đánh giá thay đổi sử dụng đất lên đặc tính thủy văn lưu vực sông dương đông, phú quốc, kiên giang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

NGUYỄN THỊ BÍCH PHƯỢNG, 3113831

ĐÁNH GIÁ THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT LÊN ĐẶC TÍNH
THỦY VĂN LƯU VỰC SÔNG DƯƠNG ĐÔNG,
PHÚ QUỐC, KIÊN GIANG

Giảng viên hướng dẫn
Th.s Võ Quốc Thành
T.s Văn Phạm Đăng Trí

Cần Thơ, tháng 12/2014

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

NGUYỄN THỊ BÍCH PHƯỢNG, 3113831

ĐÁNH GIÁ THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT LÊN ĐẶC TÍNH
THỦY VĂN LƯU VỰC SÔNG DƯƠNG ĐÔNG,
PHÚ QUỐC, KIÊN GIANG

Giảng viên hướng dẫn
Th.s Võ Quốc Thành

T.s Văn Phạm Đăng Trí

Cần Thơ, tháng 12/2014
ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thànhluận văn này, em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy,
Cô của khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên.Em xin gởi lời cảm ơn chân thành
nhất đến Ths.Võ Quốc Thành với những tư vấn và hỗ trợ rất lớn trong khi xây dựng các
phương pháp thực hiện cũng như hướng dẫn trực tiếp luận văn tốt nghiệp.Đặc biệt, em xin
gởi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Văn Phạm Đăng Trí đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn các Anh, Chị trong nhóm
nghiên cứu tài nguyên nước “ Phòng Máy Tính”.
Rất chân thành gởi lời cảm ơn đến anh Giáp Văn Vinh- Trung Thủy Văn Sông Cửu Long,
các Cô, Chú, Anh, Chị cán bộ Trạm Khí Tượng Hải Văn Phú Quốc, Phòng Tài Nguyên
Môi Trường huyện Phú Quốc và Sở Tài Nguyên Môi Trường tỉnh Kiên Giang.
Tuy em đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm nên không tránh
khỏi sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến của Quí Thầy, Cô và các Bạn.
Kính chúc sức khỏe và thành công.
Cần Thơ, ngày 1 tháng 12 năm 2014

iii


TÓM TẮT
Nghiên cứu được thực hiện để xem xét các đặc tính thủy văn và đánh giá tác động của
thay sử dụng đất lên xu hướng dòng chảy lưu vực sông Dương Đông, Phú Quốc Kiên Giang. Mô
hình SWAT (Soil and water Assesment Tool) đã được ứng dụng để mô phỏng hai kịch bản: (i)
kịch bản nền xây dựng các thông số chính cho mô hình,(ii) kịch bản đánh giá ảnh hưởng của thay

đổi sử dụng đất lên dòng chảy xét trong điều kiện cụ thể hiện trạng năm 2005 và 2010. Nghiên
cứu đã đo đạc thủy lực trên sông Dương Đông vào đầu mùa mưa để xây dựng các thông số nền
cho mô hình.Thêm vào đó, phân tích độ nhạy được thực hiện để lựa chọn những thông số có ảnh
hưởng đáng kể đến lưu vực nghiên cứu. Qua đó,hệ số trễ dòng chảy mặt (SUR_LAG), hệ số triết
giảm dòng chảy ngầm (APHAL_BF), hệ số dòng chảy mặt (CN2), độ dẫn thủy lực trong dòng
chảy chính (CH_K2), hệ số nhám bề mặt (OV_N) và hệ số nhám bề mặt (CH_N2) được lựa chọn
hiệu chỉnh mô hình. Kết quả hiệu chỉnh với hệ số tương quan R2=0,94 và hệ số hiệu quả
NS=0,68. Kiểm định mô hình với R2=1 và NS=0,99. Bên cạnh đó, mô phỏng dòng chảy dựa trên
kịch bản sử dụng đất (SDĐ 2005, SDĐ 2010) cũng cho thấy,dòng chảy bề mặt đối với sự thay đổi
hiện trạng sử dụng đất năm 2005 và 2010 có khác biệt không đáng kể.

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... i
TÓM TẮT ............................................................................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ viii
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... x
CHƯƠNG 1 ......................................................................................................................... 1
GIỚI THIỆU ........................................................................................................................ 1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1

1.2

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .................................................................................. 2

1.2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................................................ 2
1.2.2 Mục tiêu cụ thể ...................................................................................................... 2
1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................. 2

1.4

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................... 2

1.4.1

Ý nghĩa khoa học ................................................................................................ 2

1.4.2

Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................ 3

1.4.3

Cấu trúc luận văn ............................................................................................... 3

CHƯƠNG 2 ......................................................................................................................... 4
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................................................... 4
2.1

KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................................................................... 4

2.1.1

Vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................................... 4

2.1.2

Đặc điểm tự nhiên và khí hậu............................................................................. 4

2.1.3

Hiện trạng sử dụng nguồn nước ở địa phương .................................................. 7

2.2

KHÁI QUÁT VỀ MÔ HÌNH THỦY VĂN ........................................................... 8

2.2.1

Khái quát về tính ứng dụng của các mô hình thủy văn ..................................... 8

2.2.2

Giới thiệu mô hình thủy văn SWAT .................................................................. 10
v


2.2.3

Cơ sở hình thành lưu vực và mô phỏng dòng chảy trên lưu vực ..................... 11

2.2.4

Các quá trình cân bằng nước trong lưu vực .................................................... 12

a.

Hệ số dòng chảy mặt ...................................................................................... 154

b.

Diễn toán dòng chảy trong kênh ...................................................................... 15

c.

Bốc thoát hơi .................................................................................................... 17

d.

