PHẦN MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Nước là tài nguyên thiết yếu cho sự sống trên Trái Đất, đóng vai trò quyết định trong sự tồn tại và phát triển của mọi sinh vật Tài nguyên nước có khả năng tái tạo theo quy luật thời gian và không gian, nhưng hoạt động của con người và sự phát triển kinh tế - xã hội hiện nay đã ảnh hưởng đáng kể đến vòng tuần hoàn nước, cũng như lưu lượng và lớp dòng chảy mặt ở các lưu vực.
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng biến đổi sử dụng đất ảnh hưởng đến tính ổn định của lớp dòng chảy mặt, dẫn đến mức độ xói mòn gia tăng Thảm thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lớp dòng chảy mặt, vì nó không chỉ đại diện cho sự sống của sinh vật mà còn bảo vệ lớp thổ nhưỡng Độ xanh tươi của thảm thực vật được đo lường qua số lượng và đa dạng loài thực vật, phản ánh sự sinh trưởng và phát triển của chúng Sự thay đổi lớp dòng chảy mặt có thể gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đa dạng sinh học và tài nguyên thiên nhiên, từ đó tác động sâu rộng đến đời sống và sản xuất của con người.
Trong bối cảnh kinh tế hội nhập và biến đổi khí hậu hiện nay, việc nghiên cứu lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn ngày càng trở nên quan trọng Các hệ sinh thái như thảm thực vật và nguồn nước rất nhạy cảm trước tác động của con người và thiên nhiên, đặc biệt là từ các hệ thống thủy điện Gần đây, tác động của lớp dòng chảy mặt đến xói mòn đã gia tăng nhanh chóng ở nhiều địa phương, trong đó có lưu vực sông Vu Gia, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam Huyện Nam Giang, nằm ở phía tây tỉnh Quảng Nam, có địa hình đồi núi và lượng mưa lớn, với sông Vu Gia chảy theo hướng Đông – Tây Nơi đây cũng có nhiều thủy điện lớn như A Vương, Đăk Mi 4, Đăk Mi 1 và Sông Bung 4, những công trình này đã ảnh hưởng đến quá trình xói mòn và dòng chảy mặt Do đó, nghiên cứu mối quan hệ giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn ở lưu vực sông Vu Gia tại huyện Nam Giang là vô cùng cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn lớn.
Với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống thông tin địa lý (GIS) ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khoa học Các mô hình toán trong GIS, đặc biệt là mô hình SWAT, được sử dụng để đánh giá định lượng các thông số môi trường như thảm thực vật, đất và nước Việc ứng dụng mô hình SWAT giúp phân tích và đánh giá mối tương quan giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn đất, từ đó cung cấp thông tin quý giá cho quản lý tài nguyên thiên nhiên.
2 vực sông Vu Gia là một giải pháp khả thi
Sự thay đổi lớp dòng chảy mặt có ảnh hưởng lớn đến quá trình xói mòn, tác động đến môi trường và đời sống sản xuất của khu vực Do đó, nghiên cứu “Ứng dụng GIS và mô hình SWAT để đánh giá mối quan hệ giữa lớp dòng chảy mặt và xói mòn đất ở lưu vực sông Vu Gia qua huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam” là rất cần thiết và cấp bách.
MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Mục tiêu của đề tài
Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT giúp đánh giá mối quan hệ giữa dòng chảy mặt và mức độ xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia, đặc biệt ở huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam Việc này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về tình hình xói mòn mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường khu vực.
- Đề xuất các giải pháp hạn chế và thích ứng
2.2 Nhiệm vụ của đề tài Để thực hiện đƣợc mục tiêu trên, đề tài thực hiện đƣợc các nhiệm vụ sau:
- Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài
- Khái quát điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu
- Nghiên cứu lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn của khu vực nghiên cứu
- Tìm hiểu về công nghệ GIS và mô hình SWAT
- Đánh giá sự tương quan giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia bằng mô hình SWAT
- Đề xuất các giải pháp hạn chế và thích ứng.
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tập trung vào lý luận và thực tiễn của việc thay đổi lớp dòng chảy mặt và tác động của nó đến xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia Đối tượng chính của nghiên cứu bao gồm lớp dòng chảy mặt, lớp phủ thực vật và hiện tượng xói mòn trong khu vực này.
Nghiên cứu sự tương quan giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam, nhằm hiểu rõ hơn về tác động của dòng chảy đối với quá trình xói mòn đất.
- Về thời gian: Đề tài nghiên cứu thời gian mô phỏng mô hình từ năm 2000 đến năm 2015.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để nghiên cứu mối quan hệ giữa lớp dòng chảy và mức độ xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia, đề tài đã thực hiện các nghiên cứu chính liên quan đến vấn đề này.
- Khái quát cơ sở lý luận và thực tiễn liên quan đến đề tài
- Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và lớp dòng chảy mặt, thảm thực
3 vật, lưu vực sông Vu Gia
Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT giúp xây dựng bản đồ và phân tích mối tương quan giữa lớp dòng chảy và mức độ xói mòn trong lưu vực sông Vu Gia Việc này không chỉ cung cấp cái nhìn tổng quan về tình trạng xói mòn mà còn hỗ trợ các biện pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn trong khu vực.
- Đề xuất các giải pháp thích ứng với xói mòn và thay đổi lớp dòng chảy mặt trên lưu vực.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để đánh giá mối quan hệ giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia ở huyện Nam Giang, nghiên cứu đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu.
5.1 Phương pháp thu thập số liệu
Phương pháp này bao gồm việc thu thập toàn bộ số liệu và thông tin liên quan đến đề tài, sau đó tiến hành xử lý và đánh giá tài liệu đã thu thập Chúng tôi thu thập số liệu và thông tin từ các cơ quan, trong đó có Trung tâm khí tượng thủy văn Trung Trung.
Bộ, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Nam Giang tỉnh Quảng Nam đã thực hiện các biện pháp nhằm giảm thiểu thời gian và công sức trong quá trình làm việc, đồng thời nâng cao tính logic của đề tài Trong quá trình này, chúng tôi đã tiến hành thu thập nhiều tài liệu liên quan đến đề tài để hỗ trợ cho công việc.
Ngoài các số liệu thu thập ở các cơ quan, chúng tôi còn khai khác những thông tin qua các kênh thông tin, đặc biệt là internet, sách báo
5.2 Phương pháp tổng hợp xử lý, phân tích số liệu
Việc tổng hợp, xử lý và phân tích số liệu là bước quan trọng trong nghiên cứu đề tài Số liệu thô cần được xử lý để chuyển hóa thành thông tin, từ đó tạo ra tri thức Đây là mục tiêu mà mọi nghiên cứu hướng tới.
5.3 Phương pháp bản đồ và GIS Đây là phương pháp quan trọng và không thể thiếu của công tác nghiên cứu địa lý Bản đồ sẽ đƣợc sử dụng trong suốt quá trình thực hiện đề tài Bản đồ không chỉ có tác dụng cụ thể hóa các vấn đề nghiên cứu mà còn có tác dụng thúc đẩy cho công tác nghiên cứu địa lý tiến triển tốt hơn
Bằng cách sử dụng mô hình SWAT và phần mềm GIS (ArcGIS), nghiên cứu đã thu thập và xử lý số liệu để xây dựng các bản đồ thành phần, từ đó xác định tác động của dòng chảy mặt đến xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia Đề tài áp dụng các công cụ phân tích và thống kê trên mô hình SWAT và phần mềm GIS để đánh giá tác động này, đây là phương pháp chính trong quá trình nghiên cứu.
5.4 Phương pháp khảo sát thực địa
Khảo sát thực địa là phương pháp hiệu quả nhất để xác minh độ chính xác của tài liệu và số liệu đã thu thập Phương pháp này không chỉ giúp kiểm tra tính chính xác mà còn cung cấp thông tin bổ sung cần thiết cho đề tài, đặc biệt khi các phương pháp thu thập trước đó chưa đáp ứng yêu cầu.
Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã tiến hành khảo sát dòng chảy mặt và mức độ xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia, cùng với các vấn đề liên quan khác.
LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU
Việc ứng dụng GIS và mô hình SWAT để nghiên cứu các vấn đề về môi trường đã có một số tác giả thực hiện, cụ thể nhƣ sau:
Nhóm tác giả Nguyễn Duy Liêm, Nguyễn Thị Hồng, Trương Phước Minh và Nguyễn Kim Lợi đã nghiên cứu đề tài “Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT để đánh giá lớp dòng chảy mặt lưu vực sông Bé” Nghiên cứu này nhằm khai thác hiệu quả công nghệ GIS và mô hình SWAT trong việc phân tích và quản lý tài nguyên nước tại khu vực sông Bé, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Đề tài nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Kim Lợi và Nguyễn Hà Trang tập trung vào việc ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá dòng chảy mặt và hiện tượng bồi lắng tại tiểu lưu vực sông La Ngà Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường tại khu vực.
Nhóm tác giả Nguyễn Thị Tịnh Ấu, Nguyễn Duy Liêm và Nguyễn Kim Lợi đã nghiên cứu đề tài "Ứng dụng mô hình SWAT và công nghệ GIS đánh giá lớp dòng chảy mặt trên lưu vực sông Đắk Bla" Nghiên cứu này nhằm phân tích và đánh giá hiệu quả của mô hình SWAT kết hợp với công nghệ GIS trong việc quản lý và bảo vệ nguồn nước tại khu vực lưu vực sông Đắk Bla, góp phần vào việc phát triển bền vững tài nguyên nước.
Đề tài nghiên cứu của tác giả Lương Ngọc Chung, Phó Viện Trưởng Viện Quy Hoạch Thủy Lợi, tập trung vào việc đánh giá tác động của biến đổi dòng chảy kiệt đến xâm nhập mặn tại khu vực hạ du sông Mã và sông Cả Nghiên cứu này nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc về tình trạng xâm nhập mặn và những ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với nguồn nước và sinh kế của người dân trong khu vực.
Đề tài nghiên cứu của tác giả Ngô Đình Quế tại Trung Tâm Nghiên cứu Sinh thái và Môi trường rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, tập trung vào việc "Đánh giá tác động của rừng đến dòng chảy và xói mòn đất" ở một số lưu vực sông thuộc khu vực Miền Trung và Tây Nguyên Nghiên cứu này nhằm làm rõ vai trò của rừng trong việc điều tiết dòng chảy và giảm thiểu tình trạng xói mòn đất, từ đó góp phần bảo vệ môi trường sinh thái và phát triển bền vững khu vực.
