tổng lượng dòng chảy. Sự phân bố không đều này gây ra nhiều khó khăn trong quản lý tài nguyên nước, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và phát triển kinh tế xã hội của tỉnh. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu và sự thay đổi trong sử dụng đất đã làm gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, lũ lụt và lũ quét, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng mô hình SWAT để khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất trên lưu vực sông Thạch Hãn, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả và quy hoạch sử dụng đất bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực sông Thạch Hãn với dữ liệu khí tượng thủy văn từ các trạm đo liên tục từ năm 1977 đến 2004, cùng các kịch bản biến đổi khí hậu và sử dụng đất dự kiến đến năm 2100. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước phù hợp, góp phần phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường sinh thái của lưu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: mô hình thủy văn mưa – dòng chảy và mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool). Mô hình thủy văn mưa – dòng chảy là công cụ phân tích các quá trình thủy văn trong lưu vực, bao gồm mưa, bốc thoát hơi, dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm và diễn toán dòng chảy trong lòng sông. Các phương pháp tính toán như chỉ số đường cong SCS, phương pháp thấm Green và Ampt, và các mô hình diễn toán thủy lực như Muskingum – Cunge được sử dụng để mô phỏng các thành phần dòng chảy.

Mô hình SWAT là mô hình thủy văn phân bố, được phát triển bởi USDA, có khả năng mô phỏng các quá trình thủy văn, vận chuyển bùn cát, chất dinh dưỡng và hóa chất trong lưu vực lớn. SWAT chia lưu vực thành các tiểu lưu vực nhỏ, mô phỏng chu trình thủy văn và diễn toán dòng chảy qua mạng lưới sông suối. Các khái niệm chính bao gồm: chỉ số đường cong CN, bốc thoát hơi tiềm năng và thực tế, hệ số lưu lượng đỉnh lũ, hệ số trễ dòng chảy mặt, và tổn thất dọc đường. Mô hình SWAT cũng tích hợp các kịch bản biến đổi khí hậu và sử dụng đất để đánh giá tác động tổng hợp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ 7 trạm trên lưu vực sông Thạch Hãn, trong đó có trạm Đông Hà, Khe Sanh, Thạch Hãn, Cửa Việt với chuỗi số liệu từ năm 1977 đến 2004. Dữ liệu sử dụng đất và bản đồ địa hình số hóa DEM được thu thập và xử lý bằng GIS. Các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng dựa trên các kịch bản phát thải A2 và B2 của IPCC, với dự báo đến năm 2100. Kịch bản sử dụng đất được xây dựng dựa trên quy hoạch sử dụng đất của tỉnh Quảng Trị đến năm 2010 và các xu hướng chuyển đổi cơ cấu cây trồng.

Phương pháp phân tích chính là ứng dụng mô hình SWAT phiên bản mới nhất, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình bằng số liệu dòng chảy thực đo tại trạm Gia Vòng với chỉ số Nash đạt khoảng 0,73, cho thấy mô hình có độ tin cậy cao. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline từ thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, chạy các kịch bản biến đổi khí hậu và sử dụng đất, đến phân tích kết quả và đề xuất giải pháp quản lý. Phương pháp phân tích bao gồm so sánh dòng chảy trung bình tháng, dòng chảy năm giữa các kịch bản, đánh giá biến đổi % dòng chảy theo mùa và tổng hợp tác động tổng hợp của biến đổi khí hậu và sử dụng đất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Biến đổi dòng chảy theo mùa và năm: Kết quả mô phỏng cho thấy dòng chảy mùa lũ chiếm từ 62,5% đến 80% tổng lượng dòng chảy năm, trong khi mùa kiệt chỉ chiếm khoảng 20% đến 37,5%. Dòng chảy trung bình năm trên lưu vực đạt khoảng 44,8 l/s/km², tương đương tổng lượng dòng chảy khoảng 3,92 km³/năm.

