Luận văn thạc sĩ thủy văn học ứng dụng mô hình swat kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông lam

Luận văn thạc sĩ văn học nghiên cứu thủy văn học ứng dụng mô hình swat kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh đánh giá tài nguyên nước lưu vực, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề

• Tác giả: Đặng Thị Hồng Nhung
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Anh Đức
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình SWAT Kết Hợp Dữ Liệu Mưa Vệ Tinh Đánh Giá Tài Nguyên Nước Lưu Vực Sông Lam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan lưu vực nghiên cứu
• 1.1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.1.2. Đặc điểm địa hình
• 1.1.3. Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng
• 1.1.4. Thảm phủ thực vật
• 1.1.5. Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ DỮ LIỆU
• 2.1. Cơ sở lý thuyết mô hình SWAT
• 2.2. Lựa chọn dữ liệu mưa vệ tinh
• 2.3. Dữ liệu sử dụng
• 2.3.1. Dữ liệu sử dụng đất
• 2.3.2. Dữ liệu thổ nhưỡng
• 2.3.3. Dữ liệu hồ chứa
• 2.3.4. Dữ liệu mưa vệ tinh
• 2.4. Thiết lập mô hình SWAT cho lưu vực sông Lam
• 2.5. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 2.6. Tiểu kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LAM
• 3.1. Đánh giá phân bố tổng lượng nước trên lưu vực sông Lam
• 3.2. Đánh giá xu thế biến đổi tổng lượng nước trên lưu vực sông Lam
• 3.3. Đánh giá biến đổi dòng chảy lũ, kiệt trên lưu vực sông Lam
• 3.4. Tiểu kết chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Luận văn tập trung vào ứng dụng mô hình SWAT kết hợp với dữ liệu mưa vệ tinh để đánh giá tài nguyên nước tại lưu vực sông Lam. Mục tiêu chính là sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh kết hợp với dữ liệu quan trắc tại các trạm để đánh giá phân bố, xu thế biến đổi tổng lượng nước, và biến đổi dòng chảy lũ, kiệt trên lưu vực. Nghiên cứu này nhằm khắc phục hạn chế của các phương pháp truyền thống, đặc biệt trong việc thu thập dữ liệu tại các khu vực địa hình phức tạp hoặc xuyên biên giới.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nước là nguồn tài nguyên quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng nhu cầu sử dụng nước. Lưu vực sông Lam đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu dựa trên dữ liệu quan trắc mặt đất, gặp nhiều hạn chế về độ phủ và chi phí. Việc sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh giúp tăng cường độ chính xác và toàn diện trong đánh giá tài nguyên nước.

1.2. Mục tiêu cụ thể

Nghiên cứu nhằm làm chủ mô hình SWAT, khai thác và đánh giá dữ liệu mưa vệ tinh, và ứng dụng mô hình để đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực sông Lam. Các mục tiêu cụ thể bao gồm đánh giá phân bố tổng lượng nước, xu thế biến đổi dòng chảy, và biến đổi dòng chảy lũ, kiệt.

II. Phương pháp và dữ liệu nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mô hình SWAT kết hợp với dữ liệu mưa vệ tinh và dữ liệu quan trắc mặt đất. Phương pháp bao gồm thống kê, phân tích tổng hợp, và mô hình hóa thủy văn. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) được sử dụng để xử lý dữ liệu không gian và hỗ trợ thiết lập mô hình. Dữ liệu đầu vào bao gồm dữ liệu mưa, sử dụng đất, thổ nhưỡng, và hồ chứa.

2.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình SWAT

Mô hình SWAT là công cụ mô hình hóa thủy văn phân bố, được sử dụng để mô phỏng dòng chảy, chất lượng nước, và các quá trình thủy văn khác. Mô hình này phù hợp với các lưu vực lớn và phức tạp như lưu vực sông Lam, nơi có sự đa dạng về địa hình và sử dụng đất.

2.2. Lựa chọn và xử lý dữ liệu mưa vệ tinh

Nghiên cứu sử dụng các nguồn dữ liệu mưa vệ tinh như CMORPH và GPM để bổ sung cho dữ liệu quan trắc mặt đất. Các dữ liệu này được hiệu chỉnh và tích hợp để tăng độ chính xác trong mô phỏng thủy văn.

