ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG - - ĐỒ ÁN: MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: “Ứng dụng công nghệ GIS mô hình SWAT đánh giá hàm lượng DO có nước mặt lưu vực sông Đak-Bla tỉnh Kon Tum”” GVHD: LÊ ĐẮC TRƯỜNG SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA Lớp: LĐH4QM SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA Hà Nội – 05/2015 LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1.Tiến trình thực SWAT 1.2 Quá trình tính toán mô 1.3 Phương trình thuật toán tính lượng DO 1.4 Đánh giá độ xác .5 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1 Bộ sở liệu đầu vào cho mô hình SWAT 2.2 Kết mô chất lượng nước lưu vực sông Đak-Bla giai đoạn 2010 – 2015 2.3 Kết mô lượng DO giai đoạn 2010 - 2015 2.4 So sánh lượng DO hai giai đoạn 2010 – 2013 2013 - 2015 10 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .11 Kết luận .11 Kiến nghị 11 SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG MỞ ĐẦU Nước tài nguyên đặc biệt quan trọng, định tồn phát triển sống Trái Đất Đặc điểm tài nguyên nước tái tạo theo quy luật thời gian không gian Nhưng quy luật tự nhiên, hoạt động người tác động không nhỏ đến vòng tuần hoàn nước Hiện nay, có nhiều mô hình thủy văn cấp độ lưu vực phát triển sẵn có liệu không gian thời gian khó khăn cản trở việc ứng dụng mô hình này, nước phát triển Tuy nhiên, phát triển công nghệ GIS tạo nên động lực góp phần cải thiện, thúc đẩy việc ứng dụng mô hình phạm vi toàn giới Hệ thống thông tin địa lý ( GIS – Geographic information System) công nghệ du nhập vào Việt Nam thập niên 90 kỉ XIX phát triển năm trở lại GIS cho phép liên kết liệu không gian liệu thuộc tính với công cụ phần mềm Việc ứng dụng phần mềm hệ thống thông tin địa lý giúp thu thập, lưu trữ phân tích liệu không gian thuộc tính cho ta kết nhu mong muốn Việc ứng dụng GIS vào hoạt động quy hoạch, quản lí giám sát tài nguyên môi trường cần thiết Trong mô hình đánh giá chất lượng đất nước SWAT ( Soil and Water Assessment Tool) phận hệ thống GIS Với lí trên, em chọn lựa thực đề tài nghiên cứu “ Ứng dụng công nghệ GIS mô hình SWAT đánh giá hàm lượng DO có nước mặt lưu vực sông Đak-Bla tỉnh Kon Tum” SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWAT 1.1.Tiến trình thực SWAT Mục tiêu đề tài đánh giá chất lượng nước mặt lưu vực sông Đak-Bla nên đề tài ứng dụng mô hình SWAT vào nghiên cứu Dữ liệu đầu vào mô hình SWAT bao gồm đồ DEM, đồ đất, đồ sử dụng đất liệu thời tiết Trong tiến trình thực qua bước (thể thông qua sơ đồ sau): - Tạo ranh giới lưu vực tiểu lưu vực - Tạo đơn vị thủy văn - Xây dựng thông số liệu đầu vào để chạy mô hình SWAT - Chạy mô hình - Xuất kết Tiến trình thực thông qua hình sau 1.2 Quá trình tính toán mô Chất lượng nước mặt đánh giá dựa nhiều thông số khác (chi tiết xem QCVN 08:2008/BTNMT) với cấp độ phân hạng : A1, A2, B1 B2 (Bộ Tài Nguyên Môi Trường, 2008) Với nghiên cứu này, sử dụng thông số sau: oxi hoà tan DO để phục vụ cho việc đánh giá chất lượng nước mặt lưu vực sông Đak-Bla Mặt khác, số lượng nhiều tiểu lưu vực thuộc lưu vực sông Đak-Bla nên đề tài giới hạn xem xét tiểu lưu vực 1, 7, tiểu lưu vực chọn đầu lưu vực 1.3 Phương trình thuật toán tính lượng DO Nồng độ oxi hoà tan thích hợp yêu cầu cho hệ sinh thái thuỷ sinh khoẻ mạnh Nồng độ oxy hoà tan dòng suối chức khí , tổng