Ứng Dụng Mô Hình SWAT Đánh Giá Ô Nhiễm Nguồn Nước Tại Lưu Vực Sông Quao, Tỉnh Bình Thuận

Tài liệu nghiên cứu Ứng dụng mô hình swat phục vụ đánh giá ô nhiễm nguồn nước trên lưu vực hồ sông quao tỉnh bình thuận, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Quản Lý Tài Nguyên Nước
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình SWAT Đánh Giá Ô Nhiễm Nguồn Nước Tại Lưu Vực Sông Quao, Tỉnh Bình Thuận
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Bình Thuận

Tóm tắt

I. Khám Phá Mô Hình SWAT Giải Pháp Cho Nước Sông Quao

Việc quản lý tài nguyên nước bền vững đang là thách thức toàn cầu. Tại Việt Nam, nhiều lưu vực sông đối mặt với nguy cơ ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng. Lưu vực sông Quao, công trình thủy lợi lớn nhất của tỉnh Bình Thuận, cũng không ngoại lệ. Lưu vực này cung cấp nước tưới tiêu và sinh hoạt cho thành phố Phan Thiết và huyện Hàm Thuận Bắc. Tuy nhiên, áp lực từ phát triển kinh tế - xã hội đang đe dọa trực tiếp đến chất lượng nước của hồ Sông Quao. Để giải quyết bài toán này, các công cụ mô hình hóa hiện đại trở nên vô cùng cần thiết. Trong số đó, mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) nổi lên như một công cụ mạnh mẽ, cho phép mô phỏng các quá trình thủy văn và đánh giá tác động của việc sử dụng đất đến tài nguyên nước. Nghiên cứu “Ứng dụng mô hình SWAT phục vụ đánh giá ô nhiễm nguồn nước trên lưu vực hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận” của tác giả Nguyễn Tấn Thắng là một nỗ lực khoa học quan trọng, nhằm cung cấp cơ sở dữ liệu và công cụ hỗ trợ cho các nhà quản lý. Bằng cách tích hợp hệ thống thông tin địa lý GIS và các dữ liệu đầu vào chi tiết, mô hình có khả năng mô phỏng và dự báo tải lượng ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm Nitơ và Photpho, từ đó đưa ra các kịch bản quản lý hiệu quả. Bài viết này sẽ phân tích sâu về phương pháp ứng dụng, kết quả và ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu này, mở ra một hướng đi mới cho việc bảo vệ nguồn nước tại Bình Thuận.

1.1. Tầm quan trọng của quản lý tài nguyên nước tại Bình Thuận

Bình Thuận là một tỉnh có điều kiện khí hậu khô hạn, do đó, việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước có ý nghĩa sống còn. Hồ Sông Quao, với dung tích 80 triệu m³, không chỉ phục vụ tưới tiêu cho hơn 12.000 ha đất canh tác mà còn là nguồn cung cấp nước thô cho ba nhà máy nước lớn. Bất kỳ sự suy giảm nào về chất lượng nước đều ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng và an ninh lương thực. Do đó, việc áp dụng các phương pháp khoa học tiên tiến như mô phỏng thủy văn để giám sát và dự báo ô nhiễm là một yêu cầu cấp thiết, giúp các nhà hoạch định chính sách đưa ra quyết định kịp thời và chính xác.

1.2. Giới thiệu tổng quan về mô hình SWAT và khả năng ứng dụng

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là một mô hình vật lý được phát triển bởi Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ. Mô hình này có khả năng dự báo tác động của việc quản lý sử dụng đất đến nước, trầm tích và các chất hóa học nông nghiệp trong một lưu vực sông lớn và phức tạp. Ưu điểm của mô hình SWAT là khả năng phân chia lưu vực thành các tiểu lưu vực và các đơn vị thủy văn (HRUs) dựa trên bản đồ sử dụng đất, bản đồ thổ nhưỡng và địa hình. Điều này cho phép mô phỏng chi tiết các quá trình diễn ra trên từng đơn vị nhỏ, mang lại kết quả có độ chính xác cao. Tại Việt Nam, SWAT đã được ứng dụng thành công tại nhiều lưu vực như sông Đáy, hồ Dầu Tiếng, và sông Vu Gia - Thu Bồn.

