ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT DỰ ĐOÁN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

“ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT DỰ ĐOÁN TÁC ĐỘNG
CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY
THƯỢNG NGUỒN LƯU VỰC SÔNG MÔ

1

1


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AR4

:

Báo cáo đánh giá lần thứ 4

ASEAN

:

Hiệp hội các nước Đông Nam Á

BĐKH

:

Biến đổi khí hậu

CH4
CO2
CFC
ĐBSCL
ĐBSH
DEM
FAO
HCFC
HST
HRU
IPCC
LHQ
NN&PTNT
N2O
SCS
SWAT
TNMT
UNEP

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

:
:
:
:
:
:
:
:

Metan
Cacbon dioxit
Chlorofluorocarbon
Đồng bằng sông Cửu Long
Đồng bằng sông Hồng
Bản đồ số hóa độ cao
Food and Agriculture Organization of the United Nations
Hidrocloflocacbon
Hệ sinh thái
Đơn vị đồng nhất về tác động thủy văn
Ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu
Liên hiệp quốc
Nông nghiệp và phát triển nông thôn
Nitodioxit
Phương pháp tính dòng chảy tràn bề mặt
Soil and Water Assessment Tools
Tài nguyên và môi trường
Chương trình môi trường Liên hợp quốc

2

2


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1

Diện tích các loại đất chính trên vùng nghiên cứu.....................

Bảng 3.2

Diện tích các loại sử dụng đất chính của vùng nghiên cứu
....................................................................................................

Bảng 3.3

Các dữ liệu đầu vào của mô hình...............................................

Bảng 3.4

Các loại hình sử dụng đất của vùng thượng nguồn lưu vực
sông Mã năm 2015.....................................................................

Bảng 3.5

Danh mục tên và mã loại đất tương ứng với tên và mã theo
FAO............................................................................................

Bảng 3.6

Các tập tin đầu vào chính của mô hình SWAT..........................

Bảng 3.7

Các tệp tin đầu ra của mô hình SWAT......................................

Bảng 3.8

Các thông số phân tích độ nhạy đối với chế độ dòng chảy
....................................................................................................

Bảng 3.9

Giá trị các thông số được hiệu chỉnh trong mô hình SWAT
....................................................................................................

Bảng 3.10

Giá trị các hệ số đánh giá trong giai đoạn hiệu chỉnh và
kiểm chứng.................................................................................

Bảng 3.11

Các kịch bản được sử dụng trong nghiên cứu............................

Bảng 3.12

Mức thay đổi (oC) nhiệt độ trung bình các tháng so với
thời kỳ 1980 – 1999 theo kịch bản phát thải trung bình
(B2) tại tỉnh Sơn La...................................................................

Bảng 3.13

Mức thay đổi (%) lượng mưa trung bình các tháng so với
thời kỳ 1980 – 1999 theo kịch bản phát thải trung bình
(B2) tại Sơn La...........................................................................

Bảng 3.14

Tổng quát các thành phần thủy văn chính trong lưu vực
theo các kịch bản........................................................................

3

3


4

4


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1

Sơ đồ vòng tuần hoàn thủy văn trong mô hình SWAT..............

Hình 3.1

Sơ đồ vùng nghiên cứu...............................................................

Hình 3.2

Bản đồ DEM của thượng nguồn lưu vực sông Mã....................

Hình 3.3

Bản đồ sử dụng đất vùng thượng nguồn lưu vực sông Mã
năm 2015....................................................................................

Hình 3.4

Bản đồ thổ nhưỡng vùng thượng nguồn lưu vực sông Mã
....................................................................................................

Hình 3.5

Dữ liệu về lượng mưa và lưu lượng dòng chảy theo tháng
(giai đoạn 1994 – 2015) của thượng nguồn lưu vực sông
Mã tại trạm thủy văn Xã Là.......................................................

Hình 3.6

Sơ đồ các bước áp dụng SWAT trong nghiên cứu.....................

Hình 3.7

Quá trình phân định lưu vực trong mô hình SWAT..................

Hình 3.8

Phân chia các lưu vực con vùng thượng nguồn lưu vực
sông Mã......................................................................................

Hình 3.9

Quá trình chồng xếp các lớp bản đồ và phân tích HRU
trong SWAT...............................................................................

Hình 3.10

Thiết lập các dữ liệu khí tượng của mô hình SWAT.................

Hình 3.11

Thiết lập các tập tin đầu vào của mô hình SWAT.....................

Hình 3.12

Biểu thị giá trị các thông số phân tích độ nhạy ảnh hưởng
đến dòng chảy của mô hình........................................................

Hình 3.13

Lưu lượng dòng chảy tại điểm đầu ra của lưu vực giai
đoạn hiệu chỉnh..........................................................................

Hình 3.14

Lưu lượng dòng chảy tại điểm đầu ra của lưu vực giai
đoạn kiểm chứng........................................................................

Hình 3.15

So sánh giá trị lưu lượng dòng chảy mô phỏng và quan trắc
tại điểm đầu ra của lưu vực (đơn vị: m3/s).................................

5

5


Hình 3.16

Diễn biến nhiệt độ và lượng mưa các tháng theo kịch bản
gốc (1995 – 2001)......................................................................

Hình 3.17

Diễn biến nhiệt độ và lượng mưa các tháng theo kịch bản
S2 của tỉnh Sơn La (2002 - 2015)..............................................

Hình 3.18

Diễn biến nhiệt độ và lượng mưa các tháng theo kịch bản
B2 của tỉnh Sơn La (2016 - 2050)..............................................

Hình 3.19

Mức thay đổi về lượng mưa so với kịch bản gốc.......................

Hình 3.20

Mức thay đổi về lượng bốc hơi so với kịch bản gốc .................

Hình 3.21

Mức thay đổi dòng chảy bề mặt so với kịch bản gốc.................

Hình 3.22

Mức thay đổi của dòng chảy ngầm so với kịch bản gốc............

Hình 3.23

Mức thay đổi lưu lượng dòng chảy so với kịch bản gốc ...........