hợp photpho, thực vật động vật hô hấp, nhu cầu sinh vật đáy, nhu cầu oxy hoá, nitrat hoá, độ mặn nhiệt độ Sự thay đổi nồng độ oxy hoà tan ngày tính phương trình (S.L Neisch, J.G Arnold, J.R Kiniry, J.R Williams, 2009): SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG Trong ΔOxstr : thay đổi nồng độ oxi hoà tan (mg O2/L) ᴋ2 : tỷ lệ cho khuếch tán Fickian (day-1 or hr -1 ) Oxsat : nồng độ oxi bão hoà (mg O2/L) Oxstr : nồng độ oxi hoà tan lưu vực sông (mg O2/L) α3 : tỷ lệ sản xuất oxy cho đơn vị quang hợp tảo (mg O2/mg alg) μa : tốc độ tăng trưởng tảo (day-1 or hr -1 ) α4 : tỷ lệ hấp thu oxy đơn vị tảo sống (mg O2/mg alg) ρa : tỷ lệ sống chết tảo (day-1 or hr -1 ) ᴋ1 : tỷ lệ cbod khử oxy (day-1 or hr -1 ) cbod : nồng độ nhu cầu oxi sinh học cacbon (mg CBOD/L) ᴋ4 : tỷ lệ nhu cầu oxi trầm tích (mg O2/(m2 day) or mg O2/(m2 hr)) depth : độ sâu nước dòng sông (m) α5 : tỷ lệ hấp thu oxy đơn vị trình oxy hóa NH+ (mg O2/mg N) βN,1 : số tốc độ cho trình oxi hoá sinh học nitơ ammonia (day-1 or hr -1 ) NH4str : nồng độ amoni đầu ngày (mg N/L) α6 : tỷ lệ hấp thu oxy đơn vị trình oxy hóa NO- (mg O2/mg N) βN,2 : số tốc độ cho trình oxi hoá sinh học nitrit thành nitrat (day-1 or hr -1 ) NO2str : nồng độ nitrit đầu ngày (mg N/L) algae: nồng độ sinh khối tảo vào đầu ngày (mg alg/L) TT : dòng chảy thời gian di chuyển lưu vực sông (day or hr) 1.4 Đánh giá độ xác Hiệu mô hình đánh giá cách so sánh kết chạy mô hình với số liệu thực đo dòng chảy lưu vực theo năm, tháng, ngày SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG Để đánh giá độ tin cậy mô hình người ta thường sử dụng số Nash – Sutcliffe (NSI) (Nash, J.E J.V Sutcliffe, 1970) - Công thức tính số NSI: Trong đó: - Chỉ số NSI chạy từ -∞ đến Nếu NSI nhỏ gần 0, kết xem chấp nhận độ tin cậy Ngược lại, NSI 1, kết mô mô hình hoàn hảo Hiệu chỉnh mô hình: Nếu kiểm định mô hình mà số không đạt yêu cầu ta phải quay lại hiệu chỉnh kiểm tra lại thông số đầu vào mô hình chạy lại mô hình SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1 Bộ sở liệu đầu vào cho mô hình SWAT Dữ liệu mưa gồm: - Hệ thống file liệu mưa theo ngày trạm - Tên file tuỳ chọn là: tentram_pcp (Ví dụ: KonTum_pcp, DakTo_pcp) - File có định dạng DBF Tên trường Định dạng trường Định nghĩa DATE Date (mm/dd/yyyy) Ngày đo PCP Number Lượng mưa đo (mm) Định dạng bảng file liệu mưa theo0 ngày trạm 2.2 Kết mô chất lượng nước lưu vực sông Đak-Bla giai đoạn 2010 – 2015 Sau chạy mô hình, nghiên cứu tiến hành kiểm chứng mô hình thông qua số NSI dựa lưu lượng dòng chảy trạm Kon Plong Kết kiểm chứng cho thấy số NSI mô hình 0,56 (tạm chấp nhận được) Sở dĩ số NSI chưa cao liệu tiếp cận hạn chế, trạm đo cách xa so với đầu lưu vực nên tính xác mô hình thấp Bên cạnh liệu khí tượng quan trắc không đầy đủ có ngày có liệu trống Số trạm thời tiết thực đo nằm lưu vực có trạm Kon Tum trạm Măng Đen lại toàn liệu khí tượng mô Trong trạm Măng Đen có liệu liệu mưa SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG Biểu đồ kiểm chứng lưu lượng dòng chảy đầu lưu vực sông Đak-Bla mô hình SWAT phần mềm SWAT – CUP 2.3 Kết mô lượng DO giai đoạn 2010 - 2015 Oxi cần thiết cho tất dạng sống nước Hàm lượng oxi hoà tan (DO) nước tự nhiên thay đổi theo thời gian, tuỳ thuộc vào nhiệt độ, độ mặn, hoạt động sinh học (ví dụ quang hợp hô hấp) áp suất khí Xác định nồng