Quá trình thấm và nước ngầm ......................................................................... 17

2.2.5

Khái quát về phương pháp hiệu chỉnh mô hình tự động .................................. 17

2.2.6

Các nhóm thông số trong mô hình ................................................................... 19

a.

Các thông số về đất và nước ngầm .................................................................. 19

b.

Các thông số trong hệ thống kênh .................................................................... 20

c.

Các thông số về dòng chảy mặt ........................................................................ 20

2.4

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 21

2.4.1

Các nghiên cứu ở nước ngoài .......................................................................... 21

2.4.2

Các nghiên cứu trong nước có liên quan ......................................................... 22

CHƯƠNG 3 ....................................................................................................................... 23
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................. 23
3.1

PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN .............................................................................. 23

3.1.1

Sơ đồ nghiên cứu .............................................................................................. 23

3.1.2

Các yếu tố đầu vào trong mô hình SWAT ........................................................ 24

a.

Bản đồ sử dụng đất và loại đất ........................................................................ 24

b.

Địa hình (DEM) ............................................................................................... 25

c.

Khí tượng.......................................................................................................... 25

d.

Thủy văn ........................................................................................................... 26

3.1.3

Phương pháp đo đạc thủy văn .......................................................................... 26

3.1.4

Hoạt động của con người ................................................................................. 27

3.2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 27

3.2.1 Thu thập dữ liệu mô hình SWAT .......................................................................... 27
3.2.2

Xử lý số liệu đầu vào ........................................................................................ 28

3.2.3

Xây dựng kịch bản ............................................................................................ 28
vi


Thiết lập mô hình ................................................................................................. 28

3.4
4.1.1

Lựa chọn số thông số hiệu chỉnh ..................................................................... 28
Đánh giá kịch bản sử dụng đất ............................................................................. 31

3.5

CHƯƠNG 4 ....................................................................................................................... 32
KẾT QUẢ THẢO LUẬN.................................................................................................. 32
4.1

HIỆU CHỈNH, KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH ................................................................ 32

4.1.1

Phân tích độ nhạy các thông số đầu vào .......................................................... 32

4.1.2

Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ........................................................ 32

4.1.3

Phân tích các yếu tố không chắc chắn ............................................................. 36

4.2

Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất lên lưu vực nghiên cứu.......................... 37

4.2.1

Đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất lên dòng chảy ............................... 37

4.2.2

Phân phối nguồn nước trong lưu vực .............................................................. 38

CHƯƠNG 5 ....................................................................................................................... 40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 40
5.1

Kết Luận .................................................................................................................. 40

5.2

Kiến nghị ................................................................................................................. 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 42

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng

Tựa bảng

Trang

Bảng 2. 1

Một số loại sử dụng đất chính trong lưu vực

6

Bảng 2. 2

Giá trị dòng chảy bề mặt ( SCS Engineer Division, 1986)

14

Bảng 3. 1

Các yếu tố khí tượng được áp dụng

26

Bảng 3. 2

Các kịch bản xây dựng cho mô hình

28

Bảng 3.3

Các thông số lựa chọn hiệu chỉnh mô hình

29

Bảng 3. 4

Bảng đánh giá mức độ đánh giá hệ số NS

30

Bảng 4. 1

Giá trị độ nhạy các thông số hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

32

Bảng 4. 2

Các thông số chính hiệu chỉnh mô hình

33

viii


DANH MỤC HÌNH

Hình

Tên hình

Hình 1. 1
Hình 2. 1

DEM và vị trí lưu vực nghiên cứu
Biểu đồ phân phối lượng mưa đặc trưng giai đoạn 1988-2012
trạm hải văn Phú Quốc- Biển Tây
Quá trình hình thành hướng dòng chảy (A) hướng dòng chảy, (B)

Hình 2. 2

Trang
1
5
12

Mạng lưới dòng chảy

Hình 2. 3

Hình 2. 4
Hình 2. 5
Hình 2. 6
Hình 3. 1
Hình 3. 2
Hình 3. 3
Hình 3. 4
Hình 4. 1
Hình 4. 2
Hình 4. 3
Hình 4. 4
Hình 4. 5
Hình 4. 6
Hình 4. 7
Hình 4. 8

Quá trình tập trung dòng chảy trong các nhánh sông chính
Quan hệ mưa và dòng chảy trong đường cong CN
Mối quan hệ giữa nước dưới đất và hệ thống sông, suối
Mối quan hệ giữa các thông số trong cân bằng nước
Sơ đồ nghiên cứu
Bản đồ sử dụng đất 2010
Bản đồ loại đất khu vực nghiên cứu
Tác động của con người lên lưu vực nghiên cứu (Phú Quốc
6/2014)
Tương quan dòng chảy thực đo và mô phỏng
Tương quan giữa dòng chảy thực đo và lượng mưa
Phân bố lượng mưa từ tháng 5 đến tháng 6 năm 2014
Tính chắt chắn trong giai đoạn hiệu chỉnh mô hình
Tính chắt chắn trong giai đoạn kiểm định mô hình

Xu hướng biến động dòng chảy ở hai kịch bản
Thay đổi sử dụng đất 2005 và 2010
Phân phối nguồn nước trong lưu vực

12
13
20
21
23
24
25
27
35
35
35
36
36
37
38
38

ix


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt:
DEM:
KB:
UBND:

SDĐ:

Biến đổi khí hậu
Cao độ số
Kịch bản
Ủy ban nhân dân
Sử dụng đất

x


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Phú Quốc là khu vực có nguồn nước mưa dồi dào với lượng mưa trung bình hằng
năm trên 3037 mm, mô - đun dòng chảy Mo=52,321l/s/km2. Sông Dương Đông là một
trong hai lưu vực lớn trên đảo, đóng vai trò chính cung cấp nguồn nước cho cả lưu vực và
gắn liền với sinh kế của một bộ người dân trên đảo (những người dân sống ven sông và
khu vực thượng nguồn). Do vậy, hiểu rõ những đặc tính thủy văn và đánh giáđược tác
động của thay đổi sử dụng đất lên dòng chảygiúp địa phương xây dựng các kế hoạch quy
hoạch sử dụng tài nguyên đất và nước hợp lý. Bên cạnh, bảo tồn những giá trị tự
nhiên,còn đảm bảo nguồn tài nguyên này được phân phối cân bằng giữa các khu vực cộng
đồng.