III. Kết quả và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình SWAT kết hợp với dữ liệu mưa vệ tinh đã đạt được độ chính xác cao trong việc mô phỏng dòng chảy và đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực sông Lam. Nghiên cứu cung cấp cái nhìn toàn diện về phân bố tổng lượng nước, xu thế biến đổi dòng chảy, và tác động của các yếu tố khí hậu và sử dụng đất.

3.1. Đánh giá phân bố tổng lượng nước

Kết quả cho thấy sự phân bố không đồng đều của tổng lượng nước trên lưu vực sông Lam, với lượng nước tập trung nhiều hơn ở các khu vực thượng nguồn. Điều này phản ánh ảnh hưởng của địa hình và lượng mưa.

3.2. Xu thế biến đổi dòng chảy

Nghiên cứu chỉ ra xu thế gia tăng dòng chảy lũ và giảm dòng chảy kiệt trong những năm gần đây, phản ánh tác động của biến đổi khí hậu và thay đổi sử dụng đất.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu khẳng định hiệu quả của việc ứng dụng mô hình SWAT kết hợp với dữ liệu mưa vệ tinh trong đánh giá tài nguyên nước. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước tại lưu vực sông Lam. Các kiến nghị bao gồm việc tiếp tục cải thiện độ chính xác của dữ liệu và mở rộng ứng dụng mô hình cho các lưu vực khác.

4.1. Giá trị thực tiễn

Nghiên cứu cung cấp công cụ hiệu quả cho quản lý tài nguyên nước và quản lý lưu vực sông, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng nhu cầu sử dụng nước.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để tích hợp thêm các yếu tố như chất lượng nước và tác động của con người, đồng thời mở rộng ứng dụng mô hình cho các lưu vực sông khác tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Lam, với diện tích khoảng 27.200 km² và chiều dài 531 km, là một trong những lưu vực sông lớn và quan trọng nhất ở Bắc Trung Bộ Việt Nam, có vai trò thiết yếu trong phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh. Tổng lượng dòng chảy trung bình năm trên lưu vực đạt khoảng 23,5 tỷ m³, trong đó 87% phát sinh trên lãnh thổ Việt Nam và 13% từ phía Lào. Tuy nhiên, việc đánh giá tài nguyên nước mặt tại lưu vực này gặp nhiều khó khăn do mật độ trạm quan trắc mưa và thủy văn phân bố không đồng đều, đặc biệt là khu vực thượng nguồn phía Lào.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng mô hình thủy văn phân bố SWAT kết hợp với dữ liệu mưa vệ tinh nhằm đánh giá chính xác tài nguyên nước mặt trên lưu vực sông Lam. Nghiên cứu tập trung vào phân bố tổng lượng nước, xu thế biến đổi tổng lượng nước, cũng như biến đổi dòng chảy lũ và kiệt trong giai đoạn 2001-2022. Việc sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh GPM IMERG và CMORPH, cùng với hiệu chỉnh bằng dữ liệu quan trắc mặt đất, giúp khắc phục hạn chế về số liệu tại các khu vực khó tiếp cận và xuyên biên giới, nâng cao độ chính xác của mô hình.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, quản lý và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực sông Lam, góp phần phát triển bền vững kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn sử dụng mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) làm công cụ chính để mô phỏng và đánh giá tài nguyên nước mặt trên lưu vực sông Lam. SWAT là mô hình thủy văn bán phân bố, tích hợp trong GIS, cho phép phân chia lưu vực thành các tiểu lưu vực và đơn vị thủy văn (HRUs) dựa trên đặc điểm sử dụng đất, thổ nhưỡng và địa hình. Mô hình mô phỏng chu trình thủy văn gồm ba pha: mặt đất, dưới mặt đất và trong sông, dựa trên phương trình cân bằng nước, tính toán lượng nước mưa, dòng chảy bề mặt, bốc hơi, thấm thấu và dòng chảy ngầm.

