Luận văn thạc sĩ hus ứng dụng mô hình swat hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông cầu tỉnh bắc kạn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus ứng dụng mô hình swat hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông cầu tỉnh bắc kạn, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Phạm Xuân Cảnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Ngọc Thạch
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý
• Đề tài: Ứng dụng mô hình SWAT hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu, tỉnh Bắc Kạn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết
• 0.2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.3. Phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Cấu trúc của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TRONG LƯU VỰC SÔNG
• 1.1. Quản lý tổng hợp lưu vực sông
• 1.2. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong lưu vực sông
• 1.3. Yêu cầu và mục đích quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông
• 1.4. Xác định nguồn gây ô nhiễm nước
• 1.4.1. Ô nhiễm tự nhiên
• 1.4.2. Ô nhiễm nhân tạo
• 1.4.2.1. Từ sinh hoạt
• 1.4.2.2. Nước thải đô thị
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH SWAT TRONG HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC
• 2.1. Cơ sở lý thuyết mô hình SWAT
• 2.2. Một số khái niệm trong mô hình SWAT
• 2.3. Mô hình SWAT
• 2.4. Chu trình thủy văn mặt đất
• 2.5. Chu trình nước trong hệ thống sông
• 2.6. Lựa chọn thông số đánh giá chất lượng nước
• 2.7. Lựa chọn thông số đầu ra của mô hình SWAT để đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Cầu
• 3. CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG MÔ HÌNH SWAT HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẦU, TỈNH BẮC KẠN
• 3.1. Một số đặc điểm chính của lưu vực sông Cầu
• 3.2. Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Cầu
• 3.3. Tình hình khai thác sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Cầu
• 3.4. Quy trình nghiên cứu
• 3.5. Xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào
• 3.5.1. Dữ liệu địa hình
• 3.5.2. Phân chia tiểu lưu vực
• 3.5.3. Dữ liệu đất
• 3.5.4. Dữ liệu sử dụng đất
• 3.5.5. Dữ liệu thời tiết
• 3.6. Đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Cầu bằng mô hình SWAT
• 3.6.1. Các bước chạy mô hình
• 3.6.2. Kết quả đánh giá
• 3.7. Kiến nghị một số giải pháp hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng mô hình SWAT trong quản lý tài nguyên nước

Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là một công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý tài nguyên nước, đặc biệt là trong các lưu vực sông. Mô hình này giúp đánh giá chất lượng nước, lượng nước và các yếu tố ảnh hưởng đến tài nguyên nước. Việc ứng dụng mô hình SWAT trong lưu vực sông Cầu, tỉnh Bắc Kạn không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn hỗ trợ trong việc đưa ra các quyết định quản lý hiệu quả. Mô hình SWAT cho phép phân tích các yếu tố như lượng mưa, sử dụng đất và các hoạt động nông nghiệp, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý tài nguyên nước bền vững.

1.1. Mô hình SWAT và vai trò trong quản lý tài nguyên nước

Mô hình SWAT được phát triển để hỗ trợ quản lý tài nguyên nước và đánh giá tác động của các hoạt động con người lên chất lượng nước. Mô hình này cho phép phân tích các yếu tố như dòng chảy, xói mòn và ô nhiễm nước, từ đó giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc bảo vệ tài nguyên nước.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng mô hình SWAT tại lưu vực sông Cầu

Việc áp dụng mô hình SWAT tại lưu vực sông Cầu mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng dự đoán chất lượng nước, đánh giá tác động của các hoạt động nông nghiệp và công nghiệp, cũng như hỗ trợ trong việc lập kế hoạch quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Mô hình này giúp xác định các nguồn ô nhiễm và đề xuất các biện pháp khắc phục.

II. Thách thức trong quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu

Quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Cầu đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm ô nhiễm nước, biến đổi khí hậu và sự gia tăng nhu cầu nước. Các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và đô thị hóa đang gây áp lực lớn lên nguồn nước. Việc xác định và quản lý các nguồn ô nhiễm là rất cần thiết để bảo vệ chất lượng nước trong lưu vực.