6

6


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu toàn cầu là một trong những thách thức lớn nhất của con
người trong thế kỷ 21 (UNEP, 2009). Biến đổi khí hậu tác động đến tất cả
mọi vùng miền, các lĩnh vực về tài nguyên, môi trường và kinh tế - xã hội, tuy
nhiên tài nguyên nước, ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn, y tế và các
vùng ven biển là những đối tượng sẽ chịu tác động mạnh nhất (IPCC, 2007).
Một số tác động của biến đổi khí hậu như gia tăng nhiệt độ, mưa bất thường,
nước biển dâng dẫn đến sự phá vỡ cán cân và chu trình nước hiện tại của từng

khu vực (Lê Anh Tuấn, 2011). Chính vì vậy, việc dự báo những tác động của
biến đổi khí hậu đến nguồn tài nguyên nước luôn chiếm vị trí quan trọng
trong những nỗ lực để ban hành các giải pháp thích ứng tại từng địa phương.
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học viễn thám
và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã giúp cho mô hình hóa mô phỏng trở
thành công cụ đắc lực nhất trong việc dự báo các tác động đến tài nguyên
nước trên quy mô lưu vực. Có thể kể đến một số mô hình như: MIKE 11,
HEC – RAS, HEC – HMS, SWAT,… (A. H. Kamel, 2008; Nguyễn Đính,
Nguyễn Hoàng Sơn, Lê Đình Thành, 2013; Lê Mạnh Hùng, 2012). Trong đó
SWAT (Soil and Water Assessment Tools) là mô hình được áp dụng rộng rãi
kể từ năm 2000 đến nay bởi nhiều ưu điểm như tiết kiệm thời gian, công sức,
tài chính và quan trọng hơn cả là có độ chính xác cao. Được xây dựng trên cơ
sở bề mặt vật lý và sự kết hợp với các phương trình hồi quy mô tả mối quan
hệ giữa những biến đầu vào và đầu ra dựa trên các thông tin về thời tiết, thuộc
tính của đất, tài liệu địa hình, thảm phủ và việc sử dụng đất, SWAT được ứng
dụng để dự báo sự bồi lắng, ảnh hưởng của việc quản lý sử dụng đất và lượng
hóa chất tồn dư trong nông nghiệp đến nguồn nước trên quy mô lưu vực.
Hiện nay, do khả năng tiếp cận nguồn dữ liệu còn hạn chế nên những nghiên
cứu ứng dụng mô hình SWAT ở Việt Nam còn rất ít, vì vậy tôi quyết định

7

7


thực hiện đề tài “Ứng dụng mô hình SWAT dự đoán tác động của biến đổi
khí hậu đến chế độ dòng chảy thượng nguồn lưu vực sông Mã” nhằm khảo
sát, dự đoán tác động của biến đổi khí hậu tới những thành phần của dòng
chảy và cung cấp những thông tin hữu ích cho các nhà quản lý lưu vực cũng
như các nghiên cứu thủy văn tiếp theo tại lưu vực sông Mã.

2. Mục đích nghiên cứu
Sử dụng công cụ mô hình hóa để khảo sát tác động của biến đổi khí hậu đến
chế độ dòng chảy thượng nguồn lưu vực sông Mã.
3. Yêu cầu nghiên cứu
- Dữ liệu đầy đủ, chính xác và được chuẩn hóa theo đúng yêu cầu của mô
hình.
- Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm chứng được mô hình SWAT mô phỏng
chế độ dòng chảy thượng nguồn lưu vực sông Mã.

8

8


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu
1.1.1. Khái niệm, nguyên nhân của biến đổi khí hậu
 Khái niệm
Theo Ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) (2007), biến đổi khí hậu
(BĐKH) là sự biến đổi về trạng thái của hệ thống khí hậu, có thể được nhận
biết qua sự biến đổi về trung bình và sự biến động của các thuộc tính của nó,
được duy trì trong một thời gian đủ dài, điển hình là hàng thập kỷ hoặc dài
hơn. BĐKH có thể do các quá trình tự nhiên bên trong hệ thống khí hậu, hoặc
do những tác động từ bên ngoài, hoặc do tác động thường xuyên của con
người làm thay đổi thành phần cấu tạo của khí quyển hoặc sử dụng đất.
 Nguyên nhân
Nguyên nhân do tự nhiên
Các nguyên nhân gây ra BĐKH do tự nhiên bao gồm thay đổi cường độ sáng
của Mặt trời, xuất hiện các điểm đen mặt trời (Sunspots), các hoạt động núi
lửa, thay đổi đại dương, thay đổi quỹ đạo trái đất nhưng các nguyên nhân này

chỉ đóng góp một phần rất nhỏ vào sự BĐKH và có tính chu kỳ từ quá khứ
đến hiện nay (Trần Thanh Xuân & nnk, 2011).
Nguyên nhân do con người
Trong báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPPC (AR4) về BĐKH năm 2007 đã
chỉ ra rằng con người là nguyên nhân chính gây ra BĐKH, quá trình biến đổi
này bắt đầu từ thời kỳ tiền công nghiệp (khoảng từ năm 1750), con người đã
sử dụng ngày càng nhiều năng lượng, chủ yếu từ các nguồn nguyên liệu hóa
thạch (than, dầu, khí đốt), qua đó đã thải vào khí quyển ngày càng tăng các
chất khí gây hiệu ứng nhà kính của khí quyển, dẫn đến tăng nhiệt độ của trái
đất. Có thể kể đến 4 loại khí có tác động mạnh mẽ nhất đến sự BĐKH là:
cacbondioxit (CO2), metan (CH4), nitodioxit (N2O) và Chlorofluorocarbon
(CFC).
CO2 là khí nhà kính có tác động lớn nhất đến quá trình BĐKH. Những số liệu

9

9


về hàm lượng khí CO2 trong khí quyển được xác định từ các lõi băng được
khoan ở Greenland và Nam Cực cho thấy, trong suốt chu kỳ băng hà và tan
băng (khoảng 18.000 năm trước), hàm lượng khí CO2 trong khí quyển chỉ
khoảng 180 – 200ppm (phần triệu), nghĩa là chỉ bằng khoảng 70% so với thời
kỳ tiền công nghiệp (280ppm). Từ khoảng năm 1800, hàm lượng khí CO 2 bắt
đầu tăng lên, vượt con số 300ppm và đạt 379ppm vào năm 2005, nghĩa là tăng
khoảng 31% so với thời kỳ tiền công nghiệp, vượt xa mức khí CO 2 tự nhiên
trong khoảng 650 nghìn năm qua (IPCC AR4, 2007).
IPCC cho biết, lượng phát thải khí CO2 là có sự chênh lệch đáng kể giữa các
nước giàu và những nước đang phát triển. Từ năm 1840 – 2004, tổng lượng
phát thải khí CO2 của các nước giàu chiếm tới 70% tổng lượng phát thải khí

