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 N
Trang 1ỨNG 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 rừng 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:
Trang 2- 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 PO3-4) 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 km2, chảy qua lãnh thổ Việt Nam (18.200 km2) và Campuchia (10.400 km2) Ở Việt Nam, lưu vực sông Srêpôk nằm trên lãnh thổ 4 tỉnh: Đắk Lắk (10.400 km2), Đắk Nông (3.600 km2), Gia Lai (2.900 km2) và Lâm Đồng (1.300 km2) (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
Trang 3Bảng 1 Các loại hình sử dụng đất trên lưu vực (năm 2003)
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
(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
Trang 43.2 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 trạm quan trắc Giang Sơn (12018’ vĩ độ Bắc, 10807’ 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 PO3-4 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
Trang 5Một 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 (m3), 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 (m3/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 (m3), sau đó quy đổi sang đơn vị mg/l, cụ thể là: + Nồng độ DO = (DISOX_OUT / W) x 103
+ Nồng độ NH+4 = (NH4_OUT / W) x 103
+ Nồng độ NO-2 = (NO2_OUT / W) x 103
+ Nồng độ NO-3 = (NO3_OUT / W) x 103
+ Nồng độ PO3-4 = (MINP_OUT / W) x 103
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, PO3-4) 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
Trang 6Bảng 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
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 PO3-4 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 nhiều 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
Trang 7Vì 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 kết 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]
