Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT đánh giá mức độ xói mòn đất và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn mặt đến bồi lắng đầm lập an, tỉnh thừa thiên huế

Chính vì vậy, để làm rõ hơn ảnh hưởng của việc xói mòn mặt đất và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn bề mặt đến bồi lắng đầm Lập An, luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT đánh giá

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đƣợc cảm

ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đƣợc trích dẫn rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Bùi Ngọc Quỳnh

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình điều tra, thu thập, nghiên cứu để hoàn thiện luận văn, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình, quý báu của các nhà khoa học, của các cơ quan, tổ chức, cá nhân có sự hiểu biết về lĩnh vực nghiên cứu

Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành nhất tới 02 giáo viên hướng dẫn khoa học

TS Nguyễn Lê Tuấn và PGS.TS Phạm Thị Hương Lan đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy giáo, cô giáo trong khoa Thủy Văn và Tài nguyên nước - trường Đại học Thủy Lợi, các anh chị trong Viện Nghiên cứu biển và hải đảo, Viện Nghiên cứu Tài nguyên nước và Môi trường… đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới sự hỗ trợ của đề tài nghiên cứu khoa học

và công nghệ tỉnh Thừa Thiên Huế TTH.2014-KC.06, “Nghiên cứu sự bồi lắng đầm Lập An, tỉnh Thừa Thiên Huế” của TS Nguyễn Lê Tuấn (2014-2017), Viện Nghiên cứu biển và hải đảo

Sau cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, những người thân, đồng nghiệp và bạn

bè đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất Song do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót,

vì vậy rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy, Cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG vi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu và dự kiến kết quả đạt được 2

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Xói mòn đất 5

1.1.1 Khái niệm xói mòn đất 5

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất 5

1.1.2.1 Yếu tố khí hậu 6

1.1.2.2 Yếu tố địa hình 6

1.1.2.3 Yếu tố thổ nhưỡng 6

1.1.2.4 Thảm thực vật 7

1.1.2.5 Hoạt động của con người 8

1.1.3 Phân loại xói mòn đất 8

1.2 Sự bồi lắng 9

1.2.1 Định nghĩa 9

1.2.2 Ảnh hưởng của sự bồi lắng 9

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu xói mòn, bồi lắng trên thế giới và ở Việt Nam10 1.3.1 Trên thế giới 10

1.3.2 Tại Việt Nam 12

1.4 Giới thiệu về lưu vực đầm Lập An 14

1.4.1 Vị trí địa lý 14

1.4.2 Đặc điểm địa hình 15

1.4.3 Đặc điểm thổ nhưỡng, thảm thực vật 16

1.4.3.1 Thổ nhưỡng 16

1.4.3.2 Thảm thực vật 16

1.4.4 Đặc điểm khí hậu, thủy văn, thủy triều 19

1.4.4.1 Đặc điểm khí hậu 19

1.4.4.2 Đặc điểm thủy văn và thủy triều 24

1.4.5 Tình hình dân sinh, kinh tế 26

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 28

2.1 Tổng quan các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn 28

2.1.1 Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa các tài liệu, số liệu đã có 28

2.1.2 Phương pháp phân tích, thống kê thủy văn 28

2.1.3 Phương pháp điều tra, khảo sát ngoài hiện trường 29

2.1.4 Phương pháp bản đồ và hệ thống thông tin địa lý (GIS) 29

2.1.5 Phương pháp mô hình toán 29

2.2 Giới thiệu mô hình SWAT 30

2.2.1 Tổng quan 30

2.2.2 Nguyên lý mô phỏng 32

2.2.3 Phương pháp tính toán trong mô hình SWAT 35

2.2.4 Thông số mô hình SWAT 57

2.2.5 Ứng dụng mô hình SWAT 59

2.2.5.1 Chuẩn bị dữ liệu đầu vào 59

2.2.5.2 Thiết lập mô hình 61

2.2.5.3 Đánh giá hiệu quả mô hình 62

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN MỨC ĐỘ XÓI MÕN ĐẤT VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT DO DÕNG CHẢY TRÀN MẶT ĐẾN BỒI LẮNG ĐẦM LẬP AN 64

3.1 Hiệu chỉnh thông số, kiểm định mô hình SWAT 64

3.1.1 Lựa chọn lưu vực tương tự 64

3.1.2 Thiết lập mô hình SWAT cho lưu vực tương tự 66

3.1.3 Hiệu chỉnh thông số mô hình 68

3.1.4 Kiểm định mô hình 70

3.2 Mô phỏng tính toán xói mòn đất và vận chuyển bùn cát đến đầm Lập An 70

3.2.1 Phạm vi tính toán 70

3.2.1.1 Dữ liệu không gian 70

3.2.1.2 Dữ liệu khí tượng, thủy văn 73

3.2.2 Thiết lập mô hình SWAT cho lưu vực đầm Lập An 74

3.2.2.1 Thiết lập mô hình SWAT 74

3.2.2.2 Hiện trạng các sông suối nhập lưu vào đầm Lập An 75

3.2.3 Đánh giá mức độ xói mòn đất và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn mặt đến bồi lắng đầm Lập An 77

3.2.3.1 Đánh giá mức độ xói mòn đất 77

3.2.3.2 Đánh giá nồng độ bùn cát trong các sông suối nhập lưu vào đầm Lập An 79

3.2.3.3 Đánh giá lượng bùn cát vận chuyển vào đầm Lập An 81

3.2.4 Đề xuất giải pháp hạn chế hiện tượng bồi lắng cho đầm Lập An 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 90

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu 3

Hình 1 1 Vị trí địa lý đầm Lập An 15

Hình 1 2 Địa hình khu vực đầm Lập An 16

Hình 1 3 Biến động lượng mưa qua các tháng trong năm tại một số trạm khí tượng 22 Hình 1 4 Mạng lưới trạm khí tượng – thủy văn tỉnh Thừa Thiên Huế 22

Hình 2 1 Các quá trình thủy văn trên lưu vực 31

Hình 2 2 Sơ đồ chu trình thủy văn trong pha lưu vực 34

Hình 2 3 Sơ đồ các quá trình diễn ra trong lòng dẫn 35

Hình 2 4 Mối liên hệ giữa dòng chảy và mưa trong phương pháp đường cong SCS 37 Hình 2 5 Sự khác nhau giữa phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô phỏng theo phương trình Green&Ampt và trong thực tế 38

Hình 2 6 Vòng lặp tính toán cho HRU/lưu vực con 48

Hình 2 7 Nước ngầm trên lưu vực 49

Hình 2 8 Sơ đồ mô phỏng các thành phần xói mòn và bồi lắng trên lưu vực 57

Hình 2 4 Tiến trình mô phỏng trong mô hình SWAT 62

Hình 3 1 Vị trí địa lý lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự 65

Hình 3 2 Các dữ liệu đầu vào mô hình SWAT trên lưu vực tương tự 67

Hình 3 3 Kết quả so sánh đường quá trình dòng chảy tính toán và thực đo tại trạm Thượng Nhật (Giai đoạn hiệu chỉnh) 69

Hình 3 4 Kết quả so sánh đường quá trình dòng chảy tính toán và thực đo tại trạm Thượng Nhật (Giai đoạn kiểm định) 70

Hình 3 5 Bản đồ độ cao lưu vực đầm Lập An 71

Hình 3 6 Bản đồ sử dụng đất (2001-2010) trên lưu vực đầm Lập An 72

Hình 3 7 Bản đồ đất lưu vực đầm Lập An 73

Hình 3 8 Phân chia tiểu lưu vực đầm Lập An 75

Hình 3 9 Vị trí các điểm nhập lưu vào đầm Lập An 76

Hình 3 10 Khu vực Hói Dừa và Hói Cạn 76

Hình 3 11 Khu vực Hói Mít và Hói Sen 77

Hình 3 12 Khu vực Cầu ông Huy và Khe nhỏ 77

Hình 3 13 Phân vùng mức độ xói mòn đất lưu vực đầm Lập An 79

Hình 3 14 Phân phối nồng độ bùn cát bình quân trong năm tại các nhánh sông, suối 80 Hình 3 15 Tỷ lệ % tổng lượng bùn cát bình quân theo mùa 82

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Tổng hợp một số phương pháp đánh giá xói mòn bồi lắng trên thế giới 11

Bảng 1 2 Một số đặc trưng về khí hậu ở Huế, Nam Đông và Phú Lộc [1] 20

Bảng 1 3 Lượng mưa năm bình quân (1977 – 2015) tại một số trạm khí tượng 21

Bảng 1 4 Tỷ trọng % lượng mưa mùa, thời kỳ mưa nhiều nhất và ít nhất so với tổng lượng mưa năm [1] 23

