Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình phát triển các khu công nghiệp đến chất lượng nước trong hệ thống thuỷ nông bắc hưng hải

Tiêu ra sông Đồng Khởi có trạm bơm Văn Dương 1+2,trạm bơm Ấp Dừa tiêu cho 316 ha và khoảng 40 trạm bơm do các xã quản lýtiêu cho phần diện tích còn lại.Trong Khu vực Nam Đuống thuộc hệ t

giúp đỡ tận tình, sự đóng góp quý báu của nhiều cá nhân và tập thể.

Trước tiên, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn Ban giám hiệu, Bộ mônCấp thoát nước – Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, Trường Đại học Thủy lợi

Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thànhluận văn

Đặc biệt tôi bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS Đặng Minh Hải đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn các cơ quan: Sở Kế hoạch và Đầu tư BắcNinh, Sở Nông nghiệp và PTNT Bắc Ninh, Sở Tài nguyên và Môi trường BắcNinh, Cục Thống kê Bắc Ninh, … đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cung cấp sốliệu, tài liệu giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè, đồngnghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện nghiêncứu đề tài

Mặc dù có nhiều nỗ lực, song do trình độ và thời gian có hạn nên luậnvăn không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tôi kính mong nhận được sự góp ý chỉbảo của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 08 tháng 8 năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Minh Phúc

giả Các số liệu, thông tin trích dẫn trong luận văn là trung thực và đềuđược ghi rõ nguồn gốc Kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được

sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 08 tháng 8 năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Minh Phúc

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về xả nước thải của các khu công nghiệp 4

1.2 Tổng quan về Hệ thống Bắc Hưng Hải - Khu vực Nam Đuống 15

1.3 Tổng quan về mô hình SWAT 17

1.4 Các nghiên cứu đã thực hiện trên thế giới 19

1.5 Các nghiên cứu đã thực hiện ở Việt Nam 20

CHƯƠNG II CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22 2.1 Cơ sở dữ liệu 22

2.2 Cơ sở lý thuyết 22

2.1.1 Hệ thống thông tin địa lý (Georaphic information system – GIS) 22 2.1.2 Mô hình SWAT26 CHƯƠNG III MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG SỰ PHÁT TRIỂN KHU CÔNG NGHIỆP CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG HỆ THỐNG THỦY LỢI BẮC HƯNG HẢI - HỆ THỐNG THỦY LỢI NAM ĐUỐNG 33 3.1 Mô tả vùng nghiên cứu 33

3.1.1 Vị trí địa lý 33

3.1.2 Đặc điểm địa hình 34

3.1.5 Tình hình sử dụng đất 40

3.1.6 Tình hình kinh tế - xã hội 41

3.2 Tình hình ô nhiễm nước trong vùng nghiên cứu 42

3.2.1 Tình hình xả thải của khu dân cư 42

3.2.2 Tình hình xả thải của các làng nghề 44

3.2.3 Tình hình xả thải của các khu, cụm công nghiệp 46

3.3 Thiết lập mô hình 48

3.3.1 Dữ liệu thu thập 48

3.3.2 Tiến trình thực hiện mô hình SWAT 51

3.4 Đánh giá độ nhạy ảnh hưởng đến các yếu tố gây ô nhiễm của mô hình 58

CHƯƠNG IV GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM NƯỚC 63

4.1 Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nước 63

nước thải từ các lĩnh vực trong toàn quốc 4

Hình 1.2 Ước tính tỷ lệ tổng lượng nước thải KCN của 6 vùng kinh tế 5

Hình 1.3 Hàm lượng cặn lơ lửng (SS) trong nước thải của một số KCN miềnTrung qua các năm9

Hình 1.4 Hàm lượng COD trong nước thải của KCN Liên Chiểu (Đà Nẵng)năm 2006 và 2008 9

Hình 1.5 Hàm lượng BOD5 trong nước thải của một số KCN năm 2008

Hình 1.10 Hàm lượng COD trên sông Thị Vải qua các năm 13

Hình 1.11 Hàm lượng NH4+ trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên năm

2008 14

Hình 1.12 Diễn biến DO dọc sông Công qua các năm 14

Hình 1.13 Diến biến ô nhiễm nước sông Nhuệ đoạn qua Hà Đông 15Hình 2.1 Quy trình ứng dụng mô hình SWAT 32

Hình 3.1 Vị trí vùng nghiên cứu34

Hình 3.2 Bản đổ địa hình khu vực nghiên cứu 48

Hình 3.3 Bản đồ thổ nhưỡng khu vực nghiên cứu 49

Hình 3.4 Bản đồ sử dụng đất vùng nghiên cứu 50

Hình 3.6 Diễn biến hàm lượng tổng Nitơ trong các năm nghiên cứu 56Hình 3.7 Diễn biến hàm lượng tổng NH3 trong các năm nghiên cứu 57Hình 3.8 Diễn biến hàm lượng tổng NO2- trong các năm nghiên cứu 57Hình 3.9 Các yếu tố ảnh hưởng đến Tổng N trên lưu vực I 58

Hình 3.10 Các yếu tố ảnh hưởng đến Tổng N trên lưu vực II 59

Hình 3.11 Các yếu tố ảnh hưởng đến Tổng N trên lưu vực III 59

Hình 3.12 Các yếu tố ảnh hưởng đến NH3 trên lưu vực I 60

Hình 3.13 Các yếu tố ảnh hưởng đến NH3 trên lưu vực II 60

Hình 3.14 Các yếu tố ảnh hưởng đến NH3 trên lưu vực III 61

Hình 3.15 Các yếu tố ảnh hưởng đến NO2 trên lưu vực I 61

Hình 3.16 Các yếu tố ảnh hưởng đến NO2 trên lưu vực II 62

Hình 3.17 Các yếu tố ảnh hưởng đến NO2 trên lưu vực III 62

Hình 4.1 Sơ họa vị trí đặt trạm xử lý 64

Hình 4.2 Diễn biến hàm lượng tổng Nitơ trước và sau xử lý 80

Hình 4.3 Diễn biến hàm lượng tổng NH3 trong các năm nghiên cứu 81Hình 4.4 Diễn biến hàm lượng tổng NO2- trong các năm nghiên cứu 81

Bảng 1.1 Đặc trưng thành phần nước thải của một số ngành công nghiệp(trước xử lý)5

Bảng 1.2 Ước tính tổng lượng nước thải và thải lượng các chất ô nhiễm trongnước thải từ các KCN thuộc các tỉnh của 4 vùng KTTĐ năm 2009 6

Bảng 3.1 Nhiệt độ không khí trung bình tháng tại các trạm ở Bắc Ninh vàvùng phụ cận 35