CO2 toàn cầu, trong đó ở Hoa Kỳ và Anh trung bình mỗi người dân phát thải
1.100 tấn, gấp khoảng 17 lần ở Trung Quốc và 48 lần ở Ấn Độ. Chỉ riêng năm
2004, lượng phát thải khí CO2 của Hoa Kỳ là 6 tỷ tấn, bằng khoảng 20% tổng
lượng phát thải khí CO2 toàn cầu. Trung Quốc là nước phát thải lớn thứ 2 với
5 tỷ tấn CO2, tiếp theo là Liên bang Nga 1,5 tỷ tấn, Ấn Độ 1,3 tỷ tấn, Nhật
Bản 1,2 tỷ tấn, Cộng hòa liên bang Đức 800 triệu tấn, Canada 600 triệu tấn,
Vương quốc Anh 580 triệu tấn. Các nước đang phát triển phát thải tổng cộng
12 tỷ tấn CO2, chiếm 42% tổng lượng phát thải toàn cầu so với 7 tỷ tấn năm
1990 (29% tổng lượng phát thải toàn cầu), cho thấy tốc độ phát thải khí CO 2
của các nước này tăng khá nhanh trong khoảng 15 năm qua.
Hàm lượng các khí nhà kính khác như khí CH 4, N2O cũng tăng lần lượt từ
715ppb (phần tỷ) và 270ppb trong thời kỳ tiền công nghiệp lên 1774ppb
(151%) và 319ppb (17%) vào năm 2005. Riêng các chất khí CFC vừa là khí
nhà kính với tiềm năng làm nóng lên toàn cầu lớn gấp nhiều lần khí CO 2, vừa
là chất phá hủy tầng ozon bình lưu, chỉ mới có trong khí quyển do con người
sản xuất ra kể từ khi công nghiệp làm lạnh, hóa mỹ phẩm phát triển (IPCC
AR4, 2007).
AR4 cũng chỉ ra rằng việc tiêu thụ năng lượng do đốt nhiên liệu hóa thạch
trong các ngành sản xuất năng lượng, công nghiệp, giao thông vận tải, xây
10

10


dựng… đóng góp khoảng một nửa (46%) vào sự nóng lên toàn cầu, phá rừng
nhiệt đới đóng góp khoảng 18%, sản xuất nông nghiệp khoảng 9% các ngành
sản xuất hóa chất (CFC, HCFC) khoảng 24%, còn lại (3%) là từ các hoạt
động khác.
1.1.2. Biểu hiện và tác động của biến đổi khí hậu trên toàn thế giới
 Sự nóng lên của khí quyển và trái đất

AR4 của IPPC (2007) đã đưa ra các số liệu về nhiệt độ trung bình của không
khí, băng tan và mực nước biển để chứng minh cho sự nóng lên của khí quyển
và trái đất.
Nhiệt độ
Trong vòng 100 năm (1906 – 2005), nhiệt độ trái đất đã tăng lên 0,74 oC, tăng
nhanh hơn bất kỳ thế kỷ nào trong lịch sử, kể từ thế kỷ 11 đến nay. Vào 5
thập kỷ gần đây (1956 – 2005), mức nhiệt độ đã tăng 0,64 ± 0,13 oC, gấp đôi
thế kỷ 20. Giai đoạn 12 năm sau đó (1995 – 2006) có tới 11 năm được xếp
vào danh sách 12 năm nhiệt độ cao nhất trong lịch sử quan trắc nhiệt độ kể từ
năm 1850, trong đó có 2 năm nóng nhất là 1998 và 2005. Đáng lưu ý là mức
tăng nhiệt độ Bắc Cực gấp đôi mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu, khiến
cho diện tích băng che phủ ở Bắc bán cầu giảm đi 7% so với năm 1900 và
nhiệt độ của khối băng vĩnh cửu cũng đã tăng lên 3 oC so với năm 1982. Các
quan trắc từ năm 1978 đến nay cũng cho kết quả đáng báo động là lượng băng
trung bình hàng năm ở Bắc Băng Dương giảm đi 2,7% mỗi thập kỷ.
Lượng mưa
Lượng mưa có xu thế biến đổi rất khác nhau giữa các khu vực và tiểu lưu vực
trên từng khu vực và giữa các giai đoạn khác nhau trên từng tiểu lưu vực
trong thời kỳ 1901 – 2005. Chẳng hạn như ở châu Mỹ, lượng mưa tăng lên
11

11


nhiều nơi ở Bắc Mỹ, nhất là ở Bắc Canada nhưng lại giảm đi ở Tây Nam
nước Mỹ, Đông Bắc Mexico và bán đảo Bafa với tốc độ giảm chừng 2% mỗi
thập kỷ, gây hạn hán trong nhiều năm qua. Tương tự, ở Nam Mỹ, lượng mưa
tăng lên trên lưu vực Amazon và vùng bờ biển Đông Nam nhưng giảm ở
Chile và vùng bờ biển phía Tây. Các khu vực nhiệt đới như Nam Á và Tây
Phi có lượng mưa giảm rõ rệt với trị số là 7,5% trong thời kỳ 1901 – 2005.

Trên phạm vi toàn cầu, tần số mưa tăng lên trên nhiều khu vực, kể cả những
nơi lượng mưa có xu thế giảm, đồng thời lượng mưa tăng lên ở các đới phía
Bắc vĩ độ 30oN thời kỳ 1901 – 2005 và giảm đi ở các vĩ độ nhiệt đới, kể từ
thập kỷ 1990.
Hạn hán và lũ lụt
Ở bán cầu Bắc, xu hướng hạn hán trở nên nghiêm trọng từ giữa thập kỷ 1950
trên phần lớn vùng Bắc Phi, đặc biệt là Sahel, Canađa và Alaska. Ở Nam bán
cầu, hạn hán rõ rệt trong những năm từ 1974 đến 1998.
Tần suất xuất hiện lũ lụt tăng rất nhiều trên các lưu vực sông ở nước Mỹ
nhưng lại giảm đi trên nhiều lưu vực sông ở Canada trong 30 – 50 năm gần
đây. Một số nơi lũ lụt tăng lên kết hợp với sự tăng nhiệt độ làm cho diện tích
băng che phủ giảm đi, như ở lưu vực sông Lena vùng Xibiri.
Thay đổi mực nước biển
Mực nước biển tăng lên với tốc độ ngày càng nhanh chóng hơn trong những
năm gần đây. Kể từ năm 1961 mực nước biển trung bình đã tăng 1,8 mm/năm
và tăng lên 3,1mm/năm kể từ năm 1993.
 Tác động đến hệ thống tự nhiên và sinh thái

Sự thay đổi của hệ sinh thái (HST) được biểu hiện qua một số đặc trưng
12

12


như số lượng các loài động thực vật trong hệ, các tập tính của loài,….
BĐKH có thể dẫn tới một số tác động chính tới HST như: gia tăng các
quần cư động vật trôi nổi trên các biển và hồ nằm ở vĩ độ cao; các loài di
trú sớm hơn trên các sông do thay đổi điều kiện nhiệt độ, thủy văn; quá
trình axit hóa đại dương tác động tiêu cực đến tổ chức và cấu trúc của các
rặng san hô (IPCC, 2007).