Nghiên cứu đánh giá các thông số môi trường dựa trên mô hình SWAT cho thấy kết quả khả quan Hướng nghiên cứu về tác động của thảm thực vật đối với xói mòn và bồi tụ hoàn toàn khả thi.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu này nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho việc ứng dụng GIS kết hợp với mô hình SWAT, giúp đánh giá hiệu quả các yếu tố ảnh hưởng đến lớp dòng chảy mặt và thảm thực vật Việc tích hợp công nghệ GIS với mô hình SWAT sẽ cung cấp những thông tin chính xác và đáng tin cậy, hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường.
Nghiên cứu này khẳng định rằng việc sử dụng GIS và mô hình SWAT để nghiên cứu mối quan hệ giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn là rất hiệu quả và cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh quy hoạch thích ứng với biến đổi khí hậu hiện nay.
Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp nguồn tư liệu tham khảo quan trọng về tình hình biến động lớp dòng chảy mặt và tác động của nó đến xói mòn Những thông tin này sẽ giúp địa phương có dữ liệu và công cụ để giám sát, đánh giá mối tương quan giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn, từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng và bảo vệ hợp lý lãnh thổ.
Tài liệu này sẽ là nguồn tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo, cho phép áp dụng kết quả từ đề tài vào những khu vực khác có đặc điểm tương đồng.
PHẦN NỘI DUNG
1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LỚP DÕNG CHẢY, LỚP PHỦ THỰC VẬT VÀ
1.1.1 Các khái niệm về lớp dòng chảy
Lớp dòng chảy của một lưu vực trong một giai đoạn là lớp nước giả định, được tính bằng cách phân bổ đều tổng lượng dòng chảy của lưu vực trên toàn bộ bề mặt trong khoảng thời gian đó.
Lớp dòng chảy đƣợc tính bằng tỉ số giữa tổng lƣợng dòng chảy chia cho diện tích lưu y = k x
Trong đó: y : lớp dòng chảy w : tổng lƣợng dòng chảy
F : diện tích lưu vực k : hệ số chuyển đơn vị, không thứ nguyên
Nếu y tính bằng mm, W tính theo m 3 , F tính theo km 2 thì k = 0,001
Dòng chảy mặt xảy ra khi lượng nước cung cấp cho đất vượt quá khả năng thấm của nó, bao gồm nước mưa, nước tan và các nguồn nước khác Hiện tượng này đóng vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn nước và là nguyên nhân chính gây ra xói mòn đất.
Dòng chảy trên bề mặt trước khi vào kênh được xem là không đáng kể, và nếu nguồn này chứa chất gây ô nhiễm nhân tạo, nó sẽ được gọi là nguồn gây ô nhiễm không đáng kể Một khu vực được giới hạn bởi các đường phân thủy và được kiểm soát bởi mạng sông được gọi là lưu vực thoát nước Trong quá trình chảy trên mặt đất, dòng chảy có thể tiếp nhận các chất ô nhiễm như xăng, dầu, thuốc trừ sâu hoặc phân bón, từ đó trở thành nguồn xả ô nhiễm không đáng kể.
Dòng chảy mặt không chỉ gây xói mòn và ô nhiễm nước mà còn là nguyên nhân chính dẫn đến lũ lụt đô thị, gây thiệt hại lớn về tài sản Khi đất bị bão hòa, dòng chảy mặt trở nên mạnh mẽ hơn, làm tăng nguy cơ lũ lụt trong các khu vực đô thị.
Dòng chảy mặt xảy ra khi lượng mưa vượt quá khả năng thấm của đất, dẫn đến tình trạng nước dư thừa trên bề mặt Hiện tượng này thường xảy ra ở những vùng đất khô cằn và bán khô hạn, nơi mà cường độ mưa cao nhưng khả năng thấm nước lại kém.
Khi đất đạt đến mức bão hòa và không còn khả năng lưu trữ nước, lượng mưa tiếp theo sẽ tạo ra dòng chảy bề mặt ngay lập tức Mức độ ẩm của đất trước đó là yếu tố quyết định thời gian để đất trở nên bão hòa Dòng chảy này được gọi là dòng chảy bão hòa.
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là công cụ quản lý dữ liệu về thuộc tính và không gian của các đối tượng, được xây dựng từ các mô đun nhằm thuận lợi hóa việc quản lý và hợp nhất thông tin Từ năm 1980, nhiều định nghĩa về GIS đã được đưa ra, nhưng không có định nghĩa nào tổng quát đầy đủ do chúng thường tập trung vào ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực Ba định nghĩa phổ biến nhất về GIS vẫn được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và ứng dụng hiện nay.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) được thiết kế để quản lý và phân tích dữ liệu trong một hệ tọa độ quy chiếu GIS bao gồm cơ sở dữ liệu và các phương pháp thao tác với dữ liệu, giúp người dùng dễ dàng truy xuất và xử lý thông tin địa lý.
Hệ thống GIS là công cụ quan trọng để thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu được định vị cụ thể trên bề mặt trái đất.
GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu bản đồ
Theo Ducker (1979), GIS được định nghĩa là một dạng đặc biệt của hệ thống thông tin, trong đó cơ sở dữ liệu chứa các quan sát về đặc điểm phân bố không gian và các sự kiện có thể xác định trong không gian dưới dạng điểm, đường, hoặc vùng.
Theo Broughs (1986) định nghĩa GIS là một công cụ mạnh mẽ dùng để lưu trữ, truy vấn, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.
Cũng có thể hiểu, GIS là một chuỗi của các quá trình:
Dữ liệu đầu vào được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm việc chuyển đổi giữa các cách biểu diễn dữ liệu, sử dụng máy quét, hình ảnh từ vệ tinh và ảnh chụp.
Quản lý dữ liệu trong GIS là quá trình quan trọng sau khi thu thập và tổng hợp thông tin, nhằm đảm bảo bảo mật, tích hợp, lọc và đánh giá dữ liệu GIS cung cấp các thiết bị lưu trữ và bảo trì dữ liệu hiệu quả, cho phép duy trì thông tin một cách an toàn Thông tin thực tế được tổ chức thành các tầng dữ liệu riêng biệt, đặt trong cùng một hệ trục tọa độ, giúp các tầng này có khả năng liên kết và tương tác với nhau.
Xử lý dữ liệu là các thao tác nhằm biến đổi dữ liệu thành thông tin hữu ích, hỗ trợ người sử dụng trong việc đưa ra quyết định tiếp theo Kết quả của quá trình này bao gồm các hình ảnh, báo cáo và bản đồ, cung cấp cái nhìn sâu sắc về thông tin đã được xử lý.
Phân tích và mô hình trong GIS không chỉ dừng lại ở việc tổng hợp và chuyển đổi số liệu, mà còn bao gồm khả năng giải mã và phân tích thông tin một cách định tính và định lượng.
Dữ liệu ra trong công nghệ GIS phản ánh sự thay đổi của các phương pháp hiển thị thông tin sau khi được xử lý Các phương pháp truyền thống như bảng và đồ thị giờ đây có thể được thay thế bằng các bản đồ và hình ảnh 3 chiều, mang lại cái nhìn trực quan hơn cho người dùng.
1.2.2 Các thành phần của GIS
Một hệ thống GIS cần đảm bảo thực hiện đủ 6 chức năng cơ bản: thu thập dữ liệu (Capture), lưu trữ thông tin (Store), tìm kiếm dữ liệu (Query), phân tích dữ liệu (Analyze), hiển thị thông tin (Display) và xuất dữ liệu (Output).
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) bao gồm năm thành phần cơ bản: con người, dữ liệu, phương pháp phân tích, phần mềm và phần cứng Sự kết hợp của các thành phần này cho phép tự động quản lý và phân phối thông tin thông qua biểu diễn địa lý.
Hình 1.5 Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý
Con người là yếu tố chủ chốt trong hệ thống GIS, thực hiện các thao tác điều hành và sử dụng phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian Họ thường là những chuyên gia được đào tạo bài bản trong lĩnh vực GIS, bao gồm các nhà xây dựng bản đồ, người xuất bản, nhà phân tích, và người quản trị cơ sở dữ liệu Ngoài ra, họ cũng có thể là những người thiết kế và phát triển phần mềm GIS để đáp ứng nhu cầu cụ thể của người dùng.
Dữ liệu (Geographic Data) bao gồm:
- Dữ liệu không gian (Spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối tƣợng trên bề mặt trái đất
- Dữ liệu thuộc tính (Non-Spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tƣợng
Hình 1.6 Hai dạng mô hình Vector và Raster của GIS
Hình 1.7 Chồng lớp các mô hình raster và vector
Phần cứng là các thiết bị mạng thiết yếu cho việc triển khai GIS trong môi trường mạng Ngoài ra, GIS còn cần các thiết bị ngoại vi đặc biệt để nhập và xuất dữ liệu, bao gồm máy số hóa, máy vẽ và máy quét.
Phần mềm (Software) Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng Mỗi công ty xây dựng
Các hệ thống GIS đều có phần mềm riêng, nhưng các công ty cần phát triển hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý để tối ưu hóa khả năng của phần mềm CSDL thương mại Phần mềm này giúp nâng cao hiệu suất trong việc sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng và quản lý các giao dịch Nhờ đó, dữ liệu địa lý có thể được lưu trữ dưới dạng các đối tượng hình học trong các cột của bảng quan hệ, cùng với nhiều chức năng quan trọng khác.
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TRONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG
1.3.1 Cơ sở lý thuyết mô hình SWAT
Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) được thiết kế để mô phỏng tác động của quản lý sử dụng đất đến nguồn nước, bùn cát và hàm lượng chất hữu cơ trong lưu vực sông Mô hình này xem xét các loại đất, điều kiện sử dụng đất khác nhau và các biện pháp quản lý trong một khoảng thời gian dài.
Mô hình SWAT được xây dựng dựa trên các quan hệ vật lý của hiện tượng tự nhiên, sử dụng phương trình tương quan để mô tả mối quan hệ giữa các biến đầu vào và đầu ra Mô hình yêu cầu dữ liệu về thời tiết, sử dụng đất, địa hình, thực vật và quản lý tài nguyên đất trong lưu vực Các quá trình tự nhiên như chuyển động nước, lắng đọng bùn cát, tăng trưởng mùa màng và chu trình chất dinh dưỡng được tính toán từ các thông số đầu vào Việc mô phỏng cho một lưu vực theo các chiến lược quản lý khác nhau diễn ra đơn giản, nhờ vào việc sử dụng bản đồ số về địa hình (DEM), sông ngòi và đường bao lưu vực để chia lưu vực thành các vùng nhỏ hơn, tương ứng với các nhánh sông chính trong nghiên cứu.
