CHƯƠNG 1 TỎNG QUAN 1. TÓNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. Ngoài nước Nghiên cứu của Kyle Glazewski, Bethany Kurz, and Daniel Stepan (Trung tâm nghiên cứu năng lượng và môi trường (EERC) Grand Forks, North Dakota) đã phát triển công cụ SWAT vào việc đánh giá chất lượng nước của sông Hồng ở lưu vực miền Bắc. Một quan hệ đối tác, được thành lập vào năm 1996, giữa EERC, Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), và các bên liên quan trong sông Hồng của lưu vực miền Bắc.
Mục tiêu tổng thể của nghiên cứu là cung cấp thực tế, các bên liên quan thúc day ky thuật đầu vào cho sự phát triển của một chiến lược quản lý lưu vực dài hạn, tập trung vào số lượng và chất lượng nước nhằm đảm bảo sự phát triển kinh tế liên tục của khu vực. Grunwald đã ứng dụng mô hình SWAT dé đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Sandusky, Ohio. Mục tiêu của nghiên cứu là tích hợp mô hình Swat và GIS nhằm đánh giá chất lượng đất và nước. Trong khi chất lượng nước đã được cải thiện , vẫn còn có thể thực hiện cải tiến được bằng cách giảm ô nhiễm nguồn.
Các Sandusky là lớn thứ hai của Sông Ohio chảy vào hồ Erie và như vậy cũng ảnh hưởng đáng kể tới hồ Erie. Nghiên cứu trình bày trong bài viết này là một phần của một dự án lớn nhằm mục đích đo đạc và xác nhận mô hình SWATT để mô hình hóa chất lượng nước trong lưu vực sông Sandusky.Trong nước Tại Việt Nam, SWAT bắt đầu du nhập từ năm 1998. Từ những nghiên cứu nhỏ lẻ, rải rác ở một số khu vực ban đầu, đến nay mô hình SWAT đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quản lý lưu vực sông trên cả 3 miền: Bắc, Trung, Nam với những quy mô, mức độ khác nhau. Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này được đánh giá cao có thể kế đến như nghiên cứu “Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội” của nhóm tác giả Lê Văn Linh, Nguyễn Thanh Sơn tại lưu vực sông Đáy.
Nghiên cứu đã đánh giá được quá trình thay đổi dòng chảy trên lưu vực do chịu tác động của biến đổi khí hậu, trên cơ sở đó tác giả đã đưa ra dự báo biến động dòng chảy trong những năm tiếp theo tại khu vực nghiên cứu góp phần phát hiện sớm những khu vực đễ bị tác động thay đổi dòng chảy; Nguyễn Thanh Tuấn (2011) ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực hồ Dầu Tiếng. Đề tài được thực hiện nhằm các mục tiêu sau: Nghiên cứu lý thuyết về mô hình SWAT trong phần mềm Map Window. Thu thập dữ liệu xây dựng bản đồ đất, bản đồ sử dụng đất, bản đồ địa hình và đữ liệu thời tiết, từ đó tiến hành thực hiện trên mô hình SWAT đề đánh giá chất lượng nước của lưu vực hồ Dầu Tiếng. Đề xuất những giải pháp thích hợp để bảo vệ và nâng cao chất lượng nước của hồ Dầu Tiếng.
Kết quả của đề tài đã xây dựng được bảng thông số chất lượng nước của lưu vực hồ Dầu Tiếng phần nào đánh giá được chất lượng nước của lưu vực và của hồ Dầu Tiếng. Nghiên cứu “Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tài nguyên nước khu vực thượng nguồn đầm Thị Nại phục vụ phát triển bền vững tỉnh Bình Định” (2014) của nhóm tác giả Nguyễn Hồng Quân, Mai Toàn Thắng. Đề tài đã thực hiện mô phỏng toàn bộ quá trình thủy văn trên lưu vực và chủ động đánh giá kết quả mô phỏng bằng phần mềm SWAT-CUP. Kết quả của nghiên cứu này chỉ là bước đầu làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về cân bằng nước trên lưu vực hay làm đầu vào cho mô hình lan truyền chất và vận chuyên bùn cát trong đầm Thị Nại.
Năm 2010, nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Nghiên cứu Biến đổi khí hậu — Trường Đại học Nông lâm TP.HCM do PGS. Nguyễn Kim Lợi làm trưởng nhóm, phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu Biến đổi khí hậu vùng Đông Nam Á và Trường Đại học Cần Thơ thực hiện nghiên cứu sơ bộ ứng dụng mô hình SWATT trong đánh giá ảnh hưởng của biến đối khí hậu đến lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn tỉnh Quảng Nam. Trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã phân nhóm các tiêu lưu vực dễ bị ảnh hưởng bởi lũ dựa vào lưu lượng nước vào, ra tại các tiểu lưu vực và bước đầu giúp cảnh báo sớm tình hình lũ tại khu vực nghiên cứu. Năm 2015, tiếp nối nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT trong đánh giá ảnh hưởng của biến đối khí hậu, nhóm nghiên cứu liên ngành đã thực hiện đề tài "Hệ hỗ trợ trực tuyến cảnh báo lũ cho lưu vực sông Vu Gia, tỉnh Quảng Nam” với mục tiêu xây dựng hệ thống cảnh báo lũ sử dụng các thông tin trực tuyến thông qua việc ứng 7 dụng GIS, công nghệ thông tin truyền thông và mô hình SWAT.