Bảng 3 1 Đặc điểm 2 lưu vực: Lập An và Thượng Nhật 66

Bảng 3 2 Dữ liệu đầu vào của mô hình SWAT 66

Bảng 3 3 Đặc trưng các tiểu lưu vực – Lưu vực Thượng Nhật [8] 68

Bảng 3 4 Kết quả hiệu chỉnh 07 thông số được lựa chọn trong SWAT-CUP 2012 69

Bảng 3 5 Thông tin các trạm khí tượng, thủy văn trên lưu vực và lân cận 74

Bảng 3 6 Đặc trưng các lưu vực con 74

Bảng 3 7 Các sông suối nhập lưu vào đầm Lập An [8] 76

Bảng 3 8 Phân loại mức độ xói mòn đất 77

Bảng 3 9 Lượng đất xói mòn bình quân tại các tiểu lưu vực 78

Bảng 3 10 Bảng phân cấp mức độ xói mòn đất trên 06 tiểu lưu vực đầm Lập An 78

Bảng 3 11 Nồng độ bùn cát bình quân trong các nhánh sông, suối 79

Bảng 3 12 Phân phối tổng lượng bùn cát bình quân tại các tiểu lưu vực [8] 81

Bảng 3 13 Tổng lượng bùn cát bình quân năm tại cửa ra các tiểu lưu vực 81

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Đầm Lập An (còn có tên là An Cư hoặc Lăng Cô) là thuỷ vực biệt lập, có chiều dài theo hướng Bắc – Nam khoảng 5-6 km, chiều rộng 2-4 km Chiều sâu đầm phổ biến trong khoảng từ 1 đến 3 m Tại vùng cửa đầm có lạch sâu tới 10 m, nối liền đầm với vùng biển bên ngoài Đây là một trong những đầm nước lợ, có cảnh đẹp nên thơ, nổi tiếng trong hệ thống đầm phá phong phú của Thừa Thiên Huế Với diện tích mặt nước khoảng 16,17 km2, chiếm 15,2% diện tích tự nhiên của thị trấn Lăng Cô (huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế), đầm Lập An có nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng phong phú và đa dạng Đầm nằm ở khu vực gần bờ biển, đường quốc lộ 1A, cảng nước sâu Chân Mây với núi đồi, đồng bằng và mặt nước Với vị trí địa lý phù hợp, nước trong sạch, đầm Lập An rất phù hợp để phát triển du lịch sinh thái và đánh bắt, nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là hàu Khai thác, sử dụng các tài nguyên của đầm Lập An là sinh kế quan trọng nhất của cộng đồng trên 12.000 dân địa phương Các hoạt động kinh tế quan trọng nhất của người dân quanh đầm Lập An là dịch vụ du lịch, buôn bán nhỏ, ngư nghiệp, nông nghiệp kết hợp tiểu thủ công nghiệp Trong đó, một trong những nghề đem lại nguồn thu nhập khá lớn cho cư dân địa phương, đặc biệt là cư dân thôn Lập An là nghề khai thác vỏ nhuyễn thể để nung vôi Đây là một nghề có lịch sử phát triển đã lâu, ít nhất qua ba đời của người dân địa phương

Trong những năm gần đây, đầm Lập An bị thay đổi mạnh địa hình đáy, đặc biệt là bị bồi lấp nghiêm trọng Theo Nguyễn Văn Canh và nnk (2006), các hoạt động đào xới lòng hồ để khai thác hàu vôi cùng với các yếu tố động lực (như dòng chảy, sóng, gió, thủy triều, ) đã làm xáo trộn phân bố trầm tích, gây bồi lấp, làm cạn lòng đầm ở một

số vị trí cũng như tạo ra các hố sâu tại các vị trí khác Ngoài các hoạt động nhân sinh - kinh tế - xã hội, nước mưa mang theo bùn cát rửa trôi từ trên sườn núi cũng đóng góp đáng kể vào việc bồi lắng lòng đầm Với các nguyên nhân nêu trên, trong những năm gần đây, lòng đầm càng ngày càng nông và bị thu hẹp lại, ảnh hưởng rất lớn tới các hoạt động kinh tế - xã hội của người dân và môi trường sinh thái [5]

Chính vì vậy, để làm rõ hơn ảnh hưởng của việc xói mòn mặt đất và vận chuyển bùn cát

do dòng chảy tràn bề mặt đến bồi lắng đầm Lập An, luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT đánh giá mức độ xói mòn đất và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn mặt đến bồi lắng đầm Lập An, tỉnh Thừa Thiên Huế” đã được hình thành với mục tiêu

nhằm đánh giá các nguyên nhân thủy văn tác động đến sự bồi lắng đầm, đánh giá tác động đến môi trường sinh thái và đời sống con người, từ đó đưa ra các giải pháp hạn chế bồi lắng, cải thiện và phục hồi tài nguyên môi trường nước ở vùng này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau:

- Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT để tính toán mức độ xói mòn đất và vận chuyển bùn cát đến bồi lắng đầm Lập An;

- Đề xuất một số giải pháp hạn chế hiện tượng bồi lắng khu vực đầm Lập An

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Mức độ xói mòn mặt đất và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn mặt đến bồi lắng đầm Lập An

- Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực đầm Lập An, tỉnh Thừa Thiên Huế

4 Nội dung nghiên cứu và dự kiến kết quả đạt được

Dựa vào các mục tiêu đã đưa ra, đề tài sẽ cần thực hiện các nội dung sau:

- Nghiên cứu lý thuyết về xói mòn và bồi lắng, tổng quan các công trình nghiên cứu về xói mòn và bồi lắng trên thế giới và ở Việt Nam

- Thu thập, tổng hợp các thông tin, dữ liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, điều kiện khí tượng thủy văn trên lưu vực đầm Lập An và lân cận

- Xây dựng các lớp bản đồ và dữ liệu đầu vào cho mô hình SWAT: dữ liệu DEM, dữ liệu

sử dụng đất, dữ liệu thổ nhưỡng, các bảng dữ liệu thời tiết như: mưa, nhiệt độ không khí

- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT: Do trên lưu vực đầm Lập An không có trạm thủy văn quan trắc lưu lượng và dòng chảy bùn cát nên không thể tiến hành hiệu chỉnh, kiểm định khả năng hiệu quả của mô hình Vì vậy, nghiên cứu tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định thông số mô hình SWAT cho lưu vực tương tự, sau đó sử dụng bộ thông số xác định được để áp dụng cho lưu vực đầm Lập An

- Mô phỏng tính toán, đánh giá mức độ xói mòn và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn mặt đến bồi lắng đầm Lập An: Việc mô phỏng tính toán, đánh giá mức độ xói mòn và vận chuyển bùn cát được thực hiện trên 06 tiểu lưu vực (06 khe suối) nhập lưu vào đầm Lập An

- Đề xuất giải pháp hạn chế xói mòn và bồi lắng cho lưu vực đầm Lập An: Việc đề xuất các giải pháp sẽ dựa trên kết quả nghiên cứu tính toán mức độ xói mòn từ mô hình SWAT và căn cứ vào hiện trạng về điều kiện tự nhiên, thảm phủ thực vật trên lưu vực

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5.1 Cách tiếp cận

Hiện nay việc thoát nước mưa trên lưu vực đầm Lập An vẫn được thoát theo mặt đất

tự nhiên, phần thì ngấm xuống đất, phần thì theo mặt dốc chảy theo các khe tụ nước về các sông, suối đổ xuống đầm Lập An Với vị trí nằm trong vùng khí hậu ven biển Bắc miền Trung, khu vực đầm Lập An là một trong những vùng mưa lớn trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế và cả nước, lượng mưa năm ở đây dao động trong khoảng 3.400 – 4.000 mm Vì vậy, mưa lớn gây xói mòn đất trên lưu vực, mang theo bùn cát rửa trôi

từ trên vùng đồi núi và tập trung vào dòng chảy trong sông suối, sau đó vận chuyển đến cửa ra và gây bồi lắng lòng đầm Lập An

Xuất phát từ tình hình thực tế trên đây, đề tài sẽ sử dụng cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu trên cơ sở các quá trình xảy ra trên bề mặt lưu vực và lòng dẫn như được trình bày tại hình 1

Hình 1 Sơ đồ cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu

5.2 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu ở trên, luận văn đã sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu truyền thống và hiện đại sau đây:

- Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa các tài liệu, số liệu đã có;

- Phương pháp phân tích, thống kê thủy văn;

- Phương pháp điều tra khảo sát ngoài hiện trường;

- Phương pháp bản đồ và hệ thống thông tin địa lý (GIS);

- Phương pháp mô hình toán

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Xói mòn đất

1.1.1 Khái niệm xói mòn đất

Xói mòn đất hiện nay có nhiều định nghĩa khác nhau:

Theo Ellison (1944): “Xói mòn là hiện tượng di chuyển đất bởi nước mưa, bởi gió dưới tác động của trọng lực lên bề mặt của đất Xói mòn đất được xem như là một hàm

số với biến số là loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thảm thực vật, lượng mưa và cường độ mưa”

Theo Rattan Lal (1990): “Xói mòn đất là sự mang đi lớp đất mặt do dòng chảy, tuyết tan hoặc các tác nhân địa chất khác bao gồm cả quá trình sạt lở do trọng lực”

Cũng dựa trên yếu tố trọng lực, tác giả Cao Đăng Dư (1992) có quan niệm cho rằng quá trình xói mòn, trượt lở, bồi lấp thực chất là quá trình phân bố lại vật chất dưới ảnh hưởng của trọng lực, xảy ra khắp nơi và bị chi phối bởi yếu tố địa hình

Theo Tổ chức FAO (1994): “Xói mòn là hiện tượng các phần tử mảnh, cục và có khi

cả lớp bề mặt đất bị bào mòn, cuốn trôi do sức gió và sức nước”

Theo cách tiếp cận khác khi nghiên cứu về lớp phủ thực vật của các tác giả Nguyễn Quang Mỹ và Nguyễn Tứ Dần (1986) cho rằng: “Xói mòn là một quá trình động lực phá hủy độ màu mỡ của đất, làm mất trạng thái cân bằng của cả vùng bị xói mòn lẫn vùng bị bồi tụ”

Như vậy, xói mòn đất là hiện tượng các cấp hạt đất, cục đất, có khi cả lớp đất bề mặt bị bào mòn, cuốn trôi do sức gió, sức nước và một số hoạt động khác của con người Xói mòn đất được biểu hiện bằng hai hình thức chủ yếu là xói mòn bề mặt và xói mòn rãnh

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất

Theo kết quả nghiên cứu xói mòn đất của các nhà khoa học (Ellision 1944, Wishmeier

và Smith 1978, …) thì các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất (chủ yếu là xói mòn do nước) bao gồm: khí hậu (mưa), địa hình, thổ nhưỡng, thảm phủ bề mặt và hoạt động của con người