Mô hình đồng thời cho phép người dùng thêm các nút bổ sung nước (inlet) để cung cấp nguồn nước thực tế khi bản đồ GIS chưa cập nhật, cùng với các điểm đo nước (outlet) để phân chia lưu vực con, giúp tham khảo các vùng khác trong cùng một phạm vi không gian Việc sử dụng các lưu vực nhỏ trong mô hình để mô phỏng dòng chảy rất thuận lợi khi có đủ dữ liệu về sử dụng đất và đặc tính đất Ngoài ra, mô hình cũng cho phép mô phỏng hoạt động của hồ chứa trong lưu vực với các thông số như dung tích, diện tích mặt nước và Q tràn.
Ảnh hưởng của đất và việc sử dụng đất được thể hiện rõ trong việc nhập và xử lý các bản đồ GIS, giúp mô hình cập nhật bản đồ sử dụng đất và phân loại sử dụng đất theo tên và phần trăm diện tích loại hình sử dụng đất đó Đồng thời, bản đồ đất cũng được cập nhật tương tự theo tên và phần trăm diện tích đất, cung cấp thông tin chính xác và chi tiết về tình hình sử dụng đất và phân loại đất.
Các trạm KTTV được cập nhật theo kinh vĩ độ, cung cấp chuỗi số liệu theo thời gian Mô hình tính toán mưa sử dụng phương pháp đa giác Theissen Trong quá trình tính toán dòng chảy, mô hình áp dụng các phương pháp tính bốc hơi như Penman-Monteith, Priestley-Taylor, và Hardgreve, cùng với diễn toán dòng chảy theo phương pháp Muskingum và các phương pháp diễn toán chất lượng nước Mô hình SWAT, một mô hình phân bố, chia dòng chảy thành ba pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất và pha trong sông Quá trình thuỷ văn được chia thành hai phần: phần lưu vực kiểm soát khối lượng nước, bùn cát và chất hữu cơ, và phần diễn toán dòng chảy, bùn cát, chất hữu cơ trong lòng dẫn đến mặt cắt cửa ra của lưu vực.
Hình 1.8 Sơ đồ vòng tuần hoàn thủy văn
Hình 1.9 Sơ đồ dòng chảy
Chu trình thuỷ văn được mô tả trong mô hình SWAT dựa trên phương trình cân bằng nước tổng quát như sau:
SW t : Tổng lượng nước tại cuối thời đoạn tính toán (mm)
SW o : Tổng lượng nước ban đầu tại ngày thứ i (mm) t: Thời gian (ngày)
R day : Tổng lƣợng mƣa tại ngày thứ i (mm)
Q surf : Tổng lượng nước mặt của ngày thứ i (mm)
E a : Lƣợng bốc thoát hơi tại ngày thứ i (mm)
W seep : Lượng nước đi vào tầng ngầm tại ngày thứ i (mm)
Q gw : Lượng nước hồi quy tại ngày thứ i (mm)
1.3.2 Khả năng ứng dụng của mô hình SWAT trong đánh giá tương quan giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn
Các sản phẩm của mô hình đƣợc thể hiện định lƣợng nhằm:
- Đánh giá về số lượng và về chất lượng của tài nguyên nước trong lưu vực
- Đánh giá lượng bùn cát vận chuyển trên lưu vực
- Đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên như hiện trạng rừng, đất, sử dụng đất tới dòng chảy, bùn cát, xói mòn, chất dinh dƣỡng…
- Đánh giá hiệu quả trong công tác quản lý lưu vực
KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI, HIỆN TRẠNG THẢM THỰC VẬT VÀ XÓI MÒN, BỒI TỤ CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
Nam Giang là huyện miền núi thuộc tỉnh Quảng Nam, cách thành phố Đà Nẵng khoảng 70 km về phía Tây Nam và tỉnh lỵ Tam Kỳ 120 km về phía Tây Bắc Huyện có đường biên giới dài hơn 70 km với Lào, bao gồm 12 xã, thị trấn và 63 thôn, với dân số trên 23.000 người, chủ yếu là đồng bào dân tộc thiểu số.
Nam Giang tọa lạc tại vị trí 15°36'25"N, 107°33'42"E, có địa giới hành chính phía Bắc giáp huyện Hiên (nay chia thành hai huyện Đông Giang và Tây Giang), phía Tây giáp Lào, phía Nam giáp huyện Phước Sơn, và phía Đông giáp huyện Đại Lộc và Nông Sơn.
Hình 2.1 Bản đồ ranh giới lưu vực sông Vu Gia ở khu vực nghiên cứu
2.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo Đây là vùng núi cao hiểm trở, địa hình phân cắt mạnh, độ cao tuyệt đối từ 600m đến 900m, các dãy núi chủ yếu kéo dài theo phương á kinh tuyến, với độ dốc sườn 20 0 đến 40 0 , có nơi đạt 60 0 Địa hình đồi núi chiếm phần lớn diện tích, dốc thoải nghiêng từ Tây sang Đông với những sườn núi cao, có độ dốc trung bình từ 10 - 15 0 , ngoài ra còn có nhiều đồng cỏ
Khu vực này chủ yếu bao gồm các loại đá trầm tích lục nguyên và macma xâm nhập, bị phong hóa và bào mòn mạnh Hiện tượng sạt lở thường xảy ra, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến giao thông và sinh hoạt của người dân trong vùng.
Có địa hình phức tạp, bị chia cắt mạnh bởi hệ thống sông, suối
Vùng Nam Giang có khí hậu nhiệt đới với hai mùa chính là mùa mưa và mùa khô, ít bị ảnh hưởng bởi mùa đông lạnh từ miền Bắc Nơi đây có đặc điểm khí hậu nóng ẩm, với nhiệt độ trung bình dao động từ 20-21°C, không có sự chênh lệch lớn giữa các tháng trong năm.
Giá trị độ ẩm tương đối trung bình trong năm dao động từ 80% đến 90% Mùa mưa ghi nhận độ ẩm tương đối cao nhất, đạt mức tối đa 100%, trong khi mùa khô có độ ẩm tương đối thấp nhất, với giá trị quan trắc được chỉ 22% (Trà My) Mặc dù có sự khác biệt giữa các mùa, giá trị độ ẩm không khí trung bình hàng tháng cho thấy sự ổn định không đáng kể trong độ ẩm tương đối qua các tháng trong năm.
Lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 2000 đến 2500 mm, nhưng phân bố không đều về thời gian và không gian, với lượng mưa ở miền núi cao hơn đồng bằng Mưa chủ yếu tập trung trong các tháng từ 9 đến 12, chiếm tới 80% tổng lượng mưa cả năm Mùa mưa trùng với mùa bão, gây ra các hiện tượng như lở đất và lũ quét ở các huyện miền núi như Nam Trà My, Bắc Trà My, Tây Giang, Đông Giang, và Nam Giang, trong khi các huyện đồng bằng thường phải đối mặt với tình trạng ngập lụt.
Hàng năm, khu vực này thường phải đối mặt với các hiện tượng thời tiết cực đoan như lốc xoáy, lũ lớn, rét đậm và hạn hán, gây ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống và sản xuất nông – lâm nghiệp.
Bảng 2.1 Lượng mưa trung bình tháng, năm (mm)
Nguồn: Viện Khí Tượng Thủy Văn – 2008
Sông Vu Gia là một trong những con sông lớn tại phía Bắc tỉnh Quảng Nam, bắt nguồn từ vùng núi ở phía Tây Nam của tỉnh Quảng Nam và phía Bắc tỉnh Kon Tum Sông Vu Gia cùng với sông Thu Bồn hợp lưu tại Đại Lộc, tạo thành một hệ thống sông lớn có vai trò quan trọng trong đời sống và tâm hồn người dân Quảng Diện tích lưu vực sông chủ yếu nằm trong địa phận Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng, trong khi phần thượng nguồn một phần thuộc về đất Kon Tum và Quảng Ngãi.
Sông Vu Gia, một phần của hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia, nằm ở phía bắc lưu vực sông Thu Bồn, bao gồm các huyện Đông Giang, Tây Giang, Nam Giang, Đại Lộc, Điện Bàn tỉnh Quảng Nam và huyện Hòa Vang thành phố Đà Nẵng Với chiều dài 204 km từ thượng nguồn sông Cái đến cửa Hàn, tổng diện tích lưu vực sông Vu Gia đạt 5180 km², trong đó một phần lưu vực nằm trên đất Kon Tum với diện tích 500 km² Sông Vu Gia có các phụ lưu quan trọng như sông Bung, sông Kôn và sông Cái, và tại Ái Nghĩa, sông được gọi là sông Quảng Huế trước khi đổ vào sông Thu Bồn Sông được chia thành hai chi lưu chính là sông Yên và sông Chu Bái, trong đó sông Yên chảy về phía An Trạch và nhập lưu với sông Túy Loan trước khi đổ vào sông Hàn, Đà Nẵng.
Với đặc điểm địa lý và thủy văn đặc thù, miền Trung - Tây Nguyên có lưu lượng mưa hàng năm cao, từ 2000 mm trở lên, tạo ra tiềm năng thủy điện lớn cho hệ thống sông suối trong khu vực Đặc biệt, hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn tại tỉnh Quảng Nam nổi bật với khả năng phát triển thủy điện đáng kể, theo tính toán của Công ty Tư vấn xây dựng.
Trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, có 10 công trình thủy điện với tổng công suất lắp máy đạt 1279 MW, gấp 1,76 lần so với Nhà máy Thủy điện Yaly, sản lượng điện bình quân hằng năm đạt 4751,3 tỷ kWh Nhiều công trình như A Vương 1, Sông Tranh 2, Đak Mi 4, Sông Bung 4, Sông Côn 2 và Đak Mi 1 có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt, sẵn sàng để xây dựng Theo Quy hoạch bậc thang thủy điện của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, hệ thống này bao gồm 8 dự án thủy điện.
