Phân tích xu thế thay đổi các thành phần cân bằng nước trên lưu vực sông la vĩ, tỉnh bình định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
PHÂN TÍ CH XU THẾ THAY ĐỔI CÁC THÀ NH PHẦN
CÂN BẰNG NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG LA VĨ, BÌ NH ĐINH
̣

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THI ̣ THÊM
Ngành: Hệ thống Thông tin Địa lý
Niên khóa: 2013 – 2017

Tháng 7/2017


PHÂN TÍ CH XU THẾ THAY ĐỔI CÁC THÀ NH PHẦN CÂN BẰNG NƯỚC
TRÊN LƯU VỰC SÔNG LA VĨ, BÌ NH ĐINH
̣

Tác giả
NGUYỄN THI ̣THÊM

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kĩ sư ngành Hệ thống Thông tin Địa lý

Giáo viên hướng dẫn:
PGS.TS Nguyễn Kim Lợi
KS. Nguyễn Duy Liêm

Tháng 6 năm 2017

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu cùng toàn thể quý
Thầy Cô Khoa Môi Trường và Tài Nguyên trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu cho em trong
suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Để có được thành quả như ngày hôm nay, em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy
PGS. Nguyễn Kim Lợi và thầy KS. Nguyễn Duy Liêm đã truyền đạt, giảng dạy em trong
suốt quá trình bốn năm học tại trường. Đặc biệt là thầy Nguyễn Duy Liêm, người trực tiếp
hướng dẫn em hoàn thành báo cáo tốt nghiệp. Cảm ơn thầy đã ân cần chỉ bảo, hướng dẫn,
hỗ trợ em trong quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn rất
nhiều.
Cuối cùng, con xin chân thành cảm ơn Ba Mẹ đã nuôi dưỡng và tạo cho con điều
kiện học tập. Cảm ơn những người bạn đã bên cạnh chia sẻ động viên giúp mình vượt qua
những lúc khó khăn.
Nguyễn Thi ̣Thêm
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7/2017
Khoa Môi trường và Tài nguyên
Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
Số điện thoại: 01673764491
Email:

i


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Phân tích xu thế thay đổ i các thành phầ n cân bằ ng nước trên
lưu vực sông La Vĩ, Bin
đã được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng
̣

̀ h Đinh”
2/2017 đến tháng 7/2017. Mục tiêu của đề tài: mô phỏng các quá trình thủy văn trên lưu
vực bằng mô hình SWAT; phân tić h sự thay đổ i các thành phầ n cân bằ ng nước theo thời
gian và không gian.
Phương pháp tiếp cận của đề tài là ứng dụng mô hình SWAT mô phỏng các thành
phần cân bằng nước trong hệ thống lưu vực sông La Vĩ giai đoạn 2000- 2015.
Kết quả đạt được của khóa luận mô phỏng thành phần cân bằng nước trên lưu vực
trong thời kỳ 2000- 2015, tại vị trí trạm đo Phù Cát 14o0’00’’ vĩ độ Bắc và 109o04’00’’
kinh độ Đông và trạm đo Quy Nhơn tại 13o 46’ vĩ độ Bắc và 109o 13’ kinh độ Đông. Dựa
trên thông tin mô phỏng thành phần cân bằng nước được thể hiện qua kết quả chạy mô
hình SWAT. Đề tài đã tiến hành phân tích xu thế thay đổi các thành phần cân bằng nước
trên lưu vực sông La Vĩ theo không gian và thời gian như sau:


Bốc thoát hơi thực tế là thành phần chủ yếu phụ thuộc vào sử dụng đất và nhiệt

độ của lưu vực. Bốc thoát hơi thực tế có giá trị cao 600- 1.110 mm tập trung tại khu
vực đất ở đô thị, đất ở nông thôn, giá trị thấp 520- 600 mm tập trung tại khu vực đất
cây công nghiệp lâu năm. Độ lệch chuẩn là 87 mm.


Lượng nước trong đất phụ thuộc vào thành phần cơ giới của đất. Những nơi

thổ nhưỡng là đất xám bạc màu trên macma acid và cát thì khả năng giữ nước trong
đất cao (phụ lục 1), 131- 178 mm. Ngược lại, trên vùng xám trên macma acid và cát
có lượng nước trong đất nhỏ hơn 95- 130 mm. Trung bình hàng năm thì lượng nước
ít thay đổi, độ lệch chuẩn là 11 mm . Trong năm, vào mùa mưa thì lượng nước có sự
biến động và cao hơn trong mùa khô.