2.1. Ô nhiễm nước và nguyên nhân chính

Ô nhiễm nước tại lưu vực sông Cầu chủ yếu do nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và các hoạt động nông nghiệp. Các chất ô nhiễm như nitrat, photphat và kim loại nặng đang làm suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

2.2. Biến đổi khí hậu và tác động đến tài nguyên nước

Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi lượng mưa và nhiệt độ, ảnh hưởng đến chu trình nước trong lưu vực. Sự gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt và hạn hán đang gây khó khăn trong việc quản lý tài nguyên nước.

III. Phương pháp áp dụng mô hình SWAT trong nghiên cứu

Để áp dụng mô hình SWAT trong quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu, cần thực hiện các bước như thu thập dữ liệu đầu vào, xây dựng cơ sở dữ liệu và chạy mô hình. Các thông số như địa hình, sử dụng đất và điều kiện khí hậu cần được xác định chính xác để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

3.1. Thu thập và xử lý dữ liệu đầu vào cho mô hình

Dữ liệu đầu vào cho mô hình SWAT bao gồm thông tin về địa hình, loại đất, sử dụng đất và điều kiện khí hậu. Việc thu thập và xử lý dữ liệu này là rất quan trọng để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả và chính xác.

3.2. Các bước chạy mô hình SWAT

Quá trình chạy mô hình SWAT bao gồm việc thiết lập các thông số, chạy mô hình và phân tích kết quả. Các kết quả này sẽ giúp đánh giá chất lượng nước và đưa ra các giải pháp quản lý tài nguyên nước phù hợp.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ việc áp dụng mô hình SWAT tại lưu vực sông Cầu cho thấy sự cải thiện trong việc quản lý tài nguyên nước. Các thông số chất lượng nước đã được đánh giá và phân tích, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý hiệu quả. Việc ứng dụng mô hình này không chỉ giúp nâng cao chất lượng nước mà còn hỗ trợ trong việc phát triển bền vững tài nguyên nước.

4.1. Đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Cầu

Kết quả đánh giá chất lượng nước cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm như nitrat và photphat vượt quá giới hạn cho phép. Điều này cho thấy cần có các biện pháp khắc phục kịp thời để bảo vệ nguồn nước.

4.2. Đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên nước

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số giải pháp quản lý tài nguyên nước đã được đề xuất, bao gồm cải thiện hệ thống xử lý nước thải, tăng cường quản lý sử dụng đất và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ tài nguyên nước.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình SWAT

Mô hình SWAT đã chứng minh được hiệu quả trong việc hỗ trợ quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Cầu. Tương lai, việc mở rộng ứng dụng mô hình này sẽ giúp cải thiện chất lượng nước và quản lý tài nguyên nước bền vững hơn. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển mô hình để đáp ứng các thách thức mới trong quản lý tài nguyên nước.

5.1. Tầm quan trọng của mô hình SWAT trong quản lý nước

Mô hình SWAT không chỉ giúp đánh giá chất lượng nước mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Việc áp dụng mô hình này sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chính xác hơn.

5.2. Hướng phát triển mô hình SWAT trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển mô hình SWAT để đáp ứng các yêu cầu mới trong quản lý tài nguyên nước. Việc tích hợp công nghệ mới và dữ liệu lớn sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của mô hình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tài nguyên nước giữ vai trò thiết yếu đối với hệ sinh thái và đời sống kinh tế - xã hội, song đang chịu sức ép nghiêm trọng từ các hoạt động nhân sinh. Lưu vực sông Cầu sở hữu tổng diện tích tự nhiên 6.030 km² cùng mạng lưới sông ngòi phân nhánh dài khoảng 1.600 km, bắt nguồn từ núi Vạn On ở độ cao 1.175 m thuộc tỉnh Bắc Kạn. Trong bối cảnh đẩy mạnh công nghiệp hóa và chuyển dịch cơ cấu sử dụng đất từ năm 2010, nguồn nước thượng nguồn sông Cầu đối mặt với nguy cơ suy giảm lưu lượng mùa khô và gia tăng ô nhiễm phú dưỡng.

