HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 109 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK - TỈNH ĐẮK LẮK (APPLICATION OF SWAT MODEL FOR ASSESSING WATER QUALITY IN SREPOK WATERSHED, DAKLAK PROVINCE, VIETNAM) Nguyễn Duy Liêm, Lê Hoàng Tú, Đoàn Minh Thành, Nguyễn Kim Lợi Bộ môn Thông tin Địa lý Ứng dụng – Khoa Môi trường & Tài nguyên Trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh Email: nguyenduy1133@gmail.com Abstract: Nowaday, one of the urgent issues in water resources management in Srepok river basin is environmental degradation, including water pollution and deforestation. Therefore, this study evaluated water quality in upstream Srepok watershed which locates in Dak Lak and Dak Nong provinces in both 2004 and 2005 by using the SWAT model. Data required for this study were compiled from different sources, including DEM data that extracted from SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) data, land use was obtained from GLCC (Global Land Cover Chacterization) database, soil map was obtained from the global soil map of the FAO Global, weather input data was obtained from the Department of Natural Resources and Environment of Dak Lak. Five water quality parameters from the simulation in SWAT were assessed, including DO, NH + 4 , NO - 2 , NO - 3 , PO 3- 4 . By comparing the above parameters with National Technical Standards for surface water quality (QCVN 08:2008 / MONRE), indicating that water quality in five major rivers flowing through Buon Ma Thuot city (Dak Lak) were heavily contaminated, water sources is suitable for transportation purposes or other purposes requiring low water quality. Keywords: SWAT, Srepok river basin, Dak Lak province. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Quản lý tài nguyên nước là nhân tố không thể thiếu nhằm đạt được mục tiêu tăng trưởng kinh tế bền vững trong nông nghiệp, công nghiệp và các ngành dịch vụ khác ở lưu vực sông Srêpôk (Geoff Wright et al., 2006). Một trong những vấn đề cấp thiết trong quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Srêpôk là sự suy thoái môi trường bao gồm ô nhiễm nước sông và tình trạng phá rừ ng tại các lưu vực. Từ đầu năm 2010 đến nay, nước sông Srêpôk đã có ba lần bị ô nhiễm nặng, làm cho nguồn thủy sản bị hủy diệt nhiều, ảnh hưởng đến việc đánh bắt cá tự nhiên và việc nuôi cá lồng bè trên sông. Không ít người dân làm nghề đánh bắt cá đã phải chuyển sang làm nghề khác (Cục Quản lý Tài nguyên Nước, 2010). Để giải quyết vấn đề trên, trước tiên cần tiến hành đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Srêpôk. Mô hình SWAT được chứng minh là rất thành công trong đánh giá chất lượng nước lưu vực (Manoj Jha, 2009). Xuất phát từ lý do đó, đề tài “Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá đất và nước tại lưu vực sông Srêpôk - tỉnh Đắk Lắk” đã được thực hiện. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Srêpôk, thông qua mô hình SWAT. Chi tiết mục tiêu nghiên cứu như sau: HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 110 - Thiết lập, chạy mô hình SWAT cho lưu vực Srêpôk. - So sánh, đánh giá các thông số chất lượng nước lưu vực (oxi hòa tan DO, amoni NH + 4 , nitrit NO - 2 , nitrat NO - 3 , phosphat PO 3- 4 ) với Quy chuẩn Kĩ thuật Quốc gia về Chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) do Bộ Tài nguyên Môi trường ban hành. Đề tài giới hạn phạm vi không gian là phần thượng nguồn lưu vực sông Srêpôk, đoạn thuộc địa bàn hai tỉnh Đắk Lắk và Đắk Nông. Thời gian mô phỏng từ 2004- 2005. 