Bảng 3.2 Độ ẩm không khí trung bình tháng tại các trạm ở Bắc Ninh vàvùng phụ cận 35

Bảng 3.3 Tổng lượng bốc hơi trung bình tháng tại các trạm ở Bắc Ninh vàvùng phụ cận 36

Bảng 3.4 Mưa trung bình tháng tại các trạm ở Bắc Ninh và vùng phụ cận

36

Bảng 3.5.Mạng lưới trạm quan trắc các yếu tố khí tượng 39

Bảng 3.6 Mạng lưới trạm quan trắc các yếu tố thuỷ văn 40

Bảng 3.7 Hiện trạng sử dụng đất Tỉnh Bắc Ninh 41

Bảng 3.8 Lao động xã hội phân theo ngành kinh tế42

Bảng 3.9.Thống kê các huyện, xã có sông đi qua 43

Bảng 3.10:Tình hình xả thải của các làng nghề khu và cụm công nghiệp chủyếu 47

Biểu đồ 3.1 Lưu lượng nước mưa 54

Biểu đồ 3.2 Diễn biến nước thải tại Khu vực 1 54

Biểu đồ 3.3 Diễn biến nước thải tại Khu vực II 55

Biểu đồ 3.4 Diễn biến nước thải tại Khu vực III 55

CREAMS : Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management

SystemsDEM : Digital Elevation Model

DO : Dissolved Oxygen

FAO : Food and Agriculture Organization

GIS : Geographic Information System

GLCC : Global Land Cover Chacterization

GLEAMS :Groundwater Loading Effects on Agricultural Management

SystemsHRU : Hydrostatic Release Unit

LULC : landuse and landcover

MUSLE : Modified Universal Soil Loss Equation

MWSWAT : Map Window Soil and Water Assessment Tool

NEXRAD : Next-Generation Radar

QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn Việt Nam năm 2008 của Bộ Tài

Nguyên và Môi TrườngSQL : Structure Query Language

SRTM : Shuttle Radar Topographic Mission

SWAT : Soil and Water Assessment Tool

SWRRB : Simulator for Water Resources in Rural Basins

TP : Total Phospho

UBND : Ủy Ban Nhân Dân

USDA : United States Department of Agriculture

USGS : United States Geological Survey

UTM : The Universal Transverse Mercator

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Chất lượng nước đóng một vai trò quan cực kỳ trọng trong việc sinhtrưởng và phát triển của cây lúa Tuy nhiên, chất lượng nước hiện tại của các

hệ thống thuỷ nông nước ta đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Nguyên nhân củahiện tượng này là do quá trình xả nước thải không kiểm soát từ các khu côngnghiệp, các đô thị và lượng nước hồi quy giàu dinh dưỡng vào kênh tưới tiêukết hợp Vấn đề trên đã được các cơ quan quản lý nhận ra nhưng giải pháp đểgiảm thiểu vẫn đang trong quá trình tìm kiếm

Hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải- Khu vực Nam Đuống, bao gồm đấtđai của 3 huyện Thuận Thành, Lương Tài và Gia Bình Diện tích đất tự nhiêntoàn hệ thống 32.472,0 ha, diện tích đất nông nghiệp 20.604,6 ha, diện tíchđất lúa màu 16.727,3 ha

Về tưới: Nguồn nước tưới chủ yếu do trạm bơm Như Quỳnh cung cấp,lấy từ sông Hồng qua cống Xuân Quan thông qua kênh Bắc và kênh Giữa.Nhưng hiện nay tại một số khu vực cuối của hai tuyến kênh này thường xuyênxảy ra tình trạng thiếu nước Vì vậy, đó phải bổ sung một số trạm bơm khaithác nước mặt tại các sông Đuống, sông Dâu - Lang Tài , sông Đông Côi -Ngụ, sông Đồng Khởi, sông Bùi để cấp nước bổ sung cho các khu vực thiếunước nói trên Cụ thể: sông Đuống có 2 trạm bơm tưới cho 3.150 ha, sôngDâu - Lang Tài có 5 trạm bơm tưới cho 1.297 ha, sông Đông Côi - Ngụ có 4trạm bơm tưới cho 550 ha, sông Đồng Khởi có 2 trạm bơm tưới cho 313 ha,sông Bùi có 2 trạm bơm tưới cho 1.758 ha và khoảng 52 trạm bơm cấp xãquản lý tưới cho phần diện tích còn lại

Về tiêu: Hệ thống Bắc Hưng Hải - Khu vực Nam Đuống được tiêu chủyếu ra sông Thái Bình qua hai trạm bơm: Kênh Vàng 2, Văn Thai Tổng diệntích tiêu ra sông Thái Bình là 15.360 ha Tiêu ra sông Đuống có trạm bơmĐại Đồng Thành tiêu cho 1.618 ha Tiêu ra sông Bùi có trạm bơm Ngọc

Quan, Minh Tâm tiêu cho 1.165 ha Tiêu ra sông Dâu - Lang Tài có trạm bơmNghĩa Đạo, Nguyệt Đức tiêu cho 1.665 ha Tiêu ra sông Đông Côi - Ngụ cótrạm bơm Kênh Vàng I, trạm bơm sông Khoai, trạm bơm Mão Điền tiêu chodiện tích 1.705 ha Tiêu ra sông Đồng Khởi có trạm bơm Văn Dương 1+2,trạm bơm Ấp Dừa tiêu cho 316 ha và khoảng 40 trạm bơm do các xã quản lýtiêu cho phần diện tích còn lại.

Trong Khu vực Nam Đuống thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hảitheo Báo cáo điều tra đánh giá tài nguyên nước mặt của tỉnh Bắc Ninh năm

2006 thì đa số các khu công nghiệp trong quá trình trình hồ sơ phê duyệt đều

có báo cáo đánh giá tác động môi trường và hệ thống xử lý môi trường đạttiêu chuẩn cho phép nhưng khi hoạt động thì hệ thống xử lý môi trườngkhông được xây dựng, hoặc nếu có thì công nghệ xử lý cũng rất sơ bộ Lượngnước thải của các khu công nghiệp hầu hết được xả ra hệ thống kênh tưới, tiêuthuỷ lợi

Xuất phát từ những điều trên, đề tài luận văn của em là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình phát triển các khu công nghiệp đến chất lượng nước trong hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải”

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng nước từ các khu công nghiệp; chất

lượng nước trong hệ thống Bắc Hưng Hải – Vùng Nam Đuống

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu diễn biến chất lượng nước trong hệ

thống thuỷ lợi Bắc Hưng Hải – Vùng Nam Đuống từ năm 2000 đến 2013

4 Kết quả dự kiến đạt được:

Phân tích kết quả quan trắc chất lượng nước trong hệ thống thuỷ lợiBHH từ năm 2000 đến 2013;