Theo Điều 58 và Điều 64 của Luật Tài nguyên nước, phương thức quản trị nguồn nước tại Việt Nam đang có bước chuyển dịch quan trọng từ quản lý theo địa giới hành chính sang quản lý tổng hợp theo lưu vực sông. Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý của tác giả Phạm Xuân Cảnh, dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Ngọc Thạch tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội (2012), tập trung giải quyết bài toán cấp thiết trên. Nghiên cứu xác định mục tiêu trọng tâm là ứng dụng công cụ mô hình hóa SWAT nhằm đánh giá toàn diện chất lượng nước mặt trên phạm vi lưu vực sông Cầu thuộc tỉnh Bắc Kạn.

Nghiên cứu lấy mốc thời gian đánh giá chi tiết với bộ dữ liệu quan trắc năm 2010, phân tích động thái dòng chảy cùng tải lượng các hợp chất dinh dưỡng chính gồm NO3-, NH4+ và PO43-. Kết quả mô phỏng cung cấp cơ sở khoa học định lượng hỗ trợ các nhà quản lý địa phương tối ưu hóa cơ cấu sử dụng 194.554 ha đất canh tác, đồng thời kiểm soát chất lượng nguồn nước cung cấp cho hàng triệu người dân khu vực trung du và hạ du.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết Quản lý tổng hợp lưu vực sông (QLTHLVS - IWRM), nhìn nhận lưu vực như một thực thể sinh thái thống nhất nơi tương tác giữa đất, nước, thảm thực vật và hoạt động kinh tế được mô hình hóa đồng bộ. Trọng tâm của khung lý thuyết là mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) do Jeff Arnold thuộc Cục Nghiên cứu Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA-ARS) phát triển. SWAT vận hành dựa trên phương trình cân bằng nước đất liên tục theo thời gian thực:

SWt = SW0 + Tổng (Rday - Qsurf - Ea - Wseep - Qgw)

Trong đó biến số kiểm soát lượng ẩm tầng đất tại thời điểm t (SWt) phụ thuộc vào lượng mưa ngày (Rday), dòng chảy bề mặt (Qsurf), lượng bốc thoát hơi nước thực tế (Ea), lượng nước thấm qua tầng rễ (Wseep) và dòng ngầm chảy ra sông (Qgw). Mô hình tích hợp phương trình mất đất phổ quát sửa đổi (MUSLE) của Williams (1975) để dự báo xói mòn dựa trên năng lượng dòng chảy mặt, kết hợp với phân hệ thủy động lực học QUAL2E nhằm mô phỏng chu trình chuyển hóa các hợp chất nitơ và photpho trong hệ thống sông chính. Khung phân tích vận hành dựa trên các khái niệm cấu trúc nền tảng: Mô hình số độ cao (DEM), Đơn vị phản ứng thủy văn (HRU), và Hiện trạng sử dụng - Lớp phủ mặt đất (LULC).

Phương pháp nghiên cứu

Quy trình nghiên cứu kết hợp công nghệ Hệ thông tin địa lý (GIS) với mô hình phân bố không gian SWAT. Cơ sở dữ liệu đầu vào bao gồm: mô hình số độ cao DEM chiết xuất từ bản đồ địa hình để phân chia lưu vực thành các tiểu lưu vực đồng nhất; bản đồ thổ nhưỡng với các thông số vật lý - hóa học như nhóm thủy văn đất (Hydgrp), độ dẫn thủy lực bão hòa (Ksat), và hệ số xói mòn USLE_K; bản đồ hiện trạng sử dụng đất phân loại chi tiết 103.341,8 ha đất lúa, 27.520,14 ha đất ngô, cùng 16.292,48 ha đất trồng chè; chuỗi dữ liệu khí tượng bề mặt (lượng mưa ngày, nhiệt độ cao nhất/thấp nhất) từ các trạm quan trắc trong khu vực với lượng mưa bình quân đạt từ 1.500 mm đến 2.000 mm/năm.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao quát toàn bộ 6.030 km² lưu vực với việc trích xuất và phân tích chuyên sâu các tiểu lưu vực đại diện, điển hình như tiểu lưu vực số 7. Phương pháp chọn mẫu dữ liệu không gian dựa trên nguyên tắc ma trận chồng xếp raster giữa lớp phủ đất và loại đất để hình thành các HRU độc lập không gian. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích SWAT tích hợp ArcMap là khả năng mô phỏng liên tục dài hạn trên các lưu vực phức tạp, cho phép định lượng chính xác nguồn ô nhiễm diện phát sinh từ phân bón nông nghiệp và chất thải chăn nuôi của 1.300.107 con lợn cùng 8.942.182 gia cầm trên lưu vực mà các trạm quan trắc truyền thống không thể đo đạc đầy đủ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô phỏng SWAT đã lượng hóa chi tiết mức độ biến động chất lượng nước trên lưu vực sông Cầu, làm nổi bật những đặc trưng phân hóa không gian và thời gian rõ rệt:

Thứ nhất, lượng phát thải và rửa trôi các chất dinh dưỡng có sự chênh lệch lớn giữa hai mùa thủy văn. Mùa mưa (từ tháng 6 đến tháng 9), chiếm tới 75% đến 80% tổng lưu lượng dòng chảy hàng năm, ghi nhận đỉnh tải lượng NO3- và chất lơ lửng cao gấp 8 đến 10 lần so với mùa khô. Lượng mưa ngày cực đoan tại trạm Bắc Kạn từng đạt mức kỷ lục 456 mm đã tạo ra các đợt rửa trôi bề mặt đột biến.

Thứ hai, mối tương quan giữa tỷ lệ che phủ rừng và nồng độ chất ô nhiễm được xác lập rõ nét. Tại các tiểu lưu vực có độ dốc cao nhưng tỷ lệ che phủ rừng duy trì trên 60%, nồng độ trung bình năm của NO3-, NH4+ và PO43- đều nằm trong giới hạn an toàn của QCVN 08:2008/BTNMT (Cột A1 và A2). Ngược lại, tại các tiểu lưu vực có mật độ canh tác nông nghiệp cao, nồng độ phosphat và amoni tăng cao, tiệm cận ngưỡng suy thoái Cột B1.

Thứ ba, nguồn phát thải phi điểm từ sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi đóng góp hơn 65% tổng lượng nitơ và photpho trong nước sông. Với quy mô đàn gia súc lớn gồm 142.363 con trâu và 234.199 con bò kết hợp tập quán sử dụng phân bón vô cơ, lượng dinh dưỡng dư thừa thẩm thấu qua đất và theo dòng chảy ngầm đổ vào các sông nhánh thượng nguồn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến sự phân hóa nồng độ dinh dưỡng là do sự kết hợp giữa địa hình chia cắt mạnh vùng núi Bắc Kạn và sự suy giảm thảm phủ thực vật tự nhiên. Khi lớp phủ thực vật bị thu hẹp để nhường chỗ cho đất sản xuất, hệ số nhám bề mặt giảm sút làm gia tăng vận tốc dòng chảy tràn, đẩy mạnh quá trình bóc mòn đất mặt giàu hợp chất nitơ hữu cơ.

Dữ liệu mô hình hóa được trực quan hóa sinh động qua hệ thống bản đồ phân cấp chất lượng nước theo từng chỉ tiêu dinh dưỡng năm 2010, biểu đồ chuỗi thời gian nồng độ NO3- tại tiểu lưu vực số 7, cùng đồ thị phân tán thể hiện mối tương quan chặt chẽ giữa giá trị mô phỏng và số liệu quan trắc thực tế. Kết quả này tương đồng với các công trình nghiên cứu của nhóm tác giả Vũ Tấn Phương và Phạm Thị Hương Lan (2005) trên lưu vực sông Chảy và sông Ba, qua đó củng cố tính chính xác của mô hình toán trong việc dự báo lan truyền chất ô nhiễm.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng từ mô hình SWAT, nghiên cứu đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm tăng cường hiệu quả quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu:

