CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ TRẠM ĐỒNG TRĂNG, SÔNG CÁI NHA TRANG, TỈNH KHÁNH HÒA
3.2. Thiết lập mô hình SWAT
Phương pháp mô phỏng lưu lượng dòng chảy lưu vực sông Cái Nha Trang bằng mô hình SWAT được thể hiện như Hình 3.1. Theo đó, tiến trình thực hiện bao gồm các bước chính là phân chia tiểu lưu vực, phân tích đơn vị thủy văn HRU, nhập dữ liệu thời tiết, mô phỏng kết quả.
Hình 3.1. Tiến trình chạy trong SWAT Cụ thể các bước đã thực hiện như sau:
Bước 1: Phân chia tiểu lưu vực
Sử dụng dữ liệu DEM lưu vực sông Cái với độ phân giải 30m*30m đưa vào SWAT (Hình 3.1) đưa sang hệ tọa độ UTM WGS84 49N tương ứng với vị trí của lưu vực sông Cái kết hợp với mạng lưới sông ngòi thực tế (từ Atlas 2009 Việt Nam) đưa vào mô hình để phân chia các tiểu lưu vực cho khu vực nghiên cứu. Dựa trên
62
bản đồ DEM, mô hình sẽ xác định hướng dòng chảy và tích lũy dòng chảy để sử dụng vào mục đích xác định mạng lưới sông ngòi và ranh giới lưu vực.
Bước tiếp theo là xác định diện tích giới hạn với mục đích xác định nguồn nước của sông ngòi. Dựa trên mạng lưới dòng chảy đã mô phỏng, phải chọn điểm đầu ra (cửa xả) của toàn bộ lưu vực. Trạm Đồng Trăng được chọn là cửa xả của lưu vực. Cuối cùng mô hình sẽ tính toán thông số các lưu vực con và các đoạn sông suối.
Hình 3.2. Bản đồ DEM lưu vực sông Cái Nha Trang, trạm Đồng Trăng Kết quả ở bước này, khu vực nghiên cứu được chia ra 41 tiểu lưu vực được đánh số từ 1 đến 41. Tiểu lưu vực lớn nhất là tiểu lưu vực 14 với diện tích là 7752ha chiếm 11.89% diện tích toàn lưu vực. Tiểu lưu vực nhỏ nhất là tiểu lưu vực 25 với diện tích là 27ha chiếm 0.04% diện tích toàn lưu vực.
Bảng 3.1. Diện tích các tiểu lưu vực trên lưu vực sông Cái Nha Trang
63
tính đến trạm Đồng Trăng Tiểu lưu vực
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
64
Hình 3.3. Phân chia tiểu lưu vực khu vực nghiên cứu Bước 2: Phân tích đơn vị thủy văn HRU
Sau khi phân chia tiểu lưu vực thành công, bản đồ thổ nhưỡng (Hình 3.4) và bản đồ thảm phủ (Hình 3.5) được đưa vào SWAT. Giá trị mã số của từng loại hình sử dụng đất được gán theo bảng mã của SWAT và giá trị mã số các loại đất phân chia lại theo mã loại đất của FAO74 tương ứng trong cơ sở dữ liệu thổ nhưỡng của SWAT. Tiếp theo, độ dốc lưu vực sẽ được định nghĩa dựa trên đặc điểm địa hình thực tế làm cơ sở cho bước định nghĩa đơn vị thủy văn HRU.
Kết quả ở bước này, trên khu vực nghiên cứu có 3 loại đất khác nhau thể hiện
ở Hình 3.4 và Bảng 3.1.
65
Hình 3.4. Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Cái Nha Trang tính đến trạm Đồng Trăng
Bảng 3.2. Phân loại đất lưu vực sông Cái Nha Trang tính đến trạm Đồng Trăng theo mô hình SWAT
STT Tên loại đất
1 Đất Ferarit
2 Đất nâu xám
3 Đất nâu đỏ
Ngoài ra trên khu vực nghiên cứu, SWAT phân chia thảm phủ thành 5 loại khác nhau cụ thể trong Hình 3.5 và Bảng 3.2.
66
Hình 3.5. Bản đồ thảm phủ lưu vực sông Cái Nha Trang tính đến trạm Đồng Trăng
Bảng 3.3. Phân loại các loại thảm phủ lưu vực sông Cái Nha Trang tính đến trạm Đồng Trăng theo mô hình SWAT
STT Tên thảm phủ
1 Đất khác
2 Đất trống
3 Rừng giàu
4 Rừng hỗn giao
5 Rừng trung bình
67
Bước cuối cùng trong phân tích đơn vị thủy văn HRU là định nghĩa HRUs.
SWAT giả định rằng không có sự tác động lẫn nhau giữa các đơn vị thủy văn trong tiểu lưu vực. Các quá trình thủy văn sẽ được tính toán độc lập trên mỗi đơn vị HRU.
trên cơ sở đó sẽ cộng lại trên toàn bộ tiểu lưu vực. Lợi ích khi dùng đơn vị thủy văn là làm tăng độ chính xác dự báo của các quá trình. Có ba cách xác định HRUs. (1) gán chỉ một HRU cho mỗi tiểu lưu vực quan tâm đến % diện tích sử dụng đất; đất;
độ dốc vượt trội; (2) gán một HRU đại diện cho tiểu lưu vực quan tâm đến % diện tích phủ chiếm ưu thế của yếu tố sử dụng đất, loại đất, độ dốc và (3) gán nhiều HRU cho mỗi tiểu lưu vực quan tâm đến độ nhạy của quá trình thủy văn dựa trên giá trị ngưỡng cho sự kết hợp sử dụng đất, đất, độ dốc. Trong khuôn khổ luận văn, phương pháp (3) được lựa chọn là phù hợp[16].
Bước 4: Nhập dữ liệu thời tiết (khí tượng)
Số liệu thời tiết trước khi đưa vào mô hình SWAT được biên tập thành các tập tin thời tiết tổng quát dạng chuỗi (chứa đựng các thông số thống kê thời tiết theo ngày, giờ) làm đầu vào cho mô hình vận hành thời tiết WXEN trong SWAT tiến hành mô phỏng thời tiết. Dữ liệu thời tiết cần thiết cho mô hình SWAT bao gồm lượng mưa, nhiệt độ không khí lớn nhất; nhỏ nhất, bức xạ Mặt Trời, tốc độ gió và độ ẩm tương đối. Trong luận văn, sử dụng số liệu mưa thời đoạn ngày từ ngày 1/IX đến 31/XII năm 2003) và từ ngày 1/IX đến 31/XII năm 2009 phục vụ cho việc hiệu chỉnh và kiểm định dòng chảy.Thời gian cụ thể như trong Bảng 3.4.
Bảng 3.4. Số liệu mƣa đầu vào mô hình SWAT
STT Thời gian
1 1/IX -31/XII /2003
2 1/IX -31/XII /2009
Bước 4: Chạy mô hình
Sau khi đã thiết lập xong dữ liệu khí tượng, tiến hành chạy mô hình.
68
Kết quả mô phỏng lưu lượng cụ thể như Hình 3.6.