Phân tích cơ chế ảnh hưởng của xả nước thải từ các khu công nghiệpđến chất lượng nước trong hệ thống thuỷ lợi Bắc Hưng Hải – Vùng NamĐuống bằng sử dụng mô hình số;

Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nước trong hệ thống thuỷ lợiBHH và sử dụng mô hình số đề đánh giá hiệu quả của các giải pháp đề xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về xả nước thải của các khu công nghiệp

Nước thải từ Khu công nghiệp (KCN) có thành phần đa dạng, chủ yếu

là các chất lơ lửng, chất hữu cơ, dầu mỡ và một số kim loại nặng Khoảng70% trong số hơn 1 triệu m3 nước thải/ngày từ các KCN được xả thẳng ra cácnguồn tiếp nhận không qua xử lý đã gây ra ô nhiễm môi trường nước mặt.Chất lượng nước mặt tại những vùng chịu tác động của nguồn thải từ cácKCN đã suy thoái, đặc biệt các lưu vực sông: Đồng Nai, Cầu và Nhuệ-Đáy

Trong giai đoạn phát triển hiện nay, sự phát triển của KCN đã tạo sức

ép không nhỏ đối với môi trường Với đặc thù là nơi tập trung các cơ sở côngnghiệp thuộc các ngành nghề, lĩnh vực khác nhau, nếu công tác bảo vệ môitrường không được đầu tư đúng mức thì chính các KCN trở thành nguồn nướcthải ra môi trường một lượng lớn các chất thải gây ô nhiễm môi trường, ảnhhưởng đến sức khỏe, cuộc sống của cộng đồng xung quanh và tác động xấulên hệ sinh thái nông nghiệp và thủy sinh

1.1.1 Ô nhiễm nước mặt do nước thải khu công nghiệp

a Đặc trưng nước thải khu công nghiệp

Sự gia tăng nước thải từ các KCN trong những năm gần đây là rất lớn.Tốc độ gia tăng này cao hơn nhiều sơ với sự gia tăng tổng lượng nước thải từ

các lĩnh vực trong toàn quốc (Hình 1.1)

Hình 1.1 Tỷ lệ gia tăng nước thải từ các KCN và tỷ lệ gia tăng tổng lượng

nước thải từ các lĩnh vực trong toàn quốc

Lượng nước thải từ các KCN phát sinh lớn nhất ở khu vực Đông Nam

Bộ, chiếm 49% tổng lượng nước thải các KCN và thấp nhất ở vùng Tây

Nguyên – 2% (Hình 1.2)

Hình 1.2 Ước tính tỷ lệ tổng lượng nước thải KCN của 6 vùng kinh tế

Thành phần nước thải các KCN phụ thuộc vào ngành nghề của các cơ

sản, rau quả, đông lạnh BOD, COD, pH, SS Màu, tổng P, N

Chế biến nước uống có

cồn, bia, rượu BOD, pH, SS, N, P TDS, màu, độ đụcChế biến thịt BOD, pH, SS, độ đục NH4+, P, màu

Ngành công nghiệp Chât ô nhiễm chính Chất ô nhiễm phụ

dầu mỡ, phenol, sunfuaDệt nhuộm SS, BOD, kim loại nặng,

lignin, tanin pH, độ đục, độ màu

Thành phần nước thải của các KCN chủ yếu bao gồm các chất lơ lửng(SS), chất hữu cơ (thể hiện qua hàm lượng BOD, COD), các chất dinh dưỡng(Hình hiện bằng hàm lượng tổng Nitơ và tổng Phốt pho) và kim loại nặng

A Vùng KTTĐ

Bắc Bộ

155,055

34,112

21,243

49,463

8,994

12,404

TT Khu vực

Lượng nước thải (m3/

Tổng lượng các chất ô nhiễm (kg/ngày)

N

Tổng P miền trung

đã đi vào hoạt động mà hoàn toàn chưa triển khai xây dựng hạng mục này.Nhiều KCN đã có hệ thống xử lý nước thải tập trung nhưng tỷ lệ đấu nối cácdoanh nghiệp trong KCN còn thấp Nhiều nơi doanh nghiệp xây dựng hệ

thống xử lý nước thải cục bộ nhưng không vận hành hoặc vận hành khônghiệu quả Thực trạng trên đã dẫn đến việc phần lớn nước thải của các KCNkhi xả thải ra môi trường đều có các thông số ô nhiễm cao hơn nhiều lần sovới QCVN.

Kết quả phân tích mẫu nước thải từ các KCN cho thấy, nước thải cácKCN có hàm lượng các chất lơ lửng (SS) cao hơn QCVN từ 2 lần (KCN Hòa

Khánh) đến hàng chục lần (KCN Điện Nam – Điện Ngọc) (Hình 1.3), thậm

chí có nơi đến hàng trăm lần

Hình 1.3 Hàm lượng cặn lơ lửng (SS) trong nước thải của một số KCN miền

Trung qua các năm

Giá trị các thông số BOD5 và COD tại cống xả của các KCN thường ởmức khá cao Một số KCN khi lắp đặt hệ thống xử lý nước thải tập trung, cácthông số này đã giảm đi đáng kể (KCN Tiên Sơn, Bắc Ninh) Tuy nhiên, vớicác KCN chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung, các thông số này không

đạt yêu cầu QCVN (KCN Liên Chiểu, TP Đà Nẵng) (Hình 1.4 và 1.5)

Hình 1.4 Hàm lượng COD trong nước thải của KCN Liên Chiểu (Đà Nẵng)

năm 2006 và 2008

Hình 1.5 Hàm lượng BOD 5 trong nước thải của một số KCN năm 2008

Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước thải đầu ra của các KCN(thể hiện qua thông số tổng Ni tơ, tổng Phốt pho, Amoni, ) không đạt yêu

cầu QCVN (Hình 1.6)

Hình 1.6 Kết quả phân tích nước tại điểm xả chung của một số KCN các tỉnh

phía Nam năm 2008

Các kết quả khảo sát cho thấy hàm lượng Coliform trong nước thải từ các

KCN rất cao, có nơi vượt QCVN rất nhiều lần (Hình đồ 1.7)

Hình 1.7 Hàm lượng Coliform trong nước thải một số KCN năm 2008

b Ô nhiễm nước mặt do nước thải của các Khu công nghiệp

Cùng với nước thải sinh hoạt, nước thải từ các KCN đã góp phần làmcho tình trạng ô nhiễm tại các sông, hồ, kênh, rạch trở nên trầm trọng hơn

Những nơi tiếp nhận nước thải cảu các KCN đã bị ô nhiễm nặng nề, nhiều nơinguồn nước không thể sử dụng được cho bất kỳ mục đích nào.