II. Thách Thức Ô Nhiễm Nguồn Nước Tại Lưu Vực Hồ Sông Quao

Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước tại lưu vực Sông Quao đang ở mức báo động. Các hoạt động kinh tế - xã hội trên lưu vực, dù chưa phát triển mạnh, đã và đang gây ra những tác động tiêu cực. Nguồn ô nhiễm chính đến từ các hoạt động nông nghiệp như trồng trọt, chăn nuôi gia súc, và nuôi trồng thủy sản quy mô nhỏ. Việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật không được kiểm soát chặt chẽ đã làm gia tăng tải lượng ô nhiễm các chất dinh dưỡng như Nitơ và Photpho vào nguồn nước. Theo kết quả quan trắc của Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Bình Thuận, nguồn nước tại đập Phú Hội và đập Sông Quao đã có dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng. Đây là những nguồn thải phân tán, rất khó quản lý và xử lý so với nguồn thải điểm. Thêm vào đó, tình trạng phá rừng ở thượng nguồn làm suy giảm khả năng giữ nước và lọc tự nhiên của hệ sinh thái, gia tăng xói mòn đất và vận chuyển các chất ô nhiễm vào hồ Sông Quao. Những thách thức này đòi hỏi một công cụ đánh giá tổng thể, có khả năng lượng hóa các nguồn ô nhiễm và dự báo sự lan truyền của chúng, và mô hình SWAT chính là lời giải cho bài toán phức tạp này.

2.1. Xác định các nguồn thải điểm và nguồn thải phân tán

Nguồn gây ô nhiễm tại lưu vực sông Quao chủ yếu là nguồn thải phân tán. Chúng bao gồm dòng chảy mặt từ các khu vực nông nghiệp mang theo dư lượng phân bón (N, P), thuốc trừ sâu; chất thải từ hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm không qua xử lý; và bùn cát do xói mòn từ các khu vực mất lớp phủ thực vật. Mặc dù các nguồn thải điểm như khu dân cư tập trung hay cơ sở sản xuất quy mô lớn chưa phổ biến, nhưng tác động tích lũy từ các nguồn phân tán lại là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước. Việc định lượng chính xác đóng góp của từng nguồn thải này là bước đầu tiên và quan trọng nhất để xây dựng giải pháp quản lý hiệu quả.

2.2. Hiện trạng ô nhiễm Nitơ và Photpho theo kết quả quan trắc

Các chỉ số quan trắc cho thấy nồng độ các chất dinh dưỡng đang vượt ngưỡng cho phép, đặc biệt là vào mùa mưa. Ô nhiễm Nitơ và Photpho là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa, làm bùng phát tảo độc, suy giảm oxy hòa tan và ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh cũng như chất lượng nước cấp cho sinh hoạt. Các chỉ số như BOD, COD, TSS cũng có xu hướng tăng cao, phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ. Việc chỉ dựa vào các điểm quan trắc rời rạc không thể cung cấp một bức tranh toàn cảnh về sự phân bố ô nhiễm theo không gian và thời gian trên toàn lưu vực. Đây chính là lúc mô hình SWAT phát huy vai trò của mình.

III. Phương Pháp Xây Dựng Dữ Liệu Đầu Vào Cho Mô Hình SWAT

Để mô hình SWAT hoạt động hiệu quả, việc chuẩn bị dữ liệu đầu vào chính xác và đồng bộ là giai đoạn quan trọng nhất. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp kiến thức liên ngành từ địa lý, thủy văn đến khoa học máy tính. Dữ liệu được chia thành hai nhóm chính: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu không gian bao gồm mô hình số độ cao (DEM), bản đồ sử dụng đất, và bản đồ thổ nhưỡng. Trong nghiên cứu tại lưu vực Sông Quao, dữ liệu DEM được lấy từ ảnh ASTER của NASA với độ phân giải 30m. Bản đồ sử dụng đất được thành lập bằng phương pháp phân loại ảnh vệ tinh Landsat 7, đảm bảo tính cập nhật và phù hợp với giai đoạn mô phỏng. Bản đồ thổ nhưỡng được biên hội từ bản đồ tỷ lệ 1:50.000 của tỉnh. Tất cả dữ liệu không gian đều được chuẩn hóa về cùng một hệ quy chiếu (WGS 84 - Zone 48N) để đảm bảo tính thống nhất khi chồng xếp và phân tích. Dữ liệu thuộc tính bao gồm chuỗi số liệu khí tượng hàng ngày (lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm,...) từ các trạm quan trắc trong khu vực. Sự chuẩn bị kỹ lưỡng này là nền tảng để mô hình đưa ra kết quả mô phỏng thủy văn đáng tin cậy.