2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU Lưu vực sông Srêpôk nằm ở phía Tây của dãy núi Trường Sơn, thuộc khu vực Tây Nguyên của Việt nam (Hình 1). Tổng diện tích lưu vực là 38.600 km 2 , chảy qua lãnh thổ Việt Nam (18.200 km 2 ) và Campuchia (10.400 km 2 ). Ở Việt Nam, lưu vực sông Srêpôk nằm trên lãnh thổ 4 tỉnh: Đắk Lắk (10.400 km 2 ), Đắk Nông (3.600 km 2 ), Gia Lai (2.900 km 2 ) và Lâm Đồng (1.300 km 2 ) (The Government of Vietnam, 2006). Nét đặc trưng địa hình của lưu vực Srêpôk là sơn nguyên, bao gồm các dãy núi cao trên 2.000 m chạy dọc theo hướng Đông – Nam lưu vực, tiếp theo là các dãy núi thấp dưới 2.000 m và các cao nguyên với độ cao từ 300 – 800 m thoái dần về phía Tây (Geoff Wright et al., 2006). Hình 1. Vị trí lưu vực sông Srêpôk (Nguồn: The Government of Vietnam, 2006) Chế độ nhiệt ở lưu vực chịu ảnh hưởng của độ cao với nhiệt độ trung bình năm trên 24°C ở những vùng thấp dưới 500 m; ở các vùng cao 500 - 800 m, nhiệt độ trung bình năm dao động trong khoảng 21 - 23°C; giảm xuống còn 19 - 20°C và dưới 18°C tương ứng với vùng cao 800 - 1100 m và trên 1500 m.Về chế độ mưa, mùa mưa ở trên lưu vực kéo dài từ tháng V đến tháng X, có nơi đến tháng XI như ở phía Đông với lượng mưa năm trung bình toàn lưu vực đạt từ 1600 - 1800 mm (Geoff Wright et al., 2006). Về thổ nhưỡng, toàn lưu vực Srêpôk có 11 nhóm đất chính, lớn nhất là đất xám 767.508 ha (42,32%) và đất đỏ bazan 534.583 ha (29,48%) (Geoff Wright et al., 2006).Theo thống kê từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2003, toàn lưu vực có tổng cộng 20 loại hình sử dụng đất với diện tích như Bảng 1. HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 111 Bảng 1. Các loại hình sử dụng đất trên lưu vực (năm 2003) Loại hình sử dụng đất Diện tích (ha) Tỉ lệ diện tích (%) Đất sản xuất nông nghiệp 599.665, trong đó: - Đất trồng cây hàng năm: 265.401 - Đất canh tác lúa: 63.021 - Đất trồng cây lâu năm: 334.263 - Đất cà phê: 196.533 32,65 Đất lâm nghiệp 977.175 53,69 Đất chuyên dùng và đất ở 104.052 5,72 Đất chưa sử dụng 139.115 7,64 (Nguồn: Geoff Wright et al., 2006) 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Phương pháp đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Srêpôk Cách tiếp cận đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Srêpôk dựa trên mô hình SWAT được thể hiện như Hình 2. Theo đó, tiến trình thực hiện bao gồm các bước chính là phân định lưu vực, phân tích đơn vị thủy văn, ghi chép dữ liệu đầu vào, chạy mô hình và đối chiếu thông số chất lượng nước. Hình 2. Lược đồ phương pháp nghiên cứu HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 112 3.2. Thu thập, xử lý dữ liệu Dữ liệu cần thiết cho mô hình SWAT được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau. Dữ liệu DEM được lấy từ dữ liệu SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) của USGS/NASA, với độ phân giải không gian 90 m. Độ cao của lưu vực nghiên cứu thay đổi từ 149 m đến 2.408 m, độ cao trung bình khoảng 600 m.Bản đồ sử dụng đất được lấy từ cơ sở dữ liệu GLCC (Global Land Cover Chacterization) của USGS với độ phân