Ngoài ra, luận văn áp dụng phương pháp hiệu chỉnh sai số biến đổi phân vị (Quantile Mapping - QM) để điều chỉnh dữ liệu mưa vệ tinh GPM IMERG và CMORPH theo dữ liệu mưa quan trắc mặt đất, nhằm giảm thiểu sai số và duy trì tính chính xác của lượng mưa cực đại. Các chỉ tiêu đánh giá mô hình gồm Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), hệ số tương quan (R²) và độ lệch phần trăm (PBIAS) được sử dụng để đánh giá hiệu quả mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sử dụng bao gồm: dữ liệu mưa ngày từ 17 trạm khí tượng thủy văn, dữ liệu nhiệt độ từ 5 trạm, dữ liệu lưu lượng dòng chảy từ 5 trạm thủy văn trên lưu vực sông Lam, dữ liệu địa hình DEM độ phân giải 90m, bản đồ sử dụng đất, thổ nhưỡng và mạng lưới sông suối. Dữ liệu mưa vệ tinh GPM IMERG (độ phân giải không gian 0,1°) và CMORPH (độ phân giải 1 ngày/0,25°) được lựa chọn và hiệu chỉnh bằng phương pháp QM.

Mô hình SWAT được thiết lập cho toàn bộ lưu vực sông Lam, bao gồm cả phần lãnh thổ Lào, với diện tích khoảng 27.200 km². Lưu vực được phân chia thành 78 tiểu lưu vực và 392 đơn vị thủy văn dựa trên đặc điểm sử dụng đất, thổ nhưỡng và độ dốc. Thời gian mô phỏng từ 1/1/2001 đến 31/12/2022, chia làm giai đoạn hiệu chỉnh (2001-2015) và kiểm định (2016-2022).

Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình sử dụng công cụ SWAT-CUP với thuật toán tối ưu SUFI-2, thực hiện 2000 lượt mô phỏng cho mỗi lần chạy. Các tham số hiệu chỉnh gồm 15 thông số thủy văn quan trọng như chỉ số CN, hệ số triệt giảm dòng chảy ngầm, thời gian trữ nước tầng ngầm, hệ số bù bốc hơi đất, hệ số dẫn thủy lực sông chính và phụ lưu. Kết quả mô hình được đánh giá bằng các chỉ tiêu NSE, R² và PBIAS.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mô hình với dữ liệu mưa hiệu chỉnh: Mô hình SWAT cho kết quả mô phỏng lưu lượng dòng chảy tốt nhất khi sử dụng dữ liệu mưa GPM IMERG đã hiệu chỉnh, với giá trị NSE đạt 0,66 (giai đoạn hiệu chỉnh) và R² trên 0,6 tại các trạm thủy văn chính như Mường Xén, Nghĩa Khánh, Sơn Diệm, Hòa Duyệt. Độ lệch phần trăm PBIAS dao động trong khoảng ±20%, cho thấy mô hình có khả năng mô phỏng chính xác tổng lượng dòng chảy.

2. So sánh dữ liệu mưa vệ tinh và mưa trạm: Dữ liệu mưa CMORPH chưa hiệu chỉnh có xu hướng đánh giá thấp lượng mưa khoảng 20% so với mưa trạm, dẫn đến kết quả mô phỏng dòng chảy thấp hơn thực tế (NSE dưới 0,5 tại một số trạm). Sau hiệu chỉnh, dữ liệu CMORPH cải thiện đáng kể nhưng vẫn kém hơn so với GPM hiệu chỉnh.

3. Phân bố tổng lượng nước trên lưu vực: Tổng lượng dòng chảy trung bình năm trên lưu vực sông Lam được mô phỏng khoảng 23,5 tỷ m³, phù hợp với số liệu quan trắc thực tế. Phân bố dòng chảy theo không gian cho thấy khu vực thượng nguồn có lượng nước lớn hơn do lượng mưa trung bình năm trên 2000 mm, trong khi vùng hạ lưu có lượng nước thấp hơn do ảnh hưởng của địa hình và sử dụng nước.