Lượng nước thấm vào tầng ngậm nông tập trung tại các khu vực có đất cây

công nghiệp lâu năm diễn ra quá trình thấm hút nhanh nên có giá trị cao, khu vực đất
ở đô thị và đất ở nông thôn có giá trị thấp vì bị cản trở bởi bề mặt không thấm. Vào
những năm có lượng mưa cao thì lượng nước thấm cũng tăng theo như năm 2005
(1.461 mm) và năm 2001 (94 mm). Trong năm thì lượng nước thấm vào tầng ngậm
ii


nông có giá trị 221- 227 mm vào các mùa mưa từ tháng 9 đến 12, các tháng còn lại
thì giá trị rất thấp 3- 10 mm.


Dòng chảy mặt có sự phân bố tập trung cao tại nơi có khu vực đất ở đô thị, đất

ở nông thôn do có sự cản trở bề mặt không thấm, đất trồng cây công nghiệp lâu năm
có quá trình thấm hút của cây nên lượng dòng chảy mặt có giá trị thấp. Trong năm
thì lượng dòng chảy mặt cao 220- 226 mm vào tháng 9 đến tháng 12 do có lượng
mưa nhiều trong năm. Ngược lại vào mùa khô, thì lượng dòng chảy mặt rất ít khoảng
1 mm.


Dòng chảy ngầm ở khu vực có giá trị cao tại nơi có đất trồng cây công nghiệp

lâu năm vì có lượng nước thấm vào tầng ngậm nông cao, đất ở đô thị, nông thôn có
dòng chảy ngầm nhỏ. Trong năm, dòng chảy ngầm có sự biến động trễ hơn mùa mưa
khoảng một tháng, kéo dài từ tháng 10 cho đến hết tháng 1.
Kết quả nghiên cứu thể hiện sự chi phối của loại hình sử dụng đất, thổ nhưỡng, độ
dốc và khí hậu đến sự phân bố, thay đổi của các thành phần cân bằng nước trên lưu vực.
Bên cạnh đó, cũng đã chứng minh cách tiếp cận của mô hình SWAT là phương pháp có

tính hiệu quả cao trong việc mô phỏng các thành phần cân bằng nước, phù hợp với đặc
điểm lưu vực sông La Vĩ trong khoảng thời gian dài.

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i
TÓM TẮT ...........................................................................................................................ii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iv
DANH MỤC VIẾT TẮT ..................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................. ix
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 2
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 2
1.3.2. Pha ̣m vi nghiên cứu .............................................................................. 2
1.3.3. Thời gian nghiên cứu............................................................................ 3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 3
2.1. Tổng quan đối tượng nghiên cứu ....................................................................... 3
2.1.1. Khái niê ̣m cân bằ ng nước ..................................................................... 3
2.1.2. Phương trình cân bằng nước ................................................................ 3
2.1.3. Cấ u trúc cân bằ ng nước ........................................................................ 4
2.2. Tổng quan khu vực nghiên cứu .......................................................................... 5
2.2.1. Vị trí địa lý ........................................................................................... 5
2.2.2. Điều kiện tự nhiên ................................................................................ 6
2.2.3. Điều kiện kinh tế- xã hội .................................................................... 11
2.3. Tổng quan phương pháp nghiên cứu ................................................................ 13

2.3.1. Khái niê ̣m về SWAT .......................................................................... 13
2.3.2. Lich
̣ sử phát triể n ................................................................................ 14
2.3.3. Chu triǹ h cân bằ ng nước .................................................................... 15
iv