Tình trạng ô nhiễm không chỉ dừng lại ở hạ lưu các con sông mà lanlên tới cả phần thượng lưu theo sự phát triển của các KCN Kết quả quan trắcchất lượng nước cả 3 lưu vực sông Đồng Nai, Nhuệ - Đáy và Cầu đều chothấy bên cạnh nguyên nhân do tiếp nhận nước thải sinh hoạt từ ác đô thị tronglưu vực, những khu vực chịu tác động của nước thải KCN có chất lượng nướcsông bị suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu như BOD5, COD, NH4+, tổng N, tổng P

đều cao hơn QCVN nhiều lần (Hình 1.8)

Hình 1.8 Diễn biến COD trên các sông qua các năm

Hệ thống sông Đồng Nai:

Ô nhiễm nước mặt tập trung chủ yếu dọc các đoạn sông chảy quacác tỉnh thuộc vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam nơi các KCN phát triển

mạnh (Hình đồ 1.9)

Hình 1.9 Tần suất lần đo vượt TCVN của một số thông số tại sông Đồng Nai

đoạn qua TP Biên Hòa

Hình 1.10 Hàm lượng COD trên sông Thị Vải qua các năm

Tại một số khu vực, do việc đầu tư hàng loạt KCN không đi kèm hoặcchậm triển khai các biện pháp kiểm soát ô nhiễm tại nguồn, chất lượng nướcmặt của nguồn tiếp nhận đã diễn biến theo chiều hướng xấu đi

Một số đoạn sông trước đây bị ô nhiễm nghiêm trọng do nước thải củacác KCN, do đã bắt buộc các doanh nghiệp phải tuân thủ các biện pháp kiểmsoát ô nhiễm, nên chất lượng nước đã được cải thiện phần nào Điển hình là

diễn biến tình trạng ô nhiễm nước trên sông Thị Vải (Hình đồ 1.10).

Lưu vực sông Cầu:

Nhiều đoạn thuộc Lưu vực sông Cầu đã bị ô nhiễm nặng Ô nhiễm caonhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên, đặc biệt làtại các điểm thải của Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, Khu Gang Thép, chấtlượng nước không đạt QCVN (Hình đồ 1.11, 1.12) Tiếp đến là đoạn sông Cà

Lồ, hạ lưu sông Công, chất lượng nước không đạt QCVN gới hạn A và một sốyếu tố không đạt QCVN giới hạn B

Hình 1.11 Hàm lượng NH 4 + trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên năm

2008

Hình 1.12 Diễn biến DO dọc sông Công qua các năm

Lưu vực sông Nhuệ - Đáy:

Hình 1.13 Diến biến ô nhiễm nước sông Nhuệ đoạn qua Hà Đông

Hiện tại, nước của trục sông chính thuộc lưu vực sông Nhuệ - sôngĐáy đã bị ô nhiễm ở các mức độ khác nhau Một trong những nguyên nhângây ô nhiễm nguồn nước mặt trên lưu vực sông là nước thải từ KCN và các

cơ sở không qua xử lý xả thẳng ra môi trường hòa với nước thải sinh hoạt

(Hình đồ 1.13)

1.2. Tổng quan về Hệ thống Bắc Hưng Hải - Khu vực Nam Đuống

Hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải- Khu vực Nam Đuống, bao gồm đấtđai của 3 huyện Thuận Thành, Lương Tài và Gia Bình Diện tích đất tự nhiêntoàn hệ thống 32.472,0 ha, diện tích đất nông nghiệp 20.604,6 ha, diện tíchđất lúa màu 16.727,3 ha

Về tưới: Nguồn nước tưới chủ yếu do trạm bơm Như Quỳnh cung cấp,lấy từ sông Hồng qua cống Xuân Quan thông qua kênh Bắc và kênh Giữa.Nhưng hiện nay tại một số khu vực cuối của hai tuyến kênh này thường xuyênxảy ra tình trạng thiếu nước Vì vậy, đó phải bổ sung một số trạm bơm khai

thác nước mặt tại các sông Đuống, sông Dâu Lang Tài , sông Đông Côi Ngụ, sông Đồng Khởi, sông Bùi để cấp nước bổ sung cho các khu vực thiếunước nói trên Cụ thể: sông Đuống có 2 trạm bơm tưới cho 3.150 ha, sôngDâu - Lang Tài có 5 trạm bơm tưới cho 1.297 ha, sông Đông Côi - Ngụ có 4trạm bơm tưới cho 550 ha, sông Đồng Khởi có 2 trạm bơm tưới cho 313 ha,sông Bùi có 2 trạm bơm tưới cho 1.758 ha và khoảng 52 trạm bơm cấp xãquản lý tưới cho phần diện tích còn lại

-Về tiêu: Hệ thống Bắc Hưng Hải - Khu vực Nam Đuống được tiêu chủyếu ra sông Thái Bình qua hai trạm bơm: Kênh Vàng 2, Văn Thai Tổng diệntích tiêu ra sông Thái Bình là 15.360 ha Tiêu ra sông Đuống có trạm bơmĐại Đồng Thành tiêu cho 1.618 ha Tiêu ra sông Bùi có trạm bơm NgọcQuan, Minh Tâm tiêu cho 1.165 ha Tiêu ra sông Dâu - Lang Tài có trạm bơmNghĩa Đạo, Nguyệt Đức tiêu cho 1.665 ha Tiêu ra sông Đông Côi - Ngụ cótrạm bơm Kênh Vàng I, trạm bơm sông Khoai, trạm bơm Mão Điền tiêu chodiện tích 1.705 ha Tiêu ra sông Đồng Khởi có trạm bơm Văn Dương 1+2,trạm bơm Ấp Dừa tiêu cho 316 ha và khoảng 40 trạm bơm do các xã quản lýtiêu cho phần diện tích còn lại

Theo kết quả điều tra, phân tích tổng lượng nước mặt khai thác trên cácsông chính và sông nội địa thuộc địa bàn tỉnh phục vụ cho nhu cầu sản xuấtnông nghiệp khoảng 468 triệu m3/năm Trong đó khu vực Bắc Đuống khaithác 356 triệu m3/năm, khu vực Nam Đuống khai thác 112 triệu m3/năm

Thời gian khai thác nước phụ thuộc vào thời vụ sản xuất nông nghiệpvới hai thời vụ chính là vụ chiêm xuân từ tháng (XI - V) và vụ mùa từ tháng

VI - X Tuy nhiên lượng nước khai thác chủ yếu tập trung vào vụ chiêm xuân

từ (I - III), vỡ thời điểm này đang là mùa khô, nhu cầu nước lớn cần cho đổ ải

và cấy, lượng nước khai thác trong thời gian này thường lớn gấp hai lần vụmùa ( vụ mùa do có nước mưa bổ sung )