BĐKH ảnh hưởng nghiêm trọng đến thảm thực vật và HST rừng. Nước biển
dâng làm thu hẹp 25.000 ha diện tích rừng ngập mặn có tác động xấu đến
13.000 ha rừng tràm và rừng trồng trên các đất bị nhiễm phèn. Do BĐKH,
phân bố ranh giới các kiểu rừng nguyên sinh, thứ sinh có thể dịch chuyển và
tăng nguy cơ diệt chủng của động thực vật, làm biến mất các nguồn gen quý
hiếm, tăng nguy cơ cháy rừng, phát triển sâu bệnh, phá hoại cây rừng. Theo
báo cáo của IPCC năm 2007, khoảng 20 – 30% các loài động thực vật được
đánh giá là có nguy cơ tuyệt chủng nếu nhiệt độ trung bình toàn cầu vượt quá
1,5 – 2,5oC.
 Tác động đến các lĩnh vực kinh tế - xã hội
BĐKH có tác động trực tiếp đến sản xuất lương thực, lâm nghiệp, các hoạt
động văn hóa, thể thao, du lịch, thương mại và dịch vụ, có ảnh hưởng gián
tiếp thông qua các tác động tiêu cực đến các lĩnh vực khác như giao thông vận
tải, xây dựng, nông nghiệp, sức khỏe cộng đồng,….
Sản xuất lương thực
Nhiệt độ tăng nhẹ từ 1 – 3 oC, năng suất một số cây lương thực trên các vĩ độ
cao và vĩ độ trung bình sẽ tăng nhẹ, tùy thuộc vào mùa vụ. Ngược lại, ở
những khu vực có vĩ độ thấp, đặc biệt các khu vực nhiệt đới gió mùa với nhiệt
độ tăng 1 – 2oC sẽ làm gia tăng tình trạng hạn hán, năng suất lương thực dự
kiến giảm đi có thể dẫn tới thiếu lương thực, tăng nguy cơ bị đói (IPCC,
2007).
Đới bờ biển
Hàng năm, hàng triệu dân chịu ngập lụt hàng năm do nước biển dâng, nhất là
những vùng thấp đông dân trên các châu thổ của Châu Á, Châu Phi và các
13

13


đảo nhỏ (IPCC, 2007).

Du lịch
Nước biển dâng ảnh hưởng đến các bãi tắm ven biển, một số bãi có thể mất
đi, một số khác có thể bị đẩy sâu vào đất liền, ảnh hưởng đến việc khai thác,
làm tổn hại đến các công trình di sản văn hóa, lịch sử, các khu bảo tồn, các
khu du lịch sinh thái, các sân golf ở vùng thấp ven biển và các công trình hạ
tầng liên quan khác có thể bị ngập, di chuyển hay ngừng trệ làm gia tăng chi
phí cho việc cải tạo, di chuyển và bảo dưỡng. Nhiệt độ tăng và sự rút ngắn
mùa lạnh làm giảm tính hấp dẫn của các khu du lịch, nghỉ dưỡng nổi tiếng
trên núi cao, trong khi du lịch mùa hè có thể kéo dài thêm.
Sức khỏe con người
Tình trạng sức khỏe của hàng triệu người được dự báo là sẽ bị ảnh hưởng, sa
sút nghiêm trọng do thiên tai, các điều kiện thời tiết cực đoan như tăng suy
dinh dưỡng, tiêu chảy, các bệnh tim mạch – hô hấp do nồng độ cao khí ozon
trên lớp không khí sát mặt đất và sự lan truyền nhanh chóng của một số bệnh
truyền nhiễm. Bên cạnh đó, BĐKH cũng mang lại một vài lợi ích nhỏ cho
vùng ôn đới như giảm bớt tử vong do lạnh (IPCC, 2007).
 Tác động đến tài nguyên nước
BĐKH dẫn đến tổn thất nước do băng tan và giảm lớp tuyết phủ, biến đổi
nhiệt độ và lượng mưa dẫn tới những biến đổi dòng chảy. Theo dự báo của
IPCC (2007), dòng chảy sẽ giảm 10 – 40% vào giữa thế kỷ ở các vùng đông
dân ở Đông Á, Đông Nam Á và giảm 10 – 30% ở khu vực vĩ độ trung bình và
nhiệt đới do lượng mưa giảm và cường độ bốc hơi tăng làm tăng cao nguy cơ
hạn hán.
1.1.3. Biểu hiện và tác động của biến đổi khí hậu ở Việt Nam
 Thay đổi các yếu tố khí hậu
Nhiệt độ
Theo Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu của Bộ
Tài nguyên và Môi trường năm 2008, trong 50 năm (1958 – 2007), nhiệt độ
trung bình năm ở Việt Nam tăng lên khoảng từ 0,5 – 0,7 oC. Nhiệt độ trung
bình của 4 thập kỷ gần đây (1961 – 2000) cao hơn trung bình của 3 thập kỷ

14

14


trước đó (1931 – 1960). Nhiệt độ mùa đông tăng với tốc độ phổ biến 0,1 –
0,4oC mỗi thập kỷ, tương đối cao ở vùng khí hậu phía Bắc, cao nhất ở Tây
Bắc và tương đối thấp ở các vùng khí hậu phía Nam, thấp nhất ở Nam Bộ.
Mùa xuân có tốc độ tăng nhiệt độ phổ biến là 0,04 – 0,17 oC mỗi thập kỷ, mùa
hè là 0,1 – 0,18 oC, mùa thu là 0,1 – 0,15oC.
Lượng mưa
Lượng mưa trung bình năm trong 9 thập kỷ qua (1911 – 2000) có xu thế biến
đổi không rõ rệt theo các thời kỳ và các khu vực khác nhau: có giai đoạn
tăng lên và có giai đoạn giảm xuống. Lượng mưa năm giảm ở các vùng
khí hậu phía Bắc và giảm ở các vùng khí hậu phía Nam. Trong 50 năm
qua (1958 – 2007), lượng mưa trung bình trong cả nước đã giảm khoảng
2% (Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu, Bộ
TNMT, 2008).
Không khí lạnh
Số đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến Việt Nam giảm đi rõ rệt trong hai thập
kỷ qua. Các biểu hiện dị thường thường xuyên xuất hiện, ví dụ như đợt không
khí lạnh gây rét đậm rét hại kéo dài 38 ngày trong tháng 1 và tháng 2 ở Bắc
Bộ làm cho một số trẻ nhỏ và, cụ già tử vong, ngành nông nghiệp thiệt hại
nặng nề tới 400 tỷ đồng (Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến
đổi khí hậu, Bộ TNMT, 2008). Gần đây nhất, đợt rét đậm, rét hại từ ngày 23
đến ngày 28/01/2016, tuy thời gian không kéo dài nhưng có cường độ rất
mạnh, nhiệt độ thấp nhất lịch sử ở nhiều nơi đã ghi nhận; đợt rét này gây ra
băng giá trên diện rộng ở các tỉnh Bắc Bộ, nhiều nơi ở độ cao trên 800m so
với mực nước biển đã xuất hiện mưa tuyết.
Bão