độ DO phần quy trình đánh giá chất lượng nước, oxi có lien quan, ảnh hưởng đến gần tất trình sinh học, hoá học môi trường nước (FrancisFloyd, R., 1992) Hàm lượng DO thấp nghĩa nước có nhiều chất hữu cơ, dẫn đến nhu cầu oxi tăng, làm giảm lượng oxi nước Nồng độ oxi hoà tan mg/l ảnh hưởng xấu đến chức hoạt động sống cộng đồng sinh học mg/l dẫn đến chết nhiều loài cá (Nguyễn Kim Lợi ctv, 2011) Việc đo lường DO sử dụng để mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, trình phân huỷ chất hữu mức độ tự làm nước (D.Chapman and V.Kimstach, 1996) Hàm lượng DO thấp nghĩa nước có nhiều chất hữu cơ, dẫn đến nhu cầu oxi hoá tăng, yêu cầu tiêu thụ nhiều oxi nước Ngược lại, DO cao chứng tỏ nước có nhiều rong tảo tham gia vào trình quang hợp giải phóng oxi SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG Biểu đồ lượng DO hoà tan trung bình tháng đầu lưu vực giai đoạn 2010 - 2013 Biểu đồ lượng DO hoà tan trung bình tháng tiểu lưu vực tiểu lưu vực giai đoạn 2013 - 2015 Phân cấp lượng DO nước tiểu lưu vực theo QCVN 08:2008/BTNMT SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG 2.4 So sánh lượng DO hai giai đoạn 2010 – 2013 2013 - 2015 Biểu đồ lượng DO hai giai đoạn 2010 - 2013 2013 - 2015 - Thông qua kết thể hình 4.15, lượng DO tiểu lưu vực giai đoạn 2010 - 2013 thấp lượng photphas giai đoạn 2013 – 2015 - Lượng DO tiểu lựu vực từ tháng tới tháng 11 giai đoạn 2010 - 2013 từ thàng tới tháng 12 torng giai đoạn 2013 - 2015 không thay đổi - Thông qua kết thể hình , nhìn chung lượng amoni tiểu lưu vực giai đoạn 2010 - 2013 thấp lượng photphas giai đoạn 2013 - 2015 Tuy có thay đổi liên tục qua giai đoạn 0,1 mg/l tương đương với mức A1 Vì thấy lượng amoni nguồn nước ổn định phù hợp để sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, bảo tồn loài động thực vật thuỷ sinh, tưới tiêu, thuỷ lợi, - Thông qua kết thể hình, lượng photphas tiểu lưu vực giai đoạn 2010 - 2013 cao lượng photphas giai đoạn 2013 - 2015 Tuy có thay đổi liên tục qua giai đoạn lượng DO 0,1 mg/l tương đương với mức A1 Vì thấy lượng photphas nguồn nước phù hợp để sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, bảo tồn loài động thực vật thuỷ sinh, tưới tiêu, thuỷ lợi,… SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA 10 LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nghiên cứu thực nội dung sau: - Xây dựng thông số đầu vào cho lưu vực sông Đak-Bla - Mô chất lượng nước mặt giai đoạn 2010 - 2015 cho lưu vực - Đánh giá chất lượng nước thông qua việc so sánh thông số DO hai giai đoạn 2010 - 2013, 2013 - 2015 tiểu lưu vực 5, Một ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng nước mặt lưu vực sông Đak-Bla, với đặc điểm lưu vực sông Đak-Bla khu vực miền núi, đất rộng người thưa, phát triển công nghiệp so với vùng đồng thành phố lớn nhỏ lẻ nên nhìn chung chất lượng nước lưu vực sông Đak-Bla sạch, bị ô nhiễm số nhà máy Tuy lượng oxi hoà tan (DO) nước thấp ảnh hưởng nhiều đến sống loài sinh vật nước lượng nitrat, amoni photphas nằm giới hạn cho phép để sử dụng cho việc cung cấp nước sinh hoạt, mục đích trồng trọt công trình thuỷ lợi, giao thông Kiến nghị Mô hình SWAT cách tiếp cận đánh giá chất lượng nước hiệu cho lưu vực lưu vực sông Đak-Bla Với kết đánh giá trên, hỗ trợ việc quản lý, sử dụng nguồn nước hiệu quả, phù hợp với mục đích sử dụng