Quản lý công trình: các công trình trên hệ thống được phân cấp quản lýdựa trên quy mô công trình và nhiệm vụ tưới tiêu Các công trình đầu mối,quy mô lớn, có tính chất quan trọng do Công ty khai thác công trình thuỷ lợiNam Đuống trực tiếp quản lý Các công trình cấp dưới tiếp theo cũng doCông ty quản lý nhưng được phân cấp xuống các Xí nghiệp khai thác côngtrình thuỷ lợi của huyện quản lý Số còn lại là các trạm bơm tưới tiêu cục bộ

do các Hợp tác xã quản lý

Theo kết quả điều tra trên địa bàn toàn tỉnh hiện nay có 71 trạm bơmvới 649 máy, bao gồm cả trạm bơm tưới và tiêu do hai Công ty khai thác côngtrình thuỷ lợi Bắc Đuống và Nam Đuống quản lý và khoảng hơn 100 trạmbơm do cấp xã quản lý

1.3. Tổng quan về mô hình SWAT

* Lịch sử phát triển của SWAT

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là công cụ đánh giá nước vàđất SWAT được xây dựng bởi tiến sĩ Jeff Arnold ở Trung tâm phục vụnghiên cứu nông nghiệp (ARS - Agricultural Research Service) thuộc BộNông nghiệp Hoa Kỳ (USDA - United States Department of Agriculture ).SWAT là mô hình dùng để dự báo những ảnh hưởng của sự quản lí sử dụngđất đến nước, sự bồi lắng và lượng hóa chất sinh ra từ hoạt động nông nghiệptrên những lưu vực rộng lớn và phức tạp trong khoảng thời gian dài Mô hình

là sự tập hợp những phép toán hồi quy để thể hiện mối quan hệ giữa giá trịthông số đầu vào và thông số đầu ra Mô hình SWAT có những ưu điểm sovới các mô hình trước, đó là: lưu vực được mô phỏng mà không cần dữ liệuquan trắc; khi thay đổi dữ liệu đầu vào (quản lí sử dụng đất, khí hậu, thựcvật…) đều định lượng được những tác động đến chất lượng nước hoặc cácthông số khác; có hiệu quả cao, có thể tính toán và mô phỏng trên lưu vựcrộng lớn hoặc hỗ trợ ra quyết định đối với những chiến lược quản lí đa dạng,phức tạp với sự đầu tư kinh tế và thời gian thấp; cho phép người sử dụng

nghiên cứu những tác động trong thời gian dài Nhiều vấn đề hiện nay đượcSWAT xem xét đến như sự tích lũy chất nhiễm và những ảnh hưởng đếnvùng hạ lưu SWAT tích hợp nhiều mô hình của ARS, nó được phát triển từ

mô hình mô phỏng tài nguyên nước lưu vực nông thôn (Simulator for WaterResources in Rural Basins - SWRRB) (Williams et al., 1985; Arnold et al.,1990) Những mô hình góp phần vào sự phát triển của SWAT: hệ thống quản

lí nông nghiệp về hóa chất, rửa trôi và xói mòn (Chemicals, Runoff, andErosion from Agricultural Management Systems - CREAMS) (Knisel, 1980);

mô hình những ảnh hưởng của sự tích trữ nước ngầm (GLEAMS Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems)(Leonard et al., 1987), đây là phần mở rộng của CREAMS bao gồm bốnthành phần: thủy văn, xói mòn/ bồi lắng, sự di chuyển của thuốc bảo vệ thựcvật và dinh dưỡng và mô hình tính toán những ảnh hưởng của các hoạt độngsản xuất đến sự xói mòn (EPIC – Erosion Productivity Impact Calculator)(Williams et al., 1984) Từ khi SWAT được xây dựng từ đầu thập niên 1990s,SWAT luôn được nghiên cứu để khắc phục khuyết điểm và nâng cao tínhnăng làm việc, những cải tiến lớn:

- SWAT94.2: sự tổng hợp các đơn vị thủy văn (Hydrologic ResponseUnits - HRUs)

 SWAT96.2: thêm vào những lựa chọn trong quản lí quá trình bónphân, tưới nước; các hồ trữ nước, thành phần CO2 vào sự phát triển của câytrồng; tính toán khả năng thoát hơi nước của Penman-Monteith; những dòngnước bên trong đất vào mô hình động học; tính toán chất lượng nước đối vớicác thông số: phân bón và thuốc trừ sâu bằng mô hình chất lượng nước sông(QUAL2E)

 SWAT98.1: thêm vào cải tiến mô hình chất lượng nước và tan băng;

mở rộng chu trình dinh dưỡng; những ứng dụng của trồng trọt, chăn nuôi và

xét đến dòng nước mưa SWAT98.1 đã được ứng dụng nghiên cứu trên vùngSouthern Hemisphere

 SWAT99.2: cải thiện chu trình dinh dưỡng, thêm vào mô hình sự dichuyển dinh dưỡng ở vùng hồ, vùng đầm lầy; khả năng trữ nước trên các đoạnsông; sự di chuyển của các kim loại Mô hình thay đổi cách Hình thị năm từ 2chữ số sang 4 chữ số

 SWAT2000: thêm vào mô hình sự vận chuyển vi sinh vật; cải tiếntrạm quan trắc thời tiết cho phép đọc các dữ liệu bức xạ mặt trời, độ ẩm, tốc

độ gió,

 SWAT2005: cải thiện mô hình sự vận chuyển vi sinh vật; thêm vàokịch bản dự báo thời tiết, lượng mưa theo nửa ngày, thông số để tính toán CN.Thêm vào đó, SWAT2005 có một điểm nổi bật là giao diện chương trình kháthân thiệt với người dùng, được phát triển trên nền Windows, GRASS vàArcView, ngôn ngữ lập trình là Visual Basic

1.4. Các nghiên cứu đã thực hiện trên thế giới

Trong những năm gần đây, việc sử dụng các kịch bản mô phỏng đểđánh giá hiệu quả của các chính sách kiểm soát các nguồn ô nhiễm tập trung

và phân tán trong lưu vực đến môi trường nước đã được nhiều nhà khoa họctrên thế giới sử dụng Điển hình là việc sử dụng mô hình SWAT để đánh giátác động của các hoạt động BMPs ( Best Management Practices) vào quátrình thủy văn và chất lượng nước ở các lưu vực có quy mô khác nhau (Lam

&nnk., 2011) Đặc điểm nổi bật của mô hình SWAT là khả năng mô phỏnghầu hết các hoạt động BMPs ở cả dạng công trình và phi công trình Trongnghiên cứu của Q.D.Lam &nnk (2010, 2011), tác giả đã đánh giá tác động dàihạn của các nguồn ô nhiễm tập trung và phân tán vào tải lượng Nitrat tronglưu vực Kielstau nước Đức bằng sử dụng mô hình SWAT Thêm vào đó, các

tác giả đã định lượng được mức độ đóng góp vào ô nhiễm nguồn nước củacác hoạt động canh tác nông nghiệp và 6 trạm xử lý nước thải tập trung.