giải không gian 1 km, được phân thành 24 loại hình sử dụng đất khác nhau. Trong lưu vực, có 12 loại hình sử dụng đất phổ biến nhất là Đất trồng/rừng hỗn hợp, Rừng lá rộng thường xanh, Đất trồng có tưới và đồng cỏ. Bản đồ đất lấy từ bản đồ đất toàn cầu của FAO, với khoảng 5.000 loại đất khác nhau bao gồm hai lớp (0 - 30 cm và 30 - 100 cm), ở độ phân giải không gian 10 km. Trong 5 loại đất của lưu vực, Đất xám feralit và Đất nâu đỏ chiếm diện tích lớn nhất. Dữ liệu thời tiết bao gồm các thành phần: tọa độ trạm đo, số liệu lượng mưa, nhiệt độ không khí theo ngày được lấy từ Sở Tài nguyên Môi trường Đắk Lắk. Do khả năng dữ liệu hạn chế nên nghiên cứu chỉ sử dụng dữ liệu đo đạc tại trạ m quan trắc Giang Sơn (12 0 18’ vĩ độ Bắc, 108 0 7’ kinh độ Đông, cao độ 415 m), trong khoảng thời gian hai năm từ 2004 - 2005. 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chất lượng nước mặt được đánh giá dựa trên nhiều thông số khác nhau (chi tiết xem trong QCVN 08:2008/BTNMT) với 4 cấp phân hạng A1, A2, B1 và B2. Nghiên cứu này chỉ tập trung đánh giá 5 thông số sau: oxi hòa tan DO, amoni NH + 4 , nitrit NO - 2 , nitrat NO - 3 , phosphat PO 3- 4 . Khoảng thời gian đánh giá là hai năm 2004 - 2005. Mặt khác, do số lượng dòng sông khá nhiều nên đề tài chỉ giới hạn xem xét năm dòng sông chảy qua TP. Buôn Ma Thuột, tỉnh lỵ của Đắk Lắk là 17, 18, 56, 57 và 58 như được trình bày tại Hình 3. Hình 3. Vị trí 5 dòng sông được đánh giá trong nghiên cứu HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 113 Một lưu ý cần quan tâm là theo QCVN 08:2008/BTNMT, giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước mặt tính theo nồng độ mg/l, trong khi đó đơn vị tính của các thông số này trong mô hình SWAT lại tính theo đơn vị kg. Do vậy, cần thiết phải đưa đơn vị tính trong SWAT về cùng đơn vị tính trong QCVN 08:2008/BTNMT. Phương pháp chuyển đổi đơn vị được thực hiện qua hai bước sau: - Tính toán tổng lượng dòng chảy tháng W (m 3 ), hay lượng nước chảy qua mặt cắt cửa xả tiểu lưu vực trong khoảng thời gian tháng theo công thức: .Trong đó, Q là lưu lượng dòng chảy tháng (m 3 /s), Q bằng giá trị FLOW_OUT trong SWAT; T là số giây trong tháng (giây), T = số ngày trong tháng x 24 giờ x 60 phút x 60 giây. - Xác định nồng độ của các thông số (mg/l) bằng cách lấy giá trị tính trong SWAT (kg) chia cho tổng lượng dòng chảy tháng W (m 3 ), sau đó quy đổi sang đơn vị mg/l, cụ thể là: + Nồng độ DO = (DISOX_OUT / W) x 10 3 + Nồng độ NH + 4 = (NH4_OUT / W) x 10 3 + Nồng độ NO - 2 = (NO2_OUT / W) x 10 3 + Nồng độ NO - 3 = (NO3_OUT / W) x 10 3 + Nồng độ PO 3- 4 = (MINP_OUT / W) x 10 3 Tổng hợp, phân cấp chất lượng nước tại 5 dòng sông Kết quả tổng hợp 5 thông số chất lượng nước (DO, NH + 4 , NO - 2 , NO - 3 , PO 3- 4 ) và phân cấp chất lượng nước tại 5 dòng sông theo giá trị xấu nhất được thể hiện lần lượt trong Bảng 2 và Bảng 3. Theo đó, chất lượng nước trên các dòng sông đã có dấu hiệu suy giảm nghiêm trọng. Bảng 2. Tổng hợp các thông số chất lượng nước của năm dòng sông HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 114 Bảng 3. Tổng hợp các thông số chất lượng nước của năm dòng sông (tt) Bảng 4. Phân cấp chất lượng nước tại năm dòng sông Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Dòng sông 17 B2 B2 B2 B2 B2 B1 B3 B2 B2 B2 B1 A2 Dòng sông 18 B2 B2 B2 B2 B1 A2 B3 B3 B2 B2 B2 B2 Dòng sông 56 B2 B2 B2 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 Dòng sông 57 B2 B2 B2 B2 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 Dòng sông 58 B2 B2 B2 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 B3 5. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận Nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng chất lượng nước lưu vực sông Srêpôk, đoạn chảy qua TP. Buôn Ma Thuột trong khoảng thời gian hai năm 2004 và 2005. Dựa trên kết quả mô phỏng trong SWAT, 5 thông số chất lượng nước bao gồm oxi hòa tan DO, amoni NH + 4 , nitrit NO - 2 , nitrat NO - 3 , phosphat PO 3- 4 được xem xét, đánh giá cho 5 dòng sông là 17, 18, 56, 57 và 58. Kết quả cho thấy, phân hạng chung chất lượng nước cho 5 dòng sông này đều ở mức kém và rất kém trong hầu hết các tháng trong năm, chất lượng nước chỉ phù hợp với mục đích sử dụng giao thông thủy hoặc các mục đích khác có yêu cầu chất lượng nước thấp. 5.2. Kiến nghị Nghiên cứu này là bước đầu tiên áp dụng mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Srêpôk nên còn nhiề u hạn chế: - Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu đều miễn phí, với độ phân giải thấp trên phạm vi toàn cầu. Lý giải cho điều này là vì mô hình SWAT còn khá mới mẻ ở Việt Nam nên dữ liệu sẵn có cho mô hình vẫn chưa đáp ứng cho nhu cầu ứng dụng thực tiễn vào từng khu vực cụ thể, trong đó có lưu vực sông Srêpôk. - Các kết quả đầu ra từ việc mô phỏng chất lượng nước trong SWAT chưa được kiểm định, hiệu chỉnh. HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 115 Vì vậy, hướng phát triển tiếp theo của đề tài là sẽ sử dụng dữ liệu có độ chính xác cao, chi tiết liên quan đến thực hành quản lý (mức độ áp dụng phân bón, thuốc trừ sâu, làm đất, quản lý) cho việc mô phỏng chất lượng nước lưu vực sông Srêpôk. Bên cạnh đó, sẽ thu thập thêm dữ liệu thực đo chất lượng nước trên lưu vực để hiệu chỉnh và kiểm định kế t quả mô hình. Tài liệu tham khảo Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2008. Quy chuẩn Kĩ thuật Quốc gia về Chất lượng Nước mặt (QCVN 08 : 2008/BTNMT). Hà Nội. Cục Quản lý Tài nguyên Nước, 2010. Sông Serepok ở Đắk Lắk bị "đầu độc" nghiêm trọng. Địa chỉ truy cập <http://www.dwrm.gov.vn/index.php?rm=News&in=vie wst&sid=1520 > [Truy cập ngày 26/01/2011]. Geoff Wright et al., 2006. Atlastài nguyên nước tổng hợp lưu vực sông Srêpôk. Địa chỉ truy cập <http://mouthtosource.org/Srêpôk_images/Integrated-Water-Resources-Atlas-of-Srêpôk- basin.pdf> [Truy cập ngày 26/01/2011]. Manoj Jha, 2009. Hydrologic Simulations of the Maquoketa River Watershed Using SWAT. Địa chỉ truy cập <http://ageconsearch.umn.edu/bitstream/51123/2/09-WP_492.Jha.pdf > [Truy cập ngày 26/01/2011]. The Government of Vietnam, 2006. A Strategic Framework for Water Resource Management in the Sre Pok River Basin. Địa chỉ truy cập <http://mouthtosource.org/rivers/Srêpôk/files/2010/09/Strategic-Framework-for-WRM-in-Sre- Pok.pdf> [Truy cập ngày 26/01/2011]. . HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 109 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK - TỈNH ĐẮK LẮK (APPLICATION OF SWAT MODEL. trong đánh giá chất lượng nước lưu vực (Manoj Jha, 2009). Xuất phát từ lý do đó, đề tài Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá đất và nước tại lưu vực sông Srêpôk