Hình 1. 1: DEM và vị trí lưu vực nghiên cứu
(Nguồn: )

Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

1


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.2.1 Mục tiêu tổng quát
- Đánh giá ảnh hưởng của yếu tố sử dụng đất lên đặc tính thủy văn lưu vực sông
Dương Đông
1.2.2 Mục tiêu cụ thể
- Tìm hiểu đặc tính thủy văn lưu vực sông Dương Đông và xác định các yếu tố ảnh
hưởng đến chế độ thủy văn.
- Ứng dụng mô hình thủy văn SWAT (Soil and Water Assessment Tool) tính toán
lưu lượng dòng chảy lưu vực theo kịch bản nền và các kịch bản sử dụng đất quá
khứ. Từ đó, đánh giá tác động của sự thay đổi này lên đặc tính nguồn nước.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-

Thu thập số liệu khí tượng (lượng mưa, nhiệt độ, tốc độ gió, bức xạ mặt trời và độ
ẩm) và các loại bản đồ (bản đồ sử dụng đất, bản đồ các loại đất, bản đồ lưu vực
sông), kết hợp khảo sát điều tra thực địa.

-

Xử lí số liệu, tạo dữ liệu đầu vào cho mô hình SWAT.

-

Xây dựng kịch bản mô phỏng cho mô hình.

-

Thực hiện đo đạc dòng chảy thực địa.

-

Chạy mô hình SWAT, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.

-

Đánh giá thay đổi nguồn nước trong điều kiện các kịch bản

-

Viết báo cáo tổng hợp.

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
1.4.1 Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu nhằm xác định mối tương quan giữa đặc tính thủy văn và điều kiện sử
dụng đất thông qua công cụ mô hình toán (công cụ đang được phát triển nhanh và hiệu
quả). Khu vực nghiên cứu có những yếu tố khác biệt về thủy văn và địa hình song chưa
được nghiên cứu cụ thể. Do đó, đề tài giúp hiểu được ảnh hưởng của sử dụng đất đến

dòng chảy, cũng như xác định các yếu tố chính có thể làm thay đổi đặc tính dòng chảy.
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

2


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

Ngoài ra, kết quả còn mở rộng khả năng ứng dụng mô hình thủy văn cho việc quản lý tài
nguyên nước của địa phương.
1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Quản lý tài nguyên bằng các công cụ mô hình đã được phát triển từ lâu nhưng phát
triển mạnh trong những năm gần đây.Tuy nhiên, sử dụng công cụ này trong quản lý tài
nguyên ở địa phương chưa được ứng dụng nhiều, đặc biệt là những khu vực có điều kiện
tự nhiên, kinh tế khó khăn.Bên cạnh đó, khu vực nghiên cứu là khu vực quan trọng trong
bảo vệ đa dạng sinh học (rừng quốc gia Phú Quốc, Khu bảo tồn Đa Dạng Sinh Học biển
Phú Quốc). Do đó, kết quả nghiên cứu hỗ trợ những nhà quy hoạchvà đưa ra quyết định
có cơ sở để đánh giá các phương án quy hoạch và là công cụ để quản lý hiệu quả nguồn
tài nguyên nước trên lưu vực. Đặc biệt, đối tượng nghiên cứu muốn hướng đến nhiều
nhiều nhất là người dân.Bởi hơn ai hết họ chính là đối tượng tác động và bị tác động của
nguồn nước trên lưu vực.Bằng những đánh giá, dự đoán dựa trên cơ sở khoa học về các
vấn đề tài nguyên nước, để giúp người dân có những nhận thức sơ khởi về tài nguyên
nước và tận dụng nguồn tài nguyên này để phát triển kinh tế.
1.4.3 Cấu trúc luận văn
Luận văn được chia ra 4 phần chính
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Lược khảo tài liệu
Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết quả thảo luận
Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

3


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1

KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu
Huyện đảo Phú Quốc nằm trong biển Tây với tổng diện tích tự nhiên 58.923 ha,
bao gồm 40 hòn đảo.Trong đó, đảo chính Phú Quốc có diện tích tự nhiên 56.779 ha, bờ
phía bắc cách Campuchia khoảng 4km, bờ phía Đông cách Hà Tiên 46 km và cách Rạch
Giá 115 km.Diện tích lưu vực 9.935 ha, nằm trong khu vực ba xã Cửa Dương, Dương
Đông và Dương Tơ, dòng chính sông Dương Đông với chiều dài 18,5 km,dòng chảy
chính theo hướng Đông Bắc -Tây Nam, đổ ra tại cửa Dương Đông (Thái Thành Lượm et
al., 2012) (Hình1.1)
2.1.2 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu
a. Điều kiện khí hậu
Mưa và các yếu tố khí tượng điều khiển quá trình cân bằng nước và xác định các
mối quan hệ giữa các thành phần trong chutrình tuần hoàn nước (S.L.Neitsch et al., 2011).