1. Thiết lập hành lang bảo vệ nguồn nước và phục hồi thảm phủ rừng đầu nguồn: UBND tỉnh Bắc Kạn cùng Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cần đẩy mạnh khoanh nuôi, bảo vệ rừng phòng hộ thượng nguồn, nâng tỷ lệ che phủ rừng tại các tiểu lưu vực trọng điểm lên mức tối thiểu 65% trong giai đoạn 2015 - 2020 nhằm giảm 30% tải lượng xói mòn đất và rửa trôi dinh dưỡng.
2. Kiểm soát nguồn thải nông nghiệp và chăn nuôi nông hộ: Chi cục Bảo vệ Môi trường chủ trì chương trình hướng dẫn kỹ thuật canh tác bậc thang, giảm thiểu 25% lượng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học vượt mức khuyến cáo; bắt buộc 100% cơ sở chăn nuôi quy mô trên 50 con lợn phải xây dựng hầm biogas xử lý chất thải trước năm 2022 để hạn chế xả thải trực tiếp amoni vào nguồn nước.
3. Ứng dụng công nghệ GIS và SWAT trong giám sát định kỳ: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Kạn cần tích hợp cơ sở dữ liệu viễn thám, DEM và mô hình SWAT vào hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS), thiết lập mạng lưới 10 điểm quan trắc tự động trên dòng chính sông Cầu nhằm cập nhật hiện trạng và cảnh báo sớm ô nhiễm dinh dưỡng hàng quý từ năm 2023.
4. Hoàn thiện cơ chế điều phối quản lý tổng hợp liên tỉnh: Thành lập Ban Điều phối Quản lý Lưu vực Sông Cầu liên tỉnh với sự tham gia của Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang và Bắc Ninh; ban hành quy chế chia sẻ dữ liệu thủy văn và quỹ bảo vệ môi trường lưu vực với mục tiêu cân bằng lợi ích phát triển kinh tế hạ du và bảo tồn sinh thái thượng du trước năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp tiếp cận của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho nhiều nhóm độc giả chuyên môn:

• Cán bộ quản lý môi trường và tài nguyên nước tại các Sở Tài nguyên và Môi trường: Cung cấp phương pháp luận khoa học và quy trình xử lý dữ liệu không gian để xây dựng quy hoạch phân vùng chất lượng nước trên quy mô 6.030 km² lưu vực.
• Kỹ sư quy hoạch nông nghiệp và phát triển nông thôn: Cung cấp bằng chứng định lượng về tác động của cơ cấu cây trồng (103.341,8 ha lúa, 16.292,48 ha chè) đối với mức độ rửa trôi chất dinh dưỡng, hỗ trợ thiết kế các mô hình canh tác bền vững chống xói mòn đất dốc.
• Học viên, nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Địa lý, GIS, Viễn thám và Môi trường: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về quy trình chuẩn hóa dữ liệu DEM, trích xuất HRU và tích hợp mô hình thủy văn SWAT trong môi trường ArcGIS.
• Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan quản lý dự án lưu vực: Tài liệu hỗ trợ xây dựng khung can thiệp sinh kế thích ứng và quản trị lưu vực sông liên vùng dựa trên tiếp cận sinh thái tổng thể.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình SWAT có ưu điểm gì vượt trội so với các mô hình thủy văn truyền thống? SWAT tích hợp phân bố không gian với các chu trình vật lý liên tục, chia lưu vực 6.030 km² thành các đơn vị HRU đồng nhất. Điều này cho phép dự báo đồng thời lưu lượng nước, tải lượng bùn cát và chuyển hóa dinh dưỡng từ các nguồn ô nhiễm diện phức tạp.

Tại sao hàm lượng NO3- trong nước sông Cầu lại tăng cao đột biến vào mùa mưa? Mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 9 chiếm tới 75% đến 80% lượng mưa cả năm. Lượng nước chảy tràn bề mặt gia tăng cuốn theo lượng phân bón dư thừa từ 146.999 ha đất canh tác lúa và hoa màu, đẩy nhanh quá trình rửa trôi nitrat vào các nhánh sông.

Khái niệm Đơn vị phản ứng thủy văn (HRU) được thiết lập như thế nào trong nghiên cứu? HRU là sự kết hợp duy nhất giữa một loại hiện trạng sử dụng đất, một nhóm thổ nhưỡng và cấp độ dốc trong từng tiểu lưu vực. SWAT tính toán quá trình cân bằng nước và chuyển hóa chất riêng biệt trên từng HRU trước khi cộng gộp cho toàn lưu vực.