2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Theo kịch bản A2, nhiệt độ trung bình tại Bắc Trung Bộ dự kiến tăng từ 1,5°C đến 3,5°C trong giai đoạn 2020-2100, lượng mưa mùa mưa có xu hướng tăng nhẹ, trong khi mùa khô giảm khoảng 10-15%. Dòng chảy năm dự kiến giảm từ 5% đến 15% tùy theo kịch bản, với sự giảm rõ rệt vào mùa kiệt, làm gia tăng nguy cơ khan hiếm nước.

3. Tác động của sử dụng đất: Việc chuyển đổi đất rừng sang đất nông nghiệp và đất đô thị làm tăng dòng chảy mặt và giảm khả năng thấm nước, dẫn đến tăng nguy cơ lũ lụt và xói mòn đất. Kịch bản sử dụng đất đến năm 2010 cho thấy diện tích đất nông nghiệp tăng khoảng 5%, đất lâm nghiệp giảm tương ứng, ảnh hưởng đến dòng chảy mùa lũ tăng khoảng 8%.

4. Tác động tổng hợp biến đổi khí hậu và sử dụng đất: Khi kết hợp kịch bản biến đổi khí hậu A2 với kịch bản sử dụng đất 3, dòng chảy mùa lũ tăng khoảng 10%, trong khi dòng chảy mùa kiệt giảm tới 20% so với kịch bản chỉ biến đổi khí hậu. Điều này cho thấy sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố và cần được quản lý đồng bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của biến đổi dòng chảy là do sự gia tăng nhiệt độ làm tăng bốc thoát hơi, đồng thời sự thay đổi lượng mưa theo mùa làm thay đổi lượng nước bổ sung cho lưu vực. Sự chuyển đổi sử dụng đất làm giảm khả năng giữ nước của đất, tăng dòng chảy mặt và rút ngắn thời gian tập trung nước, làm tăng nguy cơ lũ quét và xói mòn. Kết quả mô hình SWAT phù hợp với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến thủy văn lưu vực.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh dòng chảy trung bình tháng giữa các kịch bản, bảng thống kê biến đổi % dòng chảy theo mùa và năm, cũng như bản đồ phân bố sử dụng đất và thay đổi thảm phủ thực vật. Việc đánh giá chỉ số Nash và đồ thị so sánh dòng chảy tính toán với thực đo tại trạm Gia Vòng cho thấy mô hình SWAT có độ chính xác cao, phù hợp để áp dụng cho lưu vực sông Thạch Hãn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường giám sát và thu thập số liệu thủy văn: Thiết lập thêm các trạm quan trắc lưu lượng dòng chảy thường xuyên trên lưu vực để nâng cao độ chính xác của mô hình và phục vụ quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Trị.

2. Quy hoạch sử dụng đất bền vững: Hạn chế chuyển đổi đất rừng sang đất nông nghiệp và đô thị không kiểm soát, ưu tiên phát triển rừng phòng hộ và rừng đặc dụng để bảo vệ nguồn nước và giảm xói mòn. Thời gian thực hiện: 5 năm; chủ thể: UBND tỉnh, Ban quản lý rừng phòng hộ.

3. Xây dựng hệ thống điều tiết nước mùa lũ và mùa kiệt: Đầu tư các công trình thủy lợi, hồ chứa điều tiết để giảm thiểu thiệt hại do lũ và đảm bảo nguồn nước mùa kiệt, nâng cao hiệu quả sử dụng nước. Thời gian thực hiện: 3-5 năm; chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tỉnh Quảng Trị.

4. Phát triển chương trình quản lý tổng hợp lưu vực sông: Áp dụng mô hình SWAT và các công cụ GIS để xây dựng kế hoạch quản lý tài nguyên nước, phòng chống thiên tai và phát triển kinh tế xã hội bền vững. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: Viện nghiên cứu, các trường đại học, chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ mô hình để đánh giá tác động biến đổi khí hậu và sử dụng đất, hỗ trợ ra quyết định quản lý hiệu quả.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy văn, môi trường: Tài liệu chi tiết về mô hình SWAT, phương pháp hiệu chỉnh và ứng dụng thực tiễn tại lưu vực sông Thạch Hãn là nguồn tham khảo quý giá.