2.3.4. Thuâ ̣t toán cân bằ ng nước .................................................................. 17
2.3.5. Cấ u trúc dữ liê ̣u SWAT ...................................................................... 25
2.4. Tình hình nghiên cứu........................................................................................ 33
2.4.1. Trên thế giới ....................................................................................... 33
2.4.2. Trong nước ......................................................................................... 34
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 36
3.1. Phương pháp ..................................................................................................... 36
3.2. Thu thập dữ liệu................................................................................................ 36
3.3. Xử lí dữ liệu ...................................................................................................... 37
3.3.1. Dữ liệu địa hình .................................................................................. 37
3.3.2. Dữ liệu thổ nhưỡng ............................................................................ 38
3.3.3. Dữ liệu sử dụng đất ............................................................................ 40
3.3.4. Dữ liệu thời tiết .................................................................................. 43
3.3.5. Phân định lưu vực............................................................................... 44
3.3.6. Phân tích đơn vị thuỷ văn ................................................................... 45
3.3.7. Ghi chép dữ liệu đầu vào.................................................................... 47
3.3.8. Chạy mô hình ..................................................................................... 47
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ................................................................................................... 49
4.1. Mô phỏng cân bằng nước theo không gian ...................................................... 49
4.1.1. Lưu vực .............................................................................................. 49
4.1.2. Tiểu lưu vực ....................................................................................... 50
4.1.3. Đơn vị thuỷ văn .................................................................................. 55
4.2. Mô phỏng cân bằng nước theo thời gian .......................................................... 60

4.2.1. Theo năm ............................................................................................ 60
4.2.2. Theo tháng .......................................................................................... 64
4.2.3. Thảo luận ............................................................................................ 67
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ........................................................................ 70
5.1. Kết luận ............................................................................................................ 70
v


5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 71
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 74

vi


DANH MỤC VIẾT TẮT
DEM

Digital Elevation Model (Mô hình độ cao số)

ET

Evaporation and Transpiration (Bốc thoát hơi thực tế)

FAO

Food and Agriculture Organization (Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp
Quốc)

GW_Q

Goundwater Flow (Dòng chảy ngầm)

HRU(s)

Hydrologic Response Units (Đơn vị thuỷ văn)

PERC

Percolation to shallow quiter (Lượng nước thấm vào tầng ngậm nông)

PRECIP

Preciptation (Lượng mưa)

SUR_Q

Surface Runoff (Dòng Chảy mặt)

SW

Soil moisture redistribution (Lượng nước trong đất)

SWAT

Soil and Water Assessment Tool ( Mô hình đánh giá đất và nước)

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thổ nhưỡng lưu vực sông La Vĩ....................................................................... 8
Bảng 2.2. Diện tích, dân số và mật độ dân số các xã đi qua lưu vực ........................... 11
Bảng 2.3. Hiêṇ tra ̣ng sử du ̣ng đấ t của các xã, thị trấn nằm trên lưu vực ................... 12
Bảng 2.4. Thống kê diện tích cây trồng năm 2014 trên lưu vực sông La Vĩ ............... 13
Bảng 2.5. Dữ liệu đầu vào của SWAT ............................................................................ 25
Bảng 2.6. Ý nghĩa các thông số trong bảng CropRng ................................................... 27
(J.G. Arnold et al., 2013) .................................................................................................. 28
Bảng 2.7. Ý nghĩa các thông số trong bảng UrbanRng ................................................. 28
Bảng 2.8. Thông số đầu vào của dữ liệu thổ nhưỡng trong SWAT ............................. 29
Bảng 2.9. Các thông số đầu vào của dữ liệu thời tiết tổng quát ................................... 31
Bảng 2.10. Dữ liệu đầu ra ................................................................................................ 32
Bảng 3.1. Mã tra thổ nhưỡng của lưu vực sông La Vĩ theo SWAT ............................. 38
Bảng 3.2. Mã tra sử dụng đất năm 2005 của lưu vực sông La Vĩ ................................ 41
Bảng 3.3. Diện tích sử dụng đất 2005 lưu vực sông La Vĩ theo SWAT ....................... 43
Bảng 3.4.Trạm đo khí tượng lưu vực Sông La Vĩ ......................................................... 43
Bảng 4.1. Thành phần cân bằng nước theo không gian và thời gian .......................... 67

viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Lưu vực sông và các thành phầ n cán cân nước (Nguyễn Thanh Sơn, 2005)3
Hình 2.2. Vị trí địa lý lưu vực Sông La Vĩ ........................................................................ 6
Hình 2.3. Lượng mưa trung bình tháng giai đoạn 2000- 2015 ....................................... 7
Hình 2.4. Nhiệt độ trên lưu vực ......................................................................................... 8
Hình 2.5. Sông ngòi lưu vực sông La Vĩ ......................................................................... 10
Hình 2.6. Dòng chảy của lưu vực sông La Vĩ ................................................................. 11
Hình 2.7. Sơ đồ lịch sử hình thành phát triển của SWAT (Susan L.N. et al., 2009) .. 14
Hình 2.8. Sơ đồ chu trình thủy văn trong pha đất (Susan L.N. et al., 2009) ............... 16

