ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA ĐỊA LÝ
----------

TRƢƠNG THỊ NGỌC TRÂM
Đề tài:
ỨNG DỤNG GIS VÀ M

H NH SW T ĐỂ Đ NH GI

CHẤT LƢỢNG NƢỚC LƢU VỰC SÔNG THU BỒN
TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN N NG SƠN,
TỈNH QUẢNG NAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN

Đà Nẵng, 05/2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA ĐỊA LÝ
----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN
Đề tài:
ỨNG DỤNG GIS VÀ M

H NH SW T ĐỂ Đ NH GI

CHẤT LƢỢNG NƢỚC LƢU VỰC SÔNG THU BỒN
TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN N NG SƠN,
TỈNH QUẢNG NAM

Ngƣời hƣớng dẫn

Th.S Lê Ngọc Hành

Sinh viên thực hiện

Trƣơng Thị Ngọc Trâm

Đà Nẵng, 05/2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho em được gửi cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy giáo Thạc
sỹ Lê Ngọc Hành. Thầy đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em hồn thành khóa
tốt nghiệp này.
Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo khoa Địa lí và đặc biệt
cảm ơn các thầy, cơ giáo trong tổ tự nhiên đã có những ý kiến đóng góp giúp em hồn
thiện bài luận tốt nghiệp.
Trong quá trình tìm hiểu em đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các phòng,
ban: Ban chủ nhiệm khoa Địa lí – trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng;
Trung tâm khí hậu khí tượng Trung Trung Bộ thành phố Đà Nẵng…Em trân trọng
cảm ơn các cơ quan, phịng ban đã tạo điều kiện cho em hồn thành khóa luận này.

Đà Nẵng, ngày 7 tháng 5 năm 2016

Tác giả
Trương Thị Ngọc Trâm


MỤC LỤC
Trang
PHẦN A: MỞ ĐẦU ................................................................................................1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦ ĐỀ TÀI .....................................................................1
1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦ ĐỀ TÀI ..................................................2
1.2.1. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................2
1.2.2. Nhiệm vụ của đề tài ....................................................................................2
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................2
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................2
3.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................2
3.2.1. Về nội dung ..............................................................................................2
3.2.2. Về không gian ..........................................................................................3
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...............................................................................3
5. PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU......................................................................3
5.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu .........................................................................3
5.2. Phƣơng pháp sử dụng bản đồ và GIS ............................................................3
5.3. Phƣơng pháp thống kê ...................................................................................3
PHẦN B: NỘI DUNG .............................................................................................4
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦ ĐỀ TÀI .....................4
1.1. TỔNG QUAN NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT LƢỢNG
NƢỚC ..........................................................................................................................4
1.1.1. Khái niệm về chất lƣợng nƣớc .................................................................4
1.1.2. Phân loại chất lƣợng nƣớc .......................................................................4
1.2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TH NG TIN ĐỊA LÝ VÀ MƠ HÌNH
SWAT .............................................................................................................................6
1.2.1. Tổng quan những vấn đề liên quan đến GIS............................................6

1.2.2. Tổng quan về mơ hình SWAT và một số khái niệm liên quan. ...............8
1.4. TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM ................................................................................................................14
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .........................................................14
1.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam........................................................14


CHƢƠNG 2: KH I QU T ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI,
HIỆN TRẠNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC CỦ LƢU VỰC THU BỒN ...................16
2.1. CÁC NHÂN TỐ TỰ NHIÊN ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG NƢỚC
CỦA LƢU VỰC SÔNG THU BỒN .........................................................................16
2.1.1. Vị trí địa lý .............................................................................................16
2.1.2. Đặc điểm địa chất - địa mạo .....................................................................16
2.1.3. Đặc điểm khí hậu ......................................................................................16
2.1.4. Đặc điểm thủy văn .................................................................................17
2.1.5. Đặc điểm thổ nhƣỡng .............................................................................17
2.1.6. Đặc điểm về sinh vật ..............................................................................18
2.2. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU .........18
2.2.1. Dân cƣ và nguồn lao động .....................................................................18
2.2.2. Tình hình tăng trƣởng kinh tế ................................................................18
2.2.3. Thực trạng phát triển các ngành kinh tế.................................................18
2.3. HIỆN TRẠNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 19
2.3.1. Hiện trạng môi trƣờng nƣớc sông Thu Bồn ...........................................19
2.3.2. Khả năng chịu tải của sông Thu Bồn đoạn qua huyện Nông Sơn ..........19
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG M

H NH SW T Đ NH GIÁ CHẤT LƢỢNG

NƢỚC TẠI LƢU VỰC SÔNG THU BỒN ĐOẠN CHẢY QUA HUYỆN NÔNG
SƠN ...............................................................................................................................20

3.1. TỔNG QUAN DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU ...................................................20
3.1.1. Dữ liệu địa hình......................................................................................20
3.1.2. Dữ liệu thổ nhƣỡng ..............................................................................20
3.1.3. Dữ liệu sử dụng đất ..............................................................................21
3.1.4. Dữ liệu thời tiết ....................................................................................22
3.2. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SWAT ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC
CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU .............................................................................23
3.2.1. Quy trình đánh giá chất lƣợng nƣớc bằng mơ hình SWAT ở khu vực
nghiên cứu...............................................................................................................23
3.2.2. Các bƣớc chạy mơ hình SWAT .............................................................25


3.3. ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH CÁC THƠNG SỐ LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT
LƢỢNG NƢỚC CỦA LƢU VỰC SÔNG THU BỒN ĐOẠN CHẢY QUA HUYỆN
NƠNG SƠN ...............................................................................................................29
3.3.1. Kết quả của mơ phỏng của mơ hình SWAT ..........................................29
3.3.2. Đánh giá thơng số DO ............................................................................30
3.3.3. Đánh giá thông số NO3- .........................................................................34
3.3.4. Đánh giá thông số NH 4+ ........................................................................37
3.3.4. Đánh giá thông số PO43- .........................................................................41
3.3. MỘT SỐ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG NGUỒN NƢỚC CỦA
LƢU VỰC SÔNG THU BỒN ĐOẠN CHẢY QUA HUYỆN NÔNG SƠN ...........44
PHẦN C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................46
1. Kết luận ..........................................................................................................46
II. Kiến nghị .......................................................................................................46
D. TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................48