Van Liew và Garbrecht (2003) đánh giá khả năng dự đoán dòng chảydưới các điều kiện khí hậu khác nhau cho 3 lưu vực cơ sở trong lưu vực sôngWashita với diện tích 610 km2 nằm phía Đông Nam Oklahoma Nghiên cứunày đã tìm ra rằng SWAT có thể tính toán dòng chảy cho các điều kiện khíhậu ẩm, khô, trung bình trong mỗi lưu vực cơ sở

Nghiên cứu của Govender và Everson (2005) đưa ra kết quả tính toándòng chảy tương đối mạnh cho lưu vực nghiên cứu nhỏ nằm ở Bắc Phi, họ đãtìm ra SWAT tính toán tốt hơn với điều kiện khí hậu khô

Sử dụng SWAT nghiên cứu hiệu quả của hoạt động bảo tồn thiên nhiêntrong chương trình đánh giá hiệu quả bảo tồn thiên nhiên USDA (CEAP,2007), thực hiện đánh giá cho các khu vực lớn như lưu vực thượng nguồnsông Mississippi và toàn bộ Mỹ của Arnold và cộng sự (1999); Jha và cộng

sự (2006) Xu hướng ứng dụng SWAT cũng tương tự ở Châu Âu và các khuvực khác

1.5 Các nghiên cứu đã thực hiện ở Việt Nam

Nguyễn Kiên Dũng (Viện khoa học khí tượng thủy văn và MôiTrường) áp dụng SWAT “Nghiên cứu quy luật xói mòn đất và bùn cát lưuvực sông Sê San bằng mô hình toán” Đề tài đã kiểm nghiệm mô hình đốivới dòng chảy tại trạm Kon Tum và Trung Nghĩa năm 1997 Theo tiêuchuẩn Nash – Sutcliffe, mức hiệu 37 quả của mô hình đối với dòng chảy là0,73 (Kon Tum: 0,69; Trung Nghĩa: 0,76) và đối với dòng chảy bùn cát là0,633 (Kon Tum: 0.663, Trung Nghĩa: 0,60) Như vậy, kết quả hiệu chỉnh

mô hình đạt ở mức khá

Lê Bảo Trung (Trường đại học Khoa học Thủy lợi) ứng dụng mô hìnhSWAT đánh giá chất lượng nước sông Công

Huỳnh Thị Lan Hương (Viện khoa học Khí tượng Thủy văn và Môitrường) ứng dụng mô hình SWAT trong quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưuvực sông Chảy Trong đề án đã trình bày quá trình hiệu chỉnh và kiểm định bộthông số của mô hình cho lưu vực sông Chảy với vị trí kiểm định được lấy từlưu lượng thực đo tại trạm Bảo Yên Kết quả đánh giá sai số lưu lượng tínhtoán và thực đo theo chỉ số Nash đạt 0,813

Phạm Văn Tỉnh (Trường đại học Lâm nghiệp Hà Nội) “nghiên cứu ứngdụng mô hình SWAT phục vụ quản lý tài nguyên đất và nước trên lưu vựcsông Lô – Gâm” Kết quả tính toán kiểm nghiệm tại trạm Ghềnh Gà cho chỉ sốNASH là 0,76 với dòng chảy và 0,61 với dòng chảy bùn cát

Bản đồ địa hình dưới dạng Dem 90x90, được tác giả thu thập từ nguồnwebside srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp; bản đồ thổ nhưỡng

và bản đồ sử dụng đất của tỉnh Bắc Ninh được cung cấp bởi Sở Tài Nguyên

và Môi trường của tỉnh và từ Viện Địa lý thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường.Các dữ liệu bản đồ sử dụng trong Luận văn được sử dụng dưới dạng raster

Các dữ liệu về mưa, bốc hơi, nhiệt độ từ năm 2000 đến năm 2013 đượccung cấp từ Trung tâm Khí tượng thủy văn tỉnh Bắc Ninh

Các dữ liệu về nguồn gây ô nhiễm, diện tích đất trong công nghiệptrong vùng Nam Đuống được cung cấp do Ban quản lý các Khu công nghiệptỉnh Bắc Ninh, Sở Kế hoạch và Đầu tư tỉnh Bắc Ninh

Và các tài liệu khác có liên quan

2.2 Cơ sở lý thuyết

2.2.1 Hệ thống thông tin địa lý (Georaphic information system – GIS)

Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin mà nó sử dụng dữliệu đầu vào, các thao tác phân tích,cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về mặt địa

lý không gian,nhằm hỗ trợ việc thu nhận, lưu trữ, quản lí, xử lí, phân tích vàhiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đềtổng hợp từ thông tin cho các mục đích con người đặt ra

Chức năng của GIS

Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:

Capture: thu thập dữ liệu Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể

là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…

- Store: lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster

- Query: truy vấn (tìm kiếm) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồhoạ hiển thị trên bản đồ

- Analyze: phân tích Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định củangười dùng

- Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi

- Display: hiển thị Hiển thị bản đồ

- Output: xuất dữ liệu Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiềuđịnh dạng: giấy in, Web, ảnh, file…

2.2.1.2 Các dạng dữ liệu của GIS

Hệ thống thông tin địa lý bao gồm: Dữ liệu không gian và phi khônggian

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu

và thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong GIS còn đượcgọi là thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng

mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian.Đặc trưng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiệntượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thôngtin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiểnthị đồ hoạ của hệ thống.

2.2.1.3 Dữ liệu không gian

Dữ liệu không gian được thể hiện trên bản đồ và hệ thống thông tin địa

lí dưới dạng điểm (point), đường (line) hoặc vùng (polygon) Dữ liệu khônggian là dữ liệu về đối tượng mà vị trí của nó được xác định trên bề mặt tráiđất Hệ thống thông tin địa lí làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lýkhác nhau - mô hình vector và mô hình raster

Mô hình vector: Hình diễn dữ liệu không gian như điểm, đường, vùng

có kèm theo thuộc tính để mô tả đối tượng Mô hình dữ liệu này phù hợptrong Hình diễn dữ liệu có ranh giới rõ rệt như ranh đất, ranh nhà, ranhđường,… Để Hình diễn các dữ liệu vector có hai loại cấu trúc dữ liệu thườngđược sử dụng: Spaghetti và Topology

+ Kiểu đối tượng điểm (Points)

Điểm được xác định bởi cặp giá trị đơn Các đối tượng đơn, thông tin

về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm

+ Kiểu đối tượng đường

Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm Mô tả các đốitượng địa lý dạng tuyến

+ Kiểu đối tượng vùng

Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng Các đối tượng địa

lý có diện tích và đóng kín bởi một đường gọi là đối tượng vùng polygons

Mô hình Raster: được phát triển cho mô phỏng các đối tượng liên tục.