3.1. Xử lý dữ liệu không gian với hệ thống thông tin địa lý GIS

Công cụ hệ thống thông tin địa lý GIS, cụ thể là phần mềm QGIS, đóng vai trò trung tâm trong việc xử lý dữ liệu không gian. Mô hình số độ cao DEM được dùng để tự động chiết xuất mạng lưới sông suối và phân định ranh giới các tiểu lưu vực. Bản đồ sử dụng đất được phân loại thành các nhóm chính như mặt nước, rừng, đất nông nghiệp, đất trống. Bản đồ thổ nhưỡng cung cấp thông tin về các loại đất như đất thịt pha cát, sét pha cát, quyết định đến khả năng thấm và giữ nước. Quá trình này không chỉ là chuyển đổi định dạng mà còn bao gồm việc sửa lỗi hình học (topology error) và tạo các bảng tra cứu để mô hình SWAT có thể nhận dạng và sử dụng.

3.2. Thu thập và chuẩn hóa chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn

Dữ liệu khí tượng là yếu tố động lực chính của mô hình. Trong nghiên cứu này, dữ liệu hàng ngày từ năm 1980 đến 2015 đã được thu thập từ các trạm như Phan Thiết, Ma Lâm, Mương Mán. Các dữ liệu này bao gồm lượng mưa, nhiệt độ tối đa/tối thiểu, độ ẩm tương đối, tốc độ gió và bức xạ mặt trời. Do dữ liệu gốc thường được lưu trữ ở nhiều định dạng khác nhau (ví dụ: Excel), một quy trình tự động hóa bằng lập trình đã được áp dụng để xử lý và định dạng lại các tập tin theo đúng cấu trúc mà mô hình SWAT yêu cầu. Điều này giúp giảm thiểu sai sót do nhập liệu thủ công và đảm bảo tính liên tục của chuỗi thời gian, một yếu tố cốt lõi cho việc mô phỏng thủy văn dài hạn.

IV. Hướng Dẫn Vận Hành Và Hiệu Chỉnh Mô Hình Thủy Văn SWAT

Sau khi hoàn tất khâu chuẩn bị dữ liệu, quá trình vận hành và hiệu chỉnh và kiểm định mô hình được tiến hành. Giao diện ArcSWAT (hoặc QSWAT trên QGIS) được sử dụng để thiết lập các bước mô phỏng. Bước đầu tiên là phân định lưu vực, nơi mô hình tự động xác định các tiểu lưu vực và mạng lưới dòng chảy dựa trên DEM. Tiếp theo, mô hình tạo ra các Đơn vị Phản ứng Thủy văn (HRUs) bằng cách chồng xếp bản đồ sử dụng đất, bản đồ thổ nhưỡng và bản đồ độ dốc. Đây là các đơn vị tính toán cơ bản, đồng nhất về mặt thủy văn, nơi các quá trình như thấm, dòng chảy mặt và vận chuyển chất ô nhiễm được mô phỏng. Sau khi nhập dữ liệu khí tượng, mô hình được chạy cho toàn bộ giai đoạn nghiên cứu. Tuy nhiên, kết quả ban đầu thường có sai số so với thực tế. Do đó, quá trình hiệu chỉnh và kiểm định là bắt buộc. Công cụ SWAT-CUP được sử dụng để tự động hóa quá trình này, so sánh kết quả mô phỏng (ví dụ: lưu lượng dòng chảy) với dữ liệu quan trắc thực tế và tinh chỉnh các thông số mô hình để đạt độ phù hợp cao nhất.

