MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý .8 1.1.2 Địa hình, địa mạo .8 1.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng 1.1.4 Thảm thực vật 10 1.1.5 Khí hậu 11 1.1.6 Thủy văn 15 1.2 HIỆN TRẠNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KINH TẾ 18 1.2.1 Hiện trạng phát triển kinh tế 19 1.2.1.1 Những hạn chế phát triển kinh tế xã hội 19 1.2.1.2 Những thuận lợi phát triển kinh tế xã hội 19 1.2.2 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị 20 1.2.2.1 Xu phát triển dân số, nguồn nhân lực 20 1.2.2.2 Xu phát triển kinh tế - xã hội 21 1.2.2.3 Quy hoạch sử dụng đất chuyển đổi cấu trồng tới năm 2010 22 1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT CỰC ĐOAN 23 1.3.1 Tình trạng hạn hán 23 1.3.2 Tình trạng úng lụt 24 1.3.3 Tình trạng lũ quét 24 CHƯƠNG 26 MÔ HÌNH SWAT 26 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC 26 2.1.1 Cấu trúc mô hình mưa - dòng chảy lưu vực 27 2.1.2 Giới thiệu số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực 28 2.1.2.1 MIKE – SHE 28 2.1.2.2 HEC-HMS 28 2.1.2.3 NASIM 29 2.1.2.4 SAC – SMA (Sacramento) 30 2.1.2.5 HBV 30 2.1.2.6 Mô hình NAM 30 2.1.2.7 Mô hình SCS 31 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ TỔNG QUAN MÔ HÌNH SWAT 32 2.2.1 Lịch sử phát triển 32 2.2.2 Tổng quan mô hình SWAT 34 2.2.3 Các ứng dụng mô hình SWAT nước giới 36 2.2.3.1 Thế giới 36 2.2.3.2 Việt Nam 36 2.3 CẤU TRÚC MÔ HÌNH SWAT 37 2.3.1 Mô hình lưu vực 37 2.3.2 Mô hình diễn toán 38 2.4 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH SWAT 38 2.4.1 Dòng chảy mặt 38 2.4.1.1 Phương pháp số đường cong SCS 38 2.4.1.2 Phương pháp thấm Green Ampt 39 2.4.1.3 Hệ số lưu lượng đỉnh lũ 40 2.4.1.4 Hệ số trễ dòng chảy mặt 40 2.4.1.5 Tổn thất dọc đường 41 2.4.2 Bốc thoát 42 2.4.2.1 Vòm 42 2.4.2.2 Bốc thoát tiềm 42 2.4.2.3 Bốc thoát thực tế 43 2.4.3 Chuyển động nước đất 44 2.4.4 Nước ngầm 45 2.4.4.1 Tầng ngậm nước nông 45 2.4.4.2 Tầng ngậm nước sâu 45 2.4.5 Diễn toán dòng chảy sông 46 2.4.6 Diễn toán hồ chứa 46 2.5 THÔNG SỐ MÔ HÌNH 47 2.5.1 Thông số tính toán dòng chảy trực tiếp 47 2.5.2 Thông số tính toán lưu lượng đỉnh lũ 47 2.5.3 Thông số tính hệ số trễ dòng chảy mặt 47 2.5.4 Thông số tính toán tổn thất dọc đường 47 2.5.5 Thông số tính toán tổn thất bốc 47 2.5.6 Thông số tính toán dòng chảy ngầm 47 2.5.7 Thông số diễn toán dòng chảy kênh 47 2.6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH 48 CHƯƠNG 49 KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ THAY ĐỔI MẶT ĐỆM 49 3.1 KHÁI NIỆM KỊCH BẢN 49 3.2 KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 50 3.2.1 Sơ lược tình hình biến đổi khí hậu 50 3.2.2 Dao động đặc trưng khí hậu Quảng Trị thập kỷ qua 51 3.2.3 Các kịch biến đổi khí hậu 52 3.3 KỊCH BẢN THAY ĐỔI MẶT ĐỆM 54 3.3.1 Kịch 54 3.3.2 Kịch 55 3.3.3 Kịch 55 3.4 LỰA CHỌN KỊCH BẢN PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 56 3.4.1 Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu 56 3.4.2 Lựa chọn kịch thay đổi mặt đệm 57 3.4.3 Lựa chọn kết hợp kịch biến đổi khí hậu kịch sử dụng đất 57 CHƯƠNG 58 ÁP DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI CÁC KỊCH BẢN ĐÃ LỰA CHỌN 58 4.1 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 58 4.1.1 Số liệu đầu vào 58 4.1.2 Áp dụng mô hình để tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Thạch Hãn 58 4.1.3 Kết hiệu chỉnh thông số mô hình 60 4.1.4 Kết kiểm định mô hình 63 4.1.5 Nhận xét chung 63 4.2 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY 64 4.2.1 Kịch B2: 64 4.2.2 Kịch A2 66 4.3 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC 68 4.3.1 Kịch 1: 68 4.3.2 Kịch 69 4.3.3 Kịch 70 4.4 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TỔNG HỢP CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ lưu vực sông Thạch Hãn Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông suối lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Thạch Hãn 15 Hình 2.1 Cấu trúc chung mô hình thủy văn 26 Hình 2.2 