3. Các cơ quan quy hoạch và phát triển kinh tế xã hội địa phương: Thông tin về đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội và kịch bản phát triển sử dụng đất giúp xây dựng kế hoạch phát triển bền vững.

4. Các tổ chức phòng chống thiên tai và bảo vệ môi trường: Nghiên cứu về biến đổi dòng chảy và hiện tượng thời tiết cực đoan hỗ trợ xây dựng các biện pháp phòng ngừa và ứng phó thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình SWAT có ưu điểm gì so với các mô hình thủy văn khác?
   Mô hình SWAT có khả năng mô phỏng chi tiết các quá trình thủy văn, bùn cát, chất dinh dưỡng trên lưu vực lớn, tích hợp dữ liệu GIS và kịch bản biến đổi khí hậu, phù hợp với các nghiên cứu quản lý tổng hợp tài nguyên nước.

2. Dữ liệu đầu vào của mô hình SWAT gồm những gì?
   Bao gồm số liệu khí tượng (mưa, nhiệt độ, gió, bức xạ), thủy văn (dòng chảy), bản đồ địa hình số hóa DEM, bản đồ sử dụng đất, loại đất, thảm phủ thực vật và thông tin về canh tác.

3. Chỉ số Nash là gì và ý nghĩa của nó trong hiệu chỉnh mô hình?
   Chỉ số Nash-Sutcliffe đánh giá độ phù hợp giữa kết quả mô hình và số liệu thực đo, giá trị gần 1 cho thấy mô hình mô phỏng chính xác. Trong nghiên cứu này, chỉ số đạt khoảng 0,73, thể hiện mô hình có độ tin cậy cao.

4. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn?
   Nhiệt độ tăng làm tăng bốc thoát hơi, lượng mưa mùa mưa có xu hướng tăng nhẹ nhưng mùa khô giảm, dẫn đến giảm dòng chảy mùa kiệt, tăng nguy cơ khan hiếm nước và lũ lụt.

5. Làm thế nào để giảm thiểu tác động tiêu cực của sử dụng đất đến dòng chảy?
   Cần duy trì và phát triển rừng phòng hộ, hạn chế chuyển đổi đất rừng sang đất nông nghiệp và đô thị, áp dụng các biện pháp bảo vệ đất, quản lý sử dụng đất hợp lý để giảm dòng chảy mặt và xói mòn.

Kết luận

• Lưu vực sông Thạch Hãn có đặc điểm dòng chảy mùa rõ rệt, mùa lũ chiếm phần lớn tổng lượng dòng chảy năm, mùa kiệt kéo dài nhưng lượng nước thấp.
• Mô hình SWAT được hiệu chỉnh thành công với chỉ số Nash khoảng 0,73, phù hợp để mô phỏng dòng chảy và đánh giá tác động biến đổi khí hậu, sử dụng đất.
• Biến đổi khí hậu và sử dụng đất có tác động phức tạp, làm thay đổi dòng chảy mùa và năm, tăng nguy cơ thiên tai và ảnh hưởng đến phát triển kinh tế xã hội.
• Cần tăng cường giám sát thủy văn, quy hoạch sử dụng đất bền vững, xây dựng hệ thống điều tiết nước và phát triển quản lý tổng hợp lưu vực.
• Nghiên cứu mở ra hướng tiếp tục ứng dụng mô hình SWAT cho các lưu vực khác và phát triển các kịch bản quản lý tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Khuyến khích các nhà quản lý và nghiên cứu áp dụng mô hình SWAT trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, đồng thời triển khai các giải pháp đề xuất để bảo vệ và phát triển bền vững lưu vực sông Thạch Hãn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1. Vị trí địa lý Lưu vực Sông Thạch Hãn nằm trong phạm vi từ 16 018 đến 16054’ vĩ độ Bắc và từ 106036’ đến 107018’ kinh độ Đông. Phía đông giáp Biển Đông, phía tây giáp lưu vực sông Sê Pôn phía nam giáp lưu vực sông Ô Lâu và tỉnh Thừa Thiên Huế, phía bắc giáp lưu vực sông Bến Hải.