Nghiên cứu sử dụng quy chuẩn nào để đánh giá mức độ ô nhiễm của các tiểu lưu vực? Luận văn đối chiếu kết quả mô phỏng hàm lượng trung bình năm của các chỉ tiêu NO3-, PO43- và NH4+ năm 2010 với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT để xếp loại chất lượng nguồn nước theo từng mục đích sử dụng.

Mô hình thiết lập trong luận văn có khả năng tái ứng dụng cho các khu vực khác không? Khung quy trình từ tiền xử lý dữ liệu DEM, nhóm đất, khí tượng đến hiệu chỉnh thông số hoàn toàn có thể nhân rộng cho các lưu vực sông miền núi phía Bắc có điều kiện tự nhiên và mô hình canh tác tương đồng.

Kết luận

• Luận văn xây dựng thành công cơ sở dữ liệu không gian và tham số thủy văn cho mô hình SWAT trên toàn bộ 6.030 km² lưu vực sông Cầu.
• Kết quả mô phỏng định lượng rõ nét tác động của 194.554 ha đất sản xuất nông nghiệp và hoạt động chăn nuôi đến nồng độ ô nhiễm phú dưỡng NO3-, PO43- và NH4+.
• Khẳng định vai trò quyết định của thảm phủ rừng đầu nguồn tỉnh Bắc Kạn trong việc điều tiết dòng chảy mùa kiệt và kiểm soát xói mòn chất lượng nước.
• Cung cấp hệ thống 4 nhóm giải pháp quản lý lưu vực sông liên vùng gắn liền với lộ trình triển khai cụ thể đến năm 2025.
• Nghiên cứu mở ra hướng đi cần tiếp tục hoàn thiện thông qua việc tích hợp ảnh viễn thám độ phân giải cao và chuỗi số liệu quan trắc tự động thời gian thực; độc giả và các nhà nghiên cứu quan tâm nên khai thác toàn văn tài liệu để áp dụng chi tiết quy trình tính toán cho địa bàn quản lý.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TRONG LƯU VỰC SÔNG 1. Quản lý tổng hợp lưu vực sông Lưu vực là phần diện tích bề mặt đất trong tự nhiên mà mọi lượng nước mưa khi rơi xuống sẽ tập trung lại và thoát qua một cửa ra duy nhất. Trên thực tế, lưu vực thường được đề cập đến là lưu vực sông, và toàn bộ lượng nước trên sông sẽ thoát ra cửa sông. [2] Lưu vực sông được giới hạn bằng đường phân nước của lưu vực.

Có 2 loại đường phân nước: đường phân nước mặt và đường phân nước ngầm. Đường phân nước mặt là đường nối liên tục các điểm cao nhất chung quanh lưu vực và giới hạn bởi các lưu vực khác. Nước mưa rơi xuống đường phân nước sẽ chảy về 2 phía của đường phân nước và đi về 2 lưu vực khác kế cận nhau theo sườn dốc của chúng. Đường phân nước ngầm phân chia sự tập trung nước ngầm giữa các lưu vực.

Thực tế, người ta thường lấy đường phân nước mặt để xác định diện tích lưu vực và gọi là đường phân lưu. Muốn xác định đường phân lưu phải căn cứ vào bản đồ địa hình có vẽ các đường đồng cao độ. Lưu vực sông và khái niệm đường phân nước [2] 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Vì toàn bộ lượng nước mưa xuống lưu vực sông sẽ tương tác với các đối tượng trong lưu vực và cuối cùng đổ ra của sông, chính vì thế quản lý và đánh giá chất lượng nguồn nước theo lưu vực sẽ cho kết quả khách quan, sát với quy luật tự nhiên nhất. Trong thành phần tự nhiên của một khu vực bao gồm các yếu tố khác nhau như đất, nước, sinh vật.