Sơ đồ lịch sử phát triển mô hình SWAT 33 Hình 2.3 Sự khác phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô theo phương trình Green Ampt thực tế 39 Hình 3.1 Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu (IPCC, 2007) 50 Hình 3.2 Diễn biến lượng mưa năm vùng giới (IPCC, 2007) 51 Hình 3.3 Xu biến đổi nhiệt độ Quảng Trị thập kỷ qua theo số liệu trạm Đông Hà 52 Hình 3.4 Dao động tổng lượng mưa năm theo số liệu trạm Gia Vòng thập niên qua 52 Hình 3.5 Thay đổi diện tích sử dụng đất kịch so với đồ năm 2000 55 Hình 4.1 Lưu vực sông Thạch Hãn chia thành 04 lưu vực sở 59 Hình 4.2 Tiến hành chồng ghép đồ sử dụng đất năm 2000 đồ thảm phủ thực vật năm 2000 tỉnh Quảng Trị 60 Hình 4.3 Đường trình lưu lượng tính toán thực đo trạm thuỷ văn Gia Vòng 62 Hình 4.4 Quan hệ tương quan lưu lượng tính toán thực đo trạm Gia Vòng 62 Hình 4.5 Đường trình lưu lượng tính toán thực đo trạm thuỷ văn Gia Vòng 63 Hình 4.6 Thay đổi % dòng chảy tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 64 Hình 4.7 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 65 Hình 4.8 Thay đổi dòng chảy năm kịch biến đổi khí hậu 66 Hình 4.9 Thay đổi % dòng chảy tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 67 Hình 4.10 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 67 Hình 4.11 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 69 Hình 4.12 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 70 Hình 4.13 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 71 Hình 4.14 Thay đổi dòng chảy năm tương ứng với kết hợp điều kiện khí hậu khác đồ sử dụng đất theo kịch 72 Hình 4.15 Thay đổi dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu-sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu 73 Hình 4.16 Biến đổi % dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu A2 – sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu A2 74 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Diễn biến tài nguyên rừng Quảng Trị hiệu 11 Bảng 1.2 Chuẩn mưa năm sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm trạm lưu vực sông Thạch Hãn 11 Bảng 1.3 Các cực trị lượng mưa năm thời kỳ quan trắc (1977 – 2004) 12 Bảng 1.4 Kết phân mùa mưa - khô tỉnh Quảng Trị 12 Bảng 1.5 Phân phối mưa năm theo tháng trạm đo mưa lưu vực sông Thạch Hãn 13 Bảng 1.6 Nhiệt độ bình quân tháng trạm ĐôngHà 13 Bảng 1.7 Độ ẩm tương đối trạm Đông Hà (%) 13 Bảng 1.8 Bốc bình quân tháng trạm Đông Hà 14 Bảng 1.9 Số nắng trạm Đông Hà 14 Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông vùng nghiên cứu 16 Bảng 1.11 Kết phân mùa dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn 16 Bảng 1.12 Phân phối dòng chảy năm theo tháng lưu vực sông Thạch Hãn 17 Bảng 1.13 Trữ lượng nước hồ, đập lưu vực sông Thạch Hãn 17 Bảng 1.14 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Thạch Hãn 18 Bảng 1.15 Dân số trung bình phân theo giới tính phân theo khu vực 21 Bảng 1.16 Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân qua thời kỳ 22 Bảng 1.17 Cơ cấu quỹ đất đến 2010 tỉnh Quảng Trị 22 Bảng 1.18 Quy hoạch sử dụng đất đến 2010 tỉnh Quảng Trị 23 Bảng 2.1 Bảng kết đánh giá Mô hình tiêu Nash 48 Bảng 3.1 Các kịch biến đổi sử dụng đất 55 Bảng 3.2 Gia tăng nhiệt độ theo mùa Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với kịch phát thải (A2 B2) 56 Bảng 3.3 Biến đổi % lượng mưa theo mùa Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với kịch phát thải (A2 B2) 57 Bảng 4.1 Kết hiệu chỉnh thông số cho lưu vực sông Thạch Hãn 61 Bảng 4.2 Thay đổi dòng chảy năm theo kịch biến đổi khí hậu 65 Bảng 4.3 Biến đổi dòng chảy tháng so với tính toán kiểm tra 66 Bảng 4.4 Thay đổi dòng chảy mùa theo kịch 68 Bảng 4.5 Khoảng dao động biến đổi dòng chảy mùa kịch 68 Bảng 4.6 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch 70 Bảng 4.7 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch 70 Bảng 4.8 Tỉ lệ giảm dòng chảy tháng mùa lũ (%) 71 Bảng 4.9 Thay đổi dòng chảy năm kịch kết hợp biến đổi khí hậu -sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu 73 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sông Thạch Hãn sông lớn tỉnh Quảng Trị, diện tích lưu vực sông Thạch Hãn 2660 km2, chiếm tới 56% diện tích tỉnh Quảng Trị Nhìn chung, dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn chia thành mùa rõ rệt: - Mùa lũ kéo dài tháng (từ tháng VIII đến tháng XI từ tháng IX đến tháng XII) mức độ tập trung dòng chảy mùa lũ lớn, chiếm tới 62,5 - 80% tổng lượng dòng chảy năm Đây thời kỳ mưa lớn năm lũ thời kỳ xảy lũ quét sườn dốc gây đất đá lở hay lũ ngập tràn hạ du Lũ thường liền với bão gây thiệt hại lớn cho kinh tế xã hội, gây chết người hư hỏng công trình, sở hạ tầng Tính chất lũ kéo dài từ - ngày, đỉnh lũ cao, tổng lượng lớn Với tình hình phát triển kinh tế lũ tránh chủ động làm giảm mức thiệt hại lũ gây - Mùa kiệt tháng XII tháng I, kết thúc vào tháng VII VIII, kéo dài tới tháng tổng lượng dòng chảy mùa kiệt chiếm khoảng 20 - 37,5% tổng lượng dòng chảy năm Sự phân phối không gây ảnh hưởng lớn cho sinh hoạt sản xuất Tình trạng trở nên khốc liệt vào năm tháng có gió Tây Nam (gió Lào) hoạt động mạnh Hiện nay, việc sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Thạch Hãn tồn vấn đề sau: - Nguồn nước khai thác sử dụng cho mục đích riêng rẽ, gây lãng phí hiệu Việc phân bổ nguồn nước chưa hợp lý, chưa đáp ứng mục tiêu cho hộ dùng nước - Dấu hiệu khan nước ngày cao (lượng nước suy giảm mùa kiệt, mặn xâm nhập sâu vào nội đồng, ô nhiễm nước thải chất thải tăng v.v…) - Tài nguyên đất khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác phát triển công nghiệp, dịch vụ, thủy sản, chuyển đổi giống trồng vật nuôi v.v… gây tác động lớn đến nguồn nước Sự lặp lại kiện cực đoan ở tỉnh Quảng Trị nói chung lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng thời gian gần khiến người quan tâm đến tác động biến đổi khí hậu khu vực, sử dụng đất thay đổi cảnh quan người gây tượng cực đoan Để tác động cần phải hiểu biến đổi khí hậu, sử dụng đất thảm phủ tác động đến dòng chảy tượng thủy văn theo năm mùa Kiến thức cần thiết cho việc quy hoạch sử dụng đất để bảo vệ nguồn nước quản lý hiệu lưu vực Nó quan trọng môi trường sinh thái hoạt động kinh tế xã hội lưu vực Ngoài ra, nay, lưu vực sông Thạch Hãn trạm quan trắc lưu lượng thường xuyên, có trạm Rào Quán đo đạc từ năm 1983 1985, nhằm mục đích phục vụ việc thiết kế thi công công trình thủy điện Rào Quán, gây nhiều khó khăn cho công tác tính toán lượng nước đến lưu vực dự báo lũ, kiệt; khả khái quát số liệu dòng chảy theo không gian thời gian, phục vụ mục đích nghiên cứu quy hoạch sử dụng nước lưu vực Trong đó, trạm đo mưa phạm vi tỉnh Quảng Trị lại tương đối nhiều tiến hành đo tương đối đồng liên tục từ năm 1977 đến Hầu hết tính toán đánh giá tài nguyên nước lưu vực phải sử dụng biện pháp khôi phục số liệu dòng chảy từ mưa Để khảo sát toán biến đổi dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn điều kiện số liệu dòng chảy không đầy đủ, việc sử dụng mô hình diễn toán mưa – dòng chảy cần thiết Một số mô hình mưa - dòng chảy ứng dụng nhiều như: SWAT, HEC-HMS, MIKE-SHE, SAC-SMA, NASIM, HBV v.v… Trong đó, Mô hình SWAT (Arnold cộng sự, 2002) chứng minh công cụ hiệu để đánh giá tài nguyên nước ô nhiễm với phạm vi lớn điều kiện môi trường toàn cầu Đồng thời, mô hình SWAT xây dựng để đánh giá tác động việc sử dụng đất, xói mòn việc sử dụng hoá chất nông nghiệp hệ thống lưu vực sông ưu điểm đó, sau cân nhắc nghiên cứu, luận văn lựa chọn sử dụng mô hình SWAT để thực mục tiêu đề tài Do vậy, “Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy biến đổi khí hậu sử dụng đất cho lưu vực sông Thạch Hãn” đề tài có tính khoa học thực tiễn, góp phần giải khó khăn giúp cho nhà quản quản lý tài nguyên nước đưa định chiến lược phát triển kinh tế xã hội có hiệu MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI  Nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Trị nói chung lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng để phục vụ cho toán quản lý tài nguyên nước hiệu  Chứng minh mức độ phù hợp việc ứng dụng mô hình SWAT cho lưu vực sông Thạch Hãn tính toán dòng chảy  Hiểu rõ tác động sử dụng đất biến đổi khí hậu Q (m3/s) 70,0 60,0 Q 50,0 Q kịch B2 40,0 30,0 20,0 10,0 t (tháng) 0,0 10 11 12 Hình 4.7 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 Quan sát hình ta thấy mức độ biến đổi mạnh dòng chảy Theo xu hướng biến đổi kịch B2: dòng chảy tháng tăng mạnh vào mùa lũ, đồng thời giảm vào mùa kiệt Dòng chảy tháng mùa lũ (từ tháng IX-XII) tăng mạnh từ 7.4% 24.3% so với thời đoạn Trong đó, dòng chảy kiệt lại giảm từ khoảng 9.2% 49.2% Trong dao động tháng mạnh, dòng chảy năm tăng lên không nhiều, khoảng 11.22% so với dòng chảy thời đoạn tính toán Bảng 4.2 Thay đổi dòng chảy năm theo kịch biến đổi khí hậu Q (m /s) Thay đổi (%) A2 17.18 13.3 B2 16.87 11.22 65 Giai đoạn 15.17 17,5 17 Q (m3/s) 16,5 16 15,5 15 14,5 14 A2 Giai đoạn B2 Hình 4.8 Thay đổi dòng chảy năm kịch biến đổi khí hậu 4.2.2 Kịch A2 Tương tự kịch B2, kịch này, ta đánh giá biến đồi theo thời đoạn giai đoạn từ 1980-1999 Tác động kịch tương tự kịch B2, song mức độ tác động diễn mạnh dòng chảy năm (Bảng 4.2) lẫn dòng chảy tháng (Bảng 4.3) Bảng 4.3 Biến đổi dòng chảy tháng so với tính toán kiểm tra Tháng I II B2 (%) 11.9 A2 (%) 14.1 III IV V VI VII VIII IX X XI XII 4.3 -9.2 -19.8 7.4 -13.9 -26.7 -49.2 9.1 18.9 47.1 24.3 15.4 10.6 7.4 -56.2 11.2 23.4 58.6 27.2 19.4 11.8 8.1 66 % 60 40 20 10 11 12 t (tháng) -20 -40 -60 Hình 4.9 Thay đổi % dòng chảy tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 Q (m3/s) 70 60 Q 50 Q kịch A2 40 30 20 10 t (tháng) 10 11 12 Hình 4.10 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 Quan sát hình ta thấy mức độ biến đổi mạnh dòng chảy Theo xu hướng biến đổi kịch A2: dòng chảy tháng tăng mạnh vào mùa lũ, đồng thời giảm mạnh vào mùa kiệt 67 Vào tháng mùa lũ (từ tháng IX-XII), dòng chảy tăng mạnh từ 8.1% 27.2% so với thời đoạn Trong đó, dòng chảy kiệt lại giảm từ khoảng 13.9% -56.2% Trong dao động tháng mạnh, dòng chảy năm tăng lên không nhiều, khoảng 13.3% so với dòng chảy thời đoạn tính toán Nhận xét: Xu hướng thay đổi dòng chảy tương ứng với kịch tương tự nhau, xu hướng biến đổi kịch A2 diễn mạnh dòng chảy năm, dòng chảy theo mùa, đồng thời mức độ biến đổi thời kỳ lũ lớn nhiều so với mức độ biến đổi dòng chảy thời kỳ kiệt kịch so với thời đoạn 4.3 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC Tác động thay đổi thảm phủ dòng chảy lưu vực dựa vào kết so sánh tính toán kiểm tra – kết tính cho giai đoạn từ 1978 đến 2006, sử dụng đồ sử dụng đất năm 2000, với kết tính toán cho giai đoạn với điều kiện khí hậu giữ nguyên thay đổi đồ sử dụng đất tương ứng (đã làm lại tương ứng với kịch chọn) Sự thay đổi dòng chảy tính toán với kịch sử dụng đất so với trạng sử dụng đất năm 2000 mô tả tác động thay đổi thảm phủ dòng chảy lưu vực 4.3.1 Kịch 1: Kết dòng chảy năm trung bình năm giảm 2.32%, dòng chảy theo mùa lại biến đổi lớn (Bảng 4.4) khoảng dao động tương đối rộng (Bảng 4.5) Bảng 4.4 Thay đổi dòng chảy mùa theo kịch Thay đổi dòng chảy theo tháng (%) Thay đổi dòng chảy năm (%) - 2.32% I- III IV - VI VII VIII - X XI-XII + 16.77 -7.6 + 17.34 -8.18 +7.45 Bảng 4.5 Khoảng dao động biến đổi dòng chảy mùa kịch Tăng Lớn Nhỏ 26.3% 1% Giảm Lớn Nhỏ 11.6% 3.4% 68 Biến đổi lớp phủ theo kịch làm tăng dòng chảy kiệt dòng chảy lũ giảm mạnh Sự giảm dòng chảy thay đổi thảm phủ diễn mạnh vào tháng tháng 9, mức độ giảm nhẹ tháng 4, 8, 10 Dòng chảy từ tháng 12 đến tháng tăng mạnh (hình 4.11) Thay đổi dòng chảy diễn biến khả thay đổi diện tích đất trống thành đất trồng hàng năm lâu năm, nhu cầu tưới trồng tăng lên gây xu hướng giảm dòng chảy năm Hơn thay đổi diện tích vụ mùa, thời kỳ phát triển thời kỳ tháng 4, 5, làm cho lưu lượng tháng 4, giảm cung cấp nhu cầu sử dụng nước loại 50 45 40 Q (m3/s) 35 30 25 20 15 10 t (tháng) số liệu kiểm tra 10 11 12 kịch Hình 4.11 