4. Xu thế biến đổi dòng chảy lũ và kiệt: Kết quả mô hình cho thấy xu hướng giảm nhẹ tổng lượng dòng chảy mùa lũ và tăng nhẹ dòng chảy mùa kiệt trong giai đoạn 2001-2022, phản ánh tác động của các công trình thủy điện và biến đổi sử dụng đất. Dòng chảy lũ có sự biến động theo năm, với các đỉnh lũ chính xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 11, trong khi dòng chảy kiệt kéo dài từ tháng 12 đến tháng 6 năm sau.

Thảo luận kết quả

Việc sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh GPM IMERG kết hợp hiệu chỉnh bằng dữ liệu mưa trạm đã giúp cải thiện đáng kể độ chính xác của mô hình SWAT trong mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Lam, đặc biệt tại các khu vực thượng nguồn thiếu số liệu quan trắc. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ứng dụng dữ liệu mưa vệ tinh trong mô hình thủy văn tại các lưu vực sông lớn xuyên biên giới.

Sự khác biệt về hiệu quả mô hình giữa dữ liệu mưa GPM và CMORPH phản ánh đặc tính và độ phân giải của từng sản phẩm mưa vệ tinh, cũng như mức độ hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện địa phương. Việc hiệu chỉnh sai số biến đổi phân vị (QM) được chứng minh là phương pháp hiệu quả để giảm sai số và duy trì các giá trị mưa cực đại, từ đó nâng cao độ tin cậy của mô hình.

Xu thế biến đổi dòng chảy lũ và kiệt phản ánh tác động của các công trình thủy điện như Bản Vẽ, Khe Bồ, Ngàn Trươi và Bản Mông, cũng như biến đổi sử dụng đất và khí hậu trong lưu vực. Dữ liệu mô hình có thể được trình bày qua biểu đồ dòng chảy trung bình tháng, bản đồ phân bố dòng chảy theo tiểu lưu vực và biểu đồ xu thế biến đổi theo năm để minh họa rõ ràng hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường mạng lưới quan trắc thủy văn và khí tượng: Cần bổ sung các trạm quan trắc tại khu vực thượng nguồn phía Lào và các vùng trung lưu thưa thớt để nâng cao độ chính xác dữ liệu đầu vào cho mô hình. Thời gian thực hiện: 3-5 năm; chủ thể: Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các địa phương và đối tác quốc tế.

2. Ứng dụng rộng rãi dữ liệu mưa vệ tinh hiệu chỉnh: Khuyến khích sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh GPM IMERG và CMORPH đã hiệu chỉnh trong các nghiên cứu và quản lý tài nguyên nước, đặc biệt tại các khu vực khó tiếp cận hoặc thiếu số liệu quan trắc. Thời gian thực hiện: ngay lập tức; chủ thể: các viện nghiên cứu, cơ quan quản lý tài nguyên nước.

3. Phát triển hệ thống mô hình thủy văn tích hợp: Xây dựng hệ thống mô hình thủy văn tích hợp SWAT với dữ liệu vệ tinh và quan trắc mặt đất để hỗ trợ công tác dự báo lũ, quản lý nguồn nước và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội lưu vực. Thời gian thực hiện: 2-4 năm; chủ thể: Viện Khoa học tài nguyên nước, các trường đại học.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn: Tổ chức các khóa đào tạo về mô hình thủy văn SWAT, xử lý dữ liệu vệ tinh và hiệu chỉnh dữ liệu cho cán bộ kỹ thuật và nhà quản lý tài nguyên nước. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: các trường đại học, viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ đánh giá tài nguyên nước mặt chính xác, hỗ trợ ra quyết định trong quy hoạch và quản lý nguồn nước lưu vực sông Lam.

2. Các nhà nghiên cứu thủy văn và môi trường: Cung cấp phương pháp ứng dụng mô hình SWAT kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh hiệu chỉnh, mở rộng khả năng nghiên cứu tại các lưu vực sông lớn, đặc biệt vùng xuyên biên giới.

3. Cơ quan khí tượng thủy văn và dự báo thiên tai: Hỗ trợ cải thiện dự báo dòng chảy, lũ lụt và hạn hán thông qua mô hình thủy văn tích hợp dữ liệu vệ tinh và quan trắc mặt đất.