2.1.5 Đặc điểm thổ nhƣỡng Đất đai ở huyện Nam Giang rất đa dạng, chủ yếu là nhóm đất xám bạc màu, đất đỏ vàng, đất thung lũng, đất bạc màu xói mòn trơ sỏi đá,…
Bảng 2.2 Thống kê các loại đất và diện tích huyện Nam Giang
TT Loại đất Kí hiệu
1 Đất vàng đỏ trên đá macma Acid Fa 55176,94 33,28
2 Đất phù sa đƣợc bồi của hệ thống sông khác Pbc 1754,81 1,06
3 Đất xám trên đá macma Acid Xa 3891,11 2,35
4 Cồn cát trắng vàng Cc 335,17 0,20
5 Đất xám trên phù sa cổ X 911,10 0,55
6 Đất nâu vàng trên phù sa cổ Fp 144,47 0,09
7 Đất phù sa có tầng loang lỗ đỏ vàng của sông khác Pf 367,85 0,22
8 Đất đỏ vàng trên đá sét và biến chất Fs 50165,56 30,26
9 Đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ D 104,46 0,06
10 Đất xói mòn mạnh trơ sỏi đá E 256,80 0,15
11 Đất phù sa ngòi suối Py 5808,18 3,50
12 Đất phù sa không đƣợc bồi của các sông khác Pc 27 0,02
13 Đất nâu tím trên đá sét màu tím Fe 5045,51 3,04
14 Đất mùn vàng đỏ trên đá macma Acid Ha 10151,91 6,12
15 Đất mùn vàng đỏ trên đá sét Hs 3002,92 1,81
16 Đất nâu đỏ trên đá macma bazo Fk 163,55 0,10
17 Đất mùn vàng nhạt trên đá cát Hq 863,82 0,52
18 Đất vàng nhạt trên đá cát Fq 26451,57 15,96
19 Đất đỏ nâu trên đá vôi Fv 1152,27 0,70
Hình 2.2 Bản đồ thổ nhưỡng huyện Nam Giang
Huyện Nam Giang có tổng diện tích đất lâm nghiệp lên tới 184.232,3 ha, chiếm hơn 85% diện tích tự nhiên của huyện Trong đó, diện tích đất có rừng là 30.046 ha, bao gồm 10.518 ha rừng phòng hộ và 17.484 ha rừng đặc dụng.
Khu vực phía Tây Quảng Nam sở hữu hệ động thực vật phong phú với nhiều loài động vật quý hiếm Theo nghiên cứu của FIPI và WWF vào tháng 6 năm 1997, đã ghi nhận 32 loài khuyết thực vật thuộc 20 chi khác nhau.
ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI
2.2.1 Dân cƣ và nguồn lao động
Theo niên giám thống kê năm 2009, huyện Nam Giang có tổng dân số 25.364 người, trong đó có 13.527 nam và 11.837 nữ Tỷ lệ phát triển dân số đạt 2,5%, với mật độ dân số là 12 người/km² Tỷ lệ sinh trong năm 2009 là 23,11%, trong khi tỷ lệ tử vong là 5,35%, dẫn đến tỷ lệ tăng tự nhiên là 16%.
Huyện có 11 xã và 01 Thị trấn với tổng dân số 25364 người, gồm các dân tộc anh em, trong đó, đƣợc chia theo hộ gia đình:
Huyện miền núi vùng cao với địa hình hiểm trở, nhiều núi non và sông suối chia cắt, gặp khó khăn trong việc giao thông Đời sống của người dân nơi đây chủ yếu phụ thuộc vào sản xuất nông nghiệp và vẫn đối mặt với nhiều thách thức.
Tuy nhiên quá trình đô thị hóa của tỉnh đang diễn ra mạnh mẽ sẽ tác động lớn đến sự phân bố dân cƣ nông thôn-thành thị
Do nằm ở vùng đồi núi, nên nguồn lao động ở đây không dồi dào và ít phát triển,
HIỆN TRẠNG XÓI MÒN Ở LƯU VỰC SÔNG VU GIA TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN NAM GIANG
chủ yếu là các ngành nghề thủ công nhƣ trông rừng, khai thác, làm đồng án,…
2.2.2 Tình hình phát triển kinh tế
Trước đây, nông nghiệp gặp khó khăn trong việc đổi mới sản xuất và chuyển đổi cơ cấu cây trồng, vật nuôi, dẫn đến năng suất và chất lượng chưa cao Mặc dù tiềm năng đất đai còn lớn, nhưng chưa được khai thác hiệu quả Để khắc phục tình trạng này, huyện ủy và UBND huyện đã quyết định tạo ra đột phá trong phát triển nông nghiệp thông qua các chính sách hỗ trợ.
Mỗi xã, thị trấn tại Nam Giang sẽ nhận được 200 triệu đồng/năm, đánh dấu bước ngoặt quan trọng cho nông nghiệp địa phương Số tiền hỗ trợ này sẽ được đầu tư vào việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và vật nuôi, giúp người dân nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp Đồng thời, các địa phương cũng tích cực khai hoang đất đai ở những khu vực thuận lợi, khuyến khích bà con dồn điền đổi thửa và phục hồi ruộng đồng nhằm giảm thiểu tình trạng đất đai manh mún, nhỏ lẻ.
Nam Giang nổi bật với thế mạnh nông nghiệp kết hợp với kinh tế rừng, trong đó cây cao su được xác định là cây trồng chủ lực Trong 5 năm qua, huyện đã trồng 766 ha cao su đại điền và 17 ha cao su tiểu điền, nâng tổng diện tích cây cao su lên gần 1400 ha Cây cao su không chỉ đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế địa phương mà còn tạo ra việc làm và thu nhập ổn định cho người dân, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế.
Huyện Nam Giang đã tổ chức tuyển sinh và đào tạo cho gần 14.000 người, góp phần nâng cao tỷ lệ lao động nông thôn được qua đào tạo, với 68 xã đạt tiêu chí giáo dục Trong đó, 30/50 xã phấn đấu đạt chuẩn NTM vào năm 2015, 61 xã đạt tiêu chuẩn y tế, 51 xã đạt tiêu chí văn hóa và môi trường Huyện có tiềm năng về đất đai và con người, với thế mạnh phát triển lâm nghiệp, du lịch-dịch vụ và công nghiệp Sự quan tâm đầu tư từ trung ương cùng với sự đồng thuận cao trong xã hội sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế bền vững của huyện.
2.3 HIỆN TRẠNG XÓI MÕN Ở LƯU VỰC SÔNG VU GIA TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN NAM GIANG
2.3.1 Hoạt động khai thác vàng
Hoạt động khai thác vàng gốc thủ công không đúng quy trình đang diễn ra tại các khu rừng nguyên sinh, đặc biệt là vùng thượng nguồn sông Vu Gia Hành động này không chỉ gây ra biến đổi địa hình nghiêm trọng và tàn phá rừng mà còn dẫn đến sụt lở sườn núi và xói mòn đất tại lưu vực sông Vu Gia, đặc biệt ở huyện Nam Giang, với tình trạng đáng báo động.
Theo quy hoạch, lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn ở tỉnh Quảng Nam sẽ phát triển 62 dự án thủy điện với tổng công suất gần 2000 MW Đặc biệt, lưu vực sông Vu Gia có 31 dự án thủy điện, đạt công suất 1312 MW.
Mặc dù hai dự án thủy điện A Vương và Sông Côn 2 đã hoàn thành, cùng với hai công trình Sông Tranh 2 và Đăk Mi 4 đang trong quá trình xây dựng, nhưng thực tế cho thấy sự phát triển ồ ạt các dự án thủy điện đã bộc lộ nhiều bất cập Những bất cập này đã ảnh hưởng đáng kể đến đất đai, rừng và nguồn nước trong khu vực.
Sự phát triển của các dự án thủy điện đã dẫn đến việc xây dựng các tuyến đường giao thông tới các nhà máy, tạo điều kiện thuận lợi cho lâm tặc tiếp cận rừng đầu nguồn Điều này không chỉ giúp họ khai thác gỗ trái phép mà còn làm gia tăng nguy cơ tàn phá rừng nguyên sinh một cách nghiêm trọng.
2.3.3 Hoạt động sản xuất của cư dân địa phương
Việc đốt phá rừng đầu nguồn và canh tác tự do trên đất dốc của cư dân không chỉ làm tăng tình trạng rửa trôi, xói mòn đất mà còn giảm độ che phủ rừng và chất lượng lớp phủ rừng Những yếu tố này ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng điều tiết dòng chảy mặt và thời gian truyền lũ.
Trong nhiều thập niên qua, các chương trình trồng rừng tại lưu vực sông Vu Gia không thể phục hồi diện tích rừng bị tàn phá, với độ che phủ rừng chỉ tăng từ 37% năm 1990 lên 42,5% năm 2005 Rừng trồng có độ tán che thấp (< 20%) và khả năng giữ nước kém, ảnh hưởng tiêu cực đến điều tiết dòng chảy Đồng thời, diện tích rừng già và rừng trung bình có tán che lớn hơn 50% đã giảm từ 47,4% xuống 43,8% do các hoạt động khai thác gỗ, đốt phá rừng, khai thác khoáng sản và chuyển đổi mục đích sử dụng đất.
Sự tàn phá rừng theo thời gian do nhiều nguyên nhân đã làm giảm khả năng tiết nước chống hạn và kiểm soát lũ của rừng, dẫn đến tình trạng lũ lụt gia tăng ở lưu vực sông.
Vu Gia chảy qua huyện Nam Giang ngày càng tăng
ỨNG DỤNG GIS VÀ MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA LỚP DÒNG CHẢY MẶT VÀ MỨC ĐỘ XÓI MÒN CỦA LƯU VỰC SÔNG VU GIA
TỔNG QUAN VỀ DỮ LIỆU VÀ QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU
3.1.1 Quy trình nghiên cứu Để thực hiện nghiên cứu tương quan giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn của lưu vực sông Vu Gia chảy qua huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam, đề tài đã sử dụng quy trình nhƣ sau:
Hình 3.1 Quy trình nghiên cứu tác động sự tương quan giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn của lưu vực sông Vu Gia
Terrain data is represented through Digital Elevation Models (DEMs), which are derived from ASTER GDEM (ASTER Global Digital Elevation Model) data.