Khu vực nghiên cứu đặc trưng bởi khí hậu cận xích đạo, nhiệt đới, gió mùa thường xuyên
nóng ẩm với hai mùa, 6 tháng mùa khô bắt đầu tháng 12 đến tháng 3, sáu tháng mùa mưa
bắt đầu tháng 4-11, cao điểm mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 9, lượng mưa đạt cao nhất
vào khoảng tháng VII trung bình khoảng 470mm (Hình 2.1). Lượng mưa trung bình năm
trên 3.037mm phân bố theo mùa rõ rệt, mùa mưa chiếm hơn 90% tổng lượng mưa cả
năm. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 26– 27oC, vào tháng 4 và tháng 5 nhiệt độ cao nhất
đạt 35 0C. Gió mùa Tây Nam từ tháng 5 - 10, với tốc độ từ 3,0 tới 5,1m/s.

Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

4


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

Hình 2. 1: Biểu đồ phân phối lượng mưa đặc trưng giai đoạn 1988-2012 trạm hải văn
Phú Quốc- Biển Tây
Nguồn: Trạm Khí Tượng Hải Văn Phú Quốc

b. Đặc điểm địa hình
Địa hìnhlà cơ sở hình thành các lưu vực và chi phối đến các yếu tố cân bằng nước
trong hệ thống thủy văn.Với cùng một điều kiện, quá trình thấm ở các lưu vực miền đồng
bằng sẽ lớn hơn so với vùng đồi núi. Địa hình dốc, thời gian tập trung nước trong lưu vực
ngắn, làm giảm khả năng trữ nước mặt trong lưu vực. Phú Quốc cơ bản chia ra làm hai
vùng địa hình đặc trưng: Bắc Đảo (từ TL 47 trở lên) quy mô diện tích khoảng 40.000 ha.
Đồi núi chiếm chủ yếu (70%), độ đốc trung bình 25-30o,phần diện tích còn lại bao gồm
đồi thấp và các dãy đất tương đối bằng hoặc lượn sóng. Hướng địa hình chủ yếu thấp dần
từ Bắc xuống Nam, từ Đông sang Tây. Phía Bắc có dãy núi Bãi Đại (cao 200m so với

mực nước biển), dãy núi Hàm Rồng (365m), núi Chảo (382m). Phía Đông, dãy núi Hàm
Ninh tạo thành hình cánh cung kéo dài hơn 30 km theo hướng Bắc-Nam, đỉnh núi Chúa
cao 565m, sườn phía Đông dốc, phía Tây thoải thấp dần về phía Dương Đông-Cửa Cạn.
Phía Tây núi thấp dần không tạo thành dãy, một số chỉnh cao 100-200m. Phía Nam có
dãy Dương Đông và Suối Đá với các đỉnh cao 100-150m.Vùng Nam Đảo, diện tích không
lớn khoảng 16.700ha, bao gồm núi thấp xen kẽ các dãy đất tương đối bằng phẳng, thấp
dần theo hướng từ Đông –Bắc xuống Tây –Nam với độ dốc nhỏ hơn 15%.
c. Khái quát về đất và sử dụng đất
Theo phân loại WRB-FAO (98) đất ở Phú Quốc có thể phân ra làm năm nhóm chính
(Huỳnh Văn Định, 2010, Phòng Tài Nguyên Môi Trường Huyện Phú Quốc, 2006)
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

5


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

- Nhóm đất Arenosol bao gồm ba nhóm chính Ferralic Arenosols có thành phần cơ giới
thô thay đổi từ cát đến cát pha. Nhóm Gleyic Arenosols có thành phần cơ giới mịn.
Hypoluvic Arenosols còn gọi là đất cồn cát trắng vàng thành phần cơ giới thô, tổng
diện tích của nhóm đất này khoảng 11.044 ha.
-

Nhóm Fluvisols nhóm này có một đơn vị
Gleyic Fluvisols- đất phù sa gley, đất có thành phần giới mịn, từ thịt nhẹ đến thịt trung
bình, diện tích khoảng 1.177 ha.

- Nhóm Acrisols bao gồm hai nhóm, Arenic Acrisols –đất xám có tầng trên dày hơn

100cm, tầng dưới mỏng lẫn nhiều đá, thành phần cơ giới thô. Nhóm Gleyic Acrisols
chủ yếu là sản phẩm phân hóa từ đá cát,tầng mặt giàu mùn.
- Nhóm Acrisols với hai nhóm phụ Skeletic Acrisols và Arenic Acrisols, nhóm đất phân
bố ở các độ dốc khác nhau. Thành phần cơ giới nhẹ từ thịt nhẹ đến thịt trung bình, tổng
diện tích nhóm này khoảng 36.685 ha.
Đối với những lưu vực nhỏ, yếu tố mặt đệm có ảnh hưởng đáng kể đến chế độ
dòng chảy sông (Nguyễn Thanh Sơn, 2003).Khu vực nghiên cứu được bao phủ gần 75%
bởi rừng, phần diện tích còn lại là các khu dân cư và hệ thống công trình công cộng phát
triển với quy mô nhỏ.Đất sản xuất nông nghiệp bao gồm vườn trồng tiêu, điều và cây rau
củ ngắn ngày.Diện tích mặt nước chủ yếu bao gồm các hệ thống sông nhánh và sông
chính, suối và hồ chứa nước.Các khu đầm lầy nhỏ ven sông chiếm diện tích không đáng
kể(Phòng Tài Nguyên Mô Trường Huyện Phú Quốc,2010).Bảng 2.1 thể hiện các loại sử
dụng đất chínhở Phú Quốc
Bảng 2. 1: Một số loại sử dụng đất chính trong lưu vực
STT
Loại sử dụng đất
1
Rừng đặc dụng(rừng tự nhiên lá rộng thường xanh,
rừng trồng trưởng thành)
2
Rừng phòng hộ(rừng tự nhiên hỗn hợp xen với cây bụi)
3
4
5
6
7
8