Những năm gần đây xuất hiện những cơn bão có cường độ mạnh nhiều hơn.
Quỹ đạo bão có dấu hiệu chuyển dần về phía nam và mùa bão kết thúc muộn
hơn, nhiều cơn bão có đường đi dị thường hơn (Chương trình mục tiêu quốc
gia ứng phó với biến đổi khí hậu, Bộ TNMT, 2008).
Mưa phùn
15

15


Số ngày mưa phùn trung bình năm ở Hà Nội giảm dần từ thập kỷ 1981 –
1990 và chỉ còn gần một nửa là 15 ngày/năm trong 10 năm gần đây
(Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu, Bộ
TNMT, 2008).
Mực nước biển
Số liệu quan trắc tại các trạm hải văn dọc ven biển Việt Nam cho thấy tốc độ
dâng lên của mực nước biển trung bình ở Việt Nam hiện nay là khoảng 3
mm/năm (giai đoạn 1993 – 2008), tương đương với tốc độ tăng trung bình
trên toàn thế giới. Trong khoảng 50 năm qua, mực nước biển tại trạm hải văn
Hòn Dấu dâng lên khoảng 20cm (Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó
với biến đổi khí hậu, Bộ TNMT, 2008).
 Tác động đến hệ sinh thái tự nhiên
Qua khảo sát khoảng 200 điểm rạn san hô, hiện trạng độ phủ của chúng đang
giảm sút nhanh chóng. Ở miền Bắc giảm 25 – 50%, chỉ còn khoảng 1% các
rạn san hô ở miền Nam ở tình trạng tốt. Từ năm 2002, Viện Tài nguyên Thế
giới đã cảnh báo khoảng 80% rạn san hô ở vùng biển Việt Nam nằm trong
tình trạng rủi ro, trong đó 50% ở mức cao. Nếu không có hành động tích cực
và hiệu quả thì chỉ đến hết năm 2030, các rạn san hô và tôm cá sẽ biến mất
hoàn toàn. Trước thời kỳ 1996 – 1997, diện tích của 39 bãi cỏ biển là 10.768
ha, đến năm 2003 chỉ còn gần 4.000 ha, nghĩa là đã mất đến 60%. Đồng thời,

khoảng 100 loài hải sản có mức độ nguy cấp khác nhau, trên 100 loài được
đưa vào Sách Đỏ Việt Nam.
Tác động tiềm tàng của BĐKH lên rừng ngập mặn ở Việt Nam có thể gồm:
nhiệt độ tăng sẽ làm rừng ngập mặn chuyển dịch lên phía bắc; khả năng tốt
lên khi lượng mưa tăng và nếu cường độ bão tăng lên sẽ làm rừng ngập mặn
bị hủy hoại. Các hoạt động: phát triển nuôi trồng thủy sản, chuyển đổi sử
dụng đất (làm muối, trồng cói, cấy lúa), khai thác quá mức (gỗ, củi) và ô
nhiễm nước cũng làm gia tăng tác động của BĐKH đến rừng ngập mặn. Nước
biển dâng sẽ ảnh hưởng đến vùng đất ngập nước ven biển, diện tích rừng ngập

16

16


mặn có nguy cơ bị thu hẹp; nghiêm trọng nhất là khu vực rừng ngập mặn dễ
bị tổn thương ở Cà Mau, TP. Hồ Chí Minh, Vũng Tàu và Nam Định. Trong
vòng hơn 60 năm qua, tốc độ mất rừng ngập mặn ở Việt Nam là rất cao, từ
408.500 ha (1943) còn 209.740 ha (2008), đã giảm mất 198.759 ha (48,5%),
trung bình mỗi năm giảm 3.200 ha, riêng giai đoạn 1985 – 2000 giảm khoảng
15.000 ha/năm. Diện tích rừng ngập mặn suy giảm sẽ dẫn tới nhiều tác động
như: giảm sự đa dạng và phong phú của các loài chim, tôm và cá; ảnh hưởng
tới sinh kế người dân do suy giảm sản lượng thủy hải sản đánh bắt và nuôi
trồng; giảm khả năng chắn sóng, bão và khả năng lọc, giữ độc tố dẫn đến ô
nhiễm môi trường (Mai Trọng Nhuận, 2015).
Ngoài ra, BĐKH có thể gây ra một trong những đe dọa lớn nhất đối với HST
rừng đó là cháy rừng, đặc biệt là ở vùng cao nguyên miền trung và Đồng bằng
sông Cửu Long (ĐBSCL). BĐKH làm tăng nguy cơ cháy rừng khắp cả nước.
Trong đó, các tỉnh miền Nam và Tây Nguyên có hiểm họa cháy rừng rất cao,
các tỉnh miền Bắc có nguy cơ cháy rừng cao làm tăng tính dễ tổn thương của

rừng. Hạn hán kéo dài thường xuyên xảy ra gây nên hậu quả mất mùa, thậm
chí làm thay đổi cấu trúc của HST nông nghiệp, các cây trồng có giá trị cao có
thể bị biến mất, thay vào đó là những cây trồng chịu hạn có giá trị dinh dưỡng
thấp. Nhiệt độ tăng làm nguồn thủy, hải sản bị phân tán dẫn đến suy giảm số
lượng và chất lượng các HST ven biển. Sự gia tăng về nhiệt độ khiến tốc độ
đất đai bị thoái hóa, hoang mạc hóa và nhiễm mặn ở những vùng đất khô hạn,
bán khô hạn sẽ càng xảy ra nhanh hơn.
 Tác động đến tài nguyên nước
Theo các nghiên cứu về thủy văn, những năm gần đây, dòng chảy các hệ
thống sông, suối ở Việt Nam đều thiếu hụt nhiều so với trung bình nhiều năm,
có nơi tới 60 – 90%; mực nước nhiều nơi đạt mức thấp nhất lịch sử như sông
Hồng – Thái Bình, sông Mã, sông Cả, sông La, sông Trà Khúc, sông Ba,…
đã gây thiếu nước cho sản xuất nông nghiệp, mặn xâm nhập sâu vào vùng cửa
sông (Nguyễn Văn Thắng, 2010; Trần Thanh Xuân & nnk, 2011). Dưới tác
17

