Đánh giá hiện trạng môi trường tài nguyên nước và ứng dụng GISSWAT để quản lý lưu lượng và chất lượng nước của lưu vực sông công tỉnh thái nguyên

Đánh giá hiện trạng môi trường tài nguyên nước và ứng dụng GIS&SWAT để quản lý lưu lượng và
chất lượng nước của lưu vực sông Công – Tỉnh Thái Nguyên
Tổng quan
* Ngoài nước
Khoa học viễn thám là sản phẩm khoa học hiện đại của nhân loại, được hình thành với mục đích
giám sát bề mặt của trái đất, và được ứng dụng rộng rãi từ những năm 1970 của thế kỷ trước, phổ
biến ở các nước có nền kinh tế mạnh như Mỹ, Anh, Canada, Nhật Bản, Pháp, và Đài Loan (Trung
Quốc). Ngày nay khoa học viễn thám thâm nhập hầu hết vào các lĩnh vực nghiên cứu nói chung và tài
nguyên & môi trường nói riêng, và đã chỉ ra những thế mạnh, những lợi ích đáng kể như; nghiên cứu
được đối tượng từ xa và trong quá khứ, tiết kiệm thời gian, công sức, cũng như chi phí tài chính.
Công cụ đánh giá đất và nước“ SWAT (Soil and Water Assement Tools) là một mô hình vật lý
được xây dựng từ những năm 90’s do tiến sỹ Dr. Jeff Arnold thuộc trung tâm nghiên cứu đất nông
nghiệp USDA- Agricultural Research Service (ARS) xây dựng nên. Mô hình này được xây dựng để mô
phỏng ảnh hưởng của việc quản lý sử dụng đất đến nguồn nước, bùn cát và hàm lượng chất hữu cơ
trong đất trên hệ thống lưu vực sông trong một khoảng thời gian nào đó. Tiền thân của mô hình
SWAT là mô hình SWRRB ((Simulator for Water Resources in Rural Basins) (Williams et al., 1985;
Arnold et al., 1990)) và mô hình ROTO ((Routing Outputs to Outlet) (Arnold et al., 1995)). Mô hình
chia lưu vực ra làm các vùng hay các lưu vực nhỏ. Phương pháp sử dụng các lưu vực nhỏ trong mô
hình khi mô phỏng dòng chảy là rất tiện lợi khi mà các lưu vực này có đủ số liệu về sử dụng đất cũng
như đặc tính của đất...
Sự kết hợp giữa Viễn thám & GIS và công cụ SWAT đã sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới, các
nghiên cứu sử dụng tập trung vào việc đánh giá lưu lượng và chất lượng nước của lưu vực sông dưới
sự tác động của biến đổi sử dụng đất, biến đổi khí hậu, cụ thể như một số nghiên cứu sau;
1. Mô hình dòng chẩy mặt và ngầm( Arnold, JG, PM Allen, and G. Bernhardt, 1993 J. Hydrol. J. Hydrol.
142:47-69. 142:47-69)
2. Các mô hình tăng cường chất lượng nước QUAL2E và QUAL2E-UNCAS (Brown, LC and TO Barnwell,
Jr., 1987, USA)
3. Sự kết hợp giữa mô hình chất lượng lưu vực nhỏ với công cụ GIS (Srinivasan, R., và JG Arnold, năm
1994,. Water Resources Bulletin 30(3):453-462).
4. Ảnh hưởng của biến đổi không gian lên mô hình của lưu vực (Mamillapalli, S., R. Srinivasan, JG
Arnold, and BA Engel, 1996, Conference/Workshop on Integrating GIS and Environmental Modeling,

Sante Fe, New Mexico, January, 21-25)
* Trong nước
Ứng dụng khoa học viễn thám vào các lĩnh vực nghiên cứu mới được áp dụng mạnh từ năm
2000 trở lại đây, bởi do thiếu điều kiện cơ sở vất chất và nguồn nhân lực. Tuy nhiên cũng đã có nhiều
công trình, đề tài nghiên cứu ứng dụng có hiệu quả khoa học viễn thám trong các lĩnh vực như; quản
lý tài nguyên (đất, rừng), quản lý và giám sát môi trường (nước, đất), và dự báo thiên tai. Sự hình
thành Trạm Thu ảnh vệ tinh tháng 7 năm 2009, thuộc Bộ Tài nguyên & Môi trường là cơ sở hứa hẹn


cho Việt Nam chúng ta sẽ có nhiều cơ hội ứng dụng khoa học viễn thám cho nhiều ngành và nhiều
lĩnh vực, trong đó có quản lý & bảo vệ tài nguyên môi trường.
Sử dụng công cụ SWAT đã được các nhà nghiên cứu quan tâm trong những năm trở lại đây,
nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng công cụ này để đánh giá những tác động của con người và thiên
nhiên đến lưu vực của một số sông lớn của Việt Nam, cụ thể là một số nghiên cứu sau:
1.

Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thông số phân bố SWAT để đánh giá ảnh hưởng của
việc sử dụng đất đến bồi lắng hồ chứa nước, ứng dụng tính toán cho lưu vực hồ chứa nước
Đại Lải (Phạm Thị Lan Hương, ĐH Thủy Lợi Hà Nội.

2. Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông
đáy trên địa bàn TP. Hà Nội (Lê Văn Linh, Viện Khoa học Khí tượng Thủy Văn và Môi trường).
3. Nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT trong sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực sông Mã
(Vũ Thị Thu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam).
Tính cấp thiết
Nước là tài nguyên đặc biệt quan trọng, quyết định đối với sự tồn tại và phát triển sự sống trên trái
đất. Đặc điểm của tài nguyên nước là được tái tạo theo quy luật thời gian và không gian. Nhưng
ngoài quy luật tự nhiên, hoạt động của con người đã tác động không nhỏ đến vòng tuần hoàn của
nước. Việt Nam có nguồn tài nguyên nước khá phong phú nhưng khoảng 2/3 lại bắt nguồn từ ngoài
lãnh thổ quốc gia, mùa khô lại kéo dài từ 6 - 7 tháng làm cho nhiều vùng thiếu nước trầm trọng.

Dưới áp lực của gia tăng dân số, nhu cầu phát triển kinh tế xã hội đã ảnh hưởng tiêu cực đến tài
nguyên nước như tăng dòng chảy lũ, lũ quét, cạn kiệt nguồn nước về mùa cạn, hạ thấp mực nước
ngầm, suy thoái chất lượng dòng chảy nước..
Lưu vực sông được hiểu là vùng lãnh thổ mà tất cả mưa rơi trên đó hình thành nên dòng chảy (chảy
mặt và ngầm) và tiêu thoát về cùng một dòng, lưu vực sông còn là nguồn nuôi dưỡng của các con
sông, con suối, mọi hoạt động trong lưu vực đều ảnh hưởng đến dòng sông.
Quản lý lưu vực sông là hoạt động đã được diễn ra ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam
trong nửa cuối thế kỷ 20 và phát triển mạnh trong vài thập kỷ gần đây, nhằm đối phó với những
thách thức về sự khan hiếm nước, sự gia tăng tình trạng ô nhiễm và suy thoái các nguồn tài nguyên
và môi trường của các lưu vực sông. Hiện tại ở Việt Nam nhiều tổ chức quản lý lưu vực sông được
thành lập (Ban quản lý bảo vệ lưu vực sông) như Sông Cầu, Sông Hồng, Sông Nhuệ, Sông Đáy, Sông
Đồng Nai, Sông Mê Kông.., để quản lý tổng hợp và thống nhất tài nguyên nước, đất và các tài nguyên
khác trên lưu vực sông.. Nhằm tối đa hóa lợi ích kinh tế và phúc lợi xã hội một cách công bằng nhưng
không làm tổn hại đến tính bền vững của hệ thống môi trường trọng yếu của lưu vực, duy trì các
điều kiện môi trường sống lâu bền cho con người..
Sông Công là một chi lưu của sông Cầu, có chiều dài 96km, diện tích lưu vực là 951km 2. Được
bắt nguồn từ vùng Đèo Khế, tỉnh Thái Nguyên, sông chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, chảy qua
thị xã Sông Công rồi hội lưu với sông Cầu tại ranh giới của 3 xã Thuận Thành (huyện Phổ Yên), Trung
Giã (huyện Sóc Sơn, Hà Nội) và Hợp Thịnh (huyện Hiệp Hòa tỉnh Bắc Giang).


Trong 10 năm trở lại đây kinh tế của Thái Nguyên phát triển khá mạnh, hình thành nhiều khu
công nghiệp, nhiều nhà máy, nhiều khu vui chơi giải trí trong đó có các khu công nghiệp được hình
thành trên vùng lưu vực sông Công và còn tiếp tục phát triển trong các năm tới theo chương trình
mục tiêu phát triển kinh tế của tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030. Sự phát
triển kinh tế nhanh và mạnh đã gây nhiều sức ép đến môi trường của lưu vực sông Công. (Ví dụ như;
Khu công nghiệp Sông Công hiện đang có 28 doanh nghiệp hoạt động sản xuất, kinh doanh với lượng
nước thải thải ra môi trường khoảng 1.400m 3/ngày, đêm và toàn bộ lượng nước thải nêu trên chưa
được xử lý đạt tiêu chuẩn an toàn theo quy định của Nhà nước, trích báo Thái Nguyên , đăng trên
website , thứ 2, 24/08/2009. Bên cạnh đó việc khai thác các nguồn tài nguyên