Cụ thể, xác định vùng có nguy cơ xảy ra lũ, đỉnh lũ thông qua mô hình SWAT; cung cấp website trực tuyến về tình trạng lũ, hỗ trợ giao diện điện thoại di động; hỗ trợ cộng đồng vùng nguy cơ bằng tin nhắn SMS. Có thể thấy mô hình SWAT cũng đã nhận được một sự quan tâm đặc biệt từ giới khoa học trên khắp cả nước. Tuy nhiên hiện tại mô hình SWAT chỉ mới được thực hiện tại một số nơi nên cần nghiên cứu phát triển thêm để đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững kinh tế xã hội trên địa bàn toàn quốc. Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ đề tài “Điều tra, đánh giá các nguồn gây ô nhiễm và đề xuất giải pháp tổng hợp quản lý chất lượng nước hồ Sông Quao đảm bảo an toàn cấp nước cho thành phố Phan Thiết và vùng phụ cận”, của tác giả Nguyễn Hồng Quân, Lê Việt Thắng, Viện Môi Trường Và Tài Nguyên, năm 2015.
GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU Lưu vực hồ Sông Quao (Hình 1.1) có diện tích 296 km2 nằm trên địa phận huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận và một phần diện tích thượng nguồn nằm trên địa phận huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng. Do phần lớn diện tích lưu vực có dạng địa hình đồi núi nên dân cư khá thưa thớt, hoạt động kinh tế xã hội trên lưu vực tương đối ít phát triển. Riêng một số đoạn trên kênh chính đồ vào hồ sông quao có xuất hiện hoạt động nuôi trồng thủy sản với quy mô nhỏ. Hiện nay, thượng nguồn sông quao đang phải đối mặt với tình trạng suy giảm đất rừng nghiêm trọng do các hoạt động chặt phá rừng trái phép đang ngày càng phô biến.
Ranh giới lưu vực hồ sông Quao (Nguồn: Open Street Map) CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, THAM KHẢO TÀI LIỆU 2. Thu thập tài liệu dữ liệu liên quan Các tài liệu liên quan đến tình hình kinh tế - xã hội, các dữ liệu bản đồ, dữ liệu bản đồ số độ cao, ảnh vệ tinh có liên quan đến khu vực nghiên cứu được tiến hành thu thập; các tài liệu cơ sở lý thuyết và hướng dẫn sử dụng QGIS, SWAT, SWAT-CUP và các tài liệu có liên quan đến quá trình thực hiện đề tài cũng được thu thập. Lựa chọn mô hình nghiên cứu Hiện nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý các khía cạnh cuộc sống như quản lý về tài nguyên, môi trường.
đang dần trở thành xu thế mới của xã hội. Theo đó, các mô hình toán được xem như là phương thức để mô phỏng các quá trình trong thực tế vào máy tính cũng đang dần được quan tâm phat trién mạnh đáp ứng nhu cầu ngày càng cao cũa xã hội. Ưu điểm mô hình toán ở chỗ cho kết quả tính toán nhanh, giá thành rẻ, dé dang thay đổi các kịch bản bài toán,. Lựa chọn mô hình là khâu rất quan trọng cần thực hiện trước tiên trong phương pháp nghiên cứu bởi lẽ khi lựa chọn mô hình phù hợp với khu vực nghiên cứu, đáp ứng được yêu cầu của đề tài thì sẽ nâng cao tính hiệu quả trong quá trình thực hiện đề tài.
Đối với quản lý nguồn nước, hiện nay cũng đã có rất nhiều mô hình đang được áp dụng và có hiệu quả khá cao có thê kê đến ở đây như [4]: > M6 hinh WASP7 (Water Quality Analysis Simulation Program 7) là mô hình được xây dựng dựa trên mô hình WASP trước đó (Mô hình này được xây dựng bởi Di Toro, 1983; Connolly and Winfield, 1984; Ambrose, R. > Mô hình AQUATOX là mô hình mô phỏng hệ sinh thái thủy sinh. Mô hình có thê dự báo quá trình suy tàn do nhiều loại chất gây ô nhiễm môi trường nước như dinh dưỡng, hóa học hữu cơ, và ảnh hưởng của chúng lên các hệ sinh thái, bao gồm các loài cá, động vật không xương sống và các loài thực vật thủy sinh. 10 Mô hình QUAL2K (hay Q2K) (River and Stream Water Quality Model) được nâng cấp từ mô hình trước đó là QUAL2E.
Đây là mô hình mô phỏng CLN suối và sông một chiều với giả thuyết đoạn sông tính toán xáo trộn hoàn toàn (theo phương ngang và phương đứng). DELFT 3D của Viện nghiên cứu thuỷ lực Hà Lan cho phép kết hợp giữa mô hình thuỷ lực 3 chiều với mô hình chất lượng nước. Ưu điểm của mô hình này là việc kết hợp giữa các mô đun tính toán phức tạp để đưa ra những kết quả tính mô phỏng cho nhiều chất và nhiều quá trình tham gia. SMS của Trung tâm nghiên cứu và phát triển kỹ thuật của quân đội Mỹ xây dựng cho phép kết hợp giữa mô hình thuỷ lực 1, 2 chiều với mô hình chất lượng nước, trong đó mô đun RMA4 là mô hình số trị vận chuyên các yếu tố chất lượng nước phân bố đồng nhất theo độ sâu.
Nó có thé tính toán sự tập trung của 6 thành phần bảo toàn hoặc không bảo toàn được tính toán theo lưới 1 chiều hoặc 2 chiều. Mô hình chủ yếu tính toán dựa trên chu trình của các hợp phần của nitơ và phospho trong đó có tính đến cả thực vật và động vật phù du trong nước biên. ECOSMO (ECO System Model) là mô hình cặp ba chiều bao gồm thủy động lực; băng biển và sinh địa hóa. Mô hình được phát triển dựa trên mô hình thủy động lực HAMSOM (HAMburg shelf Ocean Model) đã được liên kết mô-đun động lực- nhiệt động lực biển-băng (Schrum và Backhaus, 1999) và mô-đun sinh học (Schrum, 2006).