Bản đồ lưu vực sông Thạch Hãn Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, có chiều dài 150 km. Dòng chính Thạch Hãn, đoạn thượng nguồn (sông Đakrông) chảy quanh dãy núi Da Ban, khi về tới Ba Lòng, sông chuyển hướng Đông Bắc và đổ ra biển tại cửa Việt với diện tích lưu vực 2660 km2 (hình 1. Đặc điểm các sông của tỉnh Quảng Trị nói chung và sông Thạch Hãn nói riêng là: lòng sông dốc, chiều rộng sông hẹp, đáy sông cắt sâu vào địa hình, phần đồng bằng hạ du lòng sông mở rộng, có chịu ảnh hưởng của thuỷ triều. Địa hình, địa mạo Lưu vực sông Thạch Hãn có thể phân chia thành các vùng địa hình như sau: vùng cát ven biển, vùng đồng bằng, vùng núi thấp và đồi, vùng núi cao.

[11, 12] 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - Vùng cát ven biển chạy dọc từ cửa Tùng đến bãi biển Mỹ Thuỷ theo dạng cồn cát. Chiều rộng cồn cát nơi rộng nhất tới 3 - 4 km, dài đến 35 km. Dốc về 2 phía: đồng bằng và biển, cao độ bình quân của các cồn cát từ 4 đến 6m. Vùng cát có lớp phủ thực vật nghèo nàn.

Cát ở đây di chuyển theo các dạng cát chảy theo dòng nước mưa, cát bay theo gió lốc, cát di chuyển theo dạng nhảy do mưa đào bới và gió chuyển đi; dạng cồn cát này có nguy cơ di chuyển chiếm chỗ của đồng bằng. - Vùng đồng bằng ở đây là các thung lũng sâu kẹp giữa các dải đồi thấp và cồn cát hình thành trên các cấu trúc uốn nếp của dãy Trường Sơn, có nguồn gốc mài mòn và bồi tụ. Ở đây có các vùng đồng bằng rộng lớn như: + Đồng bằng dọc sông Cánh Hòm: là dải đồng bằng hẹp chạy từ phía Nam cầu Hiền Lương tới bờ Bắc sông Thạch Hãn, thế dốc của dải đồng bằng này là từ 2 phía Tây và Đông dồn vào sông Cánh Hòm. Cao độ bình quân dạng địa hình này từ +0,5  1,5m.

Dạng địa hình này cũng đã được cải tạo để gieo trồng lúa nước. + Đồng bằng hạ du sông Vĩnh Phước và đồng bằng Cam Lộ: dạng địa hình bằng phẳng, tập trung ở Triệu Ái, Triệu Thượng (Vĩnh Phước). Cao độ bình quân dạng địa hình này từ 1,0  3,0m. Đây là cánh đồng rộng lớn của Triệu Phong và thị xã Đông Hà.

Địa hình đồng bằng có cao độ bình quân từ 2,0  4,0m, dải đồng bằng này hẹp chạy theo hướng Tây - Đông, kẹp 2 bên là các dãy đồi thấp. + Ngoài ra, còn một số các thung lũng hẹp cũng đã được khai thác để trồng lúa nước. - Vùng núi thấp và đồi có dạng đồi bát úp liên tục. Độ dốc vùng núi bình quân từ 15  180.

Địa hình này rất thuận lợi cho việc phát triển cây trồng cạn, cây công nghiệp và cây ăn quả; cao độ của dạng địa hình này là 200 – 1000 m, có nhiều thung lũng lớn. - Vùng núi cao xen kẽ các cụm đá vôi được hình thành do quá trình tạo sơn xảy ra vào đầu đại mêzôzôi tạo nên dãy Trường Sơn. Dạng này phân bố phía Tây, giáp theo biên giới Việt - Lào theo hướng Tây Bắc – Đông Nam với bậc địa hình từ 1000 - 1700 m với bề mặt bị xâm thực và chia cắt mạnh. Địa hình này thích hợp cho cây lâm nghiệp và rừng phòng hộ đầu nguồn.

