Chuyên đề SWAT (Soil and Water Assessment Tool) Bài giảng: KS Nguyễn Duy Liêm

Nội dung Giới thiệu  Các quá trình trong pha nước  Tính truyền dòng chảy nước và chất trong kênh chính  Tính truyền dòng chảy và chất trong hồ chứa... Các quá trình trong pha nước T

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

(Soil and Water Assessment Tool)

3 Chu trình thủy văn trong pha nước

(Soil and Water Assessment Tool)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

Phân hủy sinh học

Quang phân Thủy phân

Bay hơi vào khí quyển

Nội dung

 Giới thiệu

 Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền dòng chảy nước và chất trong kênh chính

 Tính truyền dòng chảy và chất trong hồ chứa

Giới thiệu

 SWAT xác định, tính toán quá trình di chuyển nước, trầm

bằng cách sử dụng cấu trúc lệnh tương tự như mô hình HYMO (Williams and Hann, 1972)

 Thêm vào đó, SWAT còn mô phỏng sự biến chuyển của

Giới thiệu

 Các quá trình biến đổi và vận chuyển chất trong lòng

sông được SWAT mô phỏng.

Phân hủy sinh học

Quang phân Thủy phân

Bay hơi vào khí quyển

Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền dòng chảy và chất trong kênh chính có thể

được chia làm 4 thành phần:

 nước,

 trầm tích,

 chất dinh dưỡng, và

 chất hóa học hữu cơ

Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền lũ

 Khi dòng nước chảy về phía hạ lưu, một phần lượng nước có thể

bị tổn thất do hiện tượng bay hơi, và thấm qua đáy kênh

 Những hao tổn khác có thể do hoạt động sử dụng nước cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt

 Bên cạnh đó dòng chảy trong kênh có thể được bổ sung bởi

những trận mưa rơi thẳng xuống mặt nước kênh hay/và bởi

những nguồn điểm xả thải.

 Lượng dòng chảy được tính toán truyền theo chiều dài kênh với phương pháp hệ số trữ nước biến đổi của Williams (1969) hoặc phương pháp tính truyền Muskingum

Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền trầm tích

 Chuyển vận trầm tích trong kênh bị chi phối đồng thời bởi 2 quá trình: lắng đọng và xói lở

 Lượng trầm tích lớn nhất mà dòng nước trong một khúc sông có thể vận chuyển được ra khỏi khúc sông đó là một hàm số của vận tốc dòng chảy lớn nhất

 Năng lượng của dòng chảy được sử dụng để làm trầm tích tan ra

và lắng đọng xuống cho đến khi không còn trầm tích.

 Năng lượng còn lại của dòng chảy được sử dụng tạo nên xói mòn đáy kênh

 Lượng xói mòn ở đáy kênh được tính toán theo khả năng bị xói của vật chất đáy sông và lớp phủ.

Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền chất dinh dưỡng

 Sự biến đổi chất dinh dưỡng trong kênh được xử lý bởi module chất lượng nước trong kênh, QUAL2E (Brown and Barnwell,

1987)

 Mô hình theo dõi chất dinh dưỡng hòa tan trong nước kênh và bị hấp phụ bởi trầm tích

 Chất dinh dưỡng hòa tan được chuyển vận theo dòng nước trong khi lượng chất bị trầm tích hấp phụ được lắng đọng cùng với

trầm tích xuống đáy kênh

Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền thuốc bảo vệ thực vật

 Trong khi số lượng TBVTV được sử dụng thực tế trong mỗi HRU

là không giới hạn, nhưng để giảm tính phức tạp của quá trình mô phỏng, SWAT chỉ tính truyền được một loại thuốc theo mạng lưới sông ngòi.