Chúng song song tồn tại và phát triển trong mối quan hệ biện chứng mà ở đó, nước đóng vai trò chủ đạo. Mặt khác, tài nguyên nước được hình thành trên từng lưu vực sông khác nhau. Vì vậy, đề cập vấn đề nước mặc nhiên phải đề cập đến vấn đề quản lý tổng hợp lưu vực sông (QLTHLVS). QLTHLVS xem lưu vực sông là đối tượng trung tâm, là một hệ thống thống nhất trong đó thể hiện tác động qua lại giữa đất, nước và động thực vật tạo thành một hệ sinh thái ổn định, nhằm mục đích bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như cải thiện chất lượng môi trường trên lưu vực sông.

QLTHLVS trước hết thực chất là quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, đồng thời cũng quản lý toàn thể các hoạt động khác như quản lý đô thị, quản lý công nghiệp, quản lý nông nghiệp, quản lý xã hội. QLTHLVS là một quá trình linh hoạt và mềm dẻo nhằm giải quyết những vấn đề nảy sinh do hoàn cảnh và điều kiện thay đổi, trong đó bao gồm việc tích luỹ thêm kiến thức khi công tác quản lý tiến triển và tích lũy được ngày càng nhiều thông tin liên quan đến các quá trình quản lý. Nội dung khái quát của QLTHLVS bao gồm: - Kiểm kê, đánh giá hiện trạng các dạng tài nguyên thiên nhiên về lượng và chất, sự thay đổi của chúng theo thời gian và không gian. - Đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng tài nguyên thiên nhiên trên lưu vực.

- Lập quy hoạch khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên. - Theo dõi, kiểm tra, giám sát việc thực hiện các chương trình dự án liên quan đến khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên trong lưu vực. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong lưu vực sông 1.

Yêu cầu và mục đích quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Dòng chảy tuân theo quy luật tự nhiên và không phụ thuộc vào biên giới hành chính. Vì vậy nảy sinh ra vấn đề: nước có nên được quản lý và cơ cấu công tác quản lý xác định theo biên giới hành chính hiện tại hay theo biên giới tự nhiên, mà thường là lưu vực sông. Lưu vực sông đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội của một khu vực, một quốc gia hoặc một liên quốc gia. Trên quan điểm hoàn toàn tài nguyên nước, vấn đề trở nên logic hơn rất nhiều nếu áp dụng phương pháp tiếp cận trên lưu vực sông như một đơn vị hợp lý để xây dựng quy hoạch.

Tuy vậy với nguyên tắc phát triển tài nguyên nước theo yêu cầu sử dụng, cần lập tổ chức lưu vực sông để đáp ứng các yêu cầu do các bên sử dụng nước đề ra. Cơ cấu và những quy định điều hành hành chính có thể gây nên một số trở ngại đối với quản lý nước lưu vực sông. Các cơ quan trong địa bàn lưu vực không thể đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước. Họ cần có sự hỗ trợ từ những cơ quan, tổ chức khác trong việc xác định yêu cầu dùng nước khi những điều kiện kinh tế xã hội và chính trị thay đổi.

Quản lý tổng hợp tài nguyên nước của một lưu vực sông là một cách tiếp cận mới nhằm giúp giải quyết các vấn đề lớn về tài nguyên và môi trường nước đang gặp phải tại nhiều quốc gia, đảm bảo sử dụng có hiệu quả và bền vững nguồn tài nguyên vô giá này. Đó chính là quá trình tổng hợp những quan điểm và lợi ích của các ngành khác nhau trong quá trình quyết định, lưu tâm thích đáng đến quan hệ thượng lưu - hạ lưu. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo lưu vực sông được xác định là một quá trình quy hoạch, xây dựng và thực hiện việc khai thác các dạng tài nguyên trong một lưu vực, xem xét toàn diện và đầy đủ các nhân tố có liên quan đến xã hội, kinh tế, môi trường trong mối tương tác về không gian (giữa các bộ phận trong lưu vực: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu), tương tác giữa các nhân tố (chống xói mòn, rửa trôi, làm thoái hoá đất, giảm sức sinh sản của rừng và đất nông nghiệp, ngăn chặn bồi lắng, lũ đá, chống nhiễm bẩn nước…). Hình thành các tổ chức lưu 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] vực sông được coi như một phương tiện hữu hiệu để quy hoạch và thực hiện các nội dung phát triển kinh tế và xã hội.