Hình 2.9. Sơ đồ các quá trình diễn ra trong dòng chảy bởi SWAT (Susan L.N. et al.,
2009) ................................................................................................................................... 16
Hình 2.10. Vòng lặp HRU/tiểu lưu vực (Susan L.N. et al., 2009) ................................. 17
Hình 2.11. Dòng chảy mặt ................................................................................................ 18
Hình 2.12. Mố i liên hê ̣ giữa dòng chảy mă ̣t với lươ ̣ng mưa trong phương pháp
đường cong số SCS (S.L Neitsch et al., 2009) ................................................................. 19
Hình 2.13. Mô tả lớp đất sườn dốc .................................................................................. 21
Hình 3.1. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 36
Hình 3.2. Bản đồ địa hình Lưu vực Sông La Vĩ............................................................. 38
Hình 3.3. Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông La Vĩ ......................................................... 39
Hình 3.4. Bản đồ thổ nhưỡng theo SWAT của lưu vực sông La Vĩ ............................. 40
Hình 3.5. Bản đồ sử dụng đất 2005 lưu vực sông La Vĩ ................................................ 41
Hình 3.6. Bản đồ sử dụng đất lưu vực Sông La Vĩ năm 2005 ...................................... 42
Hình 3.7. Bản đồ trạm đo lưu vực ................................................................................... 44
Hình 3.8. Phân định lưu vực ............................................................................................ 45
Hình 3.9. Độ dốc địa hình lưu vực sông La Vĩ ............................................................... 46
Hình 3.10. Đơn vị thuỷ văn lưu vực sông La Vĩ............................................................. 46
Hình 3.11. Thiết lập chạy mô hình SWAT theo năm .................................................... 47
Hình 3.12. Thiết lập thông số đầu ra .............................................................................. 48
ix


Hình 4.1. Biểu đồ trung bình năm thành phần cân bằng nước trên lưu vực.............. 49
Hình 4.2. Bốc thoát hơi thực tế trên tiểu lưu vực sông La Vĩ ....................................... 51
Hình 4.3. Lượng nước trong đất trên từng tiểu lưu vực sông La Vĩ ........................... 52
Hình 4.4. Lượng nước thấm vào tầng ngậm nông trên từng tiểu lưu vực sông La Vĩ
............................................................................................................................................ 53
Hình 4.5. Dòng chảy mặt trên từng tiểu lưu vực sông La Vĩ ........................................ 54
Hình 4.6. Dòng chảy ngầm trên từng tiểu lưu vực sông La Vĩ ..................................... 55
Hình 4.7. Bốc thoát hơi thực tế trên đơn vị thuỷ văn lưu vực sông La Vĩ .................. 56

Hình 4.8. Lượng nước trong đất trên đơn vị thuỷ văn lưu vực sông La Vĩ ................ 57
Hình 4.9. Lượng nước thấm vào tầng ngậm nông trên đơn vị thuỷ văn lưu vực sông
La Vĩ................................................................................................................................... 58
Hình 4.10. Dòng chảy mặt trên đơn vị thuỷ văn lưu vực sông La Vĩ .......................... 59
Hình 4.11. Dòng chảy ngầm trên đơn vị thuỷ văn lưu vực sông La Vĩ ....................... 60
Hình 4.12. Bốc thoát hơi thực tế theo năm trên toàn lưu vực ...................................... 61
Hình 4.13. Lượng nước trong đất theo năm trên toàn lưu vực .................................... 61
Hình 4.14. Lượng nước thấm vào ngậm nông theo năm trên toàn lưu vực ................ 62
Hình 4.15.Dòng chảy mặt theo năm trên toàn lưu vực ................................................. 63
Hình 4.16. Dòng chảy ngầm theo năm trên toàn lưu vực ............................................. 63
Hình 4.17. Bốc thoát hơi thực tế trung bình theo tháng ............................................... 64
Hình 4.18. Lượng nước trong đất trung bình theo tháng ............................................. 65
Hình 4.19. Lượng nước thấm vào tầng ngậm nông trung bình theo tháng ................ 66
Hình 4.20. Dòng chảy mặt trung bình theo tháng ......................................................... 66
Hình 4.21. Dòng chảy ngầm trung bình theo tháng ...................................................... 67