4.1. Quy trình chạy mô phỏng thủy văn và chất lượng nước

Quy trình chạy mô phỏng thủy văn trên SWAT bắt đầu bằng việc thiết lập thời gian mô phỏng, bao gồm giai đoạn "làm ấm" (warm-up) để mô hình đạt trạng thái ổn định. Người dùng sẽ chọn các kết quả đầu ra cần thiết, chẳng hạn như lưu lượng dòng chảy hàng ngày, tải lượng ô nhiễm (N, P), và lượng trầm tích tại cửa ra của mỗi tiểu lưu vực. Mô hình sẽ tính toán cân bằng nước cho từng HRU dựa trên phương trình: lượng nước vào (mưa) bằng lượng nước ra (bốc hơi, thấm, dòng chảy mặt) cộng với sự thay đổi trữ lượng nước trong đất. Các quá trình vận chuyển và biến đổi Nitơ và Photpho cũng được mô phỏng song song, tạo ra một bộ dữ liệu đầu ra toàn diện về cả số lượng và chất lượng nước.

4.2. Kỹ thuật hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với SWAT CUP

Hiệu chỉnh là quá trình tinh chỉnh các tham số nhạy cảm của mô hình để kết quả mô phỏng khớp nhất với dữ liệu quan trắc. Kiểm định là quá trình sử dụng một bộ dữ liệu quan trắc khác (độc lập với bộ dữ liệu hiệu chỉnh) để đánh giá độ tin cậy của mô hình sau khi đã hiệu chỉnh. Trong nghiên cứu này, phần mềm SWAT-CUP với thuật toán SUFI-2 đã được sử dụng. Các chỉ số thống kê như Nash-Sutcliffe (NSE) và hệ số tương quan Pearson (R²) được dùng để đánh giá mức độ phù hợp. Kết quả nghiên cứu tại Sông Quao cho thấy chỉ số Pearson đạt 0,69, cho thấy mô hình có độ tin cậy chấp nhận được và có thể sử dụng để đánh giá các kịch bản ô nhiễm nguồn nước.

V. Kết Quả Mô Phỏng Tải Lượng Ô Nhiễm Tại Lưu Vực Sông Quao

Kết quả từ mô hình SWAT đã cung cấp một bức tranh chi tiết và định lượng về tình hình ô nhiễm nguồn nước trên toàn bộ lưu vực Sông Quao rộng 296 km², được chia thành 67 tiểu lưu vực. Phân tích kết quả mô phỏng cho phép xác định các "điểm nóng" ô nhiễm, tức là các tiểu lưu vực có đóng góp tải lượng ô nhiễm cao nhất. Dữ liệu đầu ra cho các thông số như Amoni (NH₄⁺), Nitrat (NO₃⁻), và Photphat (PO₄³⁻) được so sánh với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2015/BTNMT) loại A1, là tiêu chuẩn cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Kết quả cho thấy, trong khi nồng độ Nitrat và Amoni hầu hết thời gian đều nằm trong ngưỡng cho phép, thì nồng độ Photphat có xu hướng tăng vọt và vượt ngưỡng vào mùa mưa. Điều này khẳng định hoạt động nông nghiệp và xói mòn đất là nguồn phát thải Photpho chính. Những kết quả này, được trình bày dưới dạng bản đồ và biểu đồ chuỗi thời gian, là bằng chứng khoa học thuyết phục, giúp các nhà quản lý tài nguyên nước xác định khu vực ưu tiên can thiệp và xây dựng các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm phù hợp với điều kiện thực tế của tỉnh Bình Thuận.

5.1. Phân tích sự phân bố tải lượng Nitơ và Photpho theo không gian

Mô hình cho phép trực quan hóa sự phân bố của tải lượng ô nhiễm trên bản đồ. Các tiểu lưu vực ở thượng nguồn, nơi có độ dốc lớn và hoạt động phá rừng diễn ra, cho thấy lượng TSS (chất rắn lơ lửng) và Photpho liên kết với trầm tích cao. Trong khi đó, các tiểu lưu vực có tỷ lệ đất nông nghiệp lớn lại là nguồn phát thải Nitrat và Amoni chính do sử dụng phân bón. Việc xác định rõ các khu vực đóng góp chính này giúp khoanh vùng và áp dụng các giải pháp tại nguồn, chẳng hạn như khuyến khích canh tác bền vững, xây dựng vành đai cây xanh ven sông, thay vì các giải pháp xử lý cuối đường ống tốn kém.