17


động của BĐKH, mực nước trên hầu hết hệ thống sông trong lãnh thổ Việt
Nam đều có xu hướng giảm từ 3% đến 10% với các mức giảm khác nhau khá
lớn giữa các sông, thậm chí giữa thượng, trung và hạ lưu trên cùng một con
sông. Dự tính vào thời kỳ 2040 – 2059, mức độ giảm của dòng chảy trung
bình mùa cạn dao động trong phạm vi từ dưới 1,5% ở các sông: Đà, Gâm,
Hiếu đến trên 10% tại sông Ba; còn các sông khác thường giảm 3 – 10%
(Trần Thanh Xuân & nnk, 2011); các sông La, Ba, Thu Bồn, Đồng Nai dòng
chảy giảm từ 1% đến 10%. Trên các sông Hồng – Thái Bình, Cả, dòng chảy
năm có xu hướng tăng nhỏ hơn 5%. Dòng chảy trên sông Mê Công vào
ĐBSCL, trung bình thời kỳ 2010 – 2050 tăng khoảng 4 – 12%. Dòng chảy
mùa lũ trên sông Hồng – Thái Bình, Cả, Ba, Thu Bồn có xu hướng tăng từ 2 –

9%, nhưng trên hệ thống sông Đồng Nai, dòng chảy mùa lũ giảm từ 4 – 7%.
Đối với sông Mê Công, so với thời kỳ 1985 – 2000, dòng chảy mùa lũ (tại
Kratie) trung bình thời kỳ 2010 – 2050 chỉ tăng khoảng 5 – 10%, dòng chảy
mùa cạn (trạm Tân Châu) trung bình thời kỳ 2010 – 2050 có thể hiện xu thế
tăng khoảng 10% (Trần Thục & Hoàng Minh Tuyền, 2011). Dựa vào những
số liệu này cùng với kịch bản BĐKH cho Việt Nam có thể nhận định rằng
tình hình hạn hán do thiếu hụt nguồn nước trong tương lai sẽ gia tăng ở các
lưu vực sông ở Việt Nam (Nguyễn Văn Thắng, 2010).
Theo Thông báo Quốc gia lần thứ 2 của Việt Nam cho Công ước khung của
Liên Hợp Quốc về BĐKH thì BĐKH có thể gây suy giảm đáng kể mực nước
ngầm, đặc biệt là giai đoạn sau 2020 do áp lực của hoạt động khai thác phục
vụ sản xuất và suy giảm lượng nước bổ sung cho nước ngầm trong mùa khô.
Tại vùng đồng bằng Nam Bộ, nếu lượng dòng chảy mùa khô giảm khoảng 15
– 20% thì mực nước ngầm có thể hạ thấp khoảng 11m so với hiện tại. Vào
mùa cạn, mực nước ngầm bị suy giảm do ít được bổ sung từ mưa kết hợp với
nước biển dâng dẫn đến nước ngầm tại các vùng đồng bằng ven biển bị xâm
nhập mặn, làm giảm lượng nước nhạt có thể khai thác, sử dụng (Trần Thanh
18

18


Xuân & nnk, 2011).
 Tác động đến sản xuất lương thực
Giữa năm 1976 và 2005, lũ lụt và xâm nhập mặn làm hỏng 40.000 ha đất trồng
trọt và phá hủy trên 100.000 tấn lương thực (Mai Van Cong & nnk, 2009). Khô
hạn đã làm cho khoảng 74.000 ha cà phê đã bị thiệt hại (UNEP, 2000), gây
thiếu nước cho trên 120.000 ha đất canh tác, tập trung ở hầu hết các tỉnh Tây
Nguyên, Ninh Thuận và Bình Thuận. Hạn hán dẫn tới xâm nhập mặn, riêng
vùng ĐBSCL diện tích đất canh tác thường xuyên bị ảnh hưởng bởi xâm nhập

mặn là 676.000 ha, chiếm khoảng 40% trong tổng số 1,7 triệu ha đất nông
nghiệp. Vào mùa khô, diện tích đất ở ĐBSCL bị tác động của thuỷ triều gây
xâm nhập mặn có thể chiếm đến gần 1 triệu ha (Nguyen Thi Hoang Anh &
nnk, 2012; Đào Xuân Học & Hồ Thái Đại, 2005). Theo báo cáo năm 2011
của Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn (Bộ NN&PTNT), trong hơn
650.000 ha lúa cao sản được gieo trồng vùng ven biển ĐBSCL có khoảng
100.000 ha ở vùng rủi ro xâm nhập mặn cao trong mùa khô hằng năm.
Hậu quả của BĐKH có thể tác động trực tiếp và gián tiếp đến sản xuất nông
nghiệp, có thể làm giảm sản lượng nông nghiệp ở Việt Nam khoảng 2 – 15%
(Zhai & Zhuang, 2009). Giảm sản lượng lúa do BĐKH thay đổi rất khác nhau
theo vùng, ví dụ vào năm 2050, năng suất lúa có thể giảm khoảng 4,3 – 8,3%
ở ĐBSCL; 7,5 – 19,1% ở Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và sự suy giảm có
thể cao hơn ở Tây Nguyên do sản xuất phụ thuộc vào lượng mưa. Dự tính với
mực nước biển dâng 30 cm vào năm 2050, diện tích lúa bị nhiễm mặn (>4 g/l)
trong mùa khô có thể đến 294.000 ha với hệ thống và vận hành hệ thống thủy
lợi như hiện nay (Bộ TNMT, 2012) dẫn đến giảm năng suất và diện tích gieo
trồng lúa và cây lương thực nước ngọt. Mặt khác, sản xuất lúa chiếm khoảng
75% diện tích gieo trồng và sử dụng khoảng 60% lao động (Vu Hoang Linh
& Glewwe, 2008), gây ảnh hưởng trực tiếp tới sinh kế người dân nông thôn.
Trong bối cảnh BĐKH, sự mở rộng quy mô sản xuất và xuất khẩu lương thực
có thể chịu rủi ro ngày càng cao do tác động của sự biến đổi bất thường của
19

19


điều kiện thời tiết, khí hậu, đặc biệt là những hiện tượng cực đoan khí hậu.
 Tác động đến khu dân cư, cơ sở hạ tầng và du lịch
Khu dân cư
Vùng đồng bằng Bắc Bộ trong 10 năm từ 2001 – 2010 có 106 trận mưa lớn,