x


CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
La Vĩ là lưu vực nằm trong lưu vực của sông Kone có diện tích tự nhiên là
10.330,7 ha nằm trên xã Cát Lâm, Cát Hiệp, Cát Hạnh, Cát Trinh, thị trấn Ngô Mây
của huyện Phù Cát và xã Bình Thuận của huyện Tây Sơn tỉnh Bình Định.
Lưu vực sông La Vĩ có địa hình tương đối bằng phẳng với độ cao dao động trong
khoảng 7- 362 m. Độ dốc lưu vực nhỏ, phổ biến là 0- 3,27%. Lưu vực có 10 loại hình
sử dụng đất chính theo SWAT (năm 2005), chủ yếu đất trồng cây công nghiệp lâu
năm, đất ở nông thôn, đất ở đô thị là phổ biến. Về thành phần thổ nhưỡng của lưu vực
thì đất xám và đất xám bạc màu trên macma acid đá cát chiếm diện tích nhiều nhất lần
lượt là 48,67% và 36,41%. Khí hậu trên lưu vực có lượng mưa trung bình hàng năm là

1.919 mm, có nền nhiệt độ tương đối cao với nhiệt độ trung bình năm khoảng 27,3oC.
Độ ẩm trung bình năm trong khoảng 76- 80%. Tổng số giờ nắng trong năm khoảng
2.400- 2.600 giờ. Lưu vực sông La Vĩ chịu ảnh hưởng của hai luồng gió chính là gió
mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam. Tốc độ gió trung bình năm trên lưu vực biến đổi
trong khoảng 2,3- 2,7 m/s.
Loại hình sử dụng đất, thổ nhưỡng, độ dốc và khí hậu có sự ảnh hưởng đến các
thành phần cân bằng nước trên lưu vực. Khí hậu thay đổi theo thời gian dẫn đến các
thành phần cân bằng nước thay đổi theo. Và sử dụng đất, thổ nhưỡng và độ dốc quyết
định sự phân bố các thành phần cân bằng nước. Đối với lưu vực sông La Vĩ có nền
kinh tế chủ yếu dựa vào sản xuất nông nghiệp, thì các thành phần cân bằng nước đóng
vai trò rất quan trọng trong sự phát triển nông nghiệp của vùng. Để quản lý nguồn tài
nguyên nước đối với việc phát triển nông nghiệp, thì cần hiểu rõ hơn về vấn đề cân
bằng nước của lưu vực. Sự thay đổi và phân bố của các thành phần cân bằng nước theo
thời gian, không gian như thế nào? Thêm vào đó, sông La Vĩ chưa có đề tài nghiên
cứu về các vấn đề cân bằng nước trên lưu vực. Cho nên cần có sự tiến hành nghiên cứu
và kiểm định lại để biết được sự thay đổi và phân bố cách chính xác các thành phần
cân bằng nước.
Trong những năm gần đây, mô hình SWAT được sử dụng nhiều trong việc mô
phỏng các thành phần cân bằng nước trên thế giới và Việt Nam như: năm 2001,

1


Watson nghiên cứu áp dụng SWAT trên lưu vực sông Woady Yaloak, mô phỏng dòng
chảy hàng năm, hàng tháng và hàng ngày trong giai đoạn 1978- 1989. Năm 2012,
Nguyễn Kỳ Phùng và Lê Thị Thu An mô phỏng sự thay đổ i dòng chảy lưu vực sông
Đồ ng Nai dưới tác đô ̣ng của biế n đổ i khí hâ ̣u trong tương lai trong giai đoạn 20202100. Năm 2013, Nguyễn Thị Ấu và cộng sự nghiên cứu tác động của sự thay đổi
thảm phủ đến cân bằng nước trên lưu vực sông Đắ k Bla, Kon Tum, Nguyễn Thị Kim
Nga thực hiện đề tài ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT tính toán lưu lượng
dòng chảy lưu vực sông Bé tỉnh Đồng Nai, dự báo diễn biến dòng chảy dưới tác động