của sông Công và hồ Núi Cốc như (cát, sỏi, đánh, bắt cá, khai thác gỗ..), sử dụng các loại thuốc bảo
vệ thực vật cho cây trồng, cũng như việc phát triển mạnh các khu công nghiệp ở thượng nguồn và hạ
nguồn của lưu vực sông Công, và việc mở rộng các khu du lịch ven hồ Núi Cốc đã và đang có những
ảnh không tốt tới môi trường nước của lưu vực sông Công.
Nghiên cứu tài nguyên và môi trường nước của lưu vực sông bị tác động bởi biến đổi sử dụng đất,
phát triển kinh tế xã hội và biến đổi khí hậu đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới cũng như ở
Việt Nam. Đối với lưu vực sông Công tỉnh Thái Nguyên đã và đang có một số đề tài nghiên cứu như:
1. Trần Quốc Hưng, 2010, Nghiên cứu khả năng hấp thụ Cácbon ở các trạng thái rừng làm cơ
sở cho việc chi trả dịch vụ môi trường tại khu vực Hồ Núi Cốc - Tỉnh Thái Nguyên, ĐHNL Thái
Nguyên, Đề tài cấp Bộ.
2. Võ Quế, 2003, Điều tra xây dựng báo cáo hiện trạng môi trường khu du lịch hồ Núi Cốc - tỉnh
Thái Nguyên, Viện nghiên cứu phát triển du lịch, Đề tài cấp bộ.
3. Hà Văn Thuân, 2011, Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian để xác định sự biến đổi
lớp phủ thực vật của xã Tân Thái – Đại Từ - Thái Nguyên, Trường ĐHNL Thái Nguyên, Đề tài
cấp Bộ.
4. Trần Văn Tựa, 2010, Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường nước và tảo độc
tại hồ Núi Cốc (Thái Nguyên); Đề xuất các giải pháp quản lý tổng hợp nước hồ, Viện Công
nghệ Môi trường, Đề tài cấp Bộ.
Từ thực tế trên cho thấy việc tiến hành một nghiên cứu có tính chất tổng quát liên quan đến diễn
biến điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội, quá trình biến đổi sử dụng đất và phương thức quản lý tài
nguyên nước của lưu vực sông Công là cần thiết. Để đánh giá hiện trạng lưu lượng và chất lượng
nước, xây dựng mô hình dự báo diễn biến lưu lượng & chất lượng nước trong tương và xây dựng cơ
sở dữ liệu tài nguyên nước của lưu vực sông Công, nhằm giúp cho các cơ quan quản lý có công cụ để
quản lý tài nguyên nước của lưu sông Công ngày một hiệu quả.
Mục tiêu
Xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên nước, đánh giá hiện trạng tài nguyên nước và xây dựng mô hình
dự báo lưu lượng và chất lượng nước trong tương lai của lưu vực sông Công Thái Nguyên.
Nội dung

- Điều tra thu thập dữ liệu đầu vào; ảnh vệ tinh, bản đồ số, dữ liệu nước, thông tin về điều kiện tự
nhiên – kinh tế xã hội của lưu vực sông Công.
- Đánh giá hiện trạng môi trường nước của sông Công.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên nước của lưu vực sông Công bằng phần mềm GIS, để
quản lý dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian của lưu vực.
- Đánh giá và xây dựng mô hình dự báo lưu lượng và chất lượng nước của lưu vực sông Công trong
tương lai bằng công cụ SWAT.

Tải file Đánh giá hiện trạng môi trường tài nguyên nước và ứng dụng GIS&SWAT để quản lý lưu
lượng và chất lượng nước của lưu vực sông Công – Tỉnh Thái Nguyên. tại đây
PP nghiên cứu
•

Thu thập dữ liệu, số liệu

Được thu thập từ các cơ quan ban ngành của Trung ương và địa phương, các viện nghiên cứu,
các trường trường ĐH trong cả nước có liên quan đến nội dung của đề tài.
•

Tổng hợp và phân tích số liệu

Sử dụng một số phần mềm tin học để tổng hợp và phân tích số liệu như phần mềm Excel, SPSS.
•

Xây dựng bản đồ số.

Sử dụng các phần mềm GIS và viễn thám để xây dựng các bản đồ chuyên đề như phần mềm
Mapinfo, ArcGIS, ArcView, Envi
•

Đánh giá lưu lượng và chất lượng nước, xây dựng mô hình dự báo trong tương lai.

Sử dụng công cụ SWAT để đánh giá hiện trạng và xây dựng mô hình dự báo lưu lượng và chất
lượng nước trong tương lai.
Hiệu quả KTXH
Sử dụng công cụ viễn thám & GIS và SWAT để đánh giá lưu lượng và chất lượng nước của lưu
vực sông qua nhiều năm sẽ tiết kiệm được thời gian, công sức, tài chính và có độ chính xác cao với
các phương pháp hiện đang làm ở địa phương.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ giúp các nhà quản lý, nhà quy hoạch, các cá nhân, tổ chức
đang sinh sống và hoạt động trên lưu vực sông Công có nhận thức rõ nét về lưu lượng và chất lượng
môi trường nước của lưu vực sông Công, đặc biệt là môi trường nước được cung cấp cho sinh hoạt.
ĐV sử dụng
- Khoa Tài nguyên & Môi trường – Trường ĐHNL
- Phòng Quản lý Tài nguyên Nước và Khí tượng thủy văn - Sở TNMT Thái Nguyên