4. Các tổ chức phát triển và hoạch định chính sách: Cung cấp thông tin về xu thế biến đổi tài nguyên nước và tác động của các công trình thủy điện, giúp xây dựng chính sách phát triển bền vững và thích ứng biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh và mưa quan trắc mặt đất?
   Dữ liệu mưa quan trắc mặt đất có độ chính xác cao nhưng phân bố không đều và khó thu thập ở vùng núi, biên giới. Dữ liệu mưa vệ tinh cung cấp thông tin toàn diện, miễn phí và nhanh chóng nhưng có sai số. Kết hợp hai nguồn giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của dữ liệu đầu vào cho mô hình thủy văn.

2. Mô hình SWAT có ưu điểm gì so với các mô hình thủy văn khác?
   SWAT là mô hình bán phân bố, tích hợp GIS, cho phép mô phỏng chi tiết theo không gian và thời gian, mô phỏng các quá trình thủy văn và tác động của quản lý đất đai, khí hậu. SWAT có công cụ hiệu chỉnh tự động SWAT-CUP giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả mô hình.

3. Phương pháp hiệu chỉnh sai số biến đổi phân vị (QM) hoạt động như thế nào?
   QM điều chỉnh dữ liệu mưa vệ tinh bằng cách khớp hàm phân phối tích lũy (CDF) của dữ liệu vệ tinh với dữ liệu quan trắc mặt đất theo từng tháng và từng vùng, giúp giảm sai số trung bình và duy trì các giá trị mưa cực đại, nâng cao độ chính xác dữ liệu.

4. Xu thế biến đổi dòng chảy lũ và kiệt trên lưu vực sông Lam như thế nào?
   Nghiên cứu cho thấy xu hướng giảm nhẹ dòng chảy mùa lũ và tăng nhẹ dòng chảy mùa kiệt trong giai đoạn 2001-2022, phản ánh tác động của các công trình thủy điện và biến đổi sử dụng đất, khí hậu trong lưu vực.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý tài nguyên nước?
   Kết quả mô hình và dữ liệu hiệu chỉnh có thể được sử dụng để xây dựng kế hoạch khai thác, sử dụng nước hợp lý, dự báo lũ, hạn chế tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và phát triển bền vững lưu vực sông Lam.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc ứng dụng mô hình SWAT kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh GPM IMERG và CMORPH hiệu chỉnh để đánh giá tài nguyên nước mặt lưu vực sông Lam trong giai đoạn 2001-2022.
• Kết quả mô hình cho thấy dữ liệu mưa GPM IMERG hiệu chỉnh cho độ chính xác cao nhất với NSE đạt 0,66 và R² trên 0,6 tại các trạm thủy văn chính.
• Phân bố tổng lượng nước và xu thế biến đổi dòng chảy lũ, kiệt được mô phỏng chi tiết, phản ánh đúng đặc điểm thủy văn và tác động của các công trình thủy điện.
• Nghiên cứu khẳng định vai trò quan trọng của việc kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh và quan trắc mặt đất trong đánh giá tài nguyên nước, đặc biệt tại các lưu vực sông xuyên biên giới.
• Đề xuất các giải pháp tăng cường mạng lưới quan trắc, ứng dụng dữ liệu vệ tinh, phát triển hệ thống mô hình tích hợp và nâng cao năng lực chuyên môn nhằm quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn.

Các nhà quản lý và nghiên cứu nên áp dụng phương pháp và kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Lam, đồng thời mở rộng ứng dụng cho các lưu vực sông khác trong khu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TONG QUAN 1. Tong quan lưu vực nghiên cứu 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.L Vi trí dia lý Lưu vực sông Lam là lưu vực lớn thứ hai thuộc vùng Bắc Trung bộ bắt nguồn từ vùng rừng núi của nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào. Toàn bộ lưu vực sông Lam năm trên toa độ địa lý từ: 18°15' đến 20°10'30" vĩ độ Bắc, 103°45'20" đến 105°15'20" kinh độ Đông [4].