khác với quy hoạch tương lai Nghiên cứu bước đầu áp dụng mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Đak-Bla nên tồn số hạn chế Vì vậy, hướng phát triển đề tài sử dụng liệu có độ xác cao, chi tiết như: mức độ áp dụng phân bón, thuốc trừ sâu, làm đất, quản lý, sản xuất công nghiệp… Bên cạnh đó, thu thập thêm liệu quan trắc chất lượng nước lưu vực để hiệu chỉnh kiểm định kết mô hình Kết nghiên cứu sở tảng cho nghiên cứu nhằm khai thác hết lợi ích sử dụng mô hình SWAT để đánh giá chất lượng nước mặt SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA 11 LỚP : LĐH4QM [...]... ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận Nghiên cứu đã thực hiện được những nội dung sau: - Xây dựng được bộ thông số đầu vào cho lưu vực sông Đak -Bla - Mô phỏng được chất lượng nước mặt trong giai đoạn 2010 - 2015 cho cả lưu vực - Đánh giá chất lượng nước thông qua việc so sánh các thông số DO trong hai giai đoạn 2010 - 2013, 2013 - 2015 của 3 tiểu lưu vực 5, 6 và 7 Một trong. .. hưởng khá quan trọng đến chất lượng nước mặt của lưu vực sông Đak -Bla, đó là với đặc điểm của lưu vực sông Đak -Bla là khu vực miền núi, đất rộng người thưa, phát triển công nghiệp so với các vùng đồng bằng và các thành phố lớn còn rất nhỏ lẻ nên nhìn chung chất lượng nước của lưu vực sông Đak -Bla còn sạch, chỉ bị ô nhiễm ở một số các nhà máy Tuy lượng oxi hoà tan (DO) trong nước quá thấp sẽ ảnh hưởng... loài sinh vật dưới nước nhưng lượng nitrat, amoni và photphas nằm trong giới hạn cho phép để sử dụng cho việc cung cấp nước sinh hoạt, các mục đích trồng trọt và các công trình thuỷ lợi, giao thông 2 Kiến nghị Mô hình SWAT là cách tiếp cận đánh giá chất lượng nước hiệu quả cho các lưu vực như lưu vực sông Đak -Bla Với kết quả đánh giá trên, có thể hỗ trợ việc quản lý, sử dụng nguồn nước hiệu quả, phù... phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau với các quy hoạch trong tương lai Nghiên cứu này là bước đầu áp dụng mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Đak -Bla nên còn tồn tại một số hạn chế Vì vậy, hướng phát triển tiếp theo của đề tài là sẽ sử dụng dữ liệu có độ chính xác cao, chi tiết hơn như: mức độ áp dụng phân bón, thuốc trừ sâu, làm đất, quản lý, sản xuất công nghiệp… Bên cạnh đó, sẽ... làm đất, quản lý, sản xuất công nghiệp… Bên cạnh đó, sẽ thu thập thêm dữ liệu quan trắc chất lượng nước trên lưu vực để hiệu chỉnh và kiểm định kết quả mô hình Kết quả của nghiên cứu là cơ sở nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm khai thác hết các lợi ích khi sử dụng mô hình SWAT để đánh giá chất lượng nước mặt SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA 11 LỚP : LĐH4QM ... tài nghiên cứu “ Ứng dụng công nghệ GIS mô hình SWAT đánh giá hàm lượng DO có nước mặt lưu vực sông Đak -Bla tỉnh Kon Tum SVTH: ĐINH THỊ KIM THOA LỚP : LĐH4QM ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG... GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWAT 1.1.Tiến trình thực SWAT Mục tiêu đề tài đánh giá chất lượng nước mặt lưu vực sông Đak -Bla nên đề tài ứng dụng mô hình SWAT vào nghiên cứu Dữ liệu đầu vào mô hình SWAT bao... công trình thuỷ lợi, giao thông Kiến nghị Mô hình SWAT cách tiếp cận đánh giá chất lượng nước hiệu cho lưu vực lưu vực sông Đak -Bla Với kết đánh giá trên, hỗ trợ việc quản lý, sử dụng nguồn nước