D NH MỤC C C BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1. Bảng file dữ liệu đầu vào của mơ hình SWAT....................................22
Bảng 1.2. Bảng file dữ liệu đầu ra của mơ hình SWAT.....................................23
Bảng 3.1. Thơng số dữ liệu đất trong mơ hình SWAT.......................................30
Bảng 3.2. Thông tin về các tập tin dữ liệu thời tiết........................................31
Bảng 3.3. Giá trị giới hạn các thông số chất lƣợng nƣớc mặt (QCVN
08:2008/BTNMT)........................................................................................................38
Bảng 3.4. Phân cấp chất lƣợng nƣớc theo QCVN 08:2008/BTNMT..................39
Bảng 3.5: Phân cấp lƣợng DO trong nƣớc của 2 tiểu lƣu vực số 1 và số 2 theo
QCVN08:2008/BTNMT..............................................................................................42
Bảng 3.6. Phân cấp lƣợng NO3- trong nƣớc của 2 tiểu lƣu vực theo
QCVN08:2008/BTNMT..............................................................................................46
Bảng 3.7. Phân cấp lƣợng NH4+ trong nƣớc của 2 tiểu lƣu vực theo
QCVN08:2008/BTNMT..............................................................................................50
Bảng 3.8. Phân cấp lƣợng PO43- trong nƣớc của 2 tiểu lƣu vực theo
QCVN08:2008/BTNMT..............................................................................................53


D NH MỤC C C H NH VẼ

Trang

Hình 1.1. Sáu thành phần cơ bản của GIS...............................................................15
Hình 1.2. Lƣu vực sơng..........................................................................................18
Hình 3.1. Quy trình xử lý dữ liệu địa hình....................................................29
Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc dữ liệu thời tiết...............................................................32
Hình 3.3. Quy trình ứng dụng SWAT trong chất lƣợng nƣớc............................33
Hình 3.4: Load bản đồ DEM và Load Mask của khu vực........................................34
Hình 3.5: Nhập dữ liệu địa hình DEM, xác định ranh giới lƣu vực........................34

Hình 3.6: Nhập dữ liệu sử dụng đất trong SWAT....................................................34
Hình 3.7. Nhập dữ liệu thổ nhƣỡng trong SWAT.....................................................35
Hình 3.8. Nhập dữ liệu độ dốc trong SWAT............................................................35
Hình 3.9: Nhập dữ liệu các trạm thời tiết trong SWAT...........................................35
Hình 3.10: Nhập dữ liệu lƣợng mƣa và nhiệt độ trong SWAT................................36
Hình 3.11: Nhập dữ liệu độ ẩm và năng lƣợng mặt trời...........................................36
Hình 3.12: Nhập dữ liệu năng lƣợng gió..................................................................36
Hình 3.13. Thiết lập các thơng số cho việc chạy mơ hình SWAT............................36
Hình 3.14: Kết quả chạy mơ hình SWAT cho các năm............................................37
Hình 3.15: Biểu đồ lƣợng DO hồ tan trung bình tháng tại đầu ra lƣu vực giai đoạn
2003- 2013................................................................................................................42
Hình 3.16: Biểu đồ lƣợng DO hồ tan trung bình tháng tại tiểu lƣu vực 1 và tiểu lƣu
vực 2 giai đoạn 2003- 2013......................................................................................42
Hình 3.17. Biểu đồ lƣợng NO3- hồ tan trung bình tháng tại đầu ra lƣu vực giai đoạn
2003- 2013.............................................................................................................45
Hình 3.18: Biểu đồ lƣợng NO3- hồ tan trung bình tháng tại tiểu lƣu vực 1 và tiểu lƣu
vực 2 giai đoạn 2003- 2013...................................................................................45
Hình 3.19: Biểu đồ lƣợng NH4+ hồ tan trung bình tháng tại đầu ra lƣu vực giai đoạn
2003- 2013...............................................................................................................49


Hình 3.20: Biểu đồ lƣợng NH4+ hồ tan trung bình tháng tại tiểulƣu vực 1 và tiểu lƣu
vực 2 giai đoạn 2003- 2013.................................................................................49
Hình 3.21: Biểu đồ lƣợng PO43- hồ tan trung bình tháng tại đầu ra lƣu vực giai đoạn
2003- 2013............................................................................................................51
Hình 3.22:. Biểu đồ lƣợng PO43- hồ tan trung bình tháng tại tiểu lƣu vực 1 và tiểu lƣu
vực 2 giai đoạn 2003- 2013....................................................................................51


D NH MỤC C C BẢN ĐỒ

Trang

Hình: Bản đồ thơng số Do của lƣu vực sông Thu Bồn chảy qua huyện Nơng Sơn
Quảng Nam................................................................................................................41
Hình: Bản đồ thơng số NO3- của lƣu vực sông Thu Bồn chảy qua huyện Nông Sơn
Quảng Nam................................................................................................................44
Hình: Bản đồ thơng số NH4+ của lƣu vực sơng Thu Bồn chảy qua huyện Nơng Sơn
Quảng Nam.................................................................................................................48
Hình: Bản đồ thông số PO43- của lƣu vực sông Thu Bồn chảy qua huyện Nông Sơn
Quảng Nam.................................................................................................................53


D NH MỤC C C CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT

Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng

DEM

Digital Elevation Model

GIS

Hệ thống thông tin địa lý
(Geographic Information System)

HTSDĐ

Hiện trạng sử dụng đất

FAO

Food And Agriculture Organization

SWAT

Soil And Water Assessment

HRU

Hydrologic Response Unit

QCVN

Quy Chuẩn Việt Nam

HUMUS

Hydrologic Unit Model for the United States

ARS

Agricultural Research Service

CLN

Chất Lƣợng Nƣớc

NSE

Nash Sutcliffe Effciency

PBIAS

Percent Biass

BDKH

Biến Đổi Khí Hậu


PHẦN : MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦ ĐỀ TÀI
Nƣớc là tài nguyên đặc biệt quan trọng, quyết định đối với sự tồn tại và phát triển
của sự sống trên Trái Đất. Đặc điểm của tài nguyên nƣớc là đƣợc tái tạo theo quy luật
thời gian và không gian. Nhƣng ngoài quy luật tự nhiên, hoạt động của con ngƣời đã
tác động khơng nhỏ đến vịng tuần hồn của nƣớc.
Từ xƣa, con ngƣời đã sử dụng nguồn nƣớc mặt để đáp ứng những nhu cầu sinh
hoạt hàng ngày, và đến bây giờ thì nƣớc mặt vẫn là nguồn nƣớc chủ yếu cung cấp cho
sinh hoạt và sản xuất của con ngƣời. Với sự phát triển về kinh tế, văn hoá, xã hội trên
thế giới ngày nay thì nƣớc mặt càng trở nên là vấn đề quan trọng không chỉ riêng một
quốc gia nào mà còn là vấn đề của tất cả mọi ngƣời, mọi vùng, mọi khu vực trên Trái
Đất.
Song song đó, sự phát triển nhanh về dân số thì con ngƣời ngày càng làm xấu đi
nguồn nƣớc mặt bằng việc thải ra lƣợng chất thải ngày một tăng lên vào mơi trƣờng
(trong đó có mơi trƣờng nƣớc), ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh và sức khoẻ
con ngƣời. Vấn đề đặt ra hiện nay là phải đánh giá chính xác chất lƣợng nƣớc ở hiện
tại, quản lý tốt các nguồn gây ơ nhiễm, kiểm sốt đƣợc các nguồn gây ơ nhiễm nƣớc