1.1.2.1 Yếu tố khí hậu

Yếu tố khí hậu chính là mưa và gió Ở Việt Nam, mưa là yếu tố khí hậu quan trọng nhất Gió ảnh hưởng đến xói mòn chủ yếu thông qua hướng gió và tốc độ gió, gió cũng ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi nước và ẩm độ đất Lượng mưa, cường độ mưa, và sự phân bố mưa sẽ quyết định đến lực phân tán các hạt của đất, đến lượng nước và tốc độ của nước chảy tràn Tổng lượng mưa cao chưa hẳn gây xói mòn mạnh hơn cường độ mưa cao Thời gian mưa ngắn cũng hạn chế xói mòn do không đủ lượng nước hình thành dòng chảy Khi cường độ mưa cao, thời gian mưa kéo dài, xói mòn rất nghiêm trọng Điều này đặc biệt nghiêm trọng sau khi thu hoạch hay ngay sau làm đất cho cây trồng vụ sau

1.1.2.2 Yếu tố địa hình

Độ dốc và chiều dài sườn dốc là 2 thành phần ảnh hưởng đến chảy tràn và xói mòn

Độ dốc càng lớn, mức độ xói mòn càng cao Theo nguyên tắc, chiều dài sườn dốc càng dài, tốc độ dòng chảy càng tăng, nhưng thực tế, đất có tính thấm và không thật bằng phẳng nên sườn dốc càng dài, lượng nước chảy tràn lại giảm Chảy tràn chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng và tốc độ dòng chảy, và lưu tốc phụ thuộc vào độ dốc Tốc độ di chuyển càng nhanh, lực mang các vật liệu càng lớn

1.1.2.3 Yếu tố thổ nhưỡng

Các tính chất đất ảnh hưởng đến xói mòn bao gồm các tính chất ảnh hưởng đến tính thấm ban đầu và tính bền của cấu trúc đất như sa cấu (tỉ lệ phần trăm các cấp hạt khoáng như hạt sét, thịt, cát trong đất), chất hữu cơ, độ dốc… Đất ảnh hưởng đến xói mòn phụ thuộc vào tốc độ thấm ban đầu và khả năng chống lại sự phân tán các hạt khi nước chảy tràn

- Tính thấm ban đầu: Khả năng thấm nước mưa vào đất phụ thuộc: độ rỗng đất, ẩm độ đất trong thời gian mưa và tính thấm xuyên suốt phẫu diện đất Tốc độ thấm ban đầu tỉ

lệ nghịch với căn bậc 2 của ẩm độ đất tại thời điểm mưa bắt đầu

- Khả năng chống phân tán của đất: Có 2 tính chất ảnh hưởng đến khả năng phân tán hạt (1) Khi đất khô và đất bị nén chặt, lượng mưa ban đầu sẽ có tác động tạo vữa (hỗn hợp

tạo vữa, bị nước cuốn trôi đi, nên chỉ cón lại tầng đất bị nén chặt, ẩm ướt, lượng huyền phù (vữa) trong nước chảy tràn giảm dần theo thời gian mưa Tính chống chịu sự phân tán của tầng đất gia tăng theo hàm lượng sét Vì vậy, khi mưa đất bị xói mòn do sự tạo

hồ vữa và tác động va đập của hạt mưa lên mặt đất Các vật liệu mịn bị mang đi chủ yếu trong giai đoạn này Đất có cấu trúc càng bền chặt, càng chống lại được sự phân tán và tạo hồ vữa, nên càng giảm lượng huyền phù trong nước chảy tràn

Tuy nhiên nếu mưa lớn kéo dài, chảy tràn sẽ gia tăng cả lưu lượng và tốc độ, sự xói mòn phụ thuộc vào khả năng liên kết giữa các thành phần hạt trên mặt và bên dưới Trong trường hợp này, đất có cấu trúc tơi xốp có thể bị xói mòn mạnh hơn đất bị nén chặt (2) Khi đất bão hòa, nhất là đất thịt, có tính dính thấp, nếu mưa to, xói mòn sẽ rất nghiêm trọng

Nguy cơ xói mòn cao nhất khi bắt đầu canh tác cây ngắn ngày, nhất là các vùng có nguy

cơ xói mòn cao, hệ thống canh tác bỏ hóa Một thảm phủ thực vật tốt sẽ hạn chế rất lớn tác động của mưa, gió, nên hạn chế được xói mòn rất có ý nghĩa Trong nông nghiệp, ta không thể luôn luôn duy trì thảm phủ cây trồng, nhưng tác dụng của đất có canh tác hạn chế xói mòn cũng rất lớn Các ảnh hưởng của thực vật có thể chia thành 4 dạng:

(1) Chắn mưa do tán lá: Một phần nước mưa này đọng lại trên lá, không rơi vào đất, tiêu hao năng lượng hạt mưa, giảm lực va đập lên mặt đất Đây là tính chất quan trọng của tán lá hạn chế xói mòn đất

(2) Giảm tốc độ nước chảy tràn và cắt dòng chảy: Do tán lá giữ lại 1 phần nước nên làm giảm được lượng nước chảy tràn trên mặt Thực vật đang sinh trưởng cũng làm

giảm 1 lượng nước chảy tràn hữu hiệu nhất Bất kỳ loại thực vật nào cũng làm cản trở dòng chảy của nước Thảm thực vật không chỉ làm giảm tốc độ dòng chảy theo độ dốc,

mà còn có khuynh hướng ngăn chặn sự tích lũy nước quá nhanh Đây chính là tác dụng cắt dòng chảy của thảm thực vật Khi tốc độ chảy tràn giảm do thảm thực vật, tốc

độ thấm của đất phải cần nhiều thời gian để làm giảm tổng lượng nước chảy tràn Một thảm cỏ tốt có tác dụng cắt dòng chảy tốt

(3) Rễ cây có ảnh hưởng đến cấu trúc đất, độ bền và các hoạt động sinh học liên quan đến sinh trưởng thực vật nên ảnh hưởng đến độ rỗng của đất

(4) Thoát hơi nước làm giảm ẩm độ đất, tăng tính thấm

1.1.2.5 Hoạt động của con người

Nhiều kỹ thuật canh tác có thể làm gia tăng tốc độ xói mòn như du canh, đốt rừng làm rẫy, canh tác cây ngắn ngày, đồng cỏ chăn thả tự do, quản lý đất và hệ thống canh tác không hợp lý…

1.1.3 Phân loại xói mòn đất

Tùy theo tác nhân gây xói mòn mà người ta có thể phân loại xói mòn như sau:

(3) Xói mòn do trọng lực

Do đặc tính vật lý của đất là có độ xốp, đất có nhiều khe hở với nhiều kích thước khác nhau và do lực hút của quả đất, nên đất có khả năng di chuyển từ tầng đất trên bề mặt xuống các tầng đất sâu hơn do chính trọng lượng của nó hoặc có thể là đất bị trôi nhẹ theo khe, rãnh Hay người ta còn gọi đây là hiện tượng rửa trôi đất theo chiều sâu của phẫu diện đất

(4) Xói mòn do các hoạt động sử dụng và quản lý đất của con người

Nhịp độ tăng trưởng kinh tế về mặt dân số và phát triển kinh tế - xã hội trong nhiều thập kỷ qua đã làm cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là tài nguyên đất Con người với các hoạt động sử dụng và quản lý đất khác nhau đã góp phần gây ra xói mòn đất, dẫn đến suy thoái đất

Các hoạt động sử dụng và quản lý đất dẫn đến xói mòn đất: Khai thác rừng không hợp

lý, phá rừng làm nương rẫy, canh tác nông nghiệp không bền vững, cháy rừng, chăn thả gia súc quá mức, xây dựng các công trình đường xá, cầu cống, nhà cửa, đường điện ở vùng núi không hợp lý, có trồng rừng nhưng không chú ý đến hỗn loài và chọn loại cây trồng thích hợp…

1.2 Sự bồi lắng

1.2.1 Định nghĩa

Theo Bengt Carsson (1998): “Bùn cát bồi lắng là lớp tích tụ của các hạt lơ lửng mà nặng hơn nước”

Theo Đại học Michigan – Mỹ (2004): “Sự bồi lắng là quá trình tách ra của các hạt đất

do xói mòn được lắng lại trong đất hoặc bên trong các nguồn nước như: hồ, suối và đất ngập nước”

Tóm lại, sự bồi lắng là quá trình tách ra của các hạt đất do xói mòn (chủ yếu là do nước) và được lắng lại bên trong đất hoặc bên trong các nguồn nước

1.2.2 Ảnh hưởng của sự bồi lắng

Quá trình bồi lắng và quá trình xói mòn là 2 quá trình tự nhiên tất yếu xảy ra trên lưu vực sông và các thể vật chứa nước khác Tuy nhiên, phạm vi, mức độ và các ảnh

hưởng của bồi lắng đến điều kiện tự nhiên, tài nguyên, môi trường của lưu vực ở mỗi nơi một khác Có thể nói, bồi lắng lòng dẫn/hồ, đầm sẽ làm:

- Gia tăng diện tích đất sản xuất;

- Cản trở giao thông thủy;

- Giảm năng lực, hiệu quả của các công trình thủy lợi;

- Gây ô nhiễm môi trường, góp phần gây nên dịch bệnh, gây nên thảm họa rất lớn nếu như bồi lắng xảy ra tại các cửa sông, cửa đầm làm giảm khả năng tiêu thoát nước cho khu vực

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu xói mòn, bồi lắng trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Trên thế giới