Đất dân cư và các công trình công cộng vùng ven đô
thị và các khu dân nông thôn

Đất dân cư tập trung ở đô thị
Đất dân cư ở nông thôn
Đất nương rẫy xen lẫn dân cư ở nông thôn, đất trồng
cây công nghiệp
Đất vườn tiêu
Đất công trình đô thị, cơ quan, khu vui chơi,công trình

Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

Mã trong mô hình SWAT
FRSE/FOEB
FRST
URMD
URHD
URLD
AGRL
PEPP
UCOM
6


Luận văn tốt nghiệp

9
10
11
12

văn hóa, các khu sản xuất
Đất quốc phòng

Đất giao thông
Hệ thống sông suối và hồ
Đất cây bụi thấp và đồng cỏ

QLTN&MT K37

UNIS
UTRN
WATR
GRAS

d. Khái quát về dòng chảy và thủy triều
Chế độ thủy văn ở Phú Quốc có quan hệ chặt chẽ với đặc điểm khí tượng, điều
kiện địa hình và chế độ triều. Với hệ thống sông, rạch khá phát triển mật độ khoảng 0.42
km/km2, Phú Quốc được đánh giá có tiềm năng dòng chảy bề mặt khá cao vớimô đun
dòng chảy trung bình hằng năm ước tính khoảng 52,321(l/s/km2).Tuy nhiên, phần lớn lưu
dòng chảy này chỉ tập trung vào các tháng cao điểm mùa mưa, các rạch lớn trên đảo
thường ngắn và dốc nên khả năng giữ nước vào mùa mưa hạn chế, điển hình như Rạch
Cửa Cạn (28,7km), rạch Dương Đông (18,5km), rạch Đầm (14,8 km).
Lũ thường xuất hiện vào tháng VIII-IX, sau những đợt mưa thường kéo dài hàng
tuần, lượng mưa lớn,cùng với điều kiện địa hình dốc thời gian tập trung dòng chảy ngắn,
cửa sông rạch hẹp và thường xuyên bị bồi lấp gây tình trạng ngập cục bộ ở một số vị trí
hạ lưu sông và các khu vực trũng trong nội địa như khu vực ấp Cây Bến, Đồng Tràm Cửa
Cạn, khu đồng trũng Lung Ba Gà. Thời gian ngập duy trì từ 2-4 ngày, tùy thuộc mưa và
chế độ triều.Trái lại, các tháng mùa khô, lượng mưa thường không đáng kể, lượng mưa
trong từ tháng XII đến tháng III chưa đến 5mm gây hạn nghiêm trọng ở một số khu vực,
đặc biệt các vùng giáp biển.Theo số liệu thống kê địa phương cứ 3-4 năm chu kì hạn lặp
lại một lần.Phú Quốc nằm trong vùng biển thuộc vịnh Thái Lan, chế độ thủy triều vừa bị
ảnh hưởng của chế độ nhật triều không điều từ Vịnh Thái Lan vừa bị chi phối bởi địa hình
và chế độ mưa trong khu vực. Vào mùa khô triều xâm nhập sâu, trong khi mùa mưa ảnh

hưởng của triều hạn chế hơn, cùng với yếu tố địa hình nên tác động của triều lên hệ thống
sông,suối không xa,biên độ giao động triều 0,7-1,2m.
2.1.3 Hiện trạng sử dụng nguồn nước ở địa phương
Phú Quốc tuy có lượng mưa lớn và trữ lượng dòng chảy cao nhưng địa hình chia
cắt, dòng chảy trên các hệ thống sông suối ngắn nên phần lớn lượng mưa trên lưu vực
nhanh chóng chảy ra biển lượng nước trữ lại trong các đầm lầy và sông suối không đáng
kể dẫn đến chênh lệch nguồn nước giữa hai mùa rất cao. Nước ngầm tầng sâu khá khan
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

7


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

hiếm, quan trắc tại hai điểm khoan sâu 30-40m ở khu vực Bắc Đảo (Gành Dầu) hầu như
không có nước(Phân Viện QH & TKNN, 2006).Tuy vậy, nước ngầm tầng nông lại có mặt
khắp đảo, đây là lượng nước cung cấp chính cho người dân trên đảo trong các tháng mùa
khô.
2.2 KHÁI QUÁT VỀ MÔ HÌNH THỦY VĂN
2.2.1 Khái quát về tính ứng dụng của các mô hình thủy văn
Các quá trình thủy văn của lưu vực ngoài thực địa là những quá trình phức tạp, để
quản lý tốt cần nắm rõ các quá trình thủy văn diễn ra trong đó.Sự ra đời của các công cụ
thủy văn đáp ứng phần nào yêu cầu này.Đến nay công cụ này đã phát triển qua ba giai
đoạn:
- Quan sát hiện tượng, mô tả ghi chép thời điểm xuất hiện
- Thực nghiệm: lặp lại nhiều lần các hiện tượng tự nhiên với quy mô nhỏ
- Giải thích hiện tượng, phân tích rút ra quy luật, kiểm tra mức độ phù hợp so với thực
tế, ứng dụng thực tiễn.