để duy trì chất lƣợng nƣớc mặt có thể cung cấp cho thế hệ tiếp sau sử dụng nhằm đảm
bảo cho sự phát triển bền vững. Chất lƣợng nƣớc sẽ làm tác động đến rất nhiều các
thành phần khác trong tự nhiên và từ đó ảnh hƣởng rất lớn đến đời sống sinh hoạt và
sản xuất của khu vực này.
Sông Thu Bồn là sông chảy ngang qua huyện Nông Sơn theo hƣớng Tây – Đông,
chảy trong địa bàn vùng núi và trung du, do đó có nhiều tiềm năng thủy điện. Bên cạnh
đó, do q trình phát triển kinh tế xã hội, nên chất lƣợng nƣớc của khu vực này cũng
có sự thay đổi mạnh mẽ. Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá chất lƣợng nƣớc ở lƣu vực
sông Thu Bồn chảy qua địa bàn của huyện Nông Sơn có ý nghĩa thực tiễn to lớn.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống thông tin địa lý (GIS)
ngày càng có vai trị quan trọng trong các lĩnh vực khoa học. Các mơ hình tốn trong
GIS đƣợc sử dụng rất nhiều để đánh giá định lƣợng các thơng số của mơi trƣờng.
Trong đó, mơ hình SWAT là một công cụ hữu hiệu để đánh giá các thông số liên quan
đến môi trƣờng đất và nƣớc. Việc ứng dụng các phần mềm hệ thống thông tin địa lý
giúp thu thập, lƣu trữ và phân tích dữ liệu khơng gian và thuộc tính cho ta kết quả nhu
mong muốn. Ứng dụng GIS vào hoạt động quy hoạch, quản lí và giám sát tài ngun
mơi trƣờng là rất cần thiết. Trong đó mơ hình đánh giá chất lƣợng đất và nƣớc SWAT
(Soil and Water Assessment Tool) cũng là một bộ phận của hệ thống GIS. Mơ hình
1


SWAT đƣợc xây dựng nhằm đánh giá và dự báo những ảnh hƣởng của việc quản lí đất
tác động đến thành phần nƣớc, địa chất trên lƣu vực rộng lớn trong khoảng thời gian
dài.
Nhận thức đƣợc sự thay đổi chất lƣợng nƣớc sẽ ảnh hƣởng rất lớn đến các vấn đề
môi trƣờng khác cũng nhƣ đời sống sinh hoạt và sản xuất của khu vực. Vì vậy, việc
nghiên cứu đề tài “Ứng dụng GIS v m h nh SW T ể nh gi chất lƣợng nƣớc
lƣu vực sông Thu Bồn trên ịa bàn huyện N ng Sơn” là cần thiết và cấp bách.
1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦ ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục tiêu của ề t i

Ứng dụng công nghệ GIS và mơ hình SWAT để đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt tại
lƣu vực sông Thu Bồn, đoạn chảy qua huyện Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam.
Đề xuất những biện pháp khắc phục quản lý chất lƣợng nguồn nƣớc của khu vực
nghiên cứu.
1.2.2. Nhiệm vụ của ề t i
- Nghiên cứu, tìm hiểu các nhân tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc của khu vực
nghiên cứu.
- Thông qua tài liệu thu thập đƣợc nắm rõ điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của
khu vực nghiên cứu.
- Xây dựng đƣợc quy trình đánh giá chất lƣợng nƣớc bằng GIS và mơ hình
SWAT.
- Tính tốn, mơ phỏng chất lƣợng nƣớc cho lƣu vực sông Thu Bồn đoạn chảy qua
huyện Nông Sơn.
- Đánh giá chất lƣợng nƣớc cho lƣu vực sông.
- Đề xuất các giải pháp quản lý chất lƣợng nguồn nƣớc của khu vực.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu những vấn đề lý luận và thực tiễn liên quan đến chất lƣợng nƣớc. Đối
tƣợng nghiên cứu chính của đề tài là chất lƣợng nƣớc lƣu vực sông Thu Bồn đoạn
chảy qua huyện Nông Sơn.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
3.2.1. Về nội dung
Vì thời gian và nguồn lực thực hiện có hạn nên đề tài chỉ ứng dụng cơng nghệ GIS
và mơ hình SWAT để đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt theo một số thông số về chất

2


lƣợng nƣớc mặt của QCVN 08:2008/BTNMT tại lƣu vực sông Thu Bồn đoạn chảy
qua huyện Nông Sơn.

3.2.2. Về kh ng gian
Lƣu vực sông Thu Bồn đoạn chảy qua huyện Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để đánh giá chất lƣợng nƣớc lƣu vực sông Thu Bồn, đề tài đã tiến hành nghiên
cứu các nội dung chính sau:
- Khái quát về đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu liên
quan đến chất lƣợng nƣớc.
- Cơ sở lý thuyết đánh giá chất lƣợng nƣớc.
- Ứng dụng GIS và mơ hình SWAT đánh giá chất lƣợng nƣớc tại lƣu vực sông
Thu Bồn đoạn chảy qua huyện Nông Sơn.
- Đề xuất một số giải pháp quản lý chất lƣợng nƣớc của khu vực.
5. PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU
5.1. Phƣơng ph p thu thập số liệu
Là phƣơng pháp thu thập tồn bộ số liệu, thơng tin có liên quan đến đề tài, sau đó
sẽ tiến hành tiến hành xử lý, đánh giá tài liệu thu thập đƣợc. Những số liệu và các
thông tin này chúng tơi thu thập ở các cơ quan đó là: Trung tâm khí tƣợng thủy văn
Trung Trung Bộ, Phịng Tài ngun và Mơi trƣờng huyện Nơng Sơn tỉnh Quảng Nam.
Ngồi các số liệu thu thập ở các cơ quan, chúng tôi cịn khai khác những thơng tin
qua các kênh thơng tin, đặc biệt là internet, sách báo.
5.2. Phƣơng ph p sử dụng bản ồ v GIS
Từ các số liệu và bản đồ thu thập đƣợc trong quá trình nghiên cứu. Với sự hỗ trợ
của mơ hình SWAT và các phần mềm GIS (ArcGIS) để xử lý và thiết lập các bản đồ
thành phần. Từ đó thành lập bản đồ tác động của thảm thực vật đến xói mịn và bồi tụ
ở lƣu vực sơng Thu Bồn. Trên cơ sở đó, đề tài sử dụng các cơng cụ phân tích, thống kê
trên mơ hình SWAT, phần mềm GIS để đánh giá tác động trên. Đây là phƣơng pháp
chủ đạo trong quá trình nghiên cứu của đề tài.
5.3. Phƣơng ph p thống kê
Các số liệu phân tích về chất lƣợng nƣớc của mơ hình SWAT sẽ đƣợc đề tài tiến
hành đánh giá, thống kê bằng các phần mềm chuyên dụng để có thể biết đƣợc tình
hình chất lƣợng nƣớc của lƣu vực sơng Thu Bồn đoạn chảy qua huyện Nông Sơn.