 Tương tự như chất dinh dưỡng, tổng lượng TBVTV khi vào trong kênh được chia thành hai dạng: hòa tan và hấp phụ vào bùn cát

 Trong khi lượng TBVTV hòa tan chuyển vận theo dòng nước thì lượng hấp phụ bị chi phối bởi hiện tượng lắng đọng và chuyển vận của trầm tích

 Quá trình biến đổi chất của TBVTV trong hai dạng hòa tan và hấp phụ bị chi phối bởi quan hệ giảm thiểu bậc nhất

 Những quá trình chính mà mô hình mô phỏng bao gồm lắng đọng,

Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền dòng chảy và chất trong hồ chứa

 Cân bằng nước trong hồ chứa bao gồm: dòng chảy vào, chảy ra, lượng mưa rơi trên mặt hồ, bốc hơi nước, thấm xuống qua đáy hồ

và dòng dẫn nước ra khỏi hồ. Dòng chảy vào

Bốc hơi Dòng dẫn nước

Lượng mưa

Các quá trình trong pha nước

 Dòng chảy ra hồ chứa

 Có 3 chọn lựa để ước tính dòng chảy ra khỏi hồ chứa

chảy ra, bắt buộc người sử dụng nhập dữ liệu về lưu lượng xả Khi thể tích hồ chứa vượt thể tích bình thường thì mô hình sẽ sử dụng lưu lượng trên để tiêu nước ra khỏi hồ

dựng với các công trình kiểm soát dòng chảy, cho phép người sử dụng nhập dữ liệu về thể tích dòng ra từng tháng của hồ chứa.

Các quá trình trong pha nước

 Tính truyền trầm tích

 Tải lượng trầm tích vào hồ có thể đến từ dòng chảy thượng lưu hay từ dòng chảy mặt trong tiểu lưu vực

 Nồng độ trầm tích trong nước hồ được ước tính bằng một

phương trình đơn giản dựa trên nguyên lý cân bằng thể tích và nồng độ trong dòng chảy vào, chảy ra khỏi hồ, và lượng nước

tích trữ trong hồ

 Lượng trầm tích lắng đọng trong hồ chứa bị chi phối bởi nồng độ trầm tích cân bằng và đường kính trung bình của hạt trầm tích.

 Lượng trầm tích trong dòng chảy ra khỏi hồ là tích số của thể tích nước chảy ra và nồng độ trầm tích lơ lửng trong nước hồ vào

Các quá trình trong pha nước

 Chất dinh dưỡng trong hồ chứa

 Mô phỏng dựa trên nguyên lý cân bằng khối lượng nitơ và phốt pho

có nguồn gốc từ Chapra (1997)

 Mô hình này có các giả thiết sau:

1) hồ nước được trộn lẫn hoàn toàn;

2) phốt pho là chất dinh dưỡng tồn tại hạn chế; và

3) tổng lượng phốt pho đo lường của mức độ phú dưỡng của hồ

 Giả thuyết đầu tiên đã bỏ qua tính chất tầng lớp của hồ nước và

nông (epilimnon)

 Giả thuyết thứ hai thường là phù hợp với thực tế khi nguồn ô nhiễm

 Giả thuyết thứ ba nghĩa là có tồn tại quan hệ giữa tổng lượng phốt

Các quá trình trong pha nước

 Thuốc bảo vệ thực vật trong hồ chứa

 Mô hình cân bằng thuốc trừ sâu trong hồ kế thừa từ Chapra

(1997) và giả thiết có tồn tại điều kiện trộn lẫn hoàn toàn

 Hệ thống nước hồ được chia ra thành tầng nước bề mặt trộn lẫn hoàn toàn, và tầng phía dưới trộn lẫn trầm tích hoàn toàn.

 Lượng TBVTV được chia làm 2 phần: hòa tan vào nước và lơ

lửng/ bị hấp phụ vào hạt trầm tích

 Mô hình mô phỏng các quá trình chính như tải lượng, dòng

chuyển vận ra khỏi hồ, biến đổi chất, bốc hơi, lắng đọng, khuếch tán, vận chuyển lơ lửng, và chôn vùi.

Câu hỏi ôn tập

 Mô tả tính truyền dòng chảy nước và chất trong kênh

chính

 Mô tả tính truyền dòng chảy và chất trong hồ chứa

Câu hỏi kiểm tra trên lớp

 Biết rằng lượng nước ban đầu của hồ là 1000mm Sang ngày thứ hai, trời không mưa, lượng bốc hơi từ mặt hồ là 20mm, lượng thất thoát do thấm xuống đáy hồ là 10mm Lượng dòng chảy vào hồ đạt 300mm Tổng lượng dòng chảy ra khỏi hồ (do xả lũ, kênh dẫn tưới) bằng 2/3 lượng dòng chảy vào hồ Xác định lượng nước trong hồ còn lại sau ngày thứ hai?

 Phân tích vai trò của pha đất và pha nước trong chu trình thủy văn của SWAT?