gây ngập lụt nghiêm trọng. Trận mưa lớn kỷ lục trong hơn 100 năm gần đây
tại miền Bắc diễn ra từ đêm ngày 30/10/2008 đến ngày 4/11/2008 đã làm Hà
Nội bị ngập trên diện rộng, 31.517 hộ dân bị ngập, 4.439 hộ phải di dời. Trận
mưa lớn này cũng nhấn chìm 12 xã với hơn 12 vạn dân của tỉnh Ninh Bình.
Lũ quét sau bão Damrey phá hủy ít nhất 1.194 ngôi nhà và gây ra hư hỏng
11.576 ngôi nhà khác ở vùng cao hơn. Năm 2010, khu vực miền Trung chịu
bốn đợt lũ lớn lịch sử làm hư hại 6.000 ngôi nhà, gần 500.000 ngôi nhà và
300.000 ha lúa, hoa màu bị ngập lụt (Ban chỉ đạo Phòng chống Lụt bão Trung
ương, 2012).
Năm 2015, trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh mưa lớn kéo dài từ 25/7 đến đầu
tháng 8/2015 được đánh giá là có cường độ và diện bao phủ lớn nhất trong 50
năm qua trên địa bàn tỉnh. Tính đến đầu tháng 8/2015, đã có 17 người thiệt
mạng; 32 người bị thương; khoảng 3.700 hộ dân, trường học, bệnh xá ngập
lụt; hàng trăm ngôi nhà sập đổ; thiệt hại 4.863,2 ha lúa và hoa màu; hư hỏng
2.258 lồng bè thủy sản; hạ tầng kinh tế, giao thông hư hỏng nặng; ngành than
bị trôi sạt 300.000 m3 đất đá, hàng vạn tấn than... ước thiệt hại lên tới 2.700 tỷ
đồng, trong đó riêng ngành than mất hơn 1.200 tỷ đồng (Báo cáo hiện trạng
môi trường tỉnh Quảng Ninh, 2015).
Vùng Nam Bộ là một trong ba vùng đồng bằng dễ tổn thương nhất do BĐKH
bởi có địa hình thấp so với mực nước biển, nhiều nơi chỉ cao khoảng 20 – 30
cm (Lê Huy Bá & Thái Vũ Bình, 2011). Lũ và triều cường năm 2000, 2001 và
2011 ở ĐBSCL làm hư hại tương ứng hơn 900.000, 350.000 và 177.000 ngôi
nhà (Ban chỉ đạo Phòng chống Lụt bão Trung ương, 2012).
Theo kịch bản BĐKH (Bộ TNMT, 2012), ở Việt Nam sẽ có khoảng 115 đô
thị từ loại 5 đến loại đặc biệt chịu tác động mạnh của BĐKH, trong đó có 21
20

20

đô thị ven biển, 6 đô thị ven vịnh lớn, 12 đô thị giáp sông lớn và 76 đô thị ven
sông, kênh rạch nhỏ, đô thị ở vùng trũng (Trần Thị Lan Anh, 2012).
Cơ sở hạ tầng
Bao gồm hệ thống giao thông, cấp điện, cấp thoát nước, thu gom xử lý chất
rải rắn và hệ thống nhà ở, công trình đô thị.
Hệ thống giao thông nước ta rất dễ bị tổn thương với tác động của BĐKH.
Trong 5 năm, từ 2001 – 2005, thiên tai khí hậu làm ngành giao thông tổn thất
2.571 tỷ đồng. Hàng năm, lũ lụt và trượt đất đá gây hư hỏng cho hệ thống
đường giao thông ước tính thiệt hại khoảng gần 100 triệu USD (Doan Minh
Tam, 2001). Theo kịch bản BĐKH của Việt Nam, nếu nước biển dâng 1 m thì
cả nước có khoảng trên 4% hệ thống đường sắt, trên 9% hệ thống quốc lộ và
khoảng 12% hệ thống tỉnh lộ sẽ bị ảnh hưởng. Trong đó, đối với khu vực
ĐBSCL, hệ thống giao thông bị ảnh hưởng nặng nhất với khoảng 28% quốc
lộ và 27% tỉnh lộ. Hệ thống giao thông ven biển miền Trung có gần 4% quốc
lộ, gần 5% tỉnh lộ và trên 4% hệ thống đường sắt bị ảnh hưởng. Riêng khu
vực ĐBSH, có khoảng 5% đường quốc lộ, trên 6% đường tỉnh lộ và gần 4%
đường sắt bị ảnh hưởng (Bộ TNMT, 2012).
Hệ thống nhà ở và công trình công cộng (công sở, trường học, bệnh viện)
trong các đô thị cũng chịu tác động mạnh của BĐKH theo vị trí địa lý vùng
miền. Những công trình chịu ảnh hưởng của nước mặn vùng ven biển có nguy
cơ suy giảm nhanh về chất lượng. Khi các công trình công cộng và nhà ở bị
phá hủy kéo theo thiệt hại nghiêm trọng về người, tài sản và tăng chi phí sửa
chữa, xây dựng lại công trình. Nếu nước biển dâng 1 m thì gần 35% dân số
thuộc các tỉnh vùng ĐBSCL, trên 9% dân số vùng ĐBSH và Quảng Ninh bị
ảnh hưởng trực tiếp, riêng TP. Hồ Chí Minh khoảng 7 % và các tỉnh ven biển
miền Trung gần 9% dân số bị ảnh hưởng (Bộ TNMT, 2012).
Du lịch
Việt Nam hiện nằm trong nhóm năm điểm đến hàng đầu khu vực ASEAN và
100 điểm đến hấp dẫn của du lịch thế giới. Du lịch là ngành kinh tế dễ bị tổn
thương với môi trường, hầu hết các điểm du lịch của Việt Nam đều bị tổn

21

21


thương bởi tác động của các hiện tượng khí hậu cực đoan và nước biển dâng.
Bên cạnh một số tác động tích cực như kéo dài thời gian mùa du lịch do giảm
số ngày rét đậm, rét hại thì hầu hết các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan
đều có ảnh hưởng xấu đến hoạt động du lịch – dịch vụ. Các điểm du lịch và
cơ sở hạ tầng phục vụ du lịch có khả năng bị ngập, bị xói lở, suy thoái, bồi lấp
thậm chí bị phá hủy do mưa bão, lốc tố và nước biển dâng. Nhiệt độ tăng có
thể tăng nguy cơ cháy, gây hư hỏng, xuống cấp công trình, tăng các chi phí
cho hệ thống làm mát, chi phí cho thực phẩm, nước sinh hoạt và chi phí bảo
hiểm vì nguy cơ tai nạn tiềm ẩn của khách. Mưa kéo dài làm công trình dễ bị
nấm mốc, làm giảm giá trị di tích (Mai Trọng Nhuận, 2015).
Mưa bão kết hợp triều cường và nước biển dâng xâm thực sâu vào đất liền có
thể làm hư hỏng, giảm diện tích thậm chí biến mất các bãi tắm ven biển hoặc
bào mòn, phá hủy kết cấu của công trình di tích ven biển cũng như hệ thống
hạ tầng du lịch. BĐKH cũng làm ảnh hưởng đến hoạt động lữ hành, đến các
chương trình du lịch, tăng thời gian, tăng chi phí khi phải thay đổi lịch trình
hoặc phải hủy chương trình do thiên tai bất thường. Đặc biệt, khi các phương
tiện giao thông như tàu hỏa, máy bay không hoạt động được làm du khách bị
kẹt tại các điểm xảy ra thiên tai gây nhiều bất lợi cho du khách. Hệ thống du
lịch tàu biển cũng bị ảnh hưởng lớn khi thiên tai do không cập bến được theo
đúng lịch trình, cảng biển hư hại không đáp ứng đủ điều kiện hoạt động.
 Tác động tới sức khỏe con người
Tình trạng nóng lên làm thay đổi cấu trúc mùa nhiệt hàng năm. Ở miền Bắc,
mùa đông sẽ ấm lên, dẫn tới thay đổi đặc tính sinh học của con người. BĐKH
làm tăng khả năng xảy ra một số bệnh nhiệt đới như sốt rét, sốt xuất huyết;
làm tăng tốc độ sinh trưởng và phát triển nhiều loại vi khuẩn và côn trùng, vật