Xói mòn đất đã trở thành một thách thức kể từ khi con người chuyển từ ngành nông nghiệp theo kiểu du canh du cư sang ngành nông nghiệp định cư Một trong số những biện pháp cố gắng kiểm soát xói mòn đầu tiên trên thế giới là việc xây dựng các ruộng bậc thang trên đất dốc

Theo Baver (1939), các nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được các nhà khoa học người Đức thực hiện vào những năm 1877 Năm 1907, các chương trình nghiên cứu về xói mòn đất tại Mỹ được bắt đầu khi Bộ Nông nghiệp nước này tuyên bố chính sách về bảo vệ nguồn tài nguyên đất, nhưng cũng phải đợi đến những năm 1930, khi các nghiên cứu hiện đại về xói mòn đất và các kỹ thuật kiểm soát xói mòn bắt đầu được triển khai thì các khái niệm cả về cơ bản lẫn ứng dụng trong nghiên cứu xói mòn và bồi lắng mới được phát triển rộng rãi trên thế giới

Năm 1947, Musgrave và cộng sự đã phát triển một phương trình thực nghiệm được gọi

là phương trình Musgrave Phương trình này đã được triển khai áp dụng trong nhiều năm cho đến khi Wischmeier and Smith (1958) đưa ra công thức tính xói mòn đất, được gọi là phương trình mất đất phổ dụng (USLE) Từ giữa những năm 1980 đến đầu năm 1990, các mô hình xói mòn khác nhau đã được phát triển dựa trên phương trình USLE ở nhiều nơi trên thế giới như: mô hình dự đoán mất đất cho miền nam châu Phi-

và mô hình ANSWERS được phát triển vào cuối những năm 1970 để đánh giá mức độ bồi lắng lưu vực sông (Beasley và ctv, 1980)…

Bảng 1 1 Tổng hợp một số phương pháp đánh giá xói mòn bồi lắng trên thế giới

2 Phương trình mất đất phổ dụng USLE Wischmeier và Smith, 1958

3 Hệ thống quản lý hóa chất, dòng chảy và xói mòn

5 Mô hình dự đoán mất đất cho miền nam châu Phi

6 Mô hình đánh giá đất và nước SWAT Jeff Arnold, 1990s

8 Mô hình mô phỏng xói mòn do gió WERU Edward L.Skidmore, 1994

9 Mô hình xói mòn EROSION-3D Von Werner, 1995

10 Mô hình đánh giá xói mòn dạng mương xói tức thời

Dựa theo phương pháp đánh giá thì lịch sử nghiên cứu xói mòn và bồi lắng trên thế giới có thể chia thành 4 thời kỳ chủ đạo là:

- Phương trình Musgrave: 1947-1958

- Phương trình mất đất phổ dụng USLE (RUSLE): 1958-1980s

- Thời kỳ phát triển và ứng dụng các mô hình dựa trên phương trình USLE: 1990s

1980s Hiện nay với xu hướng sử dụng GIS kết hợp với các phương pháp khác

Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng Ví dụ như các phương pháp mô phỏng (mô hình mô phỏng, đồng vị, modul dòng bùn cát,…) thì có ưu điểm trực quan,

dễ chấp nhận; quy mô nhỏ và chi tiết nhưng lại có nhược điểm là khó đưa ra các dự báo và đánh giá xu thế, tốn nhiều chi phí và thời gian cũng như chỉ đánh giá được các nơi thuận lợi giao thông Các phương pháp mô hình toán (USLE, RUSLE,…) tuy ít

tốn chi phí, thời gian; có thể đánh giá ở các vùng hiểm trở khó tiếp cận và hoàn toàn có thể đưa ra dự báo xu thế nhưng lại khó thuyết phục, quy mô rộng mang tính khái quát

Vì vậy việc xác định phương pháp đánh giá thích hợp cho từng vùng cụ thể là khía cạnh quan trọng trong việc nghiên cứu đánh giá xói mòn và bồi lắng

1.3.2 Tại Việt Nam

Do địa hình chủ yếu là đồi núi, xói mòn đất diễn ra thường xuyên nên hiện tượng xói mòn cũng đã được nghiên cứu từ rất sớm ở nước ta Theo Nguyễn Quang Mỹ (2005) thì lịch sử nghiên cứu xói mòn của nước ta có thể chia làm 3 giai đoạn:

- Trước năm 1954: Giai đoạn này chỉ mới bắt đầu xuất hiện các biện pháp canh tác chống xói mòn như làm ruộng bậc thang, xây kè cống… chứ xói mòn đất chưa được nghiên cứu đưa lên thành lý luận

- Từ 1954-1975: Giai đoạn này bắt đầu xuất hiện một số công trình nghiên cứu và nhiều biện pháp canh tác chống xói mòn được đưa ra hàng loạt trên các nông trường miền núi phía Bắc Một số nghiên cứu đáng chú ý giai đoạn này như: Thái Công Tụng

và Moorman (1958) nghiên cứu về cơ bản xói mòn đất đã kết luận phương pháp canh tác ruộng bậc thang của người làm nông giúp giảm hiện tượng xói mòn; Nguyễn Ngọc Bình (1962) nêu lên ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất, góp phần đưa ra các tiêu chí bảo vệ đất, sử dụng và khai thác đất dốc; Chu Đình Hoàng (1962, 1963) nghiên cứu sự ảnh hưởng của giọt mưa đến xói mòn đất và chống xói mòn bằng biện pháp canh tác (Hoàng Tiến Hà, 2009)

- Từ 1975 đến nay: giai đoạn này các công trình nghiên cứu bắt đầu áp dụng phương trình mất đất đất phổ dụng của Wischmeier and Smith (1978) như: Phạm Ngọc Dũng (1991) đã tiến hành nghiên cứu về ứng dụng phương trình mất đất phổ quát vào dự báo tiềm năng xói mòn đất và đưa ra các biện pháp chống xói mòn cho các tỉnh Tây Nguyên; Nguyễn Tử Xiêm và Thái Phiên (1996) với công trình nghiên cứu về đất đồi núi Việt Nam Về mặt lý luận, các tác giả đã đánh giá được năng lực phòng hộ của một

số dạng cấu trúc thảm thực vật rừng về mặt chống xói mòn và tiến hành các nghiên cứu với quy mô và áp dụng các biện pháp chống hiện đại hơn

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và mô hình SWAT để đánh giá xói mòn và bồi lắng được xem như là một hướng đi mới trong đánh giá xói mòn như: “Ứng dụng GIS ước lượng xói mòn đất tại lâm trường Mã Đà

- tỉnh Đồng Nai” của Nguyễn Kim Lợi (2006); “Ứng dụng mô hình SWAT để quản

lý xói mòn đất theo các tiểu lưu vực sông ở xã Dương Hòa, thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế” của Trần Lê Minh Châu, Nguyễn Quang Tuấn (2009); “Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Kạn” của Hoàng Tiến Hà (2009),… Một số đề tài đã có tính đến ảnh hưởng của quy hoạch sử dụng đất đối với tài nguyên đất và nước như đề tài “Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đến đất và nước ở cấp độ lưu vực: trường hợp nghiên cứu tại tiểu lưu vực sông La Ngà – Việt Nam” của Nguyễn Kim Lợi, Nguyễn Hà Trang (2009) hay như đề tài “Ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy sông Bến Hải” của Nguyễn Ý Như (2009) Các công trình nghiên cứu này tập trung vào tính toán lượng đất xói mòn, đề ra một số biện pháp hạn chế xói mòn và ảnh hưởng của việc quy hoạch sử dụng đất nhưng vẫn chưa đề cập đến vấn đề hạn chế các hậu quả do xói mòn gây ra

Một số công trình nghiên cứu khác về xói mòn và bồi lắng được luận văn tham khảo

về phương pháp nghiên cứu, cách tiếp cận vấn đề cũng như cách giải quyết vấn đề như

“Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thông số phân bố SWAT để đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa nước, ứng dụng tính toán cho hồ chứa nước Đại Lải” của Phạm Thị Hương Lan (2008) đã ứng dụng mô hình thông số phân bố SWAT để tính toán lượng dòng chảy bùn cát đến hồ và đánh giá ảnh hưởng của việc

sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa, qua đó tác giả cũng đã đề xuất các biện pháp bảo vệ, phòng chống và giảm thiểu mức độ xói mòn cũng như lượng bùn cát đến hồ như: tăng

độ che phủ của rừng bằng các biện pháp như trồng cây gây rừng ở thượng và hạ lưu, tăng cường các biện pháp bảo vệ rừng, giảm thiểu hiện tượng chặt phá rừng làm nương rẫy, khai thác rừng có quy hoạch, giảm độ dốc của lưu vực, thực hiện sản xuất nông nghiệp theo hình thức ruộng bậc thang, trồng rừng theo những lô bậc thang, tạo thành những vành đai xen kẽ, đào các rãnh song song theo các đường đồng mức có tác dụng làm giảm vận tốc dòng chảy, ngưng tụ bùn cát ; Nghiên cứu “Ứng dụng mô hình

SWAT trong tính toán xói bề mặt lưu vực hạ lưu sông MeKong” của Lê Mạnh Hùng (2012) đã thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định được mô hình SWAT cho vùng hạ lưu sông MeKong từ biên giới Trung Quốc – Lào đến Kratie của Campuchia với diện tích phần lưu vực được mô hình hóa khoảng 490.000 km2, nghiên cứu bước đầu cũng cho thấy mô hình SWAT có khả năng ước tính tải lượng bùn cát trên lưu vực với độ tin cậy chấp nhận được Các kết quả nghiên cứu trên đây minh họa khả năng ứng dụng của

mô hình SWAT trong tính toán lượng bùn cát trên lưu vực, và các kết quả này cũng là khởi đầu cho các nghiên cứu tiếp theo như là đánh giá tác động của các kịch bản phát triển thượng nguồn (xây dựng đập, hồ chứa, thay đổi sử dụng đất,…) cũng như tác động của biến đổi khí hậu lên dòng chảy, dòng bùn cát trên lưu vực, phục vụ cho công tác quản lý và quy hoạch lưu vực