Phương pháp đánh giá thông qua quan sát và mô tả hiện tượng tuy không quá phức
tạp nhưng đòi hỏi thời gian quan trắc đủ dài và cần khái quát hết các hiện tượng có thể
ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu. Phương pháp mô phỏng các hiện tượng tự nhiên
bằng cách xây dựng các mô hình vật lý đòi hỏi chi phí xây dựng lớn. Tuy nhiên, đối với
các hiện tượng tự nhiên thường có quy mô và tầm tác động lớn việc mô hình hóa kiểu này
thực sự gặp khó khăn, thu nhỏ hay chọn tỷ lệ biến dạng làm giảm mức độ chắc chắn và
chính xác kết quả tính toán (Lê Văn Nghinh et al., 2006) .
Sự phát triển của các mô hình thủy văn ở giai đoạn hiện nay khắc phục được hạn
chế của các phương pháp trước đó. Với phạm vi ứng dụng rông rãi, đa dạng loại hình giúp
lựa chọn phù hợp với từng điều kiện nghiên cứu. Chi phí xây dựng không cao và để dàng
thay đổi phương án thực hiện. Tuy vậy, mô hình toán thủy văn không thể thay thế hoàn
toàn mô hình vật lý. Do đó, cần có sự tồn tại song song giữa hai mô hình kết hợp, hỗ trợ
để xem xét đầy đủ các đặc tính thủy văn trong lưu vực.
Với sự phát triển hơn 30 năm, đến ngày nay, mô hình toán được xem như một công
cụ hiệu quả giải quyết các vấn đề cơ bản về thực hành quản lý trong lưu vực, nhiều mô
hình toán thủy văn được xây dựng từ các mô phỏng đơn thuần đến các mô hình phức tạp,
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

8


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

kết hợp nhiều yếu tố. Trong đó, riêng nhóm mô hình thủy văn tất định phát triển với hai
xu hướng: mô hình hộp đen và và mô hình nhận thức. Mô hình hộp đen coi lưu vực là hệ
thống động lực không biết trước chủ yếu sử dụng giả thuyết về tính dừng và tính logic của
chuỗi giá trị nghiên cứu. Tuy vậy, mô hình còn tồn tại một số hạn chế do chưa xác định
được những tác động cụ thể của tự nhiên hay con người. Mô hình nhận thức xác định xuất

phát từ những hiểu biết các qúa trình vật lý diễn ra trong lưu vực và xác định các mối
quan hệ giữa các biến này, mô phỏng lại các yếu tố trong hợp phần thủy văn, bao gồm các
yếu tố tự nhiên và nhân tạo.Loại mô hình này giúp khái quát được nhiều yếu tố lên thủy
văn lưu vực.Khó khăn lớn nhất khi sử dụng mô hình là đòi hỏi người sử dụng phải rất am
tường khu vực nghiên cứu và số liệu đầu vào rất lớn.
Mô hình nhận thức tuy chưa đủ sức để đánh giá toàn bộ quá trình thủy văn trong lưu vực
nhưng đã được minh chứng là khả thi để đánh giá và dự báo xu hướng cho lưu vực ở
nhiều nghiên cứu. Một số mô hình hộp đen điển hình như: HEC_HMS, NAM, TANK,
SWAT.
Mô hình HEC-HMS được nâng cấp từ HEC-1 công bố vào năm 2000.HEC-HMS
sử dụng tài liệu mưa để tính toán quá trình mưa rào - dòng chảy trên một lưu vực cụ thể.
Chức năng các thành phần mô hình lựa trên các mối quan hệ toán học đơn giản mà các
quan hệ này có xu hướng biểu thị các quá trình khí tượng, thuỷ văn, thuỷ lực bao gồm quá
trình mưa rào -dòng chảy. Những quá trình này được phân ra thành mưa, tích đọng, thấm,
chuyển lượng mưa hiệu quả thành dòng chảy của lưu vực, cung cấp nước cho dòng chảy
cơ bản và diễn toán lũ. Kết quả tính toán dùng cho dự báo lũ hoặc đầu vào cho mô hình
thuỷ lực.
Mô hình HMS là mô hình có ít tham số và dể sử dụng, không yêu cầu cao về tài
liệu địa hình lưu vực, độ chính xác của mô hình cũng đã được kiểm nghiệm đối với các
lưu vực từ 15 đến 1500km2. Mô hình thủy văn HEC-HMS là mô hình thông số tập trung
do vậy khi áp dụng cần phân chia lưu vực thành các lưu vực nhỏ và có lương mưa đồng
đều.Tuy nhiên trên thực tế khó để sát định ranh giới mưa trong một khu vực do đó ảnh
hưởng đến độ chính xác của mô hình.Tuy nhiên, mô hình HEC-HMS tồn tại một số
nhược điểm:trong 2 phương pháp diễn toán hồ chứa (Outflow Curve và Specified
Release) không đưa được một số thành phần vào để tính cân bằng hồ chứa. Trong các
phương pháp diễn toán dòng chảy trong sông không xử lý được các nhiễm động ở hạ lưu
truyền lên (như ảnh hưởng của nước vật), không dự đoán chính xác quá trình lưu lượng
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