Địa chất, thổ nhưỡng a. Địa chất Trên lưu vực sông Thạch Hãn, nhìn chung địa tầng phát triển không liên tục, các trầm tích từ Paleozoi hạ tới Kainozoi trong đó trầm tích Paleozoi chiếm chủ yếu, gồm 9 phân vị địa tầng, còn lại 6 phân vị thuộc Meôzoi và Kainozoi. Các thành tạo xâm nhập phân bố rải rác, song chủ yếu ở phần Tây Nam với diện tích gần 400 km2, thuộc các hệ Trà Bồng, Bến Giàng - Quế Sơn và các đá mạch không phân chia. Phức hệ Trà Bồng nằm trên vùng Làng Xoa (Hướng Hoá) với lộ diện 120 km2, khối có dạng kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam nằm dọc đứt gẫy Đakrông - A Lưới.

Phức hệ Bến Giàng - Quế Sơn nằm dọc theo dải núi và vùng Vít Thu Lu gồm các khối Tam Kỳ, Ta Băm và động Voi Mẹp. Địa chất trong vùng có những đứt gãy chạy theo hướng từ đỉnh Trường Sơn ra biển tạo thành các rạch sông chính cắt theo 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] phương Tây - Đông. Tầng đá gốc ở đây nằm sâu, tầng phủ dày. Phần thềm lục địa được thành tạo từ trầm tích sông biển và sự di đẩy của dòng biển tạo thành.

Thổ nhưỡng Lưu vực sông Thạch Hãn có thể được phân chia thành các vùng thổ nhưỡng: vùng đồng bằng ven biển, vùng gò đồi, vùng đồi núi dãy Trường Sơn. [11, 12] - Vùng đồng bằng ven biển phân bố dọc bờ biển, địa hình đụn cát có dạng lượn sóng, độ dốc nghiêng ra biển. Dạng trầm tích biển được hình thành từ kỷ Q. Cát trắng chiếm ưu thế, tầng dưới cùng bước đầu có tích tụ sắt, chuyển sang màu nâu hơi đỏ.

Lớp vỏ phong hoá khá dày, thành phần cơ giới trên 97% là cát. - Vùng gò đồi: hầu hết có dạng địa hình đồi thấp, một số dạng thung lũng sông thuộc địa phận huyện Gio Linh, Cam Lộ trên vỏ phong hoá Mazma. Nhiều nơi hình thành đất trống, đồi trọc. Thực vật chủ yếu là cây dạng lùm bụi, cây có gai.

Đất đai ở những nơi không có cây bị rửa trôi khá mạnh. Đá xuất lộ lên bề mặt tạo nên dòng chảy mạnh gây ra xói lở. - Vùng đồi, núi dãy Trường Sơn bị chia cắt mạnh, thực vật nghèo. + Tiểu vùng đất bazan Khe Sanh, Hướng Phùng thuộc các xã Tân Hợp, Tân Độ, Tân Liên, nông trường Khe Sanh, Hướng Phùng có dạng địa hình lượn sóng, chia cắt yếu, đất đai phù hợp cho phát triển trồng cây công nghiệp dài ngày.

+ Tiểu vùng đất sa phiến thạch thuộc địa phận Lao Bảo, Lìa: nằm trong vùng đứt gãy dọc đường 9, giáp khu vực Lao Bảo. Thảm thực vật Trong thời gian chiến tranh, tỉnh Quảng Trị nằm trong vùng chiến tranh, huỷ diệt khốc liệt, lớp phủ thực vật thuộc loại bị tàn phá. Ngay khi đất nước thống nhất, kế hoạch khôi phục lớp phủ thực vật với ý nghĩa phục hồi các hệ sinh thái tối ưu, trở thành kế hoạch hành động cụ thể và tích cực. Đến 1990, nhiều diện tích rừng trồng và rừng tự nhiên tái sinh do khoanh nuôi bảo vệ đã xuất hiện.