3


PHẦN B: NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦ ĐỀ TÀI
1.1. TỔNG QU N NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QU N ĐẾN CHẤT LƢỢNG NƢỚC
1.1.1. Kh i niệm về chất lƣợng nƣớc
Chất lƣợng nƣớc đƣợc đề cập đến tính chất hóa học, vật lý và sinh học của nƣớc.
Nó là thƣớc đo tình trạng của nƣớc liên quan đến các yêu cầu của một hoặc nhiều loài
sinh vật, hay cho bất kỳ nhu cầu và mục đích sử dụng của con ngƣời. Đánh giá chất
lƣợng nƣớc thƣờng dựa vào các chỉ tiêu liên quan đến sức khỏe của con ngƣời và hệ
sinh thái.
1.1.2. Phân loại chất lƣợng nƣớc
1.1.2.1. Oxy hòa tan (DO)
Oxy cần thiết cho tất cả các dạng sống dƣới nƣớc. Oxy hòa tan trong nƣớc tự
nhiên và nƣớc thải tùy thuộc vào điều kiện hóa lý và hoạt động sinh học của các loại vi
sinh vật. Việc xác định hàm lƣợng oxy hòa tan là phƣơng tiện kiểm sốt sự ơ nhiễm do
mọi hoạt động của con ngƣời và kiểm tra hậu quả của việc xử lý nƣớc thải. Hàm lƣợng
oxy hòa tan trong nƣớc tự nhiên thay đổi theo thời gian, tùy thuộc vào nhiệt độ khơng
khí, độ mặn, các hoạt động sinh học (ví dụ nhƣ quang hợp và hơ hấp) và áp suất khí
quyển.
Xác định nồng độ DO là một phần cơ bản của quy trình đánh giá CLN, bởi vì oxy
có liên quan, hoặc ảnh hƣởng đến gần nhƣ tất cả các q trình sinh học, hóa học trong
mơi trƣờng nƣớc. Hàm lƣợng DO thấp nghĩa là nƣớc có nhiều chất hữu cơ, làm giảm
lƣợng oxi trong nƣớc, dẫn đến nhu cầu oxy tăng. Nồng độ oxy hòa tan dƣới 5 mg/l có
thể ảnh hƣởng xấu đến chức năng hoạt động và sự sống còn của quần thể sinh vật và
nếu dƣới 2 mg/l có thể dẫn đến cái chết của nhiều loài cá.
1.1.2.2. Nitrat (NO3- )
Nitrat là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất chứa nitơ có trong chất thải

của ngƣời và động vật. Trong nƣớc tự nhiên nồng độ nitrat thƣờng nhỏ hơn 5 mg/l.
Dƣới ảnh hƣởng của các chất thải công nghiệp, nƣớc chảy tràn chứa phân bón từ các
khu nơng nghiệp, nồng độ của nitrat trong các nguồn nƣớc có thể tăng cao, gây ảnh
hƣởng đến CLN sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản. Trẻ em uống nƣớc chứa nhiều nitrat
có thể bị mắc hội chứng methemoglobin (hội chứng “trẻ xanh xao”). TCVN 59421995 quy định nồng độ tối đa của nitrat trong nguồn nƣớc mặt dùng vào mục đích sinh
hoạt là 10 mg/l (tính theo N) hoặc 15 mg/l cho các mục đích sử dụng khác.
Nitrat là giai đoạn oxy hóa cao nhất trong chu trình của nitơ và là giai đoạn sau
cùng trong tiến trình oxy hóa sinh học. Ở lớp nƣớc mặt thƣờng gặp nitrat ở dạng vết
4


nhƣng đơi khi trong nƣớc ngầm mạch nơng lại có hàm lƣợng cao. Nếu nƣớc uống có
quá nhiều nitrat thƣờng gây bệnh huyết sắc tố ở trẻ em. Do đó trong nguồn nƣớc cấp
cho sinh hoạt, giới hạn nitrat không vƣợt quá 6 mg/l.
1.1.2.3. Ammonia (NH4+)
Ammonia là chất gây nhiễm độc cho nƣớc. Sự hiện diện của ammonia (NH4+)
trong nƣớc mặt hoặc nƣớc ngầm bắt nguồn từ hoạt động phân hủy hữu cơ do các vi
sinh vật trong điều kiện yếm khí. Nó cũng đƣợc hình thành bởi một số q trình cơng
nghiệp (ví dụ: việc sản xuất giấy hoặc bột giấy dựa trên ammonia) và là thành phần
của chất thải sinh hoạt, hoạt động sản xuất nông nghiệp (phân bón, nƣớc thải chăn
ni,...).
1.1.2.4. Phosphat (PO43- )
Cũng nhƣ nitrat, phosphat là chất dinh dƣỡng cần cho sự phát triển của thực vật
thủy sinh. Nồng độ phosphat trong các nguồn nƣớc không ô nhiễm thƣờng nhỏ hơn
0,01 mg/l. Đối với đoạn sông bị ô nhiễm do nƣớc thải đô thị, nƣớc thải công nghiệp
hoặc nƣớc chảy tràn từ đồng ruộng chứa nhiều loại phân bón, nồng độ phosphat có thể
lên đến 0,5 mg/l. Phosphat khơng thuộc loại hóa chất độc hại đối với con ngƣời, do đó
nhiều tiêu chuẩn CLN khơng quy định nồng độ tối đa cho phosphat. Mặc dù khơng
độc hại đối với ngƣời, song khi có mặt trong nƣớc ở nồng độ tƣơng đối lớn, cùng với
nitơ, phosphat sẽ gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng. Phú dƣỡng chỉ tình trạng của một hồ