3.1.1.2 Dữ liệu về hiện trạng và quy hoạch sử dụng đất a Hiện trạng sử dụng đất 2000 Đề tài hợp nhất thành 11 loại hình sử dụng đất chính: Đất bằng chƣa sử dụng, đất bằng trồng cây hàng năm khác, đất đồi núi chƣa sử dụng, đất trồng lúa, đất rừng phòng hộ, đất rừng sản xuất, đất rừng đặc dụng, đất sông suối và mặt nước chuyên dùng,đất giao thông, rừng hỗn giao, đồng cỏ
Bảng 3.1 Loại hình sử dụng đất và cơ cấu năm 2000 của huyện Nam Giang
TT LUT LOẠI ĐẤT LUT THEO
1 BCS Đất bằng chƣa sử dụng RNGB 114,03 0,07
2 BHK Đất bằng trồng cây hàng năm khác AGRR 360,62 0,22
3 DCS Đất đồi núi chƣa sử dụng URDL 79801,77 47,65
4 LUA Đất trồng lúa RICE 3732,14 2,23
5 RDD Đất rừng đặc dụng FRSD 96,72 0,06
6 RPH Đất rừng phòng hộ FRSE 67643,44 40,39
7 RSX Đất rừng sản xuất FRSD 4862,80 2,90
8 DGT Đất giao thông UTRN 11,54 0,01
9 RHG Rừng hỗn giao FRST 764,08 0,46
10 SMN Đất sông suối và mặt nước WATR 1216,06 0,73
Tổng diện tích đất của khu vực là 167.479,52 ha, trong đó đất chưa sử dụng chiếm tỷ lệ cao, gần 50% diện tích tự nhiên của huyện Đất lâm nghiệp cũng chiếm hơn 40%, trong khi đất nông nghiệp chỉ chiếm trên 7% tổng diện tích Phần diện tích nhỏ còn lại được sử dụng cho các hoạt động khác.
Hình 3.2 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2000
31 b Hiện trạng sử dụng đất năm 2015
Bảng 3.2 Loại hình sử dụng đất và cơ cấu năm 2015 của huyện Nam Giang
1 BCS Đất bằng chƣa sử dụng RNGB 114,03 0,07
2 BHK Đất bằng trồng cây hàng năm khác AGRR 478,43 0,28
3 DCS Đất đồi núi chƣa sử dụng URDL 19805,67 11,70
4 LUA Đất trồng lúa RICE 3226,58 1,91
5 RDD Đất rừng đặc dụng FRSD 32531,89 19,22
6 RPH Đất rừng phòng hộ FRSE 42378,72 25,03
7 RSX Đất rừng sản xuất FRSD 21506,78 12,7
8 DGT Đất giao thông UTRN 11,54 0,01
9 RHG Rừng hỗn giao FRST 764,08 0,45
10 SMN Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng WATR 1216,06 0,72
12 TSC Đất chuyên dùng UINS 421,53 0,25
13 DT2 Đất có gỗ tái sinh tự nhiên rải rác RNGB 26372,9 15,58
14 NHK Đất nương rẫy trồng cây hàng năm khác AGRL 1620,62 0,96
15 ODT Đất ở tại đô thị URHD 132,79 0,08
16 ONT Đất ở tại nông thôn URLD 1032,54 0,61
17 DTL Đất thủy lợi WATR 0,65 0,00
18 LNK Đất trồng cây lâu năm AGRL 17637,79 10,42
Diện tích đất đồi chưa sử dụng đã giảm từ 47,65% năm 2000 xuống còn 11,70% năm 2015, cho thấy sự chuyển đổi sang mục đích sử dụng khác Đồng thời, diện tích đất rừng phòng hộ cũng giảm so với năm 2000 Ngược lại, đất rừng đặc dụng và đất rừng sản xuất lại có xu hướng gia tăng, với mức tăng lần lượt là 18,60% và 9,8%.
Hình 3.3 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015
33 c Quy hoạch sử dụng đất năm 2020
Bảng 3.3 Loại hình sử dụng đất và cơ cấu năm 2020 của huyện Nam Giang
1 BCS Đất bằng chƣa sử dụng RNGB 6004,26 3,59
2 BHK Đất bằng trồng cây hàng năm khác AGRR 18,20 0,01
3 DCS Đất đồi núi chƣa sử dụng RNGB 17197,53 10,29
4 LUC Đất chuyên trồng lúa nước RICE 870,47 0,52
5 RDN Đất có rừng tự nhiên đặc dụng FRSD 5833,94 3,49
6 RPN Đất có rừng tự nhiên phòng hộ FRSE 123437,26 73,85
7 RSN Đất có rừng tự nhiên sản xuất FRSD 10942,46 6,55
8 DTS Đất trụ sở của cơ quan, tổ chức UINS 13,20 0,01
9 LNK Đất trồng cây lâu năm khác AGRL 740,25 0,44
10 MNC Đất có mặt nước chuyên dùng WATR 669,08 0,40
11 NCS Núi đá không có rừng cây RNGB 30,26 0,02
12 ONT Đất ở tại nông thôn URLD 1132,44 0,68
13 CLN Đất trồng cây lâu năm AGRL 254,20 0,15
Diện tích đất lâm nghiệp hiện nay đã tăng đáng kể, với diện tích rừng phòng hộ tăng 48,82% so với năm 2015 Tuy nhiên, diện tích rừng tự nhiên lại có xu hướng giảm do tình trạng chặt phá rừng vẫn tiếp diễn Bên cạnh đó, diện tích đất ở nông thôn cũng ghi nhận sự tăng nhẹ 0,7% so với năm 2015 Giai đoạn này chứng kiến sự hình thành của nhiều loại hình sử dụng đất mới, bao gồm đất trồng cây lâu năm, núi đá không có rừng, và đất trụ sở của các cơ quan, tổ chức.
Hình 3.4 Bản đồ quy hoạch sử dụng đất năm 2020
Dữ liệu thời tiết bao gồm các thành phần: Trạm đo, lƣợng mƣa, nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió,…
Trong nghiên cứu khí hậu, việc thu thập số liệu về vị trí địa lý của trạm đo, khí hậu và lượng mưa trong khu vực là rất quan trọng Ngoài ra, các số liệu bổ sung như độ ẩm không khí, năng lượng bức xạ mặt trời, tốc độ gió có thể được lựa chọn tùy thuộc vào điều kiện dữ liệu có sẵn.
Hình 3.5 Cấu trúc tổng thể dữ liệu thời tiết Bảng 3.4 Bảng xử lý các thông số thời tiết tại trạm 1581078
Khí hậu của lưu vực ảnh hưởng đến năng lượng, độ ẩm và vai trò của các yếu tố trong chu trình thủy văn Để mô hình SWAT hoạt động hiệu quả, cần thu thập dữ liệu thời tiết như lượng mưa, nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối, năng lượng bức xạ mặt trời và tốc độ gió.
3.1.1.4 Dữ liệu lớp dòng chảy mặt
Dữ liệu lưu lượng dòng chảy từ trạm thủy văn Thạnh Mỹ được sử dụng để quan trắc dòng chảy sông Vu Gia tại lưu vực Nam Giang Dữ liệu bao gồm thông tin theo ngày, trung bình tháng, lưu lượng thấp nhất và cao nhất Trạm thủy văn được chọn làm điểm đầu ra chung cho toàn bộ lưu vực.
Dữ liệu lưu lượng dòng chảy được sử dụng để kiểm định mô hình Chúng tôi đã thu thập số liệu lưu lượng dòng chảy hàng ngày tại trạm thủy văn Nam Giang trong giai đoạn 2000-2015.
3.1.2 Tổng quan về dữ liệu nghiên cứu
Dữ liệu đầu vào của mô hình SWAT được tổ chức theo các cấp độ chi tiết như lưu vực, tiểu lưu vực và đơn vị thủy văn Mỗi đối tượng riêng lẻ, chẳng hạn như hồ và nguồn điểm, đều có dữ liệu đặc trưng và nằm trong lưu vực Phương pháp mô hình hóa khả năng bốc hơi, cả trực tiếp và gián tiếp, sẽ được áp dụng cho tất cả các đơn vị thủy văn (HRU) Dữ liệu ở mức tiểu lưu vực sẽ giống nhau cho tất cả các HRUs nếu thuộc về một quá trình được mô hình hóa trong HRU đó, tương tự như dữ liệu ở cấp HRUs.
Hình 3.6 Tổng quan về dữ liệu nghiên cứu
Trong nghiên cứu này, chúng tôi phân tích mối quan hệ giữa lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn đất tại khu vực nghiên cứu dựa trên dữ liệu thực tế Mục tiêu là đánh giá mức độ xói mòn đất tương ứng với điều kiện địa hình, khí hậu và hiện trạng sử dụng đất tại thời điểm nghiên cứu (kịch bản 1 - năm 2000) Sau khi thực hiện kịch bản 1, chúng tôi sẽ thay thế bản đồ sử dụng đất năm 2015 của khu vực trong khi giữ nguyên các điều kiện khác (kịch bản 2) Cuối cùng, chúng tôi sẽ thay thế bản đồ quy hoạch sử dụng đất năm 2020 với các điều kiện còn lại không thay đổi (kịch bản 3).
CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH VÀ KẾT QUẢ CỦA MÔ HÌNH SWAT TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA CHẢY QUA HUYỆN NAM GIANG
3.2.1 Các bước chạy mô hình SWAT
3.2.1.1 Nhập dữ liệu địa hình DEM, xác định ranh giới lưu vực
Hình 3.7 Hộp thoại Watershed Delineation
Sau khi xử lý, bản đồ DEM của khu vực nghiên cứu sẽ được nhập vào mô hình SWAT để xác định các đơn vị Z (đơn vị tính bằng mét) Đồng thời, dữ liệu về vị trí các trạm thủy văn trong lưu vực cũng sẽ được tích hợp vào SWAT nhằm xác định ranh giới.
Hướng dòng chảy và khả năng tích tụ dòng chảy (Flow Direction and
Accumulation) sẽ đƣợc tính toán sau khi click Định nghĩa sông bao gồm cả mạng lưới sông và của đổ nước ra của tiểu lưu vực
Click vào , khi đó chương trình sẽ tự động tạo một hệ thống bao gồm mạng lưới các sông và cửa đổ nước ra của tiểu lưu vực
Hình 3.8 Sơ đồ ranh giới, tiểu lưu vực lưu vực sông Vu Gia
Hình 3.9 Cửa xả của lưu vực sông Vu Gia 3.2.1.2 Định nghĩa sử dụng đất, đất, độ dốc (HRUs – Hydrologic Response Units)
Sau khi nhập dữ liệu sử dụng đất, loại đất và độ dốc vào mô hình SWAT, các thông tin này sẽ được phân loại theo từng tiểu lưu vực và tích hợp để tạo ra dữ liệu chung cho toàn lưu vực thông qua các HRUs Đối với dữ liệu về đất và sử dụng đất, SWAT kết nối bản đồ với dữ liệu khu vực nghiên cứu dưới định dạng file *.txt Mô hình cũng sử dụng 5 lớp độ dốc, bao gồm các mức từ 0-3 độ, 3-8 độ, và 8 độ trở lên.