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch Nhận xét: Từ kết đánh giá cho thấy việc lựa chọn trồng theo mùa vụ có tác động đáng kể đến phân phối dòng chảy theo mùa Kết kịch cho thấy thay đổi sử dụng đất vừa phải dẫn đến thay đổi thành phần cân nước 4.3.2 Kịch Toàn đất đai lưu vực bị hoang mạc hóa khiến dòng chảy năm có xu hướng tăng lên mạnh 13.67% Xu hướng tăng giảm mạnh lượng bốc thoát từ bề mặt Sinh dòng chảy mặt lớn dòng chảy phận giảm, lượng nước chứa tầng nước ngầm giảm Sự thay đổi dẫn đến tổng lượng nước tăng dòng chảy lưu vực lớn 69 Bảng 4.6 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch Thay đổi dòng chảy theo tháng (%) Thay đổi dòng chảy năm (%) + 13.67% I-III IV-VI VII VIII-X XI-XII + 9.71 +8.11 + 5.73 +6.6 +3.9 11 60 Q (m3/s) 50 40 30 20 10 t (tháng) Số liệu kiểm tra 10 12 Kịch Hình 4.12 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 4.3.3 Kịch Trong kịch diện tích rừng chiếm 50% diện tích toàn lưu vực Diện tích rừng tăng mạnh dẫn đến dòng chảy năm có xu hướng giảm 7.3% Xu hướng giảm thực tế lượng bốc thoát từ diện tích rừng nhiều so với đất trồng cỏ bụi Bảng 4.7 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch Thay đổi dòng chảy theo tháng (%) Thay đổi dòng chảy năm (%) -7.3% I-III IV-VI VII VIII-XI XII + 23.94 -23.08 + 0.52 -19.56 +18.71 Theo số liệu bảng 4.7 cho thấy kịch tác động mạnh đến dòng chảy theo mùa Giảm mạnh vào giai đoạn lũ: giai đoạn mưa phong phú nhiệt độ đủ cao gây bốc thoát tương đối Dòng chảy giảm bản, gây giảm mạnh tổng lượng nước dòng chảy sông Giảm lưu lượng xảy trong tháng trước mùa lũ Trong tháng đến 11, tốc độ giảm dòng chảy giảm dần (bảng 4.8) mưa trung bình tháng 11 giảm so với tháng trước nhiệt độ thấp hơn, làm giảm lượng bốc thoát 70 Bảng 4.8 Tỉ lệ giảm dòng chảy tháng mùa lũ (%) VIII IX X XI -18.82 -31.35 -20.51 -7.87 Tăng dòng chảy khỏi lưu vực thời đoạn XI, XII thời đoạn từ tháng I đến tháng III đóng góp nước ngầm, theo kết tính toán lượng nước ngầm tăng làm tăng dòng chảy nhập lưu Thực tế theo kết tính toán dòng chảy mặt đổ vào sông giảm so với tính toán kiểm tra Sự thay đổi nước mặt thấm vào tầng ngầm cạn sau bốc thoát Q (m3/s) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 t (ngay) Lưu lượng kiểm tra 10 11 12 Kịch Hình 4.13 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch Theo kết đánh giá cho thấy khả điều tiết dòng chảy theo mùa rừng, điều cần thiết quy hoạch thời gian dài sử dụng đất không để bảo vệ nguồn nước mà quản lý hiệu lũ hạn hán Nhận xét chung: Từ kết đánh giá kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất thấy: đặc trưng lớn kịch biến đổi khí hậu có tác động thay đổi mạnh dòng chảy năm so với kịch biến đổi thảm phủ Trong kịch biến đổi sử dụng đất lại có tác động mạnh đến điều tiết dòng chảy theo tháng 71 4.4 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TỔNG HỢP CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY Đánh giá tác động tổng hợp biến đổi khí hậu thảm phủ thực vật dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn lấy từ việc so sánh kết chạy mô hình SWAT với liệu đầu vào: đồ sử dụng đất tỉnh Quảng Trị xây dựng lại (như kịch thay đổi thảm phủ 3) kết hợp với điều kiện khí hậu tương ứng với kịch biến đổi khí hậu lựa chọn (A2 B2) Vì điều kiện khí hậu thảm phủ độc lập dòng chảy, tác động đầy đủ qua lại thảm phủ biến đổi khí hậu dòng chảy thể mô hình Tuy nhiên việc so sánh khác biệt kịch kết hợp với thời đoạn khác biệt chúng xu hướng tác động dòng chảy từ thay đổi kết hợp Q (m3/s) Kịch BĐKH 17,2 17 Kịch kết hợp BĐKH-sử dụng đất 16,8 16,6 16,4 16,2 A2 B2 Hình 4.14 Thay đổi dòng chảy năm tương ứng với kết hợp điều kiện khí hậu khác đồ sử dụng đất theo kịch Kết tính toán thay đổi lưu lượng kịch biến đổi khí hậu thay đổi kịch sử dụng đất (Hình 4.14) Trong nhóm, lưu lượng năm từ kịch sử dụng đất khác 72 Bảng 4.9 Thay đổi dòng chảy năm kịch kết hợp biến đổi khí hậu -sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu A2 B2 Kịch biến đổi khí