Như vậy, nhìn một cách tổng quan, lịch sử nghiên cứu xói mòn, bồi lắng trên thế giới

và ở Việt Nam đã có lịch sử lâu đời, có những bước tiến đáng ghi nhận và để lại những

kết quả, thành tựu nhất định Kế thừa và phát huy những điều đó, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT đánh giá mức độ xói mòn đất và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn mặt đến bồi lắng đầm Lập An, tỉnh Thừa Thiên Huế” được thực hiện để làm

rõ hơn ảnh hưởng của việc xói mòn mặt đất và vận chuyển bùn cát do dòng chảy tràn

bề mặt đến bồi lắng đầm Lập An, từ đó đưa ra các giải pháp hạn chế bồi lắng, cải thiện tài nguyên môi trường nước trong vùng này

1.4 Giới thiệu về lưu vực đầm Lập An

Hình 1 1 Vị trí địa lý đầm Lập An

1.4.2 Đặc điểm địa hình

Địa hình huyện Phú Lộc rất đa dạng, chạy theo hướng Đông Bắc – Tây Nam Căn cứ vào độ cao tuyệt đối và tương đối của địa hình của huyện, có thể chia thành các bậc địa hình như sau:

- Núi trung bình: gồm dãy Bạch Mã - Hải Vân với độ cao tuyệt đối trên 750 m và độ cao tương đối trên 100 m, diện tích 45,1 km2, chiếm 6,2% diện tích huyện

- Núi thấp: có độ cao tuyệt đối 250-750 m, độ cao tương đối trên 100 m, có diện tích 128,1 km2, chiếm 17,6% diện tích huyện

- Đồi: có độ cao 10-250 m với diện tích 170,5 km2, chiếm 23,4% diện tích huyện

- Đồng bằng: có độ cao địa hình từ 10 m trở xuống với diện tích 269,2 km2, chiếm 37% diện tích huyện Ngoài ra, còn có diện tích mặt nước (sông, hồ và đầm phá): 115,2 km2, chiếm 15,8% diện tích huyện

Riêng địa hình vùng nghiên cứu thuộc thị trấn Lăng Cô chủ yếu là đồi núi bao bọc, là một vùng địa lý thấp trũng, có dạng là đồng bằng ven biển

Theo tài liệu thu thập được trên lưu vực đầm Lập An bao gồm 2 loại đất chủ yếu: đất cát ven biển và đất xám vàng trên phù sa cổ

1.4.3.2 Thảm thực vật

Với đặc điểm khí hậu mang tính chất chuyển tiếp giữa hai miền Nam - Bắc nên tổ hợp thực vật ở đây rất phong phú Vùng này là nơi giao lưu giữa hai luồng thực vật từ phía Bắc xuống và từ phía Nam lên Các điều tra nghiên cứu cho thấy ở Phú Lộc có các kiểu thảm thực vật tự nhiên nhiệt đới và á nhiệt đới Ngoài ra, còn có thảm thực vật nhân tạo như rừng trồng, cây ăn quả, cây công nghiệp và cây lương thực…[1]

a Thảm thực vật tự nhiên [1]

* Rừng kín thường xanh á nhiệt đới trên núi trung bình: Phân bố ở độ cao trên 750 m ở

dãy núi Hải Vân và được chia làm 2 trạng thái

- Trạng thái rừng nghèo: Do tầng cây gỗ lớn bị chết vì chiến tranh tàn phá nên rừng chỉ còn 3 tầng:

+ Tầng cây gỗ cao từ 18-22 m có tán cây không liên tục Thảm thực vật chủ yếu là những cây trong họ Kim giao (Podocarpaceae), họ Dẻ (Fagaceae), họ Chè (Theaceae),… như Hoàng đàn giả (Dacrydium elatum), Dẻ gai (Castanopsis chapaensis), Gò đồng nách (Gordonia axillaris), Thông nàng (Dacryarpus imbricartus)… Ở đây, các cá thể Hoàng đàn giả chiếm ưu thế, chúng quần tụ xung quanh các đỉnh núi

+ Tầng cây gỗ thấp cao từ 10-18 m gồm các cây gỗ thấp, nhỏ của các họ Chè (Theaceae), họ Dẻ (Fagaceae), họ Long não (Lauraceae), họ Hồi (Illiciaceae), họ Thích (Aceraceae)… như Chơn trà nhật (Eurya japonica), Ô dước nam (Linderamyrrha), Thích Bắc bộ (Acer tonkinensis), Đại hoa hồi nhỏ…

+ Tầng thảm tươi gồm các cây trong nghành Dương xỉ, ngành Thông đất và các cây trong họ gừng…

- Rừng phục hồi: Rừng được phục hồi sau khi bị tác động, phần lớn diện tích đều có cây gỗ sống sót mọc rải rác Tán cây được hình thành do các cây mới phục hồi thường

có chiều cao dưới 10 m Dưới tán rừng là các cá thể của Hoàng đàn giả, Thông tre… tái sinh mạnh Trong những khu vực có độ cao trên 1.000 m vẫn còn tồn tại một số diện tích đất trống với cỏ tranh, lau lách nhưng không đáng kể

* Rừng kín thường xanh mưa mùa nhiệt đới trên vùng đồi núi: Phân bố ở độ cao dưới

750 m, rừng ở đây chia thành 5 tầng rõ rệt

- Tầng vượt tán: Gồm những cây cao to trên 35 m của họ Dầu (Dipterocarpaceae), họ Long Não (Lauraceae), họ Trám (Burseraceae)… như Chò đen (Parashorea stellate), Dầu Hasel (Dipterocarpus hasseltii), Rè hương (Cinnamomum parthenoxylon),…

- Tầng ưu thế sinh thái: Ở tầng này cây phân bố tương đối đồng đều, tạo nên tán chính của rừng, thực vật tầng này bao gồm những cây gỗ cao 18-30 m, thuộc họ Dầu (Dipterocarpaceae), họ Bồ hòn (Sapidaceae), họ Long Não (Lauraceae), họ Dẻ

(Fagaceae),… với các loài như Trường mật (Pometia pinnata), Re (Cinnamomum sp.), Ươi (Scapium marcopodium), Huỷnh (Tarrietia javanica),…

- Tầng dưới tán: Gồm các cây non của tầng trên và các cây từ 10-15 m của các họ Thầu dầu, họ Long não, họ Đậu,… như Vạng trứng, Bời lời, Re, Doi…

- Tầng cây bụi, tiểu mộc: gồm những cây cao từ 8-10 m trong các họ Thầu Dầu, họ Thị, họ Na, họ Gai, họ Chè…

- Tầng thảm tươi: Có thành phần loài gồm Rêu, Dương xỉ, Ngọc lan…

* Thảm thực vật trên đất cát biển: Yếu tố sinh thái nổi trội phát sinh thảm thực vật là

lớp phủ thổ nhưỡng với các loại cát trắng, cát vàng có nguồn gốc phong thành, thủy thành Các quần xã phân bố và tồn tại trong nền khí hậu nhiệt đới gió mùa, gồm có:

- Trảng cỏ tiên phong trên cát mới hình thành ven biển chiếm ưu thế: Cỏ chông (Spinifex littereus), rau muống biển (Ipomoea pes-caprea)

- Rừng rậm thường xanh nhiệt đới trên dải cát cố định ven biển với quần xã cây lá rộng chiếm ưu thế: Tràm (Syzygium cinereum), Tra (Hibiscus tiliaceus), Cui (Heritiera littoralis), Hếp (Scaevola toccata), Dủ dẻ (rawenhoffia siamensis)

- Trảng cây bụi thứ sinh, thường xanh trên đụn cát và dải cát ven biển với quần xã cây

lá rộng chiếm ưu thế: Dứa dại (Pandanus tectorius), Hếp (Scaevola toccata), Tra (Hibiscus tiliaceus)… có nguồn gốc từ kiểu rừng tương ứng, xuất hiện sau nhân tác, có khả năng phục hồi trở thành rừng với chu kỳ tương đối dài (20-25 năm)

- Trảng cỏ xen cây bụi thấp trên cát khô ven biển gồm các loài ưu thế: Mao đỏ (Germainia capitata), Mao tái (Eriachne pallescens), Hải đằng (Catharanthus roseus), Chổi xể (Baeckea frutescens)

b Thảm thực vật nhân tác [1]

- Rừng trồng: Rải rác ở khu đồi trung bình và vùng cát ven biển với các loại cây lá rộng: Bạch đàn (Eucalyptus spp.), Keo lá tram (Acacia auriculaeformis), Keo tai tượng (Acacia oraria) Diện tích rừng này có được là nhờ công tác phủ xanh đất trống đồi trọc trong những năm gần đây

- Cây hàng năm: Chủ yếu là hoa màu với các loại cây ngô, khoai, sắn; còn lúa nước chiêm phân bố chủ yếu ở ven đầm Lập An

- Vườn tạp: Chủ yếu là rau các loại, đậu, dưa hấu, ớt, cây ăn quả… được trồng trong vườn nhà

1.4.4 Đặc điểm khí hậu, thủy văn, thủy triều

1.4.4.1 Đặc điểm khí hậu

Vùng khí hậu của khu vực Lăng Cô – đầm Lập An nằm trong lãnh thổ huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế nên mang những đặc điểm khí hậu chung của đồng bằng ven biển Thừa Thiên Huế Hàng năm, khí hậu chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng VIII đến tháng II năm sau, mùa nắng từ tháng II đến tháng VIII