9

Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

tại một biên hạ lưu, khi có sự thay đổi lớn về tốc độ sóng động học (như sự thay đổi tạo
nên một vùng ngập lũ lớn).
Mô hình thủy văn NAM mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy mặt xảy ra trong
phạm vi lưu vực sông. NAM hình thành nên một phần Môđun mưa – dòng chảy (RR –
Rainfall Runoff) của bộ mô hình MIKE11. Môđun mưa – dòng chảy (RR) có thể áp dụng
độc lập hoặc sử dụng để trình bày một hoặc nhiều lưu vực tham gia, tạo ra dòng chảy bổ
sung vào mạng lưới sông. Theo cách này thì việc thực hiện xử lý một lưu vực sông nhỏ
riêng lẻ hoặc xử lý một lưu vực sông lớn có chứa nhiều lưu vực sông nhỏ và một mạng
lưới sông ngòi phức tạp trong một khung công việc lập mô hình đều có thể thực hiện.
Mô hình TANK là mô hình mô phỏng lưu vực bằng chuỗi các bể chứa xếp tầng và
cột phù hợp với hình dạng lưu vực, cấu trúc thổ nhưỡng, địa chất.Mưa trên lưu vực được
xem như lượng mưa của bể trên cùng, mỗi bể chứa có một cửa ra ở đáy. Mô hình đơn
giản nhất là kiểu cột bể TANK đơn: 4 bể trên một cột phù hợp cho các khu vực nhỏ có độ
ẩm cao. Mô hình phức tạp hơn là mô hình TANK kép gồm một số cột bể mô phỏng quá
trình hình thành dòng chảy trên lưu vực và các bể mô tả quá trình truyền sống lũ trên
sông. Mô hình ứng dụng tốt cho các lưu vực vừa và nhỏ. Khả năng mô phỏng dòng chảy
tháng, dòng chảy ngày và dòng chảy lũ. Tuy nhiên, nhiều thông số nhưng không rõ ý
nghĩa vật lý nên khó xác định trực tiếp. Việc thiết lập cấu trúc và các thông số hóa mô
hình chỉ có thể thực hiện sau nhiều lần thử sai, đòi hỏi người thực hiện phải có nhiều kinh
nghiệm và am hiểu mô hình.
2.2.2 Giới thiệu mô hình thủy văn SWAT
SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là công cụ đánh giá đất và nước. SWAT
được xây dựng bởi tiến sĩ Jeff Arnold ở Trung tâm phục vụ nghiên cứu nông nghiệp
(ARS -Agricultural Research Service) thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA - United

States Department of Agriculture). SWAT là mô hình dùng để dự báo những ảnh hưởng
của quá trình quản lí, sử dụng đất và nước trên những lưu vực rộng lớn và phức tạp trong
khoảng thời gian dài. Mô hình là sự tập hợp những giải thuật toán để thể hiện mối quan hệ
giữa giá trị thông số đầu vào và thông số đầu ra. SWAT cho phép mô hình hóa nhiều quá
trình vật lí trên cùng một lưu vực. Mô hình sử dụng bản đồ nền DEM để mô phỏng hướng
dòng chảy trên lưu vực. Kết hợp với sử dụng bản đồ sử dụng đất và loại đất để cho ra đơn
vị cơ bản thủy văn tương đồng về đặc điểm sử dụng đất và tính chất đất trên lưu vực. Tuy
vậy, SWAT đòi hỏi một số lượng lớn dữ liệu cũng như thông số đầu vào khổng lồ trong
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

10


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

khi nguồn số liệu này không phải luôn sẵn có, SWAT cũng chưa đề cập hết các yếu tố tác
động của con người lên dòng chảy của lưu vực, các yếu tố này cần được đánh giá thêm
thông qua phân tích tính chắc chắn của mô hình cần đánh giá thêm tính chắc chắn của mô
phỏng.SWAT tính toán lưu lượng nước dựa trên phương trình cân bằng nước - công cụ rất
hữu hiệu để đánh giá tài nguyên nước và phân tích tính toán dòng chảy sông ngòi.
(2. 1)
Trong đó
: Tổng lượng nước còn lại sau khi cân bằng
:Lượng nước ban đầu có trong ngày thứ i (mm )
: lượng mưa khu vực nhận được trong ngày thứ i (mm )
: tổng lượng nước mặt trong ngày thứ i (mm )
:lượng bốc thoát hơi nước trong ngày thứ i (mm)
lượng nước đi vào tầng ngầm ở ngày thứ i

: là lượng nước hồi quy ở ngày thứ i
2.2.3 Cơ sở hình thành lưu vực và mô phỏng dòng chảy trên lưu vực
Xác định lưu vực là bước cần thiết để đánh giá các đặc tính thủy văn.SWAT sử
dụng bản đồ cao độ số (DEM) trên cơ sở phần mềm GIS để mô phỏng lưu vực từ đó có
thể chia thành nhiều tiểu lưu vực nhỏ. Trên mỗi diện tích đất đai của tiểu lưu vực mang
những yếu tố đồng nhất về loại đất, kiểu sử dụng đất hay phương thức quản lý có thể
chia thành một đơn vị thủy văn (HRU) nhất định (Arnold et al., 2011)mô hình hóa theo
tiểu lưu vực mang lại lợi ích khi những vùng khác nhau có những tương đồng về đặc điểm
sử dụng đất và tính chất đất có thể áp dụng áp dụng cho nghiên cứu ở khu vực
khác(Nguyễn Kim Lợi et al.,).Giới hạn số lượng HRU trong một tiểu lưu vực thường
được phân thành từ 1-10 đơn vị, tùy vào tính phức tạp của tiểu lưu vực.
DEM mô phỏng dòng chảy trên nguyên tắc dòng chảy được chảy giá trị pixcel lớn hơn
theo tám hướng về các giá trị pixcel nhỏ hơnmô phỏng quá trình hình thành dòng chảy
trong lưu vựcHình 2.2.Để phân định dòng chảy được xác thực với thực tế, độ phân giải
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

11


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

của DEM cần được đảm bảo.Mô hình giả định lưu vưc xem xét kín và bỏ qua tác động
giữa hai khu vực liền kề.Các điểm thoát nước từ tiểu lưu vực được xác định tại điểm đầu
ra có cao trình thấp nhất trong mỗi tiểu lưu vực hoặc được xác định bởi người sử dụng.
Quá trình tập trung dòng chảy trong lưu vực thể hiện trong Hình 2.3

Hình 2. 2: Quá trình hình thành hướng dòng chảy (A) hướng dòng chảy, (B) Mạng
lưới dòng chảy

(Nguồn: />
Hình 2. 3: Quá trình tập trung dòng chảy trong các nhánh sông chính
(Nguồn: />
2.2.4 Các quá trình cân bằng nước trong lưu vực
SWAT giả định lượng mưa được phân phối điều trên toàn lưu vực, dòng chảy bề mặt
sinh ra từ các tiểu lưu vực thông qua hệ thống điểm thoát nước tập trung vào các hệ thống
sông suối. Phương pháp đường cong SCS chức năng tính ước tính tiềm năng dòng chảy
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