nƣớc đang có sự phát triển mạnh của tảo. Mặc dầu tảo phát triển mạnh trong điều kiện
phú dƣỡng có thể hỗ trợ cho chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nƣớc, nhƣng sự phát triển
bùng nổ của tảo sẽ gây ra những hậu quả làm suy giảm mạnh CLN. Hiện tƣợng phú
dƣỡng thƣờng xảy ra với các hồ, hoặc các vùng nƣớc ít lƣu thơng. Khi mới hình thành,
các hồ đều ở tình trạng nghèo chất dinh dƣỡng, nƣớc hồ thƣờng khá trong. Sau một
thời gian, do sự xâm nhập của các chất dinh dƣỡng từ nƣớc chảy tràn, sự phát triển và
phân hủy của sinh vật thủy sinh, hồ bắt đầu tích tụ một lƣợng lớn các chất hữu cơ. Lúc
đó bắt đầu xảy ra hiện tƣợng phú dƣỡng với sự phát triển bùng nổ của tảo, nƣớc hồ trở
nên có màu xanh, một lƣợng lớn bùn lắng đƣợc tạo thành do xác chết của tảo. Dần
dần, sẽ trở thành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất khô, cuộc sống của động vật
thủy sinh trong hồ bị ngừng trệ. Trong thiên nhiên phosphat đƣợc xem là sản phẩm của
q trình lân hóa và thƣờng gặp dƣới dạng vết đối với nƣớc thiên nhiên. Khi hàm
lƣợng phosphat tăng sẽ là một yếu tố giúp rong rêu phát triển.

5


1.2. TỔNG QU N VỀ HỆ THỐNG TH NG TIN ĐỊ
SWAT

LÝ VÀ M

H NH

1.2.1. Tổng quan những vấn ề liên quan ến GIS
1.2.1.1. Định nghĩa GIS
Nguyễn Kim Lợi và ctv (2009) định nghĩa GIS nhƣ là “Một hệ thống thông tin mà
nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích, cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về
mặt địa lý không gian, nhằm trợ giúp việc thu nhận, lƣu trữ, quản lý, xử lý, phân
tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng

hợp từ thông tin cho các mục đích con ngƣời đặt ra, chẳng hạn nhƣ: hỗ trợ việc ra
quyết định cho quy hoạch và quản lý sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trƣờng,
giao thông, dễ dàng trong việc quy hoạch phát triển đô thị và những việc lƣu trữ dữ
liệu hành chính.
1.2.1.2. Thành phần của GIS
Theo Shahab Fazal (2008), GIS có 6 thành phần cơ bản (nhƣ Hình 2- 3):
- Phần cứng: bao gồm hệ thống máy tính mà các phần mềm GIS chạy trên đó.
Việc lựa chọn hệ thống máy tính có thể là máy tính cá nhân hay siêu máy tính. Các
máy tính cần thiết phải có bộ vi xử lý đủ mạnh để chạy phần mềm và dung lƣợng bộ
nhớ đủ để lƣu trữ thông tin (dữ liệu).
- Phần mềm: phần mềm GIS cung cấp các chức năng và cơng cụ cần thiết để lƣu
trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu khơng gian. Nhìn chung, tất cả các phần mềm
GIS có thể đáp ứng đƣợc những yêu cầu này, nhƣng giao diện của chúng có thể khác
nhau.
- Dữ liệu: dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan là nền tảng của GIS.
Dữ liệu này có thể đƣợc thu thập nội bộ hoặc mua từ một nhà cung cấp dữ liệu
thƣơng mại. Bản đồ số là hình thức dữ liệu đầu vào cơ bản cho GIS. Dữ liệu thuộc tính
đi kèm đối tƣợng bản đồ cũng có thể đƣợc đính kèm với dữ liệu số. Một hệ thống GIS
sẽ tích hợp dữ liệu khơng gian và các dữ liệu khác bằng cách sử dụng hệ quản trị cơ
sở dữ liệu.
- Phƣơng pháp: một hệ thống GIS vận hành theo một kế hoạch, đó là những mơ
hình và cách thức hoạt động đối với mỗi nhiệm vụ. Về cơ bản, nó bao gồm các
phƣơng pháp phân tích khơng gian cho một ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong thành lập
bản đồ, có nhiều kĩ thuật khác nhau nhƣ tự động chuyển đổi từ raster sang vector hoặc
vector hóa thủ cơng trên nền ảnh qt.
- Con ngƣời: ngƣời sử dụng GIS có thể là các chuyên gia kĩ thuật, đó là ngƣời
thiết kế và thực hiện hệ thống GIS, hay có thể là ngƣời sử dụng GIS để hỗ trợ cho các
công việc thƣờng ngày. GIS giải quyết các vấn đề không gian theo thời gian thực.
6

Con ngƣời lên kế hoạch, thực hiện và vận hành GIS để đƣa ra những kết luận, hỗ trợ
cho việc ra quyết định.
- Mạng lƣới: với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ thơng tin, ngày nay
thành phần có lẽ cơ bản nhất trong GIS chính là mạng lƣới. Nếu thiếu nó, khơng thể
có bất cứ giao tiếp hay chia sẻ thông tin số. GIS ngày nay phụ thuộc chặt chẽ vào mạng
internet, thu thập và chia sẻ một khối lƣợng lớn dữ liệu địa lí.

Hình 1.1. Sáu thành phần cơ bản của GIS
GIS có 4 chức năng cơ bản (Basanta Shrestha et al, 2001), đó là:
- Thu thập dữ liệu: dữ liệu đƣợc sử dụng trong GIS đến từ nhiều nguồn khác
nhau, có nhiều dạng và đƣợc lƣu trữ theo nhiều cách khác nhau. GIS cung cấp công
cụ để tích hợp dữ liệu thành một định dạng chung để so sánh và phân tích. Nguồn dữ
liệu chính bao gồm số hóa thủ cơng/ qt ảnh hàng khơng, bản đồ giấy và dữ liệu số
có sẵn. Ảnh vệ tinh và Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) cũng là nguồn dữ liệu đầu
vào.
- Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu đƣợc thu thập và tích hợp, GIS cung cấp chức
năng lƣu trữ và duy trì dữ liệu. Hệ thốn g quản lý dữ liệu hiệu quả phải đảm bảo
các điều kiện về an toàn dữ liệu, toàn vẹn dữ liệu, lƣu trữ và trích xuất dữ liệu, thao tác
dữ liệu.
- Phân tích khơng gian: đây là chức năng quan trọng nhất của GIS làm cho nó
khác với các hệ thống khác. Phân tích khơng gian cung cấp các chức năng nhƣ nội
suy không gian, tạo vùng đệm, chồng lớp.