Sau khi thực hiện chồng ghép và chọn các HRUs chiếm ưu thế, cần xác định giới hạn % diện tích cho từng loại hình sử dụng đất, đất và độ dốc trên mỗi tiểu lưu vực Điều này giúp đảm bảo độ chi tiết của lưu vực khi được hiển thị một cách chính xác.
Dữ liệu thổ nhƣỡng là yếu tố quan trọng trong việc chạy mô hình SWAT, tuy nhiên, sự khác biệt trong hệ thống phân loại thổ nhƣỡng giữa Mỹ và Việt Nam có thể gây khó khăn trong việc sử dụng các mã số tương ứng.
39 dụng đất trong quá trình chuyển đổi dữ liệu sẽ đƣợc mã hóa theo quy định của SWAT
Sự chuyển đổi này căn cứ vào tên loại đất, tính chất đất
Hình 3.10 Kết quả dữ liệu Land Use Data trên ArcSWAT
Hình 3.11 Kết quả dữ liệu Soil Data trên ArcSWAT
Hình 3.12 Bản đồ kết quả dữ liệu Slope
Hình 3.13 Kết quả chồng xếp Land/Soil/Slope
Hình 3.14 Định nghĩa HRU 3.2.1.3 Nhập dữ liệu thời tiết
Dữ liệu thời tiết bao gồm lượng mưa theo ngày, nhiệt độ và trạm khí tượng tổng quát Để sử dụng dữ liệu thời tiết do người dùng thiết lập, chọn mục "Custom Database" và xác định vị trí lưu file Sau đó, tiếp tục với các tab còn lại và nhấn OK Các dữ liệu thời tiết sẽ được cập nhật vào phần mềm SWAT.
Hình 3.15 Nhập thông số thời tiết
3.2.1.4 Chạy mô hình SWAT: Run SWAT
Chạy mô hình SWAT cho lưu vực sông Vu Gia trong giai đoạn từ 2000-2015 Dữ liệu đầu ra mô phỏng theo tháng
Dữ liệu thu thập đƣợc cho mô hình SWAT mô phỏng trong giai đoạn 2000-2015
Dữ liệu đầu ra được ghi theo tháng, và sau khi mô hình chạy thành công, cần lưu trữ kết quả kịch bản để tổng hợp và thống kê, từ đó xây dựng bản đồ xói mòn.
Hình 3.17 Quá trình chạy SWAT 3.2.1.5 Hiệu chỉnh mô hình
Hiệu chỉnh mô hình là quá trình điều chỉnh các thông số của mô hình để so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan trắc Kiểm định mô hình nhằm xác định độ chính xác của dự đoán Trong SWAT, kết quả mô phỏng dòng chảy được đánh giá dựa trên lưu lượng thực đo, sử dụng chỉ số hiệu quả NSI (Nash-Sutcliffe Index) và phần trăm sai số PBIAS (Percent Bias) để đánh giá độ tin cậy NSI có giá trị từ -∞ đến 1, với giá trị gần 1 cho thấy khả năng dự đoán chính xác, trong khi giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 0 cho thấy dự đoán không chính xác PBIAS đo lường xu hướng trung bình của số liệu mô phỏng so với số liệu quan trắc, với giá trị bằng 0 thể hiện mô phỏng chính xác.
Giá trị 44 dương cho thấy mô phỏng thấp hơn so với giá trị thực đo, trong khi giá trị PBIAS âm chỉ ra rằng mô phỏng cao hơn so với giá trị thực đo.
Phân cấp cho lưu lượng dòng chảy:
- Không chấp nhận: NSI ≤ 0,50; PBIAS 25
Công thức tính NSE và PBIAS đƣợc thể hiện lần lƣợt trong công thức (1) và (2)
] (2) Trong đó, Y obs là giá trị thực đo, Y sim là giá trị mô phỏng, Y mean là giá trị thực đo trung bình, n là số lƣợng giá trị tính toán
Trong quá trình hiệu chỉnh mô hình, việc xác định khoảng giới hạn giá trị các thông số phù hợp với khu vực nghiên cứu là một thách thức lớn Tuy nhiên, bước này có thể thực hiện nhanh chóng nhờ vào phân tích độ nhạy của các thông số mô hình thông qua phần mềm SWAT-CUP Phân tích độ nhạy dựa trên dòng chảy mặt đã chỉ ra rằng các thông số nhạy nhất trong mô phỏng thủy văn trên lưu vực là CN2, ALPHA_BF, GW_DELAY và GWQMN Bốn thông số này đã được chọn để hiệu chỉnh bằng phương pháp SUFI-2.
Dữ liệu quan trắc dòng chảy thực tế tại trạm thủy văn Thạnh Mỹ, thu thập từ năm 2000 đến 2015, được chia thành hai giai đoạn: hiệu chỉnh từ 2000 đến 2007 và kiểm định từ 2008 đến 2015 Nghiên cứu áp dụng thuật toán tối ưu hóa SUFI-2, tích hợp trong giao diện SWAT-CUP, để thực hiện hiệu chỉnh mô hình.
Bảng 3.5 Phạm vi và giá trị tối ưu của các thông số hiệu chỉnh mô hình SWAT theo
Giá trị lớn nhất của chỉ số r_CN2 ứng với điều kiện ẩm II là -0,0833, với hệ số triết giảm v_ALPHA_BF là 0,625 Sự chậm trễ nước ngầm v_GW_DELAY là 47,5, trong khi ngưỡng sinh dòng chảy ngầm v_GWQMN là 1,75 mm Dựa vào kết quả thực đo và tính toán lưu lượng dòng chảy, tác giả đã tiến hành đánh giá mô hình, cho thấy kết quả mô phỏng đều đạt mức độ tốt Hệ số hiệu quả NSI tại trạm thủy văn Thạnh Mỹ đều trên 0,7 ở ba thời điểm, và tỷ lệ PBIAS cũng nằm trong ngưỡng tốt.
Hình 3.18 Kết quả hiệu chỉnh mô hình năm 2000 (a), 2015 (b) và 2020 (c)
Trong giai đoạn kiểm định từ năm 2008 đến 2015, bộ thông số tối ưu từ quá trình hiệu chỉnh được sử dụng để xác định mức độ tin cậy của kết quả mô phỏng mô hình Kết quả cho thấy, các hệ số hiệu quả NSI và tỷ lệ % PBIAS đều đạt mức độ chấp nhận được tại cả ba thời điểm kiểm định.
Hình 3.19 Kết quả kiểm định mô hình năm 2000 (a), 2015 (b) và 2020 (c)
Bảng 3.6 Giá trị hiệu chỉnh và kiểm định mô hình theo các kịch bản
Nghiên cứu đã kiểm chứng mô hình thông qua chỉ số NSI dựa trên lưu lượng dòng chảy của trạm Thạnh Mỹ, với kết quả cho thấy chỉ số NSI đạt trên 0,7, cho thấy mô hình hoạt động tốt Mặc dù chỉ số NSI chưa cao do dữ liệu hạn chế và thiếu một số yếu tố khí tượng như tốc độ gió và bức xạ mặt trời, cùng với ảnh hưởng của các công trình thủy điện trên hệ thống sông Vu Gia, nhưng giá trị NSI hiện tại cho phép ứng dụng mô hình để đánh giá mối tương quan giữa lưu lượng dòng chảy và mức độ xói mòn tại lưu vực sông Vu Gia, đặc biệt là khu vực huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam.
3.2.2 Kết quả của mô hình SWAT
Sau khi mô hình SWAT được triển khai thành công, chúng tôi đã thu thập được nhiều kết quả quan trọng Bài viết này tập trung phân tích các kết quả liên quan đến dòng chảy mặt và hiện tượng xói mòn đất tại lưu vực sông Vu Gia, đặc biệt là khu vực huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam.
Hình 3.20 Hộp thoại mô phỏng những kết quả của mô hình SWAT
Hình 3.21 Mô phỏng giá trị trầm tích trên lưu vực sông
Hình 3.22 Tương quan giữa xói mòn đất trên lưu vực sông
Hình 3.23 Bản đồ lưu vực sông Vu Gia và các tiểu lưu vực
ĐÁNH GIÁ SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA LỚP DÒNG CHẢY MẶT VÀ MỨC ĐỘ XÓI MÒN CỦA LƯU VỰC SÔNG VU GIA
Bảng 3.7 Thống kê diện tích của từng tiểu lưu vực
SUB DIỆN TÍCH (ha) DIỆN TÍCH (%)
Tiểu lưu vực số 12 có diện tích lớn nhất, chiếm hơn 10% tổng diện tích của toàn lưu vực, trong khi tiểu lưu vực số 6 có diện tích nhỏ nhất, dưới 3% Các tiểu lưu vực còn lại có diện tích ở mức trung bình.
3.3 ĐÁNH GIÁ SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA LỚP DÕNG CHẢY MẶT VÀ MỨC ĐỘ XÓI MÕN CỦA LƯU VỰC SÔNG VU GIA
3.3.1 Biến động lớp dòng chảy mặt
3.3.1.1 Kết quả dòng chảy mặt a Kịch bản 1
Hình 3.24 Biểu đồ biến trình dòng chảy mặt sông Vu Gia giai đoạn 2000-2015 theo kịch bản 1
Biểu đồ biến trình dòng chảy mặt từ năm 2000 đến 2015 cho thấy dòng chảy mặt cao nhất vào các tháng cuối năm, đặc biệt là từ tháng 9 đến tháng 12, khi mùa mưa tập trung Từ năm 2007 đến 2015, dòng chảy mặt đã tăng đều trong tất cả các tháng.
Hình 3.25 Bản đồ dòng chảy mặt qua các năm tại lưu vực sông Vu Gia theo kịch bản 1 (HTSDĐ năm 2000)
Hình 3.26 Biểu đồ biến trình dòng chảy mặt sông Vu Gia giai đoạn 2000-2015 theo kịch bản 2
So với kịch bản 1 (KB1), biến trình lớp dòng chảy mặt không có sự khác biệt lớn qua các năm, nhưng có xu hướng giảm nhẹ.
Hình 3.27 Bản đồ dòng chảy mặt qua các năm tại lưu vực sông Vu Gia theo kịch bản 2 (HTSDĐ năm 2015)
Hình 3.28 Biểu đồ biến trình dòng chảy mặt sông Vu Gia giai đoạn 2000-2015 theo kịch bản 3
So với kịch bản 1 (KB1) và kịch bản 2 (KB2), biến trình lớp dòng chảy mặt ở kịch bản 3 (KB3) không có sự khác biệt lớn qua các năm, nhưng có xu hướng giảm vào các tháng cuối năm.