của biến đổi khí hậu đến năm 2030. Từ đó cho thấy mô hình SWAT là phương pháp
mô phỏng thành phần cân bằng nước phổ biến và đa dạng ở nhiều lưu vực, thời gian
khác nhau.
Xuất phát từ các lý do trên, đề tài “Phân tích xu thế thay đổ i các thành phầ n
cân bằ ng nước trên lưu vực sông La Vĩ, Bin
vừa mang tính chất cần thiết,
̣
̀ h Đinh”
vừa mang tính chất khoa học và thực tiễn đã được đề xuất thực hiện.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung của nghiên cứu là ứng dụng mô hình SWAT mô phỏng và phân
tích xu thế thay đổi các thành phần cân bằng nước lưu vực. Mục tiêu được thể hiện chi
tiết như sau:


Mô phỏng các quá trình thủy văn trên lưu vực bằng mô hình SWAT giai

đoạn năm 2000- 2015,


Phân tić h sự thay đổ i các thành phầ n cân bằ ng nước trên từng tiể u lưu vực

theo không gian ( lưu vực, tiểu lưu vực, đơn vị thuỷ văn), thời gian (tháng, năm).
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thành phầ n cân bằ ng nước trên lưu vực
sông La Vĩ.
1.3.2. Pha ̣m vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn trên lưu vực sông La Vĩ nằm trên xã
Cát Tân, Cát Hiệp, Cát Trinh, Cát Hạnh, thị trấn Ngô Mây thuộc huyện Phù Cát và xã

Bình Thuận huyện Tây Sơn

2


1.3.3. Thời gian nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu đối tượng của đề tài trong giai đoạn 2000- 2015.

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Khái niêm
̣ cân bằ ng nước
Khái niê ̣m cân bằng nước là một định luật vật lý thông dụng “định luật bảo toàn
vật chất” trong thủy văn. Cân bằng nước là mối quan hệ giữa định lượng nước đến và
nước đi ra khỏi nguồn nước (lưu vực, sông). Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ
định luật bảo toàn vật chất, đối với một lưu vực có thể hiểu như sau: “Hiệu số lượng
nước đến và ra khỏi lưu vực bằng sự thay đổi lượng nước trên lưu vực đó trong một
giai đoạn tính toán bất kỳ.
Phân tích xu thế thay đổi các thành phần cân bằng nước lưu vực là xác định các
thành phần cân bằng nước và các thay đổi của chúng theo thời gian.

Hình 2.1. Lưu vực sông và các thành phầ n cán cân nước (Nguyễn Thanh Sơn, 2005)
2.1.2. Phương trình cân bằng nước
Chọn một lưu vực bất kỳ trên mặt đất, thời gian t. Công thức nguyên lý cân bằng
nước.
(X + Z1 + Y1 + W1) - (Z2 + Y2 + W2) = | U2 - U1 | = ± ∆U
Trong đó,
X: lượng mưa bình quân rơi trên lưu vực,

3

Z1: lượng nước ngưng tụ trên mặt lưu vực,
Y1: lượng dòng chảy mặt đến,
W1: lượng dòng chảy ngầm đến,
Z2: lượng nước bốc hơi bình quân khỏi lưu vực,
Y2: lượng dòng chảy mặt đi,
W2: lượng dòng chảy ngầm đi,
U1: lượng nước trữ trong lưu vực ở thời đoạn đầu của ∆t,
U2: lượng nước trữ trong lưu vực ở thời đoạn cuối của ∆t,
∆U: mang dấu dương khi U2 > U1 và ngược lại.
2.1.3. Cấ u trúc cân bằ ng nước
Nguồn nước là thành phần quan trọng cho sự sống và môi trường. Từ những ảnh
hưởng phát triển của kinh tế xã hội, việc sử dụng đất, biện pháp thủy lợi con người đã
làm thay đổi trạng thái tự nhiên của nguồn nước. Các biện pháp thủy lợi rất đa dạng,
bao gồm các hệ thống công trình thủy lợi như: hồ chứa, đập dâng nước, hệ thống đê,
hệ thống các trạm bơm và cống tưới tiêu, đâ ̣p ngăn mặn.
Các hệ thống thủy lợi được xây dựng làm thay đổi đáng kể những đặc điểm tự
nhiên của nguồn nước. Khi đánh giá cân bằng nước, cần xem xét trong một hệ thống
nguồn nước, đó là “mô ̣t tâ ̣p hơ ̣p các thành phầ n của nguồ n nước đươ ̣c liên kế t với nhau
bởi các mố i liên hê ̣ bên trong để hướng đế n mô ̣t mu ̣c đích chung, bao gồ m tài nguyên
nước, các biên pháp khia thách và bảo vê ̣ nguồ n nước, các nhu cầ u về nước cùng với
môi quan hê ̣ tương tác giữa chúng và sự tác đô ̣ng của môi trường lên nó” (Hà Văn
Khố i, 2005).
Quá trình đánh giá cân bằng nước cần quan tâm đến 3 yếu tố như sau (Hà Văn
Khối, 2005):