7


- Hiển thị kết quả: một trong những khía cạnh nổi bật của GIS là có nhiều cách
hiển thị thơng tin khác nhau. Phƣơng pháp truyền thống bằng bảng biểu và đồ thị
đƣợc bổ sung với bản đồ và ảnh ba chiều. Hiển thị trực quan là một trong những khả

năng đáng chú ý nhất của GIS, cho phép ngƣời sử dụng tƣơng tác hữu hiệu với dữ liệu.
1.2.2. Tổng quan về m h nh SW T v một số kh i niệm liên quan.
1.2.2.1. Giới thiệu về mơ hình SWAT
SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là công cụ đánh giá nƣớc và đất đƣợc
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 (USDAUnited States Department of Agriculture) và giáo sƣ Srinivasan thuộc Đại học Texas
A&M, Hoa Kỳ.SWAT cho phép mơ hình hóa nhiều q trình vật lý trên cùng một lƣu
vực. Mơ hình đƣợc xây dựng để mô phỏng ảnh hƣởng của việc quản lý sử dụng
nguồn tài nguyên đất của đến nguồn nƣớc, sự bồi lắng và lƣợng hóa chất sinh ra từ
mất rừng và hoạt động nông nghiệp trên những lƣu vực rộng lớn và phức tạp trong
khoảng thời gian dài. Mặc dù đƣợc xây dựng trên nền các quan hệ thể hiện bản chất
vật lý của hiện tƣợng tự nhiên với việc sử dụng các phƣơng trình tƣơng quan, hồi qui
để mô tả mối quan hệ giữa thông số đầu vào (Sử dụng đất/thảm thực vật, đất, địa hình
và khí hậu) và thơng số đầu ra (lƣu lƣợng dịng chảy, bồi lắng, … ), 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 lƣu vực.
1.2.2.2. Lịch sử phát triển của SWAT
SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là công cụ đánh giá nƣớc và đất.
SWAT đƣợc 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). SWAT là mơ hình dùng để dự báo những
ảnh hƣởng của sự quản lí sử dụng đất đến nƣớc, sự bồi lắng và lƣợng hóa chất sinh ra
từ hoạt động nông nghiệp trên những lƣu vực rộng lớn và phức tạp trong khoảng thời
gian dài. Mơ hình là sự tập hợp những phép toán hồi quy để thể hiện mối quan hệ
giữa giá trị thông số đầu vào và thơng số đầu ra.
Mơ hình SWAT có những ƣu điểm so với các mơ hình trƣớc, đó là: lƣu vực
đƣợc mô phỏng mà không cần dữ liệu quan trắc; khi thay đổi dữ liệu đầu vào (quản lí
sử dụng đất, khí hậu, thực vật…) đều định lƣợng đƣợc những tác động đến chất lƣợng
nƣớc hoặc các thơng số khác; có hiệu quả cao, có thể tính tốn và mơ phỏng trên
lƣu vực rộng lớn hoặc hỗ trợ ra quyết định đối với những chiến lƣợc quản lí đa

dạng, phức tạp với sự đầu tƣ kinh tế và thời gian thấp; cho phép ngƣời sử dụng
nghiên cứu những tác động trong thời gian dài. Nhiều vấn đề hiện nay đƣợc
8


SWAT xem xét đến nhƣ sự tích lũy chất ơ nhiễm và những ảnh hƣởng đến vùng hạ
lƣu.
SWAT tích hợp nhiều mơ hình của ARS, nó đƣợc phát triển từ mơ hình mơ
phỏng tài ngun nƣớc lƣu vực nơng thơn (Simulator for Water Resources in Rural
Basins - SWRRB) (Williams et al., 1985; Arnold et al., 1990). Những mơ hình góp
phần vào sự phát triển của SWAT: hệ thống quản lí nơng nghiệp về hóa chất, rửa trơi
và xói mịn (Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems
- CREAMS) (Knisel, 1980); mơ hình những ảnh hƣởng của sự tích trữ nƣớc ngầm
(GLEAMS - Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems)
(Leonard et al.,1987), đây là phần mở rộng của CREAMS bao gồm bốn thành phần:
thủy văn, xói mịn/ bồi lắng, sự di chuyển của thuốc bảo vệ thực vật và dinh
dƣỡng và mơ hình tính tốn những ảnh hƣởng của các hoạt động sản xuất đến sự xói
mịn (EPIC – Erosion Productivity Impact Calculator) (Williams et al., 1984).
Từ khi SWAT đƣợc xây dựng từ đầu thập niên 1990s, SWAT luôn đƣợc nghiên
cứu để khắc phục khuyết điểm và nâng cao tính năng làm việc, những cải tiến lớn:
♦ SWAT 94.2: sự tổng hợp các đơn vị thủy văn (Hydro logic Response Units HRUs).
♦ SWAT 96.2: thêm vào những lựa chọn trong quản lí q trình bón phân, tƣới
nƣớc; các hồ trữ nƣớc, thành phần CO2 vào sự phát triển của cây trồng; tính tốn
khả năng thốt hơi nƣớc của Penman - Monteith; những dịngnƣớc bên trong đất
vào mơ hình động học; tính tốn chất lƣợng nƣớc đối với các thơng số: phân bón và
thuốc trừ sâu bằng mơ hình chất lƣợng nƣớc sơng (QUAL2E).
♦ SWAT 98.1: thêm vào cải tiến mơ hình chất lƣợng nƣớc và tan băng; mở
rộng chu trình dinh dƣỡng; những ứng dụng của trồng trọt, chăn nuôi và xét đến
dòng nƣớc mƣa. SWAT98.1 đã đƣợc ứng dụng nghiên cứu trên vùng Southern
Hemisphere.

♦ SWAT 99.2: cải thiện chu trình dinh dƣỡng, thêm vào mơ hình sự di chuyển
dinh dƣỡng ở vùng hồ, vùng đầm lầy; khả năng trữ nƣớc trên các đoạn sông; sự di
chuyển của các kim loại. Mơ hình thay đổi cách biểu thị năm từ 2 chữ số sang 4 chữ
số.
♦ SWAT 2000: thêm vào mô hình sự vận chuyển vi sinh vật; cải tiến trạm
quan trắc thời tiết cho phép đọc các dữ liệu bức xạ mặt trời, độ ẩm, tốc độ gió.
♦ SWAT 2005: cải thiện mơ hình sự vận chuyển vi sinh vật; thêm vào kịch bản
dự báo thời tiết, lƣợng mƣa theo nửa ngày, thơng số để tính tốn CN.