Nằm trong vành đai nhiệt đới Bắc bán cầu, Phú Lộc có chế độ bức xạ dồi dào, mỗi năm có hai lần mặt trời đi qua thiên đỉnh vào đầu tháng V và đầu tháng VIII Tổng lượng bức xạ hàng năm: 8.500 - 9.000°C, vùng ven biển từ 7.800 – 8.300°C, trung bình có 1.700 – 1.900 giờ nắng/năm

Về hoàn lưu khí quyển, Phú Lộc chịu tác động mạnh mẽ của hoàn lưu khí quyển ở khu vực gió mùa Đông Nam Á Đó là sự tác động quanh năm của áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương và dãy áp thấp xích đạo Tuy nhiên, đóng vai trò quyết định trong cơ chế hoàn lưu khu vực là sự tác động theo mùa của các trung tâm khí áp hình thành theo mùa Về mùa đông tồn tại áp cao lạnh lục địa Châu Á và áp thấp lục địa Châu Öc Về mùa hè, các trung tâm khí áp trên được thay thế bằng áp thấp lục địa Châu Á, áp cao lục địa Châu Öc và áp cao Bắc Ấn Độ Dương Các khối khí của các trung tâm khí áp này có tính chất khác nhau thổi từ vùng áp cao đến vùng

áp thấp tạo nên các loại hình khí hậu rất đa dạng Ngoài ra, đây là vùng khí hậu chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam nên thường diễn ra sự giao tranh giữa các khối khí xuất phát từ các trung tâm tác động khác nhau mà hệ quả mang lại là hầu hết các loại hình thiên tai như: bão lụt, hạn hán

* Chế độ nhiệt:

Nằm trong vành đai nhiệt đới Bắc bán cầu, được thừa hưởng một chế độ bức xạ dồi dào nên Phú Lộc có một nền nhiệt độ cao, tuy nhiên do sự phân hóa nhiệt độ theo độ cao nên ở đồng bằng khá tiêu biểu cho chế độ nhiệt ở vùng nhiệt đới, còn ở miền núi cao trên 500 m thì do quy luật giảm nhiệt độ theo độ cao nên có những chỉ tiêu không

đạt tiêu chuẩn nhiệt đới Điều đó cho thấy chế độ nhiệt ở Phú Lộc không những thay đổi theo thời gian do tác động của hoàn lưu khí quyển mà còn phân hóa theo không gian dưới tác động của địa hình

Bảng 1 2 Một số đặc trưng về khí hậu ở Huế, Nam Đông và Phú Lộc [1]

nhiệt đới Nam Đông Huế Phú Lộc

1 Nhiệt độ trung bình năm Trên 21°C 24,4°C 25,2°C > 22°C

6 Không khí thịnh hành

Nhiệt đới

và cận nhiệt đới

Nhiệt đới

và cận nhiệt đới

Nhiệt đới

và cận nhiệt đới

7 Không khí thịnh hành vào

mùa hè

Nhiệt đới và xích đạo

Nhiệt đới

và xích đạo

Nhiệt đới

và xích đạo

Nhiệt đới

và xích đạo

8 Bức xạ tổng cộng thực tế

năm (Kcal/cm2/năm) > 130 125 - 127 124 - 126 120 - 130

+ Phân bố nhiệt độ theo không gian: Địa hình Phú Lộc cao dần từ Đông sang Tây nên

theo quy luật thì nhiệt độ giảm dần từ Đông sang Tây

Nhiệt độ trung bình năm tại miền núi: 20ºC, đồng bằng: 25,2ºC

Nhiệt độ cao tuyệt đối tại đồng bằng: 44ºC, miền núi: 43ºC

Nhiệt độ thấp tuyệt đối tại miền núi: 8,8ºC, đồng bằng: 11,2ºC

Nếu xét chi tiết hơn thì nhiệt độ trung bình năm ở vùng đồng bằng và đồi núi thấp dưới

100 m dao động trong khoảng 24-25 ºC, lên cao 500-800 m chỉ còn 20-22 ºC, và từ độ cao 1.000 m trở lên thì nhiệt độ giảm xuống dưới 18 ºC

+ Phân bố nhiệt độ theo thời gian: Nhiệt độ trung bình năm là 25,2ºC Tháng nóng

nhiệt độ là 8,8ºC Biên độ nhiệt năm của Phú Lộc phụ thuộc vào độ cao của địa hình, càng lên cao biên độ nhiệt năm càng nhỏ: ở đồng bằng ven biển dao động khoảng 9 - 10ºC, còn ở vùng núi khoảng 8ºC

* Chế độ mưa:

Khu vực Lăng Cô là một trong những nơi mưa lớn trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế

và cả nước, lượng mưa năm ở đây dao động trong khoảng 3.400-4.000 mm

Bảng 1 3 Lượng mưa năm bình quân (1977 – 2015) tại một số trạm khí tượng

Mùa khô ở Thừa Thiên – Huế bắt đầu từ tháng I-VIII Tổng lượng mưa trong mùa khô chỉ đạt 25-30% tổng lượng mưa năm Giữa mùa khô có thời kỳ mưa tiểu mãn tháng

IV, V Lượng mưa bình quân thời kỳ tiểu mãn chỉ đạt 12-15% tổng lượng mưa năm Trong các tháng từ I-IV thường có mưa nhỏ 20-30 mm/trận Đây là điều kiện rất thuận lợi cho sản xuất vụ đông xuân

Mùa mưa ở Thừa Thiên – Huế có thể tính từ tháng IX-XII Tổng lượng mưa trong mùa mưa chiếm 70-75% tổng lượng mưa năm

Do sự hội tụ của tín phong Bắc bán cầu và Nam bán cầu, thường hoạt động ở Thừa Thiên Huế vào các tháng V, VI Đây là nguyên nhân chính gây mưa sinh lũ "Tiểu mãn" Lượng mưa do loại hình này gây ra cũng rất lớn, nhất là khi kết hợp với loại hình thời tiết khác, có khi lượng mưa ngày lớn nhất năm lại rơi vào thời kỳ này

Do đặc điểm này mà đồ thị phân phối mưa trong năm thường xuất hiện 2 đỉnh, một đỉnh cao nhất vào tháng X hay tháng XI, một đỉnh nhỏ hơn vào tháng V hoặc tháng VI

Hình 1 3 Biến động lượng mưa qua các tháng trong năm tại một số trạm khí tượng

Hình 1 4 Mạng lưới trạm khí tượng – thủy văn tỉnh Thừa Thiên Huế

Nếu ta coi mùa ít mưa trên lưu vực kéo dài từ tháng I đến tháng VIII, mặc dù trong khoảng thời gian đó có một mùa mưa phụ từ tháng V đến tháng VIII ở vùng núi và mùa mưa là từ tháng IX đến tháng XII thì có thể thấy được tỷ trọng lượng mưa trong

Bảng 1 4 Tỷ trọng % lượng mưa mùa, thời kỳ mưa nhiều nhất và ít nhất so với tổng

lượng mưa năm [1]

Địa điểm

Tổng lượng

Tỷ trọng

Tổng lượng

Tỷ trọng

Tổng lượng

Tỷ trọng

Tổng lượng

Tỷ trọng

ẩm thấp Vào thời kỳ tháng I đến tháng VIII chiếm khoảng 77-82% tổng lượng bốc hơi năm Khả năng bốc hơi lớn, mưa ít, nhiệt độ cao đã gây ra khô hạn ở vùng đồng bằng ven biển, điều này cũng gây bất lợi lớn cho sản xuất nông nghiệp [1]

Độ ẩm cao nhất vào tháng II: 98,2%

Độ ẩm thấp nhất vào tháng VII: 47,6% [1]

* Chế độ gió:

Vùng nghiên cứu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, mùa đông chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, mùa hè chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam

- Gió mùa đông (từ tháng X đến tháng IV năm sau): Khu vực chịu ảnh hưởng của gió

mùa Đông Bắc, thường có hướng từ Bắc đến Đông Bắc Xen kẽ trong các đợt gió mùa Đông Bắc là những ngày có gió Đông hoặc Đông Nam

- Gió mùa hè (từ tháng V đến tháng IX): Gió mùa này nguyên là gió tín phong Đông

Nam thổi từ Nam bán cầu qua xích đạo lên Bắc bán cầu và đổi hướng Tây Nam thổi vào lục địa Ngoài ra trong mùa hè còn có những luồng gió khác xen kẽ có tần số khá cao như gió Đông hoặc Đông Nam Tốc độ gió trung bình dao động trong khoảng từ 1,0 đến 3,6 m/s Trong những trường hợp có ảnh hưởng của bão, lốc tố, dông và được gió mùa Đông Bắc tăng cường, tốc độ gió rất lớn, có thể đạt 40 m/s trong bão, trên 20-

30 m/s trong lốc, tố [1]

Nhìn chung, Phú Lộc nằm ở ven biển nên khí hậu tương đối ôn hòa, thuận tiện cho sản xuất nông – lâm nghiệp, ngoại trừ thời kỳ quá khô hạn hoặc lũ lụt thì có ảnh hưởng lớn nên cần bố trí cơ cấu cây trồng cho thích hợp với điều kiện khí hậu của địa phương, đó

là khí hậu nhiệt đới gió mùa Mùa đông chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, mùa

hè chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam Ngoài ảnh hưởng của hai trường gió chính,

do tính chất của vùng duyên hải nên ở đây tồn tại gió địa phương Đó là gió biển và gió lục địa luân phiên thổi từ đất liền ra biển và từ biển vào đất liền trong chu kỳ ngày

và đêm Khu vực còn chịu ảnh hưởng của các hệ thống thời tiết nguy hiểm như bão, áp thấp nhiệt đới