hậu (m3/s) 17.18 16.87 Kịch kết hợp biến đổi khí hậu – sử dụng đất (m3/s) 16.95 16.63 Thay đổi (%) 1.319 1.395 Qua kết tính toán mô hình 4.14 cho thấy khác biệt tương đối giá trị dòng chảy năm nhóm (Bảng 4.9) thấy quy luật biến đổi dòng chảy nhóm tương tự So sánh với kịch biến đổi khí hậu, kịch kết hợp biến đổi khí hậu - sử dụng đất làm giảm giá trị dòng chảy tất kịch bản, chi tiết xem bảng 4.9 Và mức độ biến đổi chúng tương tự nhau, xấp xỉ 1.3% -1.4% Q (m3/s) Kịch A2 70 60 50 Kịch A2 kết hợp với kịch sử dụng đất 40 30 20 10 t (tháng) 10 11 12 Hình 4.15 Thay đổi dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu-sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu Kết thay đổi dòng chảy theo tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu-sử dụng đất kịch biến đổi khí hậu thể hình 4.15 cho thấy kịch kết hợp tác động đến phân bố dòng chảy theo mùa, thay đổi theo mùa thấy rõ hình 4.16 Qua thay đổi dòng chảy kịch kết hợp với kịch biến đổi khí hậu chứng tỏ kịch kết hợp nắm bắt vài tác động tác động không tuyến tính biến đổi khí hậu sử dụng đất sử dụng kịch kết hợp tính toán cho lưu vực 73 % 60 40 20 t (tháng) 10 11 12 -20 -40 -60 Hình 4.16 Biến đổi % dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu A2 – sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu A2 Việc kết hợp với kịch tăng diện tích rừng cho thấy: dòng chảy trung bình năm có xu hướng giảm so với dòng chảy có tác động biến đổi khí hậu Đồng thời tác động đến phân phối dòng chảy năm, tăng dòng chảy kiệt, giảm dòng chảy lũ Nhận xét: Kết tính toán tác động kết hợp biến đổi khí hậu thảm phủ tác động làm thay đổi dòng chảy lũ dòng chảy kiệt 74 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Thạch Hãn thấy lưu vực sông Thạch Hãn có điều kiện tự nhiên địa hình, khí hậu, đất đai đa dạng Tuy nhiên vùng chưa tận dụng tối đa hiệu sử dụng đất, diện tích đất trống chiếm diện tích lớn, thảm thực vật nghèo nàn Nền kinh tế mang tính địa phương cao, chậm phát triển công nghệ Đã tìm hiểu nắm vững mô hình SWAT lựa chọn để làm công cụ khảo sát kịch biến đổi khí hậu biến đổi sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn Mô hình SWAT khảo sát kịch cho kết sau: Về biến đổi khí hậu cho thấy diễn biến khí hậu theo xu hướng kịch A2 B2 gây tác động mạnh tượng cực đoan kỷ XXI Sự biến đổi khí hậu làm lưu lượng đỉnh lũ tăng tối đa đến khoảng 20%, dòng chảy vào tháng kiệt giảm khoảng 27% Với đặc điểm lũ lụt hạn hán lưu vực sông Thạch Hãn điều gây hậu khó lường trước Khác với tác động biến đổi khí hậu, tác động thay đổi thảm thực vật từ xu hướng khác sử dụng đất, chí thay đổi cực đoan gây nh ng thay đổi nhỏ đối v i dòng chảy năm, n lại gây biến đổi mạnh dòng chảy theo mùa Điều chứng tỏ thay đổi sử dụng đất có khả làm thay đổi biểu đồ thủy văn năm lưu vực thực vật biến đổi theo mùa với tác động đến lượng bốc thoát Với khả điều tiết dòng chảy theo mùa chứng tỏ với phương án phát triển sử dụng đất phù hợp có khả giảm lũ vào mùa lũ, tính khắc nghiệt hạn hán mùa khô, đồng thời cải thiện tình hình kinh tế, phát triển bền vững lưu vực Theo kết đánh giá tác động kịch kết hợp biến đổi khí hậu sử dụng đất cho kết khác so với kết kịch biến đổi yếu tố, tác động vừa làm thay đổi dòng chảy năm, vừa điều tiết dòng chảy theo mùa, với kịch kết hợp đánh giá cho thấy làm giảm dòng chảy năm (giảm từ 1,3% 1,4%), đồng thời vừa làm giảm dòng chảy mùa lũ (giảm từ 2%-59%), vừa tăng dòng chảy mùa kiệt (tăng từ 11% - 48%) Có nghĩa việc kết hợp có khả khắc phục biến đổi cực đoan biến đổi khí hậu sử dụng 75 đất gây Từ kết mở phương án giảm nhẹ tác động biến đổi khí hậu không mong muốn môi trường tài nguyên nước quy hoạch sử dụng đất nhằm đạt hiệu mong muốn lưu vực 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Tài nguyên Môi trường (2009), Kịch biến đổi khí hậu nư c biển dâng, NXB Tài nguyên – Môi trường Bản đồ Việt Nam, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trường (2012), Kịch biến đổi khí hậu nư c