9


Thêm vào đó, SWAT 2005 có một điểm nổi bật là giao diện chƣơng trình khá
thân thiệt với ngƣời dùng, đƣợc phát triển trên nền Windows, GRASS và ArcView,
ngôn ngữ lập trình là Visual Basic.
1.2.2.3. Định nghĩa lưu vực
Brooks et al. (1992) đã mô tả lƣu vực là một khu vực đất đƣợc phân chia dựa
vào địa hình trên cơ sở của đƣờng phân thuỷ (Rainwater bourdary) để lƣợng mƣa có
thể chảy đƣợc thơng qua hệ thống sơng với điểm cuối của lƣu vực đƣợc gọi là
outlet, hoặc điểm cuối của lƣu vực này sẽ là điểm đầu của lƣu vực khác. Nơi đây có
thể đổ ra lƣu vực lớn, ra hồ hoặc đổ thẳng ra biển.
Lƣu vực là một hệ thống rất lớn trên mặt đất, những khu vực gần nhau đƣợc chia
cách bởi các đƣờng phân thuỷ. Lƣu vực là một hệ thống độc lập rất phức tạp gồm
những thành phần hữu sinh và vô sinh, thƣờng kết nối với các hệ sinh thái khác
nhau. Lƣu vực không nhất thiết là một vùng cao hay vùng địa hình núi, nó có thể
tồn tại ở vùng đồng bằng.
Bƣớc đầu tiên để thiết lập khu vực nghiên cứu, cần phải chia nhỏ lƣu vực thành
những lƣu vực đơn vị hay còn gọi là tiểu lƣu vực. SWAT cho phép định nghĩa các
tiểu lƣu vực nằm trong biên giới của lƣu vực nghiên cứu.

Hình 1.2. Lưu vực sơng
1.2.2.4. Định nghĩa tiểu lưu vực
Một lƣu vực lớn sẽ đƣợc chia nhỏ thành nhiều tiểu lƣu vực. Mỗi tiểu lƣu vực có
vị trí địa lí trong lƣu vực và có mối quan hệ về mặt không gian với các tiểu lƣu vực
khác.
Tiểu lƣu vực đƣợc xác lập dựa trên đƣờng phân thuỷ, phụ thuộc vào địa hình
bề mặt, kéo dài từ dịng chảy đến điểm ra (outlet) của tiểu lƣu vực đó.
10


Một tiểu lƣu vực chứa ít nhất một HRU, một sơng nhánh và một sơng chính
1.2.2.5. Định nghĩa đơn vị thuỷ văn (HRU)
Một tiểu lƣu vực có thể chia nhỏ thành các đơn vị thuỷ văn, mỗi đơn vị thuỷ
văn có sự tƣơng đồng nhau về thuộc tính đất, sử dụng đất, độ dốc. Những đơn vị
thuỷ văn đƣợc kết hợp vào SWAT nhƣ một phần của HUMUS (Hydrologic Unit
Model for the United States).
Những mơ hình HUMUS trƣớc đây chỉ kết hợp một trong ba thuộc tính sử dụng
đất/đất/ quản lí. HUMUS sử dụng biên thủy văn 2- digit để chia thành các bang của
nƣớc Mỹ kề nhau trong khi biên thủy văn 8- digit đƣợc dùng để xác định tiểu lƣu
vực. Chỉ có % loại đất và sử dụng đất là biết cịn vị trí địa lí của mỗi loại thì chƣa
đƣợc biết. Đơn vị thủy văn cho phép SWAT thể hiện tính đa dạng của khu vực nằm
trong biên giới tiểu lƣu vực.
Một đơn vị thủy văn không đồng nghĩa với một trƣờng, nó là một khu vực
với những đặc điểm tƣơng đồng về sử dụng đất, đất và độ dốc. Trong khi đó, một
trƣờng chứa những đặc điểm rời rạc. Đơn vị thủy văn cho phép làm đơn giản hóa mơ
hình. Cần chấp nhận rằng khơng có sự tác động lẫn nhau giữa các đơn vị thủy văn
trong tiểu lƣu vực. Các q trình rửa trơi, bồi lắng, di chuyển dinh dƣỡng sẽ đƣợc
tính tốn độc lập trên mỗi đơn vị thủy văn, trên cơ sở đó sẽ đƣợc cộng lại trên toàn
bộ tiểu lƣu vực. Lợi ích khi sử dụng đơn vị thủy văn là: làm tăng độ chính xác của
dự báo các q trình. Thơng thƣờng mỗi tiểu lƣu vực có 1 – 10 đơn vị thủy văn.

Trong đó, sơng chính sẽ chảy qua tất cả các tiểu lƣu vực, kéo vật chất từ trong
tiểu lƣu vực ra hệ thống sơng ngịi. Dịng ra của khu vực thƣợng lƣu sẽ là dòng vào
của khu vực hạ lƣu. Sông nhánh đƣợc sử dụng để cho thấy sự khác nhau về dữ liệu
đầu vào của những dòng chảy gây ra rửa trôi bề mặt. Những dữ liệu đó để tính
tốn thời gian hình thành dịng chảy gây rửa trơi và sự lan truyền ơ nhiễm từ q
trình rửa trơi đó. Nguồn ơ nhiễm điểm thơng thƣờng là các trạm xử lí nƣớc thải, cửa
xả của các nhà máy, khu dân cƣ
1.2.2.6. Dữ liệu đầu vào sử dụng trong SWAT
Dữ liệu đầu vào của SWAT đƣợc sắp xếp theo từng cấp độ chi tiết: lƣu vực,
tiểu lƣu vực hay đơn vị thuỷ văn. Những đối tƣơng đơn lẻ nhƣ: hồ, nguồn điểm có dữ
liệu đặc trƣng của đối tƣợng đó, và cũng nằm trong lƣu vực.
Dữ liệu đầu vào đƣợc sử dụng để chạy mơ hình các q trỉnh diễn ra trong lƣu
vực. Phƣơng pháp đƣợc lựa chọn để mơ hình hố khả năng bốc hơi trực tiếp và
gián tiếp sẽ ứng dụng trên tất cả các đơn vị thuỷ văn (HRU). Dữ liệu ở mức độ tiểu
lƣu vực đó nếu dữ liệu thuộc một q trình đƣợc mơ hình trong HRU. Tƣơng tự với
dữ liệu cấp HRU.
11


Bảng 1.1. Bảng file dữ liệu đầu vào của mô hình SWAT
ST

Loại file

Tên file

Mơ tả

*.bsn

File đặc tính chung

Gồm diên tích lƣu vực,độ

T
1

của lƣu vực

dốc, hệ số dòng chảy mặt,
lƣợng chất dinh dƣỡng, chất
bảo vệ thực vật

2

*.wgn

Tổng quan khí hậu

Gồm kinh độ , vĩ độ cuả
trạm đo; lƣợng mƣa nhiệt độ
trung bình tháng, nhiệt độ lớn
nhất, nhỏ nhất, vận tốc gió..