Phía Bắc giáp lưu vực sông Chu, sông Bạng, phía Tây giáp lưu vực sông Mêkông, phía Nam giáp lưu vực sông Gianh, phía Đông giáp huyện Quynh Lưu, Yên Thanh tỉnh Nghệ An, huyện Can Lộc, Thạch Hà tinh Hà Tĩnh và biển Đông (Hình 1. RAS Hai Pion, poy Thái Bính Hình 1. Bản đồ lưu vực sông Lam Sông Lam có tông chiều dài là 531 km với tổng diện tích lưu vực là 27.200 km”, phần chảy trên đất Việt Nam là 361 km, diện tích trên lãnh thô Việt Nam là 17. Khi về tới Việt Nam, Sông Lam chủ yếu chảy qua các huyện tỉnh Nghệ An và một phần huyện Như Xuân tỉnh Thanh Hoá.

Đặc điểm địa hình Địa hình lưu vực sông Lam phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, nghiêng dần ra biển. Phần ở địa phận Việt Nam hơn 80% diện tích là đồi núi. Diện tích đất có độ dốc thoả mãn cho yêu cầu phát triển nông nghiệp chỉ chiếm 19% toàn vùng và 14% toàn lưu vực. Dãy núi Phu Hoạt ở thượng nguồn sông Hiếu có đỉnh cao 2.452 m, thượng nguồn 4 sông Giang, sông La là dãy núi Trường Sơn có độ cao trên 2.000 m, càng gần về phía Nam va Tây Nam núi đổi thấp dần xuống độ cao 1.800 m, đến vùng núi đồi Hà Tĩnh độ cao giảm còn 400-600 m.

Dai Trường Sơn và các dãy núi cao của 6 huyện miền núi Nghệ An đã hình thành một bức tường thành ngăn gió biên thổi vào dat Lào tạo nên sự khác biệt về chế độ khí hậu của hai nước. Địa hình sông Lam rat đa dang, vùng đôi núi độ dốc lớn gây ra tình trang tập trung nước nhanh dễ gây ra lũ lớn. Lưu vực sông Lam có thê phân chia 3 dạng địa hình: Vùng đổi núi cao: Bao gồm các huyện Ky Sơn, Con Cuông, Thanh Chương, Qué Phong, Quy Châu, Quy Hợp, Nghia Dan, thị xã Nghĩa Đàn thuộc tỉnh Nghệ An và huyện Hương Sơn, Vũ Quang, Hương Khê thuộc tỉnh Hà Tĩnh. Vùng có nhiều dãy núi đá vôi phát triển theo hướng Đông Bắc — Tay Nam.

Giữa những dãy núi là những nhánh sông lớn như Nậm Mô, Huôi Nguyên, sông Hiêu và sông Giăng. Vùng trung du: Bao gồm các huyện Anh Sơn, Tân Kỳ, Thanh Chương, Đô Lương thuộc tỉnh Nghé An và huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tinh. Độ cao địa hình dao động từ 300m đến 400m, phân bồ khu vực hạ lưu của các nhánh sông Lam. Vùng hạ lưu là nơi canh tác phát triển nông nghiệp khu vực, thường chịu ảnh hưởng của thời tiết, đặc biệt là các trận lũ lớn.

Mưa lũ làm đất bị xói mòn, rửa trôi mạnh, ảnh hưởng tới năng suất sản xuất nông nghiệp. Vùng đồng bằng: Bao gồm Thành phố Vinh, một phần các huyện Hưng Nguyên, Nam Đàn, Nghi Lộc thuộc tỉnh Nghệ An và một phần huyện Nghi Xuân, Hồng Lĩnh thuộc tinh Hà Tĩnh. Cao độ bình quân từ 6-8m. Khu vực này chịu ảnh hưởng của thuỷ triều, hiện tượng xâm nhập mặn phát triển mạnh về mùa khô, cách trạm mực nước Cho Tràng về phía hạ lưu 2km [5].

Đặc điểm địa chất thé nhưỡng a) Đặc điểm địa chất Trong vùng nghiên cứu xuất lộ gần như đầy đủ địa tang địa chat có tuổi từ cô đến trẻ. Toàn bộ lưu vực sông Lam thuộc hai đới kiến tạo chính là đới kiến tạo sông Lam và đới oăn võng Sâm Nưa, ngoài ra còn có đới nâng Phu Hoạt. Về địa chất thủy văn, nước đưới đất trong vùng nghiên cứu có nhiều hạn chế, không phong phú. Vấn đề này được giải thích trên cơ sở cau tạo địa chất, đặc điểm dia mạo, điều kiện khí tượng thủy văn.