Một ảnh raster là một tập hợp các ô lưới Cấu trúc đơn giản nhất là mảng gồmcác ô của bản đồ

Mỗi ô trên bản đồ được Hình diển bởi tổ hợp tọa độ (hàng, cột) Kếtquả mỗi ô Hình diễn một phần của bề mặt trái đất và giá trị của nó là tính chấttại vị trí đó.Mô hình raster có các đặc điểm

- Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới

- Mỗi một điểm ảnh (pixcel) chứa một giá trị

- Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp(layer)

- Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp

Trong một hệ thống dữ liệu cơ bản raster được lưu trữ trong các ô(thường hình vuông) được sắp xếp trong một mảng hoặc các dãy hàng và cột.Nếu có thể, các hang và cột nên được căn cứ vào hệ thống lưới bản đồ thíchhợp Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu raster tất nhiên đưa đến một số chi tiết bịmất Với lý do này, hệ thống raster - based không được sử dụng trong cáctrường hợp nơi chi tiết có chất lượng cao được đòi hỏi

2.2.1.4 Dữ liệu phi không gian

Dữ liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính (Non - Spatial Datahay Attribute) (trả lời cho câu hỏi nó là cái gì?) là những mô tả về đặc tính,đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định Một trong cácchức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết

và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính Thông thường hệthống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:

- Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian

có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích

- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, cáchoạt động thuộc vị trí xác định.

- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị,… liên quanđến các đối tượng địa lý

- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặcphức tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đốitượng)

Để mô tả một cách đầy đủ các đối tượng địa lý, trong bản đồ số chỉdùng thêm các loại đối tượng khác: điểm điều khiển, toạ độ giới hạn và cácthông tin mang tính chất mô tả (annotation)

2.2.2 Mô hình SWAT

SWAT cho phép mô hình hóa nhiều quá trình vật lí trên cùng một lưuvực Ý nghĩa của mô hình SWAT là một lưu vực lớn có thể được chia thànhnhiều tiểu lưu vực, mô hình hóa theo tiểu lưu vực mang lại lợi ích khi nhữngvùng này tương đồng về đặc điểm sử dụng đất và tính chất đất Sự phân chianày giúp người sử dụng có thể áp dụng kết quả nghiên cứu của một vùng nàyvào một vùng khác khi chúng có sự tương đồng nhất định

Thông tin đầu vào đối với mỗi tiểu lưu vực sẽ được tập hợp và phânloại thành những nhóm chính sau: khí hậu, HRUs, hồ, nước ngầm, sông chính

và nhánh, đường phân thủy Để dự báo một cách chính xác sự di chuyển củathuốc trừ sâu, phù sa và dưỡng chất thì mô hình cần phải phù hợp với nhữngdiễn biến đang xảy ra trong lưu vực Mô hình thủy học trong lưu vực đượcphân chia thành hai nhóm chính, chúng có thể tồn tại riêng lẻ:

- Chu trình thủy văn nước ngầm: kiểm soát lượng nước, sự bồi lắng,dinh dưỡng và thuốc trừ sâu được đưa từ trong mỗi tiểu lưu vực ra sôngchính

- Chu trình nước trong hệ thống sông: kiểm soát quá trình di chuyểncủa dòng nước và quá trình bồi lắng diễn ra từ trong hệ thống sông ngòi củalưu vực đến cửa sông.

2.2.2.1 Chu trình thủy văn nước ngầm

Phương trình cân bằng nước trong SWAT:

SW t = SW0 +

Trong đó:

SWt : lượng nước trong đất tại thời điểm t (mm)

SW0 : lượng nước trong đất tại thời điểm ban đầu (mm)

t : thời gian (ngày)

Rday : lượng nước mưa trong ngày thứ i (mm)

Qsurf : tổng lượng nước mặt của ngày thứ i (mm)

Ea : lượng nước bốc hơi trong ngày thứ i (mm)

Wseep : lượng nước thấm vào vùng chưa bão hòa trong ngày thứ i(mm)

Qgw : lượng nước ngầm chảy ra sông trong ngày thứ i (mm)

Phương trình phản ánh những sự khác nhau giữa các tiểu lưu vực thôngqua sự khác biệt về đặc điểm canh tác và tính chất đất Phương trình xói mònđược dự báo riêng lẻ trên từng tiểu lưu vực và sẽ sử dụng để tính toán lượngxói mòn chung trên toàn lưu vực Điều này giúp nâng cao tính chính xác và

mô tả ý nghĩa vật lí của phương trình cân bằng nước tốt hơn

Những dữ liệu đầu vào và các quá trình liên quan đến chu trình nướctrong pha đất bao gồm:

- Khí hậu: Khí hậu của lưu vực cung cấp dữ liệu đầu vào về độ ẩm vànăng lượng để kiểm soát quá trình cân bằng nước và xác định các thông sốquan trọng khác liên quan đến chu trình nước

SWAT yêu cầu các thông số khí hậu sau: lượng mưa hằng ngày, nhiệt

độ không

khí lớn nhất nhỏ nhất, năng lượng bức xạ mặt trời, tốc độ gió và độ ẩm.Trong đó, các thông số: lượng mưa hàng ngày,nhiệt độ không khí lớn nhất/nhỏ nhất là yêu cầu bắt buộc, các thông số còn lại tùy vào điều kiện có thể cóhoặc không

Thời tiết: mô hình sẽ tạo ra một bộ dữ liệu về thời tiết cho mỗi một tiểulưu vực Những thông số ứng với một tiểu lưu vực sẽ tồn tại độc lập và không

có mối quan hệ về mặt không gian giữa các tiểu lưu vực Lượng mưa: SWAT

sử dụng mô hình được xây dựng bởi Nicks (1974) để xác định lượng mưahằng ngày Nhiệt độ: nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất theo ngày trong tháng,nhiệt độ tính theo đơn vị (oC)

- Thủy văn:

Lượng nước ngăn cản: là lượng nước bị ngăn cản và giữ lại trên bề mặtlớp thực vật, một phần lượng nước này sẽ bị bốc hơi Lượng nước ngăn cảnđược xét đến để tính toán lượng nước thất thoát bề mặt Tuy nhiên, nếu cácphương pháp Green & Ampt đã từng được tính toán quá trình xâm nhập haythất thoát thì lượng nước ngăn cản phải được mô hình hóa một cách độc lập