Quy hoạch lưu vực sông phải đảm bảo yêu cầu sử dụng tổng hợp nguồn nuớc, đáp ứng các yêu cầu về cấp nước cho sinh hoạt, phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, khai khoáng, phát điện, giao thông thủy, nuôi trồng thuỷ, hải sản, sản xuất muối, thể thao, giải trí, du lịch, y tế, an dưỡng, nghiên cứu khoa học và các mục đích khác; bảo đảm các yêu cầu về phòng, chống lũ lụt, hạn hán và các tác hại khác do nước gây ra. Hiện nay thường xuất hiện 5 thách thức liên quan đến việc khai thác và sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông: [6] - Nhu cầu thuỷ điện gia tăng do sự phát triển công nghiệp và đô thị - Nông nghiệp thiếu nước nghiêm trọng về mùa khô - Xâm nhập mặn đối với các vùng ven biển - Nhu cầu cấp nước sinh hoạt và công nghiệp ngày càng gia tăng - Ô nhiễm nước do nước thải công nghiệp và đô thị 1. Xác định nguồn gây ô nhiễm nước - Ô nhiễm tự nhiên Là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão… hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng. Cây cối, sinh vật chết đi, chúng bị vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ.

Một phần sẽ ngấm vào lòng đất, sau đó ăn sâu vào nước ngầm, gây ô nhiễm hoặc theo dòng nước ngầm hòa vào dòng lớn. Lụt lội có thể làm nước mất sự trong sạch, khuấy động những chất dơ trong hệ thống cống rãnh, mang theo nhiều chất thải độc hại từ nơi đổ rác, và cuốn theo các loại hoá chất trước đây đã được cất giữ. Nước lụt có thể bị ô nhiễm do hoá chất dùng trong nông nghiệp, kỹ nghệ hoặc do các tác nhân độc hại ở các khu phế thải. Công nhân thu dọn lân cận các công trường kỹ nghệ bị lụt có thể bị tác hại bởi nước ô nhiễm hoá chất.

8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, .) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu. - Ô nhiễm nhân tạo + Từ sinh hoạt Nước thải sinh hoạt: là nước thải phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người. Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng. Tùy theo mức sống và lối sống mà lượng nước thải cũng như tải lượng các chất có trong nước thải của mỗi người trong một ngày là khác nhau.

Nhìn chung mức sống càng cao thì lượng nước thải và tải lượng thải càng cao. Nước thải đô thị: là loại nước thải tạo thành do sự gộp chung nước thải sinh hoạt, nước thải vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại, công nghiệp nhỏ trong khu đô thị. Nước thải đô thị thường được thu gom vào hệ thống cống thải thành phố, đô thị để xử lý chung. Thông thường ở các đô thị có hệ thống cống thải, khoảng 70% đến 90% tổng lượng nước sử dụng của đô thị sẽ trở thành nước thải đô thị và chảy vào đường cống.

Nhìn chung, thành phần cơ bản của nước thải đô thị cũng gần tương tự nước thải sinh hoạt. Ở nhiều vùng, phân người và nước thải sinh hoạt không được xử lý mà quay trở lại vòng tuần hoàn của nước. Do đó bệnh tật có điều kiện để lây lan và gây ô nhiễm môi trường. Nước thải không được xử lý chảy vào sông rạch và ao hồ gây thiếu hụt oxy làm cho nhiều loại động vật và cây cỏ không thể tồn tại.

Không chỉ có hoá chất, rác, bệnh phẩm, trên nhiều các sông, kênh người dân đua nhau lấn chiếm lòng sông, làm cản trở dòng chảy, cản trở giao thông đường thuỷ và tranh thủ sử dụng khoảng sông nhỏ hẹp ấy như một hệ thống WC. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Các bãi rác là nơi chứa đựng sự ô nhiễm rất cao, nếu không được thu dọn, xử lý triệt để thì nước từ các bãi rác theo nước mưa, chảy vào các ao hồ gần khu dân cư, hoặc thấm vào nguồn nước ngầm gây ô nhiễm. Còn tại các khu đô thị, trung bình mỗi ngày thải ra 20.