3

*.pcp

Lƣợng mƣa

Tọa độ độ cao của trạm
đo,liệt kê lƣợng mƣa đo đạc
từng ngày

4

*.tmp

Nhiệt độ khơng khí
đo đạc

Tọa độ, độ cao trạm đo,
liệt kê nhiệt độ lớn nhất nhỏ
nhất đo đạc từng ngày

5

*.tmp

Nhệt độ khơng khí đơ
đạc

Tọa độ, độ cao trạm đo.
Số liệu bức xạ mặt trời hàng
ngày tại trạm đo

6

*.wnd

Tốc độ gió đo đạc

Tọa độ, độ cao trạm đo.
Số liệu tốc độ gió hàng ngày
tại trạm đo

7

*.hmd

Độ ẩm tƣơng đối đo
đạc

Tọa độ, độ cao trạm đo.
Số liệu độ ẩm tƣơng đối tại
trạm đo

8

*.pet

Bốc hơi tiềm năng đo
đạc

Tọa độ, độ cao trạm đo.
Số liệu bốc hơi tiềm năng
hằng ngày tại trạm đo

9

*.sub

Đặc tính chung của
lƣu vực con
12

Gồm tổng số các lƣu vực
con đƣợc chia trên lƣu vực,


cao trình của mỗi lƣu vực, tỷ
trọng mƣa, tỷ trọng nhiệt độ
10

*.hru

Tổng quan một đơn vị

Dữ liệu đầu vào của HRU

thủy văn
11

*.sol

Đất đai

Gồm tên đất, nhóm đất
thủy văn, độ sâu lớn nhất của
lớp đất, % cát, % sét…

12

*.chm

Tính chất hóa học của
đất

Chứa thơng tin về đặc
điểm hóa học của các loại đất
trong HRU

13

*.mgt

Quản lý lƣu vực

Bao gồm trồng cây, thu
hoạch, hệ thống tƣới tiêu, hệ
thống phân bón, thuốc trừ sâu

14

*.wus

Sử dụng nƣớc

Chứa thơng tin về tổng
lƣợng nƣớc trên tồn lƣu vực

15

*.gw

Nƣớc ngầm

Chứa thơng tin về độ
nơng

16

*.rte

Kênh chính

Chiều rộng kênh, chiều
sâu, hệ số nhấm kênh

17

*.res

Gồm số lƣu vực con mà

Hồ chứa

có hồ chƣá
18

*.wwq

Chất lƣợng nƣớc tổng

lƣợng nƣớc lƣu vực

quát
19

*.swq

Chất lƣợng nƣớc trên

*.lwq

Chất lƣợng nƣớc

Chứa thông tin chất
lƣợng nƣớc trong hồ

trong hồ
21

Chứa thơng tin chất
lƣợng nƣớc tiểu lƣu vực

kênh chính
20

Chứa thơng tin chất

Crop.dat

Dữ liệu về cây trồng

Till.dat

Dữ liệu canh tác

Urban.dat

Dữ liệu đất đô thị
(Nguồn: Nguyễn Hà Trang, 2009).
13


Bảng 1.2. Bảng file dữ liệu đầu ra của mô hình SWAT
STT
1
2

Loại file
Input.std
Output.std

3

*.sbs

4

5
6

*.bsb
*.rch
*.srv

Tên file
Tổng kết các input
Tổng kết các output
Output của đơn vị thuỷ
văn
Output của tiểu lƣu vực
Output của kênh chính
Output của hồ chứa
(Nguồn: Nguyễn Hà Trang, 2009).

1.4. TỔNG QU N C C C NG TR NH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT N M
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Nhìn chung, nghiên cứu phát triển và ứng dụng mơ hình tốn trong quản lý sử
dụng hợp lý tài nguyên nƣớc lƣu vực sông là một trong những vấn đề đang đƣợc nhiều
nhà khoa học và các tổ chức trên thế giới quan tâm, đặc biệt ở Mỹ, châu Âu, châu Úc.
Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá lƣu lƣợng dịng chảy và CLN của lƣu
vực sơng dƣới tác động của biến đổi sử dụng đất, biến đổi khí hậu,….với các mơ hình
đƣợc sử dụng nhƣ là MIKE, NAM, SWAT, QUAL2E, WASP5, CE- QUAL - RIV1…
Một số nghiên cứu điển hình nhƣ: các mơ hình tăng cƣờng CLN QUAL2E và
QUAL2E- UNCAS (Brown, LC and TO Barnwell, Jr., 1987); Mơ hình dịng chảy
mặt và ngầm (Amild, JG, PM Allen, and G. Bemhardt, 1993); Sự kết hợp giữa mơ
hình chất lƣợng lƣu vực nhỏ với công cụ GIS (Srinivasan, R., and JG Arnold, 1994);

Ảnh hƣởng của biến đổi không gian lên mơ hình của lƣu vực (Mamillapalli, S., R.
Srinivasan, JG Arnold, and BA Engel, 1996).
Ngồi ra, có rất nhiều cơng trình nghiên cứu đã sử dụng mơ hình SWAT nhƣ ứng
dụng GIS và mơ hình SWAT điều tra các hiệu ứng thủy văn tại lƣu vực sông
Sanducky, Hoa Kỳ (Chen Qui, 2001); Đánh giá sự thay đổi sử dụng đất tại lƣu vực
sông Pinios ở Thesaly (Pikounis M. and Varanou E., 2003); Sử dụng mơ hình SWAT
để mơ hình hóa CLN sơng Raccoon, Hoa Kỳ (Manoj K jha, Jeffrey Arnod and Phililip
Gasman, 2006); Ứng dụng GIS và mơ hình SWAT để phân tích và định lƣợng cân
bằng nƣớc cho lƣu vực sông Kunthipuzha ở Kerala, Ấn Độ (Sathian K. and Syamala
P., 2007).
1.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Hiện nay, có khá nhiều mơ hình đánh giá CLN lƣu vực sông đang đƣợc dùng
nhiều nhƣ là NAM, SWAT, MIKE BASIN,… Sử dụng công cụ SWAT đã đƣợc các
14