SWAT cho phép người sử dụng nhập giá trị lượng nước lớn nhất có thể

bị giữ lại trên đơn vị bề mặt lá của khu vực che phủ Những giá trị này và độche phủ được mô hình sử dụng để tính toán lượng nước lớn nhất có thể giữ lạicho quá trình phát triển của cây trồng

Sự thấm hút: là quá trình thấm hút nước từ bề mặt vào một lớp đất Quátrình này xảy ra làm tăng độ ẩm trong đất và làm giảm tốc độ thấm hút nướcvào đất theo thời gian Tốc độ thấm còn phụ thuộc vào lượng nước bốc hơiqua bề mặt đất Quá trình thấm hút sẽ dừng lại khi đất đạt trạng thái bão hòa

Sự bốc hơi: là tổng quá trình bao gồm bốc hơi của nước trong pha lỏng(sông, suối, ao, hồ) và trong pha rắn (lớp đất tiếp xúc với không khí, bề mặt lácây, khối bang tuyết).

Dòng chảy dưới bề mặt: là dòng chảy bắt nguồn từ lớp dưới bề mặtnhưng nằm trên lớp đá bão hòa nước Lateral subsurface flow nằm trong lớpđất có độ sâu 0 – 2 m Mô hình động học nước được sử dụng để tính toándòng chảy dưới bề mặt trong mỗi lớp đất

Dòng chảy bề mặt: là dòng nước chảy rửa trôi trên bề mặt dốc Từ dữliệu lượng mưa hàng ngày, SWAT sẽ tính toán thể tích rửa trôi và tốc độ rửatrôi trong mỗi HRU

Dòng chảy bề mặt được tính toán bằng mô hình sửa đổi từ phươngpháp curve number (USDA Soil Conservation Service, 1972) hoặc phươngpháp Green & Ampt

- Sự phát triển của cây trồng

SWAT đã sử dụng mô hình phát triển của một cây đơn lẻ để mô tả chotất cả các loại cây khác nhau Mô hình cũng cho thấy sự khác biệt giữa câylâu năm và cây ngắn ngày Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây ngắnngày bắt đầu từ khi gieo trồng đến khi thu hoạch Những cây lâu năm nuôidưỡng hệ thống rễ suốt cả năm, vào những tháng mùa đông cây sẽ ở trạng tháingủ đông Chúng sẽ sinh trưởng và phát triển tiếp khi nhiệt độ tăng lên Quátrình phát triển của cây trồng dùng để tính toán lượng nước và dưỡng chất mất

đi, đồng thời cũng tính được lượng hơi nước và sinh khối sinh ra, Khả năngsinh trưởng làm gia tăng sinh khối trong một thời gian nhất định được địnhnghĩa là sự gia tăng sinh khối dưới điều kiện lí tưởng, là hiệu quả của hoạtđộng hấp thụ năng lượng mặt trời và chuyển tải năng lượng thành dạng sinhkhối Năng lượng được hấp thụ được tính toán dựa trên bức xạ mặt trời

- Xói mòn

Sự xói mòn và bồi lắng đối với mỗi HRU được tính toán dựa trên môhình Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE) (Williams, 1975).Trong khi, mô hình USLE sử dụng lượng mưa, thì mô hình MUSLE sử dụnglượng nước chảy bề mặt để tính toán.

- Dinh dưỡng

Cây sử dụng Nitrat và Nitơ hữu cơ trong đất với nước làm chất vậnchuyển trung gian Lượng Nitrat trong dòng chảy bề mặt và dòng thấm đượctính toán thông qua thể tích nước và nồng độ Nitrat trung bình trong đó.Lượng Nitơ hữu cơ được tính bằng mô hình của McElroy et al(1976) và đượcchỉnh sửa bởi Williams and Hann (1978)

- Thuốc bảo vệ thực vật

SWAT xem xét thuốc bảo vệ thực vật trong mỗi HRU để nhiên cứu sự

di chuyển hóa chất trong lưu vực SWAT mô hình hóa quá trình vận chuyểnthuốc trừ sâu vào trong hệ thống sông ngòi thông qua con đường rửa trôi bềmặt (có sự hòa tan và hấp phụ) vào trong đất và tầng ngậm nước nhờ dòng áplực (sự hòa tan) SWAT sử dụng mô hình GLEAMS (Leonard et al., 1987)

mô hình quá sự vận chuyển thuốc trừ sâu thông qua chu trình nước trong phađất Sự di chuyển này được kiểm soát nhờ: khả năng hòa tan của hóa chất, chu

kì bán phân rã và hiệu quả ấp phụ Cacbon hữu cơ trong đất Thuốc bảo vệthực vật gây hại, làm suy thoái tán lá và đất trồng

* Chu trình nước trong hệ thống sông

SWAT xác định, tính toán quá trình di chuyển nước, phù sa, dinhdưỡng và thuốc trừ sâu vào mạng lưới sông ngòi bằng cách sử dụng đồng nhấtcấu trúc lệnh (Williams and Hann, 1972) Thêm vào đó, để thể hiện dòng chất

di chuyển của hóa chất, SWAT mô phỏng quá trình vận chuyển trong kênh,rạch và sông chính

- Dòng chảy tràn

Dòng nước chảy ở sông ngòi thì có các hiện tượng sau:

Nước mất đi do sự bốc hơi, do sự thấm hút qua lòng sông, do việc lấynước tưới tiêu phục vụ cho nông nghiệp

Nước thêm vào do mưa rơi trực tiếp vào lòng sông và từ các điểm xả thải.Dòng chảy tràn được mô hình bằng phương pháp hệ số lưu trữ biến đổi(variable storage coefficient) của Williams (1969) hoặc mô hình thủy vănMuskingum

sự suy thoái đất thông qua hàm số của các biến: độ dốc kênh và tốc độdòng chảy

- Dòng dinh dưỡng

Sự di chuyển dinh dưỡng trong sông được xác định bằng mô hình chấtlượng nước trong sông đó, QUAL2E (Brown and Bamwell,1987) Mô hìnhxác định dinh dưỡng hòa tan trong nước sông và dinh dưỡng bị hấp phụ vàobùn lắng ở đáy sông

- Dòng thuốc trừ sâu trong kênh

Trong khi số lượng thuốc trừ sâu được sử dụng trong mỗi HRUs làkhông giới hạn, nhưng để làm giảm tính phức tạp của quá trình mô hình thìchỉ chọn một loại Tương tự như dinh dưỡng, thuốc trừ sâu cũng tồn tại ở haidạng là hòa tan trong nước và bị hấp phụ vào bùn lắng

Trình tự ứng dụng mô hình ArcSwat được thể hiện như hình 2.1