Trên toàn vùng nghiên cứu nhận thấy: các đất đá có khả năng chứa nước chiếm một khối lượng không lớn so với các loại đất đá thắm nước kém và chứa nước kém. Mặt khác do địa hình vùng nghiên cứu bị phân cắt mạnh, sườn núi dốc, độ đốc lòng sông, suối lớn làm cho nước không có điều kiện tích tụ lại mà thoát nhanh ra các hệ thông sông suôi lớn. về khoáng sản, lưu vực sông Lam có cấu tạo địa chất rất phúc tạp, các nham thạch có mặt đầy đủ các lớp tuôi từ cổ đến trẻ, tiếp theo là những hoạt động kiến tạo đã làm thay đổi các cơ cau kiến trúc của nham thạch trong đó có mặt của các thành phan sa khoáng khác nhau. Nhìn chung trong toàn vùng gặp rất nhiều loại sa khoáng từ đơn giản đến phức tap, từ nham thạch rẻ tiền như vật liệu xây dựng cho đến những khoáng sản quý như vàng, rubi.

Các mỏ khoáng sản có giá tri như thiếc (Quy Hợp), sắt (Thạch Khê), rubi (Quỳ Châu), vàng gặp nhiều ở các thung lũng suối lớn [4]. b) Đặc điểm thổ nhưỡng Vùng đồng bằng sông Lam có các loại đất chủ yếu là đất phù sa và đất cát ven biển, dat bùn lầy, đất mặn và đất Feralitic điển hình nhiệt đới âm vùng đồi. Dat đai vùng trung du khá đa dạng: Các loại đất chua, đất glay hoặc glay mạnh úng nước. Ở vùng đồi chuyên tiếp từ đồng bằng lên núi, loại đất chủ yếu là Feralitic.

Do phải chịu ảnh hưởng tông hợp của các nhân tô địa lý, địa hình, khí hậu, lớp phủ bề mặt. nên đất ở vùng đồng bằng và trung du sông Lam được xếp vào loại kém màu mỡ [4]. Tham phủ thực vật Lưu vực sông Lam có rừng tập trung chủ yếu thuộc lãnh thổ bên Lào, 6 huyện miền núi Nghệ An và hai huyện Hương Sơn, Hương Khê thuộc Hà Tĩnh. Phần đầu nguồn bên Lào, do dân cư còn thưa thớt nên chưa bị chặt phá nhiều, điều này có tác động tích cực đến việc điều hòa dòng chảy phần thượng nguồn sông Lam.

Trên địa phận Việt Nam, diện tích rừng bị giảm nhanh do tốc độ phát triển dân số cao ở miễn núi, cùng với tập quán du canh du cư của đồng bào các dân tộc. Năm 1943 có khoảng 1,2 triệu ha rừng, đến nay diện tích rừng chiếm khoảng 35,5% diện tích tự nhiên, so với điện tích đất của các huyện miền núi và Hương Khê, Hương Sơn thì diện tích đất có rừng chiếm đến 43%. Diện tích rừng già và rừng trung bình toàn lưu vực phần Việt Nam chỉ còn chiếm khoảng 12 +14% [4]. Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn Bảng 1.2 thé hiện thông tin các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Lam.