Hình 3.29 Bản đồ dòng chảy mặt qua các năm tại lưu vực sông Vu Gia theo kịch bản 3 (QHSDĐ năm 2020)
3.3.1.2 Biến động lớp dòng chảy mặt a Biến động lớp dòng chảy mặt năm 2000
Bảng 3.8 Biến động lớp dòng chảy mặt (SUR_Q) năm 2000 Đơn vị: mm
Tháng SUR_Q_KB1 SUR_Q_KB2 SUR_Q_KB3 Biến động
Hình 3.30 Biểu đồ biến động lớp dòng chảy mặt (SUR_Q) năm 2000
Dựa vào bảng thống kê và biểu đồ biến động lớp dòng chảy mặt năm 2000 của cả ba kịch bản, ta thấy:
+ Lớp dòng chảy mặt năm 2000 của KB2 (HTSDĐ năm 2015) cao hơn lớp dòng chảy mặt năm 2000 của KB1 (HTSDĐ năm 2000)
+ Lớp dòng chảy mặt năm 2000 của KB3 (QHSDĐ năm 2020) thấp hơn lớp dòng chảy mặt năm 2000 của KB1 (HTSDĐ năm 2000)
+ Lớp dòng chảy mặt theo KB3 đều giảm qua tất cả các tháng Các tháng mùa mƣa (từ tháng 10 đến tháng 12) lớp dòng chảy mặt giảm nhiều
58 b Biến động lớp dòng chảy mặt năm 2015
Bảng 3.9 Biến động lớp dòng chảy mặt (SUR_Q) năm 2015 Đơn vị: mm
Tháng SUR_Q_KB1 SUR_Q_KB2 SUR_Q_KB3 Biến động
Hình 3.31 Biểu đồ biến động lớp dòng chảy mặt (SUR_Q) năm 2015
Dựa vào bảng thống kê và biểu đồ biến động nước mặt năm 2015 của cả ba kịch bản, ta thấy:
- Lớp dòng chảy mặt năm 2015 của KB2 (HTSDĐ năm 2015) thấp hơn lớp dòng chảy mặt năm 2015 của KB1 (HTSDĐ năm 2000) ở tháng 6 và 10
- Lớp dòng chảy mặt năm 2015 của KB3 (QHSDĐ năm 2020) thấp hơn lớp dòng chảy mặt năm 2015 của KB1 (HTSDĐ năm 2000)
Vào các tháng mùa mƣa, lớp dòng chảy mặt thay đổi nhiều hơn Tỷ lệ biến động lớp dòng chảy mặt vào mùa mƣa biến động mạnh
3.3.2 Quá trình xói mòn đất
3.3.2.1 Kịch bản 1 – Sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2000
Bảng 3.10 Thống kê về giá trị xói mòn đất trung bình của từng năm trên lưu vực
Năm Lƣợng đất xói mòn trung bình (tấn/ha)
Mức xói mòn lớn nhất
Từ bảng trên, chúng ta có thể thấy xói mòn đất cao nhất là vào các năm 2007, 2008,
Các năm 2009 và 2010 ghi nhận lượng mưa lớn, nhưng không có mối tương quan giữa giá trị xói mòn đất trung bình và giá trị xói mòn đất lớn nhất trong một số năm.
Hình 3.32 Biểu đồ giá trị xói mòn trung bình của các tiểu lưu lưu vực giai đoạn
Biểu đồ cho thấy sự tương quan rõ rệt giữa xói mòn đất và dòng chảy mặt Xói mòn đất tăng cao vào mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, trong khi từ tháng 4 đến tháng 8, xói mòn đất chỉ ở mức không đáng kể Các tháng còn lại, mức độ xói mòn đất duy trì ở giá trị trung bình.
Hình 3.33 Bản đồ xói mòn đất trên lưu vực sông Vu Gia huyện Nam Giang theo kịch bản 1 (HTSDĐ năm 2000)
3.3.2.2 Kịch bản 2 – Sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015
Bảng 3.11 Thống kê về giá trị xói mòn đất trung bình của từng năm trên lưu vực
Năm Lƣợng đất xói mòn trung bình (tấn/ha)
Mức xói mòn lớn nhất
Trong kịch bản 2, lượng đất bị mất do xói mòn có mối tương quan với lượng mưa hàng năm, với sự giảm đáng kể ở cả mức xói mòn trung bình và lớn nhất so với giai đoạn trước Nguyên nhân chính là do thảm thực vật được cải thiện theo bản đồ hiện trạng năm 2015, dẫn đến việc xói mòn đất không diễn ra mạnh mẽ Điều này chứng tỏ vai trò quan trọng của thảm thực vật trong việc bảo vệ đất khỏi xói mòn trong lưu vực.
Hình 3.34 Biểu đồ giá trị xói mòn trung bình của các tiểu lưu lưu vực giai đoạn
Hình 3.35 Bản đồ xói mòn đất trên lưu vực sông Vu Gia huyện Nam Giang theo kịch bản 2 (HTSDĐ năm 2015)
3.3.2.3 Kịch bản 3 – Sử dụng bản đồ quy hoạch sử dụng đất năm 2020
Bảng 3.12 Thống kê về giá trị xói mòn đất trung bình của từng năm trên lưu vực
Năm Lƣợng đất xói mòn trung bình (tấn/ha)
Mức xói mòn lớn nhất
Hình 3.36 Biểu đồ giá trị xói mòn trung bình của các tiểu lưu lưu vực giai đoạn
Biểu đồ cho thấy từ năm 2000 đến 2015, quá trình xói mòn diễn ra với sự thay đổi rõ rệt, chủ yếu do dòng chảy mặt lớn ảnh hưởng đến thảm thực vật, dẫn đến sự gia tăng xói mòn.
Dòng chảy mặt và quá trình xói mòn có mối quan hệ tỉ lệ thuận, nghĩa là khi dòng chảy mặt tăng, quá trình xói mòn cũng diễn ra mạnh mẽ hơn Đặc biệt, quá trình xói mòn chủ yếu tập trung vào các tháng có lượng mưa lớn, từ tháng 9 đến tháng 11.
12, và đây cũng là thời gian thường xảy ra lũ lụt, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến lưu vực sông
Hình 3.37 Bản đồ xói mòn đất trên lưu vực sông Vu Gia huyện Nam Giang theo kịch bản 3 (QHSDĐ năm 2020)
3.3.3 Phân tích tương quan của biến động lớp dòng chảy mặt đến xói mòn đất
Nghiên cứu này phân chia lưu vực sông Vu Gia thành 16 tiểu lưu vực và sử dụng mô hình SWAT để mô phỏng dòng chảy theo ba kịch bản: kịch bản 1 (KB1) dựa trên bản đồ sử dụng đất năm 2000, kịch bản 2 (KB2) dựa trên bản đồ năm 2015, và kịch bản 3 (KB3) dựa trên bản đồ quy hoạch năm 2020 Các kịch bản này chỉ khác nhau về dữ liệu sử dụng đất, trong khi thổ nhưỡng và thời tiết được giữ nguyên Kết quả đầu ra từ mô hình SWAT sẽ được so sánh để đánh giá tác động của sự thay đổi dòng chảy đến xói mòn đất trong giai đoạn 2000 – 2015 Nghiên cứu sử dụng dữ liệu hiện trạng sử dụng đất năm 2000 kết hợp với chuỗi số liệu khí tượng từ 2000 đến 2015, nhằm định lượng tác động của sự thay đổi dòng chảy đến xói mòn đất Việc so sánh các giá trị dòng chảy mặt và mức độ xói mòn tại khu vực nghiên cứu sẽ được thực hiện giữa các thời điểm năm 2000 và 2015 theo ba kịch bản khác nhau.
3.3.3.1 Kết quả xói mòn chung của toàn lưu vực
Bảng 3.13 Kết quả tính toán xói mòn đất trung bình toàn lưu vực theo HTSDĐ năm 2000
Dòng chảy bề mặt (mm)
Lƣợng đất xói mòn (tấn/ha)
Mức xói mòn MAX (tấn/ha)
Năm 2009 ghi nhận lượng đất xói mòn cao nhất với 18,29 tấn/ha, cùng với lượng dòng chảy mặt đạt 1472,35mm Các năm 2008 và 2010 cũng có lượng đất xói mòn đáng kể, tương ứng với lượng mưa và dòng chảy mặt cao (1065,85mm và 899,11mm) Sau đó, xu hướng xói mòn đất tiếp tục biến đổi theo lượng mưa và dòng chảy mặt, với lượng đất xói mòn trung bình hàng năm là 8,67 tấn/ha.
Theo hình 3.38, lượng đất xói mòn qua các tháng có sự biến động rõ rệt, với đỉnh điểm thường rơi vào tháng 10 hàng năm Sự tương quan giữa các đồ thị cho thấy mối liên hệ chặt chẽ trong xu hướng xói mòn đất.
66 thấy, lƣợng đất xói mòn tại một số thời điểm tuân theo quy luật biến đổi của lƣợng mƣa và dòng chảy
Đồ thị trong Hình 3.38 thể hiện lượng đất xói mòn của toàn lưu vực theo từng tháng, trong khi Bảng 3.14 trình bày kết quả tính toán xói mòn đất trung bình của toàn lưu vực theo hệ thống sử dụng đất trong năm.
Dòng chảy bề mặt (mm)
Lƣợng đất xói mòn (tấn/ha)
Mức xói mòn MAX (tấn/ha)
Năm 2009 ghi nhận lượng đất xói mòn cao nhất với 11,40 tấn/ha, đồng thời cũng là năm có lượng dòng chảy mặt lớn nhất đạt 1471,97mm Trước đó, vào năm 2007 và 2008, lượng đất xói mòn cũng ở mức cao, tương ứng với lượng mưa và dòng chảy mặt đáng kể.
Trong giai đoạn 67 cao (1201,14mm và 1069,58mm), hiện tượng xói mòn đất có sự biến đổi rõ rệt theo lượng mưa và dòng chảy mặt Trung bình, lượng đất xói mòn hàng năm đạt 5,72 tấn/ha, tuy nhiên có xu hướng giảm xuống còn 2,95 tấn/ha.
MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN THAY ĐỔI LỚP DÒNG CHẢY MẶT LƯU VỰC SÔNG VU GIA
Tỉnh Quảng Nam đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt nguồn nước phía hạ lưu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và sản xuất của người dân và doanh nghiệp Do đó, việc xem xét tác động của sự thay đổi sử dụng đất trong quy hoạch phát triển kinh tế là rất cần thiết để đảm bảo sự cân bằng giữa tài nguyên đất và nước Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học để điều chỉnh quy hoạch phù hợp với thực tế, đồng thời hỗ trợ thực hiện các chương trình xoá đói giảm nghèo và phát triển kinh tế tại các xã miền núi Các công trình dân sinh như thuỷ lợi và thuỷ điện cần được xây dựng theo quy hoạch và có giải pháp sử dụng tài nguyên hiệu quả Quản lý quy hoạch, đặc biệt là cơ cấu sử dụng đất, cần được thực hiện nghiêm ngặt để ngăn ngừa tình trạng thiếu hụt tài nguyên nước hạ lưu trong tương lai Việc khai thác và sử dụng đất đai hợp lý có ý nghĩa quan trọng trong việc phòng ngừa khủng hoảng nguồn nước.
Quản lý con người là giải pháp hiệu quả để sử dụng hợp lý tài nguyên đất và nước Để đạt được điều này, cần nâng cao nhận thức và hiểu biết của người dân, đồng thời cần sự quan tâm từ các cấp chính quyền địa phương về cả tinh thần lẫn vật chất Một số giải pháp có thể được áp dụng để cải thiện tình hình này.
1) Giám sát hạn chế tối đa hiện tƣợng chặt phá rừng bừa bãi dù với bất kỳ mục đích nào Cần phân loại chi tiết các lưu vực đầu nguồn làm cơ sở cho quy hoạch trồng rừng phòng hộ thích đáng Đặc biệt lưu ý đến lưu vực các sông Tranh, sông Bung và các lưu
Khu vực thượng lưu của 73 con sông là nơi tập trung phát triển các công trình thủy điện, vì vậy việc tăng cường và phục hồi thảm thực vật rừng tại đây là rất cần thiết.
2) Hạn chế du canh và tăng cường định canh, không tiến hành canh tác nương rẫy theo kiểu phát, đốt phá rừng bừa bãi Chính du canh gây tác hại đến môi trường, phá huỷ đất đai Mỗi đơn vị hành chính các cấp cần sớm có quy hoạch sử dụng đất đai lâu dài trong lĩnh vực phát triển nông, lâm, ngƣ nghiệp Quản lý việc sử dụng đất theo đúng quy hoạch, tránh hiện tƣợng sử dụng đất sai mục đích, hạn chế tối đa hiện tƣợng làm gia tăng hoang hóa đất trống Bên cạnh đó, cần phải tuyên truyền áp dụng các biện pháp kỹ thuật cải tạo đất, áp dụng các thành tựu công nghệ sinh học trong nông nghiệp nhằm góp phần ổn định và nâng cao đời sống cho người dân bản địa
3) Vấn đề giao đất, giao rừng lâu dài cho người dân quản lý, khai thác sử dụng là một chủ trương đúng đắn của Nhà nước Tuy nhiên cần so sánh lợi hại giữa chi phí cho dân bảo vệ và khoanh trồng rừng và chi phí giải quyết hậu quả do tai biến gây ra do nguyên nhân mất rừng để từ đó đƣa ra chính sách phù hợp, vừa tạo điều kiện ổn định cho cuộc sống của người dân, vừa hạn chế được việc phá rừng tràn lan như hiện nay
4) Nghiêm cấm mọi hình thức khai thác khoáng sản trái phép bừa bãi Những tổ chức và cá nhân khai thác khoáng sản cần phải tăng cường quản lý và nhiêm ngặt thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường, bảo vệ tài nguyên nước
3.4.3 Định hướng hành động thích nghi đối với phát triển vùng hạ lưu sông Vu Gia
Vùng hạ lưu sông Vu Gia đã mở rộng diện tích nhờ vào sự thay đổi trong sử dụng đất từ năm 2000 đến 2015 Các nhóm đất cũng đã có sự chuyển biến, với nhóm đất nông nghiệp và phi nông nghiệp gia tăng do người dân tận dụng tối đa đất chưa sử dụng Điều này cho thấy cư dân trong khu vực đã biết cách khai thác hiệu quả các điều kiện tự nhiên tại lưu vực.
Tại vùng hạ lưu, chúng ta cần phải chú trọng vào các vấn đề sau để đảm bảo phát triển vùng hạ lưu:
+ Về Quy hoạch - Kiến trúc
Các công trình hạ tầng mới cần được lựa chọn vị trí và tiêu chuẩn thiết kế phù hợp với các yếu tố tác động từ biến động sử dụng đất, bao gồm lũ lụt, lũ quét và mực nước biển dâng Đối với các công trình hiện hữu, cần thực hiện đánh giá và lập kế hoạch nâng cấp hoặc di dời để thích ứng với tình hình thay đổi môi trường.
+ Về mặt kinh tế - xã hội
Để phát triển bền vững cho cộng đồng tại hai bên vùng hạ lưu sông Vu Gia, cần thiết phải có chính sách vĩ mô về phân bố dân cư, quản lý đất đai và tài nguyên, cùng với việc tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế.
Để phát triển văn hóa, cần thiết xây dựng mô hình làng văn hóa theo hướng cộng cư tập trung, tạo ra môi trường sống xanh - sạch - đẹp Điều này không chỉ giúp bảo tồn và phát huy các di sản văn hóa mà còn tăng cường tính đoàn kết trong cộng đồng dân cư.
Giải pháp kinh tế cần tiếp tục thực hiện chương trình xoá đói, giảm nghèo, đồng thời hạn chế khoảng cách giàu nghèo Cần phát triển kinh tế du lịch tại chỗ và tăng cường liên kết vùng, bên cạnh đó, chính sách hỗ trợ chi phí và khoa học công nghệ cho người dân cũng rất quan trọng để nâng cao sản xuất.
3.4.4 Định hướng hành động thích nghi trong sản xuất nông nghiệp
Để đánh giá tác động của biến động sử dụng đất đối với sản xuất nông nghiệp, cần thực hiện các khảo sát và nghiên cứu nghiêm túc Mặc dù nhóm đất nông nghiệp đã được mở rộng và chuyển đổi sang nhóm đất phi nông nghiệp, việc sử dụng hợp lý và hiệu quả diện tích đất nông nghiệp chuyển đổi là rất quan trọng Hiện tượng xói mòn đất tại lưu vực sông Vu Gia, đặc biệt là xói mòn tiềm năng và hiện trạng, cần được chú ý và giải quyết kịp thời Các giải pháp như canh tác hợp lý, trồng rừng và áp dụng mô hình nông lâm kết hợp SALT 1, SALT 2, SALT 3 là cần thiết để hạn chế xói mòn đất, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực như cày xới, xử lý thực bì toàn diện, và trồng cây sinh trưởng chậm.
Để bảo vệ các khu vực rừng tự nhiên, cần áp dụng các biện pháp mạnh mẽ kết hợp với công tác tuyên truyền nhằm hạn chế tình trạng chặt phá và đốt rừng để mở rộng diện tích nương rẫy cũng như rừng trồng nghèo.
Quy hoạch chuyển đổi mùa vụ và cây trồng là cần thiết để thích nghi với tình trạng hạn hán vào mùa khô và ngập úng trong mùa mưa, đặc biệt khi tình hình này có thể trở nên nghiêm trọng và kéo dài hơn trước Việc trồng các loại cây phù hợp với thổ nhưỡng và điều kiện tự nhiên của lưu vực sẽ giúp cải thiện khả năng chống chịu của nông nghiệp trước những biến đổi khí hậu.
3.4.5 Định hướng hành động thích nghi trong phát triển hạ tầng và môi trường
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả đánh giá sự tương quan giữa lưu lượng dòng chảy và mức độ xói mòn đất tại lưu vực sông Vu Gia, tỉnh Quảng Nam cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa hai yếu tố này Nghiên cứu chỉ ra rằng lưu lượng dòng chảy cao có thể dẫn đến mức độ xói mòn đất gia tăng, ảnh hưởng đến chất lượng đất và sinh thái khu vực Những phát hiện này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý nguồn nước và bảo vệ đất đai để giảm thiểu xói mòn và bảo vệ môi trường.
Việc áp dụng GIS và mô hình SWAT trong việc đánh giá mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy và mức độ xói mòn đất mang lại hiệu quả cao, đồng thời giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.
Dựa trên các số liệu đầu vào, nghiên cứu đã mô phỏng các thông số liên quan đến lưu vực sông Vu Gia, bao gồm ranh giới lưu vực, tiểu lưu vực và đơn vị thủy văn Đặc biệt, hai thông số quan trọng được phân tích là lớp dòng chảy mặt và mức độ xói mòn dưới các kịch bản khác nhau.
- Trên cơ sở đó, đề tài tiến hành đánh giá sự tương quan theo từng kịch bản khác nhau
Mô hình SWAT có khả năng ứng dụng rộng rãi, nhưng yêu cầu số liệu đầu vào lớn và mất nhiều thời gian để xử lý, đặc biệt là các bản đồ địa hình, bản đồ sử dụng đất và số liệu thuộc tính Để đánh giá định lượng ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến xói mòn lưu vực, cần một bộ số liệu đầu vào đồng bộ Do đó, cần thiết phải triển khai các chương trình điều tra các số liệu cơ bản về khí tượng, khí hậu, đất đai, thổ nhưỡng, thủy văn và rừng để mở rộng ứng dụng của mô hình này.
Dựa vào kết quả nghiên cứu, đề tài có một số kiến nghị sau:
Để nâng cao độ chính xác trong mô phỏng, cần thu thập nhiều nguồn dữ liệu chi tiết về dòng chảy và các số liệu khí tượng liên quan đến lưu vực sông Vu Gia.
Do hạn chế về thời gian và dữ liệu, nghiên cứu chỉ tập trung vào việc mô phỏng các thông số liên quan đến dòng chảy mặt và mức độ xói mòn Các thông số thủy văn khác chưa được nghiên cứu đầy đủ, và việc kiểm chứng kết quả của mô hình cũng chưa được thực hiện trong đề tài này.
Đánh giá mối tương quan giữa lưu lượng dòng chảy và mức độ xói mòn là rất quan trọng trong sản xuất và đời sống Để nâng cao hiệu quả trong lĩnh vực này, cần đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin, tổ chức các lớp tập huấn và bồi dưỡng kiến thức tin học chuyên ngành, đồng thời đầu tư trang thiết bị đồng bộ.
- Cần có cơ chế quản lí và những biện pháp bảo vệ môi trường hợp lí, phát triển kinh tế xã hội theo hướng bền vững