chủ mang bệnh, làm tăng số lượng người bị bệnh nhiễm khuẩn dễ lây lan
(Campbell Lendrum & Woodruff, 2007). Thiên tai như bão, nước dâng, ngập
lụt, hạn hán, mưa lớn và trượt đất đá,… gia tăng về cường độ và tần số làm
tăng số người bị thiệt mạng và ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe thông qua ô
22

22


nhiễm môi trường, suy dinh dưỡng, bệnh tật. Các đợt rét đậm, rét hại kéo dài
liên tục trên 10 ngày, thậm chí 15 – 20 ngày và hơn nữa gây tác hại nghiêm
trọng tới sức khoẻ cộng đồng, đặc biệt là người già, trẻ em và những người có
bệnh mãn tính về hô hấp, xương khớp.
1.2 .Tổng quan về mô hình SWAT
1.2.1. Lịch sử phát triển của mô hình
SWAT (Soil and Water Assessment Tools – “Công cụ đánh giá đất và nước”)
là mô hình được phát triển bởi USDA – ARS và Texas A&M AgriLife
Research, thuộc Texas A&M University System. Mô hình SWAT ra đời
vào những năm đầu của thập kỷ 1990, được kết hợp bởi 2 mô hình là
SWRRB và ROTO. Mô hình được xây dựng cho quy mô lưu vực để mô
phỏng các tác động của thực tiễn quản lý đất đai trên hệ thống thủy văn sinh
thái trong thời đoạn dài. Mô hình bao gồm các module mô phỏng các quy
trình thủy văn có xét đến sản xuất nông nghiệp (thảm phủ thực vật). Mô hình
này có thể được coi như một mô hình “giả vật lý”.
Từ khi ra đời đến nay, SWAT đã được cải tiến rất nhiều về giao diện trực
quan, bổ sung thêm các chức năng, khái niệm mới qua các phiên bản:
SWAT94.2; SWAT96.2; SWAT98.1; SWAT99.2; SWAT2000; SWAT2005;
SWAT2009; SWAT2012.
Phiên bản được sử dụng trong nghiên cứu này là SWAT2012, đây là phiên
bản mới nhất với những tính năng mới, vượt trội hơn các phiên bản trước đó.

Giao diện của mô hình đã được phát triển trên nhiều môi trường như
Windows (visual basic), GRASS, ArcView, ArcGIS và đã được kiểm chứng
chặt chẽ ở nhiều nơi trên thế giới.
1.2.2. Các thành phần lý thuyết của mô hình
Chu trình thủy văn được mô tả trong mô hình SWAT dựa trên phương trình
cân bằng nước:
Trong đó:
23

23


- SWt: lượng nước trong đất tại thời điểm t (mm H2O)
- SWo: lượng nước trong đất tại thời điểm ban đầu trong ngày thứ i (mm
H2O)
- t: thời gian (ngày)
- Rday: lượng nước mưa trong ngày thứ i (mm H2O)
- Qsurf: lượng dòng chảy bề mặt trong ngày thứ i (mm H2O)
- Ea: lượng nước bốc hơi trong ngày thứ i (mm H2O)
- Wseep: lượng nước thấm vào vùng chưa bão hòa trong ngày thứ i (mm H2O)
- Qgw: lượng nước ngầm (mm) chảy ra sông trong ngày thứ i

Hình 1.1: Sơ đồ vòng tuần hoàn thủy văn trong mô hình SWAT
 Mưa và các yếu tố khí hậu

Khí hậu của một lưu vực cung cấp nguồn nước và năng lượng cho vòng tuần
hoàn nước và khống chế tầm quan trọng của từng thành phần trong vòng tuần
24

24

hoàn thủy văn. Những dữ liệu cần thiết cho mô hình gồm có mưa/tuyết, nhiệt
độ cực đại, cực tiểu, độ ẩm không khí tương đối, bức xạ mặt trời, vận tốc gió.
Một khi nước mưa rơi gần xuống mặt đất, nước mưa có thể bị tán lá cây giữ
lại một phần, phần còn lại tiếp tục rơi xuống mặt đất. Khi đến bề mặt đất,
nước sẽ thấm vào trong đất hoặc chảy tràn trên mặt đất tạo thành dòng chảy
mặt. Dòng chảy mặt di chuyển nhanh về phía các rãnh kênh và là yếu tố chính
tạo nên hiệu ứng dòng chảy ngắn hạn. Lượng nước thấm xuống đất có thể
nằm lại trong các tầng đất để sau đó biến thành hơi nước hay tiếp tục chuyển
động theo những khe dẫn đến hệ thống các tầng nước ngầm. Đồng thời nước
ở trong các tầng đất và tầng nước ngầm cũng hình thành dòng chảy đổ ra kênh
dẫn chính (sông suối). Lượng mưa và các dòng chảy thành phần đóng góp
một phần nhất định vào sông suối, hình thành nên dòng chảy trong hệ thống
sông và cuối cùng đổ nước ra điểm đầu ra của lưu vực.
 Nước lưu trữ trong tán lá cây

Nước mưa rơi xuống bị giữ lại một phần bởi tán cây và có khả năng bị bốc
hơi sau đó. Khả năng lưu trữ nước của tán cây có ảnh hưởng đáng kể đến tính
thấm, dòng chảy tràn bề mặt và bốc thoát hơi nước. Ảnh hưởng của nó đối với
các quá trình trên phụ thuộc vào mật độ che phủ của thực vật và hình thái học
của từng loài cây. Lượng nước lưu trữ trên tán cây được tính đến trong tính
toán dòng chảy tràn bề mặt theo phương pháp đường cong SCS (The US Soil
Conservation Service).
 Dòng chảy tràn bề mặt (Qsurf)

Phương trình SCS dùng để tính dòng chảy tràn bề mặt là một mô hình kinh
nghiệm được phát triển để giúp đánh giá lượng dòng chảy mặt dựa trên sự
biến đổi đặc tính sử dụng đất, loại thổ nhưỡng và các điều kiện ẩm trước
đó:

25

25