Theo Thông tư số 30/2018/TT- BTNMT ngày 26 tháng 12 năm 2018 ban hành Quy định kỹ thuật về quan trắc và cung cấp thông tin, dữ liệu khí tượng thủy văn đối với trạm khí tượng thủy văn chuyên dùng đã quy định mật độ trạm khí tượng thủy văn chuyên dùng trong một số trường hợp cụ thể như sau: - Khoảng cách giữa các trạm đo mưa từ 10km đến 15km đối với một trong các vùng sau: đồi núi; sườn đón gió; tổng lượng mưa năm trung bình nhiều năm từ 1.600 mm trở lên; khu vực đô thị loại II trở lên. - Khoảng cách giữa các trạm do mưa từ 15km đến 20km đối với vùng trung du, đồng băng. - Phục vụ tính toán lượng nước đến hồ chứa: ở lưu vực sông, suối cung cấp nước cho hồ chứa có dung tích toàn bộ từ 500.000m° trở lên thì bố trí từ 10km đến 15km một trạm đo mưa; ở các nhánh sông, suối chảy đến hồ chứa có diện tích lưu vực từ 100km2 trở lên thì bố trí một trạm quan trắc lưu lượng nước. - Quan trắc ở vườn quốc gia: mỗi vườn quốc gia bố trí tối thiểu một trạm khí tượng; tùy theo quy mô diện tích của vườn quốc gia có thé bố trí thêm trạm khí tượng nhưng bảo đảm khoảng cách giữa các trạm từ 25km đến 30km.

So với quy định về mật độ lưới trạm bên trên, nhận thấy mật độ các trạm quan trắc phân bố không đồng đều: phan lớn tập trung tại nhánh sông La và phía hạ lưu lưu vực sông, phía trung lưu mật độ thưa hơn và phần thượng lưu phía Lào không thu thập được thông tin về các trạm quan trắc. Số liệu quan trắc là vô cùng quan trọng trong các bài toán đánh giá tài nguyên nước, trong khi mật độ lưới trạm tại khu vực này còn thưa thớt do đó, đòi hỏi cần có phương pháp cải thiện chất lượng mưa khu vực sông Lam, đặc biệt phải có nguồn dit liệu mưa đủ tin cậy dé bổ khuyết cho khu vực thượng lưu đang thiếu số liệu quan trắc. Danh sách mạng lưới trạm khí tượng, thủy van TT Tên trạm Tọa độ Vị trí Loại trạm 1 | Chu Lé 18.70 | Hương Thúy, Hương Khê, Hà Tĩnh KT 2 | Con Cuông 19.85 | Chi Khê, Con Cuông, Nghệ An KT 3 | Cửa Hội 18.72 | Nghi Xuân, Nghi Lộc, Nghệ An KT 4 | Cửa Rao 19.42 | Xá Lượng, Tương Dương, Nghệ An KT, TV 5 | Dừa 18. | Tường Sơn, Anh Sơn, Nghệ An KT, TV 6 | Hòa Duyệt 18.60 | Đức Liên, Vũ Quang, Hà Tĩnh KT, TV 7 | Linh Cảm 18.55 | Trường Sơn, Đức Thọ, Hà Tĩnh KT, TV 8 | Mường Xén 19.12 | Tà Ca, Kỳ Sơn, Nghệ An KT, TV 9 | Nam Đàn 18.48 | van Diên, Nam Đàn, Nghệ An KT, TV 10 | Nghĩa Khánh | 19.33 | Nghĩa Mai, Nghĩa Đàn, Nghệ An KT, TV 11 | Quy Hop 19.

| Thọ Hop, Quy Hợp, Nghệ An KT 12 | Sơn Diệm 18.36 | Sơn Tây, Hương Sơn, Hà Tĩnh KT, TV 13 | Yên Thượng 18.40 | Thanh Hà, Thanh Chương, Nghệ An KT,TV 14 | Quy Châu 19.12 | Châu Hanh, Quy Châu, Nghệ An KT 7 TT Tên trạm Tọa độ Vị trí Loại trạm 15 | Đô Lương 18. | Luu Sơn, Đô Lương, Nghệ An KT 16 | Tương Dương 19.43 | xá Lượng, Tương Dương, Nghệ An KT 17 | Vinh 18.67 | Cửa Nam, Vinh, Nghệ An KT 18 | Hương Khê Hương Khê, Hà Tĩnh KT (Ghi chú: KT — Trạm khí tượng, TV— Trạm thủy văn) Ha Nam poy sởBà V4 TC:ANNam Dinh 1 Ð SN Ninh Binh} „- RE CHÚ GIẢI [EJ Ranh gới tỉnh | {PE (J ku we ngnencớu |. oun Truoittliohg Dai Sông subi a Tram Khí tượng ° Trạm đo mưa 4 Tram thủy van © Héchéa T Hình 1. Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Lam 1.