Rừng trồng theo chương trình hỗ trợ của PAM (Chương trình An toàn lương thực Thế giới) dọc các quốc lộ hoặc tỉnh lộ phát triển nhanh. Từ các Chương trình Quốc gia 327, 264 và kế hoạch trồng rừng, trồng cây nhân dân của cấp tỉnh, phát động và đầu tư, đã nâng cao tỷ lệ che phủ rừng khá nhanh. Đồng thời với các kế hoạch trồng rừng, trong giai đoạn từ 1995 đến 2000, thực hiện hạn chế khai thác rừng tự nhiên, tăng cường khoanh nuôi phục hồi rừng tự nhiên, độ che phủ rừng đã tăng bình quân 1%/năm (bảng 1. Đến năm 2005 độ che phủ của rừng đạt 43,2%.

Tỉnh Quảng Trị gần như vùng đất vành đai trắng trong thời gian chiến tranh, chỉ hơn 25 sau chiến tranh, rừng che phủ đất đai tự nhiên đã tăng từ 7,4% lên hơn 40%, và đó là một thành quả sinh thái quan trọng. [17] 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Diễn biến tài nguyên rừng ở Quảng Trị và hiệu quả Năm Diễn biến rừng và hiệu quả Địa bàn tỉnh Quảng Trị Độ che phủ rừng (%) 23,2 % Rừng trồng (ha) 11.250 ha 1990 Hiệu quả Phục hồi hệ sinh thái Độ che phủ rừng (%) 26,4 % Rừng trồng (ha) 29.300 ha 1995 Hiệu quả Chống cát di động. Phục hoá đất trồng chuyển canh tác nông nghiệp Độ che phủ rừng (%) 29,7 % Rừng trồng (ha) 35.064 ha 2000 Hiệu quả Phòng hộ ven biển, đầu nguồn Độ che phủ rừng (%) 43,2 % Rừng sản xuất (ha) 65.947 ha 2005 Rừng phòng hộ (ha) 108.974 ha Rừng đặc dụng (ha) 33.593 ha Hiệu quả Phòng hộ ven biển, đầu nguồn 1.

Mưa Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng nằm trong vùng mưa tương đối lớn của nước ta. Lượng mưa hàng năm tính trung bình trên phạm vi toàn lưu vực đạt trên 2400 mm, lượng mưa năm phân bố không đều theo không gian, phụ thuộc vào hướng sườn dốc và phù hợp với xu thế tăng dần của mưa theo độ cao địa hình. Do địa hình có xu thế tăng dần từ đông sang tây và từ bắc xuống nam nên lượng mưa năm cũng có xu thế tăng dần từ đông sang tây và từ bắc xuống nam. Nơi mưa ít nhất là những thung lũng khuất gió như Khe Sanh chuẩn mưa năm 2070,3 mm, Tà Rụt chuẩn mưa năm là 1936,7 mm.

Nơi mưa nhiều là khu vực núi cao thượng nguồn các sông Rào Quán, Cam Lộ. Kết quả tính toán chuẩn mưa năm của một số trạm trên lưu vực được thể hiện trong bảng 1. Chuẩn mưa năm và sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm của các trạm trên lưu vực sông Thạch Hãn Độ dài Hệ số biến Chuẩn Sai số quân Thời kỳ tính TT Tên trạm TKTTĐB Ktb đổi mưa năm mưa năm phương tương toán đại biểu (năm) Cvx Xo (mm) đối (%) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 1 Đông Hà 78-98 21 1,00 0,21 2271,5 4,58 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 2 Khe Sanh 78-04 27 0,99 0,23 2070,3 4,43 3 Thạch Hãn 78-04 27 0,99 0,24 2559,8 4,62 4 Cửa Việt 79-04 26 0,99 0,22 2237,1 4,26 Xét trên toàn chuỗi quan trắc (1977-2004), lượng mưa năm cực đại tại tất cả các trạm rất lớn, đều đạt trên 3200 mm (nhỏ nhất tại Cửa Việt: 3372.4 mm và lớn nhất tại Thạch Hãn: 4030,3 mm). Lượng mưa năm cực tiểu tại tất cả các trạm rất nhỏ, dao động trong khoảng từ 1153,5 mm, tại Khe Sanh đến 1719,9 mm, tại Thạch Hãn và xuất hiện không đồng thời tại các trạm.

Cực trị của lượng mưa năm được thống kê trong bảng 1.