1.4.4.2 Đặc điểm thủy văn và thủy triều

* Đặc điểm thủy văn [1]:

- Hệ thống khe suối:

Trên hệ thống các khe suối ở khu vực chưa có các trạm quan trắc thủy văn nên việc xác định đặc điểm chế độ dòng chảy trong sông, suối được tham khảo từ các lưu vực tương tự

Các sông suối ở khu vực được bắt nguồn từ các dãy núi cao ở phía Tây với hàng chục khe lớn nhỏ, được đổ vào đầm Lập An trước khi thoát ra biển Do đặc điểm của địa

hình là một vòm cung chắn gió với sườn núi dốc đứng nên ở khu vực này có lượng mưa lớn, tạo ra dòng chảy phong phú

Hệ thống khe suối phân bố chủ yếu ở phía Tây Bắc đến phía Nam của đầm từ Cầu Lăng Cô đến chân đèo Phú Gia, gồm có 6 khe suối: Khe Hói Dừa, khe Hói Cạn, khe Hói Mít, khe Hói Sen, khe Ông Huy và khe suối nhỏ (ở phía Tây Bắc) Đầm Lập An nhờ có các khe suối lớn nhỏ đổ nước mưa vào đã góp phần làm cho đặc điểm thủy văn trong đầm khác biệt đối với bên ngoài Hầu hết các khe suối đều xuất phát từ núi cao,

có độ che phủ tốt và lượng mưa lớn Về mùa hè lượng nước giảm khá nhiều Tuy nhiên do ở khu vực núi bao bọc ở phía Tây và phía Nam đầm thường xuất hiện cơn mưa nên về mùa hè, lượng nước của một số khe suối lớn đổ vào đầm vẫn được duy trì

ở mức độ trung bình

- Phân bố dòng chảy năm:

Cũng như chế độ mưa, dòng chảy trên các sông cũng được cũng được chia làm hai mùa rõ rệt: mùa lũ và mùa cạn Mùa lũ trùng với thời gian mùa mưa (từ tháng IX-XII)

và mùa cạn trùng với mùa khô (từ tháng I-VIII)

- Dòng chảy mùa lũ:

Nhờ có đầm Lập An với diện tích khá lớn lại nằm sát bờ biển nên lũ ở Lăng Cô chỉ tập trung ở khu vực Hói Dừa, Hói Mít

- Dòng chảy mùa kiệt:

Dòng chảy mùa kiệt chủ yếu cung cấp bởi dòng chảy ngầm Tuy nhiên, trong mùa này

ở khu vực núi bao bọc phía Tây Nam thường xuất hiện các cơn mưa, do vậy lượng nước ở các khe suối đổ vào đầm vẫn được duy trì trong mùa này

- Đầm Lập An:

Đầm đóng vai trò quan trọng về mặt thủy văn trong khu vực, đầm thông với biển Đông với diện tích mặt nước khoảng 1.617 ha, chiếm 7,48% diện tích của hệ thống đầm phá Thừa Thiên Huế Đầm nằm trong vùng có địa hình bán lòng chảo, là nơi thu nhận nước

từ các khe suối xung quanh Do đầm nằm ở khu vực có lượng mưa rất lớn, địa hình

xung quanh rất dốc nên vào mùa mưa, đầm tiếp nhận một lượng nước rất lớn đổ xuống làm nước trong đầm dâng lên nhanh gây khó khăn cho đời sống và sinh hoạt của nhân dân trong vùng, đặc biệt là việc đi lại của nhân dân ở 2 thôn: Hói Dừa và Hói Mít

1.4.5 Tình hình dân sinh, kinh tế

Năm 2016, huyện Phú Lộc đạt được những kết quả quan trọng: kinh tế tăng 9,5% so với năm 2015 (dịch vụ tăng 11%, công nghiệp - xây dựng tăng 9%, nông nghiệp tăng 3%); cơ cấu kinh tế chuyển dịch theo hướng đi vào khai thác các lợi thế của huyện; tổng nguồn vốn huy động đầu tư trên toàn địa bàn tăng khá Trong đó, tổng mức bán lẻ hàng hóa và doanh thu dịch vụ tăng 20% so với năm 2015 Mạng lưới chợ tiếp tục phát triển theo quy hoạch; đã xây mới và đưa vào sử dụng 3 chợ: Lộc Thủy, Vinh Hiền và Lộc Bổn; đang xúc tiến đầu tư xây dựng chợ Truồi (Lộc An) và chợ La Sơn (Lộc Sơn) theo hình thức BOT (hình thức đầu tư được ký giữa Nhà nước và doanh nghiệp, doanh nghiệp khai thác thu hồi vốn xong sẽ chuyển công trình cho Nhà nước quản lý) Lĩnh vực du lịch thu hút nhiều thành phần kinh tế tham gia với đa dạng loại hình từ sinh thái, nghỉ dưỡng, tâm linh đến cộng đồng, điển hình là các dự án: Laguna, Vedana Mũi Né, Thiền viện Trúc Lâm Bạch Mã, các khu nghỉ dưỡng ven biển Lăng Cô Hiện trên địa bàn có 7 khu du lịch, resort, khu nghỉ dưỡng 4-5 sao, 7 khách sạn đạt 2 sao

Hệ thống giao thông được đầu tư nâng cấp, mở thêm các tuyến mới, nhất là ở khu vực nông thôn Nhiều tuyến đường quan trọng như: ven biển, ven đầm, nội thị đến các trung tâm kinh tế - xã hội các vùng và nhiều công trình trọng điểm được đầu tư và

Hạ tầng đô thị được tập trung đầu tư phát triển, đẩy nhanh tốc độ đô thị hoá Các công trình kiên cố hóa, tầng hóa hệ trường lớp học theo hướng đạt chuẩn quốc gia; đầu tư xây dựng Nhà máy nước Lộc Trì, Lộc An, Trung tâm y tế dự phòng huyện, Bệnh viện

đa khoa Chân Mây… đáp ứng tốt hơn yêu cầu sản xuất - sinh hoạt của nhân dân [9] Như vậy, các yếu tố dân sinh – kinh tế nói trên đã ảnh hưởng đến sự phân hoá địa phận huyện Phú Lộc thông qua việc làm biến đổi các loại hình sử dụng đất, trong đó thảm thực vật nhân tạo có xu hướng tăng lên, còn thảm thực vật tự nhiên thì bị thu hẹp dần

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Tổng quan các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn

2.1.1 Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa các tài liệu, số liệu đã có

+ Thu thập các kết quả nghiên cứu đã có liên quan đến đầm Lập An, phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu nhằm kế thừa tối đa những kết quả đó

+ Điều tra, thu thập, tổng hợp các tài liệu, số liệu về điều kiện kinh tế - xã hội, khí tượng thủy văn; hiện trạng xói mòn đất và bồi lắng của khu vực

+ Thu thập số liệu về địa hình, sử dụng đất, loại đất khu vực đầm Lập An phục vụ nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT

2.1.2 Phương pháp phân tích, thống kê thủy văn

Các số liệu quan trắc, đo đạc thực tế thường có sai số Sai số đo đạc thường có nhiều nguyên nhân và gồm 3 loại chủ yếu sau:

+ Sai số ngẫu nhiên: Là sai số mắc phải do một hoặc nhiều yếu tố ngẫu nhiên nào đó,

và ta không xác định được nguyên nhân của sai số này nên loại sai số này không thể

xử lý được

+ Sai số hệ thống: Là sai số mắc phải nhiều lần trong quá trình quan trắc, đôi khi sai số

có tích lũy và ngày càng lớn Sai số này thường có nguyên nhân do thiết bị đo đạc bị hỏng hoặc do sai sót trong quy trình đo đạc Để hạn chế sai số này cần chuyên nghiệp hóa quá trình đo đạc, quan trắc, đồng thời kiểm tra kỹ lưỡng các thiết bị trước khi tiến hành quan trắc Loại sai số này không thể xử lý khi kết quả đo đạc đã hoàn tất

+ Sai số thô: Mắc phải do nguyên nhân chủ quan của người đo đạc hoặc ghi chép Sai

số này thường có biểu hiện là giá trị khác lạ và không tuân theo quy luật của toàn liệt

số liệu, do đó có thể phát hiện và xử lý bằng các phương pháp khác nhau

Phương pháp thống kê, so sánh, phân tích và tổng hợp địa lý dựa trên việc thống kê số liệu, phát hiện và xử lý sai số, sau đó phân tích và tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã

có, các tài liệu đã thu thập được để phục vụ các mục tiêu, nội dung nghiên cứu trong luận văn

2.1.3 Phương pháp điều tra, khảo sát ngoài hiện trường

Căn cứ vào mục tiêu của đề tài để đi điều tra, khảo sát, thu thập các thông tin một cách đầy đủ và chính xác Kết hợp cả phương pháp điều tra định tính và định lượng để thu thập thông tin với việc phân tích tài liệu và số liệu có sẵn [5]

2.1.4 Phương pháp bản đồ và hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Nghiên cứu áp dụng phương pháp bản đồ và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để thể hiện các kết quả phân tích, thành lập các bản đồ chuyên đề và xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình SWAT Bao gồm các bản đồ sau:

- Bản đồ số hóa độ cao (DEM) của lưu vực đầm Lập An và lân cận với độ phân giải không gian 30 m, được xử lý từ lớp bản đồ “NASA SRTM 1 arcsec” của Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS)

- Bản đồ đất trong khu vực nghiên cứu được xử lý từ lớp dữ liệu thổ nhưỡng của

“FAO/UNESCO - Digital Soil Map of the World” ở định dạng “shapefile”

- Bản đồ sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu trung bình giai đoạn 2001-2010, được

xử lý từ dữ liệu ảnh vệ tinh “MODIS - based Global Land Cover Climatology” của Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) với độ phân giải không gian 0,5 km