biển dâng, NXB Tài nguyên – Môi trường Bản đồ Việt Nam, Hà Nội Cục Thống kê Quảng Trị (2005), Báo cáo kế hoạch phát triển kinh tế, xã hội năm 2006- 2010, Quảng Trị Cục thống kê tỉnh Quảng Trị (2012), Niên giám thống kê 2011, NXB Thống kê Nguyễn Tiền Giang (2007), Đánh giá trạng ô nhiễm nguồn nư c nuôi trồng thủy sản, vấn đề xâm nhập mặn tỉnh Quảng Trị đề xuất giải pháp g p phần phát triển kinh tế xã hội bảo vệ môi trường, Báo cáo đề tài chuyển giao công nghệ với Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Quảng Trị Nguyễn Thị Hiền (2008), Ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá tác động trình sử dụng đất rừng đến x i mòn lưu vực sông Cả, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học KHTN Nguyễn Đức Ngữ (2008), Biến đổi khí hậu, NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu (2004), Khí hậu tài nguyên khí hậu Việt Nam, Viện KTTV, NXB Nông nghiệp Nguyễn Ý Như (2009), Ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu sử dụng đất đến dòng chảy sông Bến Hải, Khóa luận tốt nghiệp hệ Đại học chất lượng cao, Trường Đại học KHTN 10 Nguyễn Viết Phổ nnk (2003), Tài nguyên nư c Việt Nam, Nhà xuất nông nghiệp, Hà Nội 11 Nguyễn Thanh Sơn (2006), Quy hoạch tổng hợp tài nguyên nư c tỉnh Quảng Trị đến 2010 c định hư ng 2020, Đề tài cấp Tỉnh, Hợp đồng khoa học với Sở TN&MT tỉnh Quảng Trị, Hà Nội 12 Ngô Chí Tuấn (2009), Tính toán cân nư c hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học KHTN 77 13 Trần Tuất, Nguyễn Đức Nhật (1980), Khái quát địa lý thuỷ văn sông ngòi Việt Nam, Tổng cục KTTV, Hà Nội 14 UBND tỉnh Quảng Trị (1996), Báo cáo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị thời kỳ 1996-2010, Quảng Trị 15 UBND tỉnh Quảng Trị (2004), Chiến lược phát triển lâm nghiệp tỉnh Quảng Trị giai đoạn 2004 - 2010 định hư ng đến năm 2020, Quảng Trị 16 UBND tỉnh Quảng Trị (2006), Báo cáo tổng hợp điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 lập kế hoạch sử dụng đất 2006/2010 tỉnh Quảng Trị, Quảng Trị 17 Viện quy hoạch thiết kế nông nghiệp (2004), Báo cáo rà soát, điều chỉnh quy hoạch nông - lâm nghiệp, thủy lợi tỉnh Quảng Trị, Hà Nội 18 Trần Thanh Xuân (2002), Đặc điểm thủy văn tỉnh Quảng Trị, Sở KHCN&MT tỉnh Quảng Trị, UBND tỉnh Quảng Trị, Hà Nội 19 Trần Thanh Xuân (2007), Đặc điểm thủy văn nguồn nư c sông Việt Nam, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Tiếng Anh 20 DHI (2007), Mike 11 – User’s Manual 21 IPCC (2007), Climate Change 2007: Synthesis Report 22 Manoj Jha, Jeffrey G Arnold, Philip W Gassman, Filippo Giorgi, and Roy R Gu (2006), Climate change sensitivity assessment on upper Mississippi River Basin streamflows using SWAT, Journal of American Water Resources Association 23 Michal Jenicek (2007), Rainfall-runoff modelling in small and middle-large catchments – an overview 24 P W Gassman, M R Reyes, C H Green, J G Arnold (2007), The soil and water assessment tool: historical development, applications, and future research directions, Soil & Water Division of ASABE 78 25 S.L.Neitsch, J.G Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams (2001), Soil and water assessment tool theoretical documentation, USDA_ARS Publications 26 S.L.Neitsch, J.G Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams (2001), Arcview interface for SWAT 2000, USDA_ARS Publications 27 S.L.Neitsch, J.G Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams (2001), Soil and water assessment tool user’s manual, USDA_ARS Publications 28 US Army Corps of Engineers (2001), Hydrology Model System HEC-HMS Users’ Manual 79 [...]... ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng: Dòng chảy của sông Th ch Hãn dưới tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất  Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Th ch Hãn 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ứng dụng mô hình SWAT 5 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Luận văn gồm 4 chương chính cùng phần mở đầu, kết luận, phụ lục, tài liệu tham khảo:  Chương 1: Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Th ch Hãn  Chương 2: Mô hình SWAT  Chương... giáp lưu vực sông Ô Lâu và tỉnh Th a Thiên Huế, phía bắc giáp lưu vực sông Bến Hải Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Th ch Hãn Sông Th ch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, có chiều dài 150 km Dòng chính Th ch Hãn, đoạn th ợng nguồn (sông Đakrông) chảy quanh dãy núi Da Ban, khi về tới Ba Lòng sông chuyển hướng Đông Bắc và đổ ra biển tại cửa Việt với diện tích lưu vực 2660 km2 (hình 1.1) Đặc điểm các sông. .. trung bình lưu vực là 36,8 km, mật độ lưới sông là 0,92 (hình 1.2 và bảng 1.10) [18, 19] Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông suối và lưới trạm khí tượng th y văn trên lưu vực sông Th ch Hãn 15 Tên sông Bảng 1.10 Đặc trưng hình th i sông trong vùng nghiên cứu Th ch Hãn Diện tích lưu vực (km2) 2660 Cửa sông Việt Chiều dài dòng chính (km) 150 Cao độ bình quân lưu vực (m) 301 Độ rộng bình quân lưu vực (m) 38.6... đều theo không gian, biến đổi phù hợp với sự biến đổi của lượng mưa năm, nghĩa là cũng theo xu th tăng dần theo độ cao địa hình với phạm vi biến đổi từ 30 l/skm2 đến 60 l/skm2 Hàng năm, trên toàn bộ sông suối trên lưu vực sông Th ch Hãn có tổng lượng dòng chảy trên lưu vực khoảng 3,92 km3 Nhìn chung, trên dòng chảy trên lưu vực sông Th ch Hãn chia th nh 2 mùa rõ rệt (bảng 1.11 và bảng 1.12) Mùa lũ... hơn gồm dòng chảy cơ sở và nước ứng suất (tension water ) và nước tự do bổ sung Dòng chảy vượt quá hình th nh một vài dạng dòng chảy: [9, 22]  Dòng chảy trực tiếp  Dòng chảy mặt  Dòng chảy sát mặt (dòng chảy nhập lưu)  Dòng chảy cơ sở ban đầu  Dòng chảy cơ sở bổ sung Trong khi Sacramento là mô hình độ ẩm đất, dữ liệu quan trọng nhất là dữ liệu th nhưỡng – độ dẫn th m th y lực, độ lỗ hổng Sacramento... nói chung và lưu vực sông Th ch Hãn nói riêng 1.1.6 Th y văn a Mạng lưới th y văn Hệ th ng sông Th ch Hãn (còn gọi là sông Quảng Trị) có 37 con sông gồm 17 sông nhánh cấp I với 3 nhánh tiêu biểu là Vĩnh Phước, Rào Quán và Cam Lộ, 13 sông nhánh cấp II, 6 sông nhánh cấp III Diện tích toàn lưu vực là 2660 km2, độ dài sông chính là 150 km, độ cao bình quân lưu vực 301 m, độ dốc bình quân lưu vực là 20,1%,... Snyder’s, SCS) Người sử dụng cũng có th sử dụng các phương pháp khác dựa vào mô hình sóng động học hoặc phương pháp sai phân hữu hạn Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa: có vài phương pháp được sử dụng, như phương pháp CN SCS, mà được sử dụng để tính toán lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào các th ng số th y văn của th nhưỡng, điều kiện ban đầu (bão hòa) hoặc sử dụng đất Một vài phương pháp khác... SMA (tính toán độ ẩm đất) Các phương pháp khác dựa vào các cách tiếp cận phức tạp hoặc đơn giản từ mô hình 2 lớp đơn, mô hình trọng lực đến mô hình dựa vào lời giải của phương trình Richard Dòng chảy cơ sở: phụ thuộc vào mô hình cụ th , phần lớn sử dụng phương pháp dựa vào mô hình tầng tuyến tính, giảm theo hàm mũ hoặc dòng chảy cố định Mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều, 3 chiều dựa vào phương pháp sai... quân lưu vực (‰) 20.1 Mật độ lưới sông (km/km2) 0.92 Tỷ lệ diện tích đồng bằng 17.3 b Đặc điểm th y văn Nằm trong vùng mưa tương đối lớn của nước ta nên dòng chảy năm của các sông suối trong lưu vực sông Th ch Hãn cũng khá dồi dào Mô un dòng chảy năm bình quân đạt 44,8 l/skm2, ứng với lớp dòng chảy hàng năm khoảng 1442,8 mm Trong phạm vi lưu vực sông Th ch Hãn, chuẩn dòng chảy năm phân phối không đều theo... đất – th nh phần tính toán chính của tập trung dòng chảy mặt  Modun ban đầu dòng chảy – dựa vào phương pháp đơn vị th y văn  Modun bể chứa 2.1.2.6 Mô hình NAM Mô hình NAM là mô hình mưa rào -dòng chảy thuộc nhóm phần mềm của Viện Th y lực Đan Mạch (DHI), là một phần của mô hình MIKE 11 Nó được xem 30 như là mô hình dòng chảy tất định, tập trung và liên tục cho ước lượng mưa - dòng chảy dựa theo cấu