Đă ̣c trưng cân bằ ng (lươ ̣ng, chấ t lươ ̣ng, đô ̣ng thái của nước): đánh giá cân

bằ ng nước so sánh các nhu cầ u nước với tiể m năng nước. Vì nhu cầ u nước và
tiề m năng nước có sự thay đổ i theo không gian, thời gian nên viê ̣c cân bằ ng nước
cầ n xem xét đế n ba đă ̣c trưng của nguồ n nước là: lươ ̣ng, chấ t lươ ̣ng, đô ̣ng thái
của nước. Lươ ̣ng là tổ ng lươ ̣ng nước đươ ̣c sinh ra trong khoảng thời gian, mô ̣t
năm hay mô ̣t thời kì nào đó trong năm; nó biể u thi ̣ mức đô ̣ phong phú của nguồ n
tài nguyên nước trên vùng lañ h thổ . Chấ t lươ ̣ng bao gồ m các đă ̣c trưng về hàm

4


lươ ̣ng của các chấ t hòa tan và không hòa tan trong nước (có lơ ̣i hoă ̣c cóa ha ̣i theo
tiêu chuẩ n sử du ̣ng của đố i tươ ̣ng sử du ̣ng nước). Đô ̣ng thái của nước là sự thay
đổ i các đă ̣c trưng dòng chảy theo thời gian sự thay đổ i nước giữa các khu vực
chứa nước, sự vâ ̣n chuyể n và quy luâ ̣t chuyể n đô ̣ng của nước trong sông, sự
chuyể n đô ̣ng của nước ngầ m, các quá trin
̀ h trao đổ i chấ t hòa tan, truyề n mă ̣t.


Hê ̣ thố ng chỉ tiêu đánh giá (kinh tế , chức năng, môi trường, đô ̣ tin câ ̣y): tính

toán cân bằ ng nước trong hê ̣ thố ng lưu vực nghiã là đánh giá xem hê ̣ thố ng có đa ̣t
đươ ̣c tiń h hiê ̣u quả cao nhấ t của các biê ̣n pháp khai thác với chi phí thấ p nhấ t, có
đáp ứng tố i đa nhu cầ u nước trong vùng nghiên cứu, có đảm bảo sự cân bằ ng
pháp triể n bề n vững của vùng hoă ̣c lưu vực sông; có đô ̣ tin câ ̣y cao, nghiã là xác
suấ t của sự sai khác giữa những thay đổ i trong tương lai so với quy hoa ̣ch ban
đầ u là nhỏ nhấ t hay không.


Phương pháp đánh giá (mô phỏng, tố i ưu): mô hin
̀ h hóa là công cu ̣ quan

tro ̣ng và không thể thiế u trong quá trình đánh giá cân bằ ng nước. Mô hin
̀ h hóa hê ̣
thố ng bao gồ m mô hình mô phỏng và mô hình tố i ưu. Mô hình mô phỏng mô tả
các quá triǹ h vâ ̣t lý và hoa ̣t đô ̣ng của nguồ n nước, với các da ̣ng như: mô hin
̀ h tin
́ h
toán dòng chảy, mô hình hình tính toán nước ngầ m, mô hình xác đinh
̣ nhu cầ u về
nước, mô hiǹ h tiń h toán điề u tiế t nước trong hê ̣ thố ng hồ chứa, mô hin
̀ h tin
́ h toán
nhiễm mă ̣n và truyề n chấ t... Mô hin
̀ h tố i ưu thiế t lâ ̣p lựa cho ̣n tố i ưu về cách thức
phân phố i, vâ ̣n hành nguồ n nước dựa trên mô ̣t hàm mu ̣c tiêu. Đố i với đánh giá
cân bằ ng nước, viê ̣c sử du ̣ng mô hin
̀ h mô phỏng phù hơ ̣p hơn mô hin
̀ h tố i ưu.
2.2. Tổng quan khu vực nghiên cứu
2.2.1. Vị trí địa lý
Lưu vực sông La Vĩ, một phụ lưu của hệ thống sông Côn, có diện tích 10.369 ha,
trải dài trong khoảng tọa độ địa lý 13058’- 1404’ vĩ độ Bắc và 108056’- 10905’ kinh độ
Đông, nằm trên địa phận các xã Cát Lâm, Cát Hiệp, Cát Hanh, Cát Trinh, thị trấn Ngô
Mây (huyện Phù Cát) và xã Bình Thuận (huyện Tây Sơn) của tỉnh Bình Định (xem
hình 2.2).