12


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

cho lưu vực dựa trên khả năng sinh dòng chảy của từng loại đất và lớp phủ bề mặt lưu vực
(Hình 2.4)
(2. 2)
=
Trong đó, Qsurf là dòng chảy tích lũy hay lượng mưa vượt quá (mm), Rday là lượng mưa
trong ngày (mm), Ia là lượng nước mất đi ban đầu bao gồm lưu trữ bề mặt, thấm trước khi
hình thành dòng chảy (mm), còn lại S là tham số duy trì (mm).
Tham số duy trì thay đổi theođặc tính loại đất, loại sử dụng đất, độ dốc và thời gian.
( 2. 3)
S=25.4
Với CN là số hiệu đường cong. Ia = 0,2S phương trình được viết như sau:
(2. 4)
=

Hình 2. 4: Quan hệ mưa và dòng chảy trong đường cong CN
(Nguồn : Neitsch et al., 2009)

SCS Engineering Disvision (1986) đã thực hiện phân chia giá trị CN đựa trên đặc điểm
nhóm đất, loại hình sử dụng đất ở điều kiện ẩm II và độ dốc trung bình 5% .Theo đó, CN
nằm trong khoảng từ 35-98.Bảng 2.2 thể hiện giá trị CN ở các nhóm đất thủy văn và điều
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

13


Luận văn tốt nghiệp

QLTN&MT K37

kiện lớp phủ khác nhau. Nhóm đất thủy văn cơ bản chia làm bốn nhóm chính và ba nhóm
trung gian thể hiện khả năng thấm giữ nước của đất bao gồm nhóm:
- Nhóm A có tiềm năng thâm giữ tốt do đó hạn chế sản sinh dòng chảy mặt
- Nhóm B thấm trung bình do đó tổn thất dòng chảy trung bình
- Nhóm C khả năng thấm chậm , tổn thất dòng chảy mặt ít hơn
- Nhóm D khả năng thấm rất thấp, tổn thất dòng chảy mặt thấp do đó khả năng sinh dòng
chảy mặt rất cao.
Bảng 2. 2: Giá trị dòng chảy bề mặt ( SCS Engineer Division, 1986)

Lớp phủ bề mặt
Đồng cỏ
Đồng cỏ liên tục, vùng chăn thả gia súc
Vùng đồng cỏ thưa
Rừng xen lẫn các khu đồng cỏ

Vùng trồng cây lấy gỗ
Vùng xây dựng các trang trại và hệ
thống đường giao thông

Điều kiện thủy
văn
Hạn chế
Trung bình
Tốt
--Hạn chế
Trung bình
Tốt
Hạn chế
Trung bình
Tốt
Hạn chế
Trung bình
Tốt

Nhóm đất thủy văn
A
B
C
D
68
79
86
89
49
69

74
80
39
61
74
80
30
58
71
78
48
67
77
83
35
56
70
77
30
48
65
73
57
73
82
86
43
65
76
82

32
58
72
79
45
58
72
79
36
60
73
79
30
55
70
77
59
74
82
86

a. Hệ số trễ dòng chảy mặt
Với những lưu vực lớn có thời gian tập trung nước lớn hơn 1 ngày, chỉ một phần
lưu lượng dòng chảy bề mặt sẽ đóng góp cho kênh chính tại mặt cắt xác định trong ngày,
phần còn lại sẽ đến vào những ngày sau đó. SWAT sử dụng hệ số trễ dòng chảy bề mặt
để mô tả phần dòng chảy không đóng góp cho kênh chính trong ngày.Lưu lượng dòng
chảy mặt được tính toán theo phương pháp chỉ số CN và hàm thấm Green và Ampt, lượng
dòng chảy không đóng góp cho kênh chính được tính toán theo phương trình:
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

14


Luận văn tốt nghiệp

=

QLTN&MT K37

(2. 5)

Trong đó:
Qsurf : lớp dòng chảy tới kênh chính trong một ngày (mm)
: lớp dòng chảy sinh ra trên lưu vực trong một ngày (mm)
Qstor,i - 1 : lượng trữ của ngày hôm trước (mm)
surlag : hệ số trễ
tconc : thời gian tập trung (giờ)
b. Diễn toán dòng chảy trong kênh
Dòng chảy được hình thành từ quá trình chảy tiếp nối qua các tiểu lưu vực, mỗi
tiểu lưu vực giả định như một bể chứa nước.Trong đó, lượng nước có tại một thời điểm
bao gồm lượng nước trữ ở thời điểm trước đó, lượng nước chảy đến từ tiểu lưu vực trên
đó và lượng nước mưa sinh ra tại thời điểm hiện tại. Tổng lượng nước này sau khi trừ đi
phần tổn thất do thấm, bốc hơi, hấp thu thực vật hình thành dòng chảy mặt cùng với một
phần dòng chảy ngầm đóng góp cho dòng chảy trên sông. Dòng sông được mô phỏng
theo từng đoạn nằm trong các tiểu lưu vực, SWAT giả định mặt cắt ướt trong kênh giả
định có dạng hình thang .

Trong đó, depth là độ sâu mực nước trong sông (m), W là chiều rộng đỉnh sông ứng với
độ sâu mực nước (m), Wbtm là chiều rộng đáy sông (m), zch là giá trị nghịch đảo của độ dốc
sông (theo giả thiết trong SWAT, zch = 2).

Chiều rộng đáy sông được tính toán theo công thức (S.L. Neitsch et al., 2005):
Nguyễn Thị Bích Phượng (3113831)

15