- Bản đồ mạng lưới sông suối và trạm đo khí tượng - thủy văn trong lưu vực đầm Lập

An và lân cận

Các dữ liệu không gian để xây dựng các bản đồ trên cho lưu vực đầm Lập An được xử

lý bằng phần mềm ArcGIS và MapInfo

2.1.5 Phương pháp mô hình toán

Mô hình thủy văn hiện nay là một công cụ phát triển của quản lý thủy văn tài nguyên nước Sự phát triển này là do quá trình phát triển nhanh chóng của máy tính và công nghệ thông tin, cung cấp cho loài người một khả năng mới trong sử dụng nước một cách hợp lý và đưa ra những biện pháp bảo vệ hiệu quả

Các mô hình thủy văn có nhiều ứng dụng khác nhau, ví dụ ứng dụng trong thủy văn vận hành, quản lý tài nguyên nước hoặc trong nghiên cứu giải quyết các bài toán như tính toán dòng chảy từ mưa, tính toán khôi phục các chuỗi số liệu dòng chảy, dự báo tình hình dòng chảy trong tương lai Ứng dụng phương pháp mô hình toán là công cụ quan trọng trong tính toán, dự báo thủy văn ở nước ta

Nghiên cứu đã tìm hiểu các thuật toán trong mô hình SWAT về cơ sở tính toán dòng chảy trong mô hình, phương trình tính toán xói mòn bùn cát,… từ đó ứng dụng để mô phỏng xói mòn đất và vận chuyển bùn cát đến đầm Lập An, tỉnh Thừa Thiên Huế Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, ứng dụng mô hình SWAT mô phỏng tính toán cho thời gian thực với dữ liệu lớp phủ trung bình giai đoạn 2001-2010 và dữ liệu thời tiết giai đoạn 1996-2015 của lưu vực đầm Lập An Sau khi tiến hành mô phỏng tính toán mức độ xói mòn đất, lượng bồi lắng cho giai đoạn trên, đề tài nhận xét đánh giá rồi từ đó đưa ra kết luận và đề xuất các giải pháp hạn chế bồi lắng, cải thiện và phục hồi tài nguyên môi trường nước ở đầm Lập An

2.2 Giới thiệu mô hình SWAT

2.2.1 Tổng quan

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là công cụ đánh giá nước và đất được xây dựng bởi tiến sĩ Jeff Arnold ở Trung tâm phục vụ Nghiên cứu Nông nghiệp (ARS - Agricultural Research Service) thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA - United States Department of Agriculture) và giáo sư Srinivasan thuộc Đại học Texas A&M, Hoa Kỳ

Mô hình SWAT được phát triển liên tục trong gần 30 năm qua bởi Viện Nghiên cứu nông nghiệp USDA Phiên bản đầu tiên của SWAT là mô hình USDA-ARS, bao gồm chất hóa học, dòng chảy và xói mòn từ mô hình hệ thống quản lý nông nghiệp (CREAMS), tác động lượng nước ngầm trong mô hình hệ thống quản lý nông nghiệp,

và mô hình khí hậu chính sách tác động môi trường (EPIC) – tính toán tác động hiệu suất xói mòn Mô hình SWAT hiện tại là phiên bản tiếp theo của tính toán tài nguyên nước trong mô hình lưu vực SWRRB – tính toán tác động của quản lý lưu vực đối với chuyển động của nước, bùn cát

Mô hình SWAT được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mòn

và việc sử dụng hóa chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông Mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở về mặt vật lý, bên cạnh đó kết hợp các phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa các biến đầu vào và đầu ra, mô hình yêu cầu các thông tin

về thời tiết, thuộc tính của đất, tài liệu địa hình, thảm phủ và việc sử dụng đất trên lưu vực Những quá trình vật lý liên quan đến sự chuyển động của nước, bùn cát, quá trình canh tác, chu trình chất dinh dưỡng,… đều được mô tả trực tiếp trong mô hình SWAT qua việc sử dụng dữ liệu đầu vào này

Hình 2 1 Các quá trình thủy văn trên lưu vực

Mô hình SWAT khi mô phỏng sẽ phân chia lưu vực lớn thành các tiểu lưu vực, các đơn vị thủy văn dựa trên bản đồ sử dụng đất, thổ nhưỡng, địa hình để tăng mức độ chi tiết mô phỏng về mặt không gian Mô hình SWAT sẽ trực tiếp tính toán các quá trình

tự nhiên liên quan tới chuyển động của nước, lắng đọng bùn cát, tăng trưởng mùa màng, chu trình chất dinh dưỡng,… dựa vào các thông số dữ liệu đầu vào Do vậy mô hình còn có khả năng dự báo thông qua việc thay đổi dữ liệu đầu vào (quản lý sử dụng đất, khí hậu, thực vật…) đều định lượng được những tác động của sự thay đổi đến dòng chảy ra của các lưu vực hoặc các thông số khác; có thể tính toán và mô phỏng trên lưu vực rộng lớn hoặc hỗ trợ ra quyết định đối với những chiến lược quản lý 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 được SWAT xem xét không những lưu lượng dòng chảy, đỉnh lũ mà còn đến sự tích lũy chất ô nhiễm và

những ảnh hưởng đến vùng hạ lưu

Hiện nay trong nước đã xuất hiện nhiều mô hình thủy văn phân chia, đánh giá tài nguyên nước, tính toán lũ cho các lưu vực như MIKEBASIN, HEC-HMS, ANSWERS, AGNPS nhưng hầu hết các mô hình thường không đi kèm các công cụ hiệu chỉnh, kiểm định một cách tự động để tăng độ tin cậy SWAT cung cấp công cụ cho việc hiệu chỉnh và kiểm định một cách tự động SWAT-CUP, nhằm rút gọn thời gian nhưng vẫn mang lại tính chính xác và hiệu quả cho người sử dụng

Phiên bản hiện tại đang được phát triển là SWAT2012, với giao diện đã được phát triển cho môi trường hệ điều hành Windows (Visual Basic), GRASS, ArcGIS Trong thời gian gần đây, SWAT đã tiếp tục được phát triển, tập trung chính vào các mảng sau:

- Mở rộng phạm vi mô phỏng gồm cả thời gian và không gian;

- Cung cấp nguồn dữ liệu đầu vào sẵn có, miễn phí và đảm bảo chất lượng như thời tiết, thuỷ văn, thổ nhưỡng, hoạt động sản xuất nông nghiệp;

- Hiệu chỉnh, phân tích tính bất định của mô hình;

- Mô phỏng theo thời gian thực;

- Tích hợp với các mô hình khác như APEX, SWMM(EPA), ALMANAC, DSSAT;

- Hợp tác phát triển mô hình với các tổ chức như CGIAR, ISRIC,…;

- Tăng cường đào tạo, truyền thông về SWAT;

- Xây dựng nhiều tùy chọn cho người sử dụng SWAT về các phiên bản sử dụng (SWAT 2005, 2009, 2012), các phần mềm hỗ trợ như ArcGIS (ArcSWAT), Map Window (MWSWAT), SWAT-CUP (Calibration and Uncertainty Program), SWAT Plot/Graph, VIZSWAT (Output Vizualization), các tài liệu hướng dẫn đa ngôn ngữ

2.2.2 Nguyên lý mô phỏng

Mô hình SWAT được xây dựng trên nền các quan hệ thể hiện bản chất vật lý của hiện tượng tự nhiên Ngoài việc sử dụng các phương trình tương quan để mô tả mối quan

hệ giữa các biến vào và ra, SWAT còn yêu cầu các số liệu về thời tiết, sử dụng đất, địa hình, thực vật và tình hình quản lý tài nguyên đất trong lưu vực

Xét về toàn lưu vực thì mô hình SWAT là một mô hình thông số phân bố Mô hình này chia dòng chảy thành 3 pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất (sát mặt, ngầm) và pha trong sông Việc mô tả các quá trình thủy văn được chia làm hai phần chính: Phần thứ nhất là pha lưu vực (hay còn gọi là pha đất của chu trình thủy văn) dùng để kiểm soát khối lượng nước, bùn cát, chất hữu cơ và được chuyển tải từ mỗi tiểu lưu vực tới lòng dẫn chính của lưu vực Phần thứ hai là pha nước của chu trình thủy văn, pha này diễn toán dòng chảy, bùn cát, hàm lượng chất hữu cơ trong hệ thống lòng dẫn và tới mặt cắt cửa ra lưu vực, được gọi là pha diễn toán dòng chảy Cơ sở toán học của các pha được trình bày tóm tắt như sau:

SWt: Tổng lượng nước tại cuối thời đoạn tính toán (mm)

SWo: Tổng lượng nước ban đầu tại ngày thứ i (mm)

t: Thời gian (ngày)

Rday: Tổng lượng mưa tại ngày thứ i (mm)

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

Ea: Lượng bốc thoát hơi tại ngày thứ i (mm)

Wseep: Lượng nước đi vào tầng ngầm tại ngày thứ i (mm)

Qgw: Lượng nước hồi quy tại ngày thứ i (mm)

) Q W

E Q

R ( SW

t 1 i day 0



Hình 2 2 Sơ đồ chu trình thủy văn trong pha lưu vực

 Pha diễn toán dòng chảy:

Diễn toán dòng chảy được tính toán chi tiết từ các công thức thủy lực với số liệu yêu cầu là đặc tính kênh, vận tốc trong kênh, phương pháp diễn toán theo Muskingum, có tính tới tổn thất bộ phận và tổn thất dọc đường

Lưu lượng chảy ra ngoài đoạn sông Qout trong phương pháp Muskingum được tính theo công thức sau:

Qout,end = c1Qin,start + c2Qin,end + c3Qout,start (2.2)