5


Hình 2.2. Vị trí địa lý lưu vực Sông La Vĩ

2.2.2. Điều kiện tự nhiên
(1) Địa hình
Lưu vực sông La Vĩ có địa hình tương đối bằng phẳng với độ cao dao động trong
khoảng 7- 362 m. Hướng của địa hình chủ yếu là Tây Bắc- Đông Nam. Phần lớn diện
tích lưu vực ở độ cao 20- 29 m. Độ cao lớn nhất nằm ở phía Bắc xã Cát Trinh (trên
251 m), thấp nhấp nằm ở các xã Cát Tân, Cát Hiệp, Cát Trinh, Bình Thuận, thị trấn
Ngô Mây (dưới 20 m).
Độ dốc lưu vực nhỏ, khoảng 0- 101%, phổ biến là 0- 3,27%. Độ dốc 3,27- 8,1%
phân bố dọc theo mạng lưới sông ngòi. Độ dốc lớn nhất là 8,1- 101% tập trung ở
những vùng đồi phía Tây Bắc, Bắc và Nam của lưu vực (xem hình 3.2).
(2) Khí hậu
Lưu vực sông La Vĩ nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu nhiệt
đới gió mùa. Lượng mưa trung bình năm trên lưu vực khoảng 1.919 mm, trung bình
tháng là 160 mm. Lượng mưa được phân thành hai mùa gồm mùa mưa và mùa khô
tương phản nhau sâu sắc. Mùa mưa kéo dài từ tháng 9 đến hết tháng 12 với lượng mưa

6


cao nhất rơi vào tháng 10 và tháng 11, chiếm 73% tổng lượng mưa năm. Mùa khô kéo
dài từ tháng 1 đến tháng 8 với lượng mưa chỉ chiếm 27% tổng lượng mưa năm. Số
ngày mưa trung bình năm khoảng 140 ngày.

Hình 2.3. Lượng mưa trung bình tháng giai đoạn 2000- 2015
Do mặt hạn chế dữ liệu của trạm đo trên lưu vực, nên đề tài lấy dữ liệu trạm đo
Quy Nhơn nằm gần lưu vực để thống kê các số liệu về nhiệt độ không khí, bốc hơi, số
giờ nắng, tốc độ gió, độ ẩm.
Về nhiệt độ không khí, lưu vực sông La Vĩ có nền nhiệt độ tương đối cao với
nhiệt độ trung bình năm khoảng 27,3oC. Nhiệt độ trung bình tháng nhỏ nhất là 23,2oC,
lớn nhất là 30,4oC. Độ ẩm trung bình năm trong khoảng 76- 80%. Độ ẩm thấp nhất là

33%.
Tổng số giờ nắng trong năm vào khoảng 2.400- 2.600 giờ. Số giờ nắng cao nhất
trong tháng là 12 giờ, nhỏ nhất là 2 giờ. Lưu vực sông La Vĩ chịu ảnh hưởng của hai
luồng gió chính là gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam. Tốc độ gió trung bình
năm trên lưu vực biến đổi trong khoảng 2,3- 2,7 m/s.

7


Hình 2.4. Nhiệt độ trên lưu vực
(3) Thổ nhưỡng
Thổ nhưỡng của lưu vực sông La Vĩ có các thành phần thổ nhưỡng đặc trưng
(xem bảng 2.1).
Bảng 2.1. Thổ nhưỡng lưu vực sông La Vĩ
Ký
hiệu

Tên loại đất

Đặc điểm

Khả năng sử dụng