5.2. So sánh nồng độ ô nhiễm mô phỏng với QCVN 08 2015 BTNMT

Việc so sánh trực tiếp kết quả mô phỏng với quy chuẩn quốc gia mang lại giá trị thực tiễn cao. Nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng Photphat (PO₄³⁻) tại cửa ra lưu vực thường vượt ngưỡng 0,1 mg/l (tiêu chuẩn A1) trong các tháng cao điểm của mùa mưa. Ngược lại, nồng độ Amoni (NH₄⁺) và Nitrat (NO₃⁻) vẫn nằm trong giới hạn cho phép (lần lượt là 0,3 mg/l và 2 mg/l). Phát hiện này cảnh báo nguy cơ phú dưỡng hóa tại hồ Sông Quao nếu không có biện pháp kiểm soát nguồn thải phân tán từ nông nghiệp, đặc biệt là quản lý việc sử dụng phân bón chứa lân. Đây là thông tin quan trọng để nhà máy nước có kế hoạch xử lý phù hợp.

VI. Định Hướng Tương Lai Quản Lý Nước Bền Vững Sông Quao

Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT tại lưu vực Sông Quao không chỉ dừng lại ở việc đánh giá hiện trạng mà còn mở ra những định hướng quan trọng cho tương lai. Dựa trên các kết quả đã được hiệu chỉnh và kiểm định, mô hình này có thể được sử dụng như một công cụ hỗ trợ ra quyết định mạnh mẽ. Các nhà quản lý có thể xây dựng và chạy các kịch bản khác nhau để đánh giá hiệu quả của các giải pháp can thiệp. Ví dụ, kịch bản thay đổi cơ cấu sử dụng đất (tăng diện tích rừng, giảm diện tích cây trồng ngắn ngày), kịch bản áp dụng các phương pháp canh tác tiên tiến (tưới tiết kiệm, bón phân hợp lý), hay kịch bản xây dựng các công trình kiểm soát xói mòn. Hơn nữa, trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng rõ rệt với các hiện tượng thời tiết cực đoan, mô hình SWAT có thể tích hợp các kịch bản khí hậu trong tương lai để dự báo những thay đổi về dòng chảy và tải lượng ô nhiễm, giúp tỉnh Bình Thuận xây dựng kế hoạch ứng phó dài hạn. Đây là nền tảng khoa học vững chắc, được đề cập trong nhiều luận văn thạc sĩ và nghiên cứu chuyên sâu, hướng tới mục tiêu quản lý tài nguyên nước một cách tổng hợp và bền vững.

6.1. Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm từ nông nghiệp

Từ kết quả mô phỏng, các giải pháp cần tập trung vào việc quản lý nguồn thải phân tán từ nông nghiệp. Một số kiến nghị cụ thể bao gồm: (1) Hướng dẫn nông dân áp dụng các biện pháp canh tác bảo vệ đất, giảm xói mòn; (2) Xây dựng các vùng đệm thực vật ven sông, suối để lọc bớt chất dinh dưỡng và trầm tích; (3) Khuyến khích sử dụng phân bón hữu cơ và áp dụng lịch bón phân khoa học để giảm dư lượng Nitơ và Photpho rửa trôi vào nguồn nước. Các giải pháp này khi được mô phỏng trong SWAT sẽ cho thấy mức độ hiệu quả giảm tải lượng ô nhiễm, giúp lựa chọn phương án tối ưu về chi phí và lợi ích.

6.2. Tiềm năng ứng dụng mô hình trong bối cảnh biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu được dự báo sẽ làm thay đổi chế độ mưa, gia tăng tần suất các trận mưa lớn và các đợt hạn hán kéo dài. Những thay đổi này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ thủy văn và quá trình vận chuyển chất ô nhiễm trong lưu vực sông. Bằng cách sử dụng dữ liệu đầu vào từ các mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs), mô hình SWAT có thể dự báo tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước của hồ Sông Quao. Kết quả này sẽ là cơ sở khoa học quan trọng để tỉnh Bình Thuận điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch tài nguyên nước và xây dựng các chiến lược thích ứng, đảm bảo an ninh nguồn nước trong tương lai lâu dài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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).