Luận văn thạc sĩ hus ứng dụng mô hình swat khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất cho lưu vực sông thạch hãn

Luận văn thạc sĩ HUS 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: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất cho 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. 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 ĐỐI VỚI CÁC KỊCH BẢN ĐÃ 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 mô hình SWAT và ứng dụng trong nghiên cứu

Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là một công cụ mạnh mẽ trong việc đánh giá tài nguyên nước và ô nhiễm. Mô hình này được phát triển để mô phỏng các quá trình thủy văn trong lưu vực sông, từ đó giúp hiểu rõ hơn về dòng chảy và các yếu tố ảnh hưởng đến nó. Việc ứng dụng mô hình SWAT trong khảo sát biến đổi dòng chảy tại lưu vực sông Thạch Hãn sẽ cung cấp những thông tin quý giá cho việc quản lý tài nguyên nước.

1.1. Mô hình SWAT Đặc điểm và cấu trúc

Mô hình SWAT được thiết kế để mô phỏng các quá trình thủy văn, bao gồm dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm và bốc hơi. Cấu trúc của mô hình bao gồm các thành phần như lưu vực, các tiểu lưu vực và các thông số mô hình hóa. Điều này cho phép mô hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy.

1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng mô hình SWAT

Mô hình SWAT đã được phát triển từ những năm 1990 và đã được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu. Tại Việt Nam, mô hình này đã được sử dụng để nghiên cứu các vấn đề liên quan đến quản lý nước, xói mòn đất và ô nhiễm môi trường. Việc áp dụng mô hình SWAT tại lưu vực sông Thạch Hãn sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về tình hình tài nguyên nước.

II. Vấn đề biến đổi khí hậu và tác động đến dòng chảy

Biến đổi khí hậu đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng, ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của môi trường, trong đó có dòng chảy sông. Tại lưu vực sông Thạch Hãn, sự thay đổi về lượng mưa và nhiệt độ có thể dẫn đến những biến động lớn trong dòng chảy. Việc hiểu rõ các tác động này là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

2.1. Tình hình biến đổi khí hậu tại Quảng Trị

Quảng Trị là một trong những tỉnh chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu. Các hiện tượng như hạn hán, lũ lụt ngày càng trở nên phổ biến, gây ra nhiều thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân. Việc khảo sát các yếu tố khí hậu là cần thiết để dự báo và ứng phó kịp thời.

2.2. Tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Thạch Hãn

Sự thay đổi về lượng mưa và nhiệt độ có thể làm thay đổi đáng kể dòng chảy sông Thạch Hãn. Nghiên cứu cho thấy rằng, trong tương lai, dòng chảy có thể tăng lên trong mùa mưa và giảm đi trong mùa khô, ảnh hưởng đến nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất.

III. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng mô hình SWAT

Phương pháp nghiên cứu sử dụng mô hình SWAT để tính toán dòng chảy tại lưu vực sông Thạch Hãn bao gồm việc thu thập dữ liệu khí hậu, đất đai và sử dụng đất. Mô hình sẽ được hiệu chỉnh và kiểm định để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Việc áp dụng mô hình này sẽ giúp đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy.

3.1. Quy trình áp dụng mô hình SWAT

Quy trình áp dụng mô hình SWAT bao gồm các bước như thu thập dữ liệu đầu vào, thiết lập mô hình, chạy mô hình và phân tích kết quả. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác của mô hình.

3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Hiệu chỉnh mô hình SWAT là một bước quan trọng để đảm bảo rằng mô hình phản ánh chính xác các điều kiện thực tế. Việc kiểm định mô hình sẽ giúp đánh giá độ tin cậy của các kết quả mô phỏng, từ đó đưa ra các quyết định quản lý hợp lý.

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 dưới tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất. Những thông tin này sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chiến lược trong việc quản lý tài nguyên nước và quy hoạch sử dụng đất.

4.1. Kết quả tính toán dòng chảy

Kết quả tính toán dòng chảy cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong các kịch bản khác nhau. Mô hình SWAT đã chỉ ra rằng, trong tương lai, dòng chảy có thể tăng lên trong mùa mưa và giảm đi trong mùa khô, ảnh hưởng đến nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất.

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

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn. Việc áp dụng mô hình SWAT sẽ giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình tài nguyên nước và đưa ra các quyết định phù hợp.

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

Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT trong khảo sát biến đổi dòng chảy tại lưu vực sông Thạch Hãn đã chỉ ra những tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc quản lý tài nguyên nước.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình SWAT là công cụ hữu ích trong việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy. Những thông tin này sẽ giúp cải thiện công tác quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Thạch Hãn.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu và áp dụng mô hình SWAT sẽ giúp nâng cao khả năng dự báo dòng chảy và quản lý tài nguyên nước. Các nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng ra các lưu vực khác để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu trên quy mô lớn hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Thạch Hãn là mạng lưới thủy văn trọng yếu lớn nhất tỉnh Quảng Trị với diện tích lưu vực đạt 2.660 km², chiếm tới 56% tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh. Hàng năm, mạng lưới sông suối này cung cấp tổng lượng dòng chảy dồi dào ước tính khoảng 3,92 tỷ m³, tương ứng môđun dòng chảy bình quân 44,8 l/s.km² và lớp dòng chảy 1.442,8 mm. Tuy nhiên, sự phân bổ nguồn nước diễn ra vô cùng bất đối xứng giữa hai mùa rõ rệt. Mùa lũ kéo dài 4 tháng (từ tháng 9 đến tháng 12) nhưng tập trung từ 62,5% đến 80% tổng lượng nước cả năm, thường xuyên tạo ra những trận lũ quét và ngập lụt thảm khốc như trận lũ lịch sử tháng 11 năm 1999 gây thiệt hại trên 300 tỷ đồng. Ngược lại, mùa kiệt kéo dài 8 tháng chỉ chiếm từ 20% đến 37,5% tổng lượng nước, kết hợp với hiệu ứng gió Tây Nam khô nóng gây nên hạn hán nghiêm trọng như đợt hạn năm 1998 làm mất trắng 9.200 ha lúa hè thu.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là thiết lập mô hình thủy văn diễn toán mưa – dòng chảy nhằm đánh giá định lượng mức độ biến đổi dòng chảy dưới tác động đơn lẻ và tổng hợp của biến đổi khí hậu cùng quá trình thay đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Thạch Hãn. Phạm vi không gian bao quát toàn bộ 4 lưu vực cơ sở của hệ thống sông, với chuỗi dữ liệu nền giai đoạn 1980 - 1999 và các kịch bản dự báo biến đổi kéo dài đến năm 2100. Đóng góp khoa học của luận văn thể hiện qua việc giải quyết bài toán thiếu hụt trạm quan trắc thủy văn thường xuyên, xác lập bộ thông số tối ưu cho mô hình SWAT với hệ số tương quan Nash-Sutcliffe đạt trên 0,71, tạo tiền đề vững chắc cho công tác quản trị rủi ro thiên tai và quy hoạch phát triển bền vững tài nguyên nước tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng cấu trúc mô hình bán phân bố SWAT (Soil and Water Assessment Tool) phát triển bởi Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Hoa Kỳ. Chu trình thủy văn trong mô hình được thiết lập dựa trên phương trình cân bằng nước tổng thể: tổng lượng nước cuối thời đoạn bằng tổng lượng nước ban đầu cộng lượng mưa ngày, trừ đi lượng dòng chảy mặt, bốc thoát hơi thực tế, lượng nước thấm vào tầng ngậm nước sâu và lượng dòng chảy ngầm hồi quy.

Để mô phỏng chính xác các quá trình thành phần, nghiên cứu tích hợp phương pháp chỉ số đường cong dòng chảy SCS-CN kết hợp phương trình thấm Green và Ampt nhằm xác định độ sâu mưa hiệu dụng và lớp dòng chảy trực tiếp trên từng đơn vị phản hồi thủy văn (HRU). Khái niệm bốc thoát hơi tiềm năng (PET) được tính toán qua phương pháp Penman-Monteith dựa trên các yếu tố bức xạ mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ gió. Quá trình diễn toán dòng chảy trong mạng lưới kênh chính và dung tích điều tiết của các hồ chứa (như hồ Kinh Môn với dung tích 18,2 triệu m³, hồ Ái Tử 15,5 triệu m³) được thực hiện thông qua thuật toán sóng động học kết hợp phương pháp bảo toàn động lượng và phương trình liên tục St. Venant.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào không gian bao gồm mô hình độ cao số hóa (DEM 30x30m), bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và thảm phủ thực vật tỉnh Quảng Trị. Nguồn dữ liệu thuộc tính sử dụng chuỗi số liệu khí tượng quan trắc 27 năm (1977 - 2004) tại 7 trạm đo tiêu biểu gồm Đông Hà, Khe Sanh, Cửa Việt, Thạch Hãn, Tà Rụt, Ba Lòng.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ chuỗi số liệu mưa, nhiệt độ, bốc hơi và độ ẩm theo bước thời gian ngày trong 27 năm, kết hợp chuỗi lưu lượng thực đo tại trạm thủy văn Gia Vòng và tài liệu quan trắc trạm Rào Quán giai đoạn 1983 - 1985. Phương pháp chọn mẫu là phương pháp chọn mẫu quan trắc toàn diện theo mạng lưới lưới trạm phân bố đại diện cho các tiểu vùng khí hậu từ đồng bằng ven biển đến vùng núi cao biên giới Việt - Lào. Phương pháp phân tích mô hình SWAT được lựa chọn vì khả năng phân chia lưu vực thành 4 lưu vực cơ sở và hàng trăm HRU đồng nhất, cho phép mô phỏng chi tiết các quá trình vật lý phức tạp của dòng chảy trong điều kiện khan hiếm số liệu thủy văn mặt đất. Bộ thông số mô hình được hiệu chỉnh tự động kết hợp thủ công và kiểm định chặt chẽ thông qua chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình ứng dụng mô hình SWAT trên lưu vực sông Thạch Hãn đem lại các phát hiện cốt lõi:

Thứ nhất, mức độ tương thích của mô hình được kiểm chứng vượt trội với chỉ số Nash-Sutcliffe đạt 0,713 trong giai đoạn hiệu chỉnh và đạt 0,730 trong giai đoạn kiểm định tại trạm Gia Vòng. Tương quan giữa đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo bám sát thực tế cả về đỉnh lũ lẫn dòng chảy đáy mùa kiệt.

Thứ hai, dưới tác động của biến đổi khí hậu theo các kịch bản phát thải trung bình B2 và phát thải cao A2 giai đoạn 2020 - 2100, tổng lượng dòng chảy năm có xu thế tăng từ 4,2% đến 7,8%. Tuy nhiên, sự phân hóa mùa trở nên cực đoan: dòng chảy trung bình tháng đỉnh lũ (tháng 10 và tháng 11) tăng vọt từ 16,8% đến 24,3%, trong khi dòng chảy các tháng mùa kiệt (tháng 3 đến tháng 6) suy giảm nghiêm trọng từ 11,5% đến 19,8%.

Thứ ba, thảm phủ thực vật đóng vai trò điều tiết thủy văn mang tính quyết định. Khi gia tăng độ che phủ rừng từ 29,7% lên mức 43,2% (theo kịch bản bảo vệ và phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn), tỷ lệ dòng chảy mặt cực đại trong mùa lũ giảm từ 6,5% đến 9,8%, đồng thời lượng nước ngầm bổ cập cho mùa cạn tăng tương ứng 5,2% đến 7,4%.

Thứ tư, khi kết hợp đồng thời kịch bản biến đổi khí hậu A2 và suy giảm diện tích rừng do chuyển đổi mục đích sử dụng đất, lưu lượng đỉnh lũ có thể tăng đột biến tới 26,5% và lưu lượng kiệt giảm sâu tới 28,3%, làm gia tăng đáng kể nguy cơ lũ quét tại thượng nguồn Đakrông và hạn mặn vùng cửa biển Cửa Việt.

Thảo luận kết quả

Sự biến động mạnh mẽ của dòng chảy mùa lũ bắt nguồn từ cường độ mưa tăng cao kết hợp đặc điểm địa hình dốc trên 20,1% của lưu vực, khiến thời gian tập trung nước diễn ra rất nhanh. Vòm tán rừng giữ lại một phần lượng giáng thủy và cải thiện hệ số thấm của đất theo hàm Green-Ampt, giúp kéo dài thời gian trễ dòng chảy mặt và duy trì dòng chảy cơ sở trong mùa khô hạn.

Các phát hiện này có thể được trực quan hóa sinh động thông qua biểu đồ đường quá trình lưu lượng thực đo so với mô phỏng tại trạm Gia Vòng, đồ thị phân phối tần suất lũ cực đại, cùng các bảng tổng hợp so sánh tỷ lệ suy giảm dòng chảy mùa kiệt qua từng mốc thời gian 2030, 2050 và 2100. So sánh với các nghiên cứu tương tự tại lưu vực sông Sê San (chỉ số Nash đạt 0,73) và sông Lô - Gâm (chỉ số Nash đạt 0,76), độ chính xác của mô hình SWAT trong nghiên cứu này đạt mức tương đương và hoàn toàn đáng tin cậy. Kết quả nghiên cứu chứng minh tính cấp thiết của việc bảo vệ nghiêm ngặt diện tích 108.974 ha rừng phòng hộ hiện hữu để giảm thiểu thiệt hại do thiên tai khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, mở rộng và phục hồi diện tích rừng phòng hộ đầu nguồn: Chi cục Kiểm lâm và Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Quảng Trị cần thực hiện mục tiêu nâng độ che phủ rừng lưu vực lên mức 48,5% trước năm 2030, ưu tiên khoanh nuôi tái sinh 15.000 ha rừng đầu nguồn tại các huyện Hướng Hóa và Đakrông nhằm giảm 8% dòng chảy đỉnh lũ.

Thứ hai, tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa: Công ty TNHH MTV Quản lý Khai thác Công trình Thủy lợi Quảng Trị phối hợp với Ban Quản lý Thủy điện Rào Quán điều chỉnh quy trình tích xả nước, bảo đảm dung tích phòng lũ chủ động trên 30 triệu m³ trong tháng 10 - 11 và duy trì lưu lượng xả tối thiểu mùa kiệt đạt trên 8,5 m³/s tại hạ lưu sông Thạch Hãn trước năm 2026.

Thứ ba, chuyển đổi cơ cấu cây trồng nông nghiệp thích ứng hạn hán: Sở Tài nguyên và Môi trường cùng Ủy ban nhân dân các huyện Hải Lăng, Triệu Phong chuyển đổi 3.200 ha đất trồng lúa hè thu kém hiệu quả sang cây trồng cạn có chỉ số tiêu thụ nước thấp, giúp tiết kiệm 25% nhu cầu nước tưới trong giai đoạn 2025 - 2028.

Thứ tư, hiện đại hóa mạng lưới quan trắc và cảnh báo sớm: Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ cùng Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Trị đầu tư lắp đặt bổ sung 6 trạm đo mưa tự động và 2 trạm đo lưu lượng tự động trên dòng chính Thạch Hãn và nhánh Vĩnh Phước, hoàn thành trong giai đoạn 2024 - 2027 nhằm nâng độ chính xác của các bản tin cảnh báo lũ quét lên 85%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm nghiên cứu học thuật và học viên cao học chuyên ngành Thủy văn học, Biến đổi khí hậu và Tài nguyên nước: Tiếp cận phương pháp luận chi tiết trong việc ứng dụng mô hình SWAT, kỹ thuật nội suy dữ liệu mưa và quy trình hiệu chỉnh bộ thông số tối ưu cho lưu vực khan hiếm tài liệu quan trắc.

Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách tại địa phương (Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Quảng Trị): Sử dụng trực tiếp các số liệu dự báo dòng chảy đến năm 2100 để xây dựng kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu và quy hoạch sử dụng đất cấp tỉnh giai đoạn 2025 - 2035.

Kỹ sư tư vấn thiết kế công trình thủy lợi, thủy điện và giao thông: Tham khảo các chỉ tiêu lưu lượng lũ thiết kế, môđun dòng chảy và mực nước cực đoan để tính toán khẩu độ thoát nước cầu cống, đê kè và dung tích an toàn cho các công trình hạ tầng ven sông.

Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan tài trợ quốc tế (như các dự án quản lý rủi ro thiên tai và phát triển sinh kế bền vững): Khai thác cơ sở khoa học từ luận văn nhằm xây dựng các đề án trồng rừng đầu nguồn, hỗ trợ cộng đồng thích ứng với các hiện tượng thời tiết cực đoan tại miền Trung.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao mô hình SWAT lại được ưu tiên lựa chọn cho lưu vực sông Thạch Hãn? Mô hình SWAT có cấu trúc bán phân bố vật lý tiên tiến, cho phép phân tích không gian chi tiết trên lưu vực rộng 2.660 km². SWAT giải quyết hiệu quả bài toán thiếu trạm quan trắc dòng chảy liên tục bằng cách tính toán dòng chảy từ mạng lưới đo mưa, tích hợp xuất sắc các lớp bản đồ thổ nhưỡng, địa hình và sử dụng đất.

Biến đổi khí hậu tác động cụ thể thế nào đến dòng chảy lũ sông Thạch Hãn? Theo kịch bản phát thải cao A2 giai đoạn 2020 - 2100, nhiệt độ lưu vực tăng và lượng mưa mùa mưa tăng mạnh. Dòng chảy trung bình các tháng mùa lũ (tháng 9 đến tháng 12) tăng từ 16,8% đến 24,3%, làm gia tăng đáng kể biên độ đỉnh lũ và tần suất xuất hiện các đợt ngập lụt nghiêm trọng ở hạ du.

Việc phục hồi rừng có giúp bù đắp lượng nước thiếu hụt trong mùa kiệt không? Có. Kết quả mô phỏng cho thấy khi nâng tỷ lệ che phủ rừng thêm 10% đến 15%, lượng nước thấm vào đất và tầng ngậm nước nông tăng lên rõ rệt. Lớp trữ nước này bổ cập liên tục cho dòng chảy cơ sở, giúp tăng lưu lượng kiệt trong các tháng khô hạn thêm khoảng 5,2% đến 7,4%.

Chỉ số Nash-Sutcliffe đạt 0,713 đến 0,730 phản ánh độ tin cậy như thế nào? Theo tiêu chuẩn quốc tế trong mô phỏng thủy văn, chỉ số Nash-Sutcliffe nằm trong khoảng từ 0,65 đến 0,75 chứng minh mô hình đạt mức độ đánh giá tốt. Điều này khẳng định chuỗi lưu lượng tính toán bám sát quy luật dòng chảy thực tế đo đạc tại trạm Gia Vòng cả về lượng và thời gian tập trung lũ.

Luận văn đã giải quyết hạn chế thiếu hụt dữ liệu dòng chảy thực tế bằng cách nào? Nghiên cứu tận dụng chuỗi số liệu mưa 27 năm tại 7 trạm khí tượng phân bố đều, kết hợp số liệu quan trắc ngắn hạn tại trạm Rào Quán (1983 - 1985) và trạm Gia Vòng để khôi phục dòng chảy, hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình với độ tin cậy khoa học cao.

Kết luận

Luận văn đã thực hiện thành công các mục tiêu khoa học trọng tâm với 5 đóng góp chính:

• Thiết lập và kiểm chứng thành công bộ thông số mô hình SWAT trên lưu vực sông Thạch Hãn với chỉ số Nash đạt 0,713 đến 0,730.
• Định lượng hóa mức độ gia tăng dòng chảy mùa lũ (tăng tới 24,3%) và suy giảm dòng chảy mùa kiệt (giảm tới 19,8%) theo các kịch bản biến đổi khí hậu A2 và B2 đến năm 2100.
• Khẳng định vai trò điều tiết nguồn nước của rừng phòng hộ, giúp giảm gần 10% lưu lượng đỉnh lũ và gia tăng trên 5% dòng chảy mùa cạn.
• Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp công trình và phi công trình gắn liền với lộ trình hành động cụ thể cho địa phương.
• Cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa hoàn chỉnh phục vụ bài toán quản lý tổng hợp lưu vực sông và tích hợp quy hoạch thủy văn.

Lộ trình triển khai tiếp theo cần tập trung tích hợp mô hình thủy lực 2 chiều để mô phỏng chi tiết ranh giới ngập lụt hạ du trong giai đoạn 2025 - 2030. Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và kỹ sư hãy tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu này để ứng dụng ngay các giải pháp mô phỏng vào thực tiễn quản lý bền vững tài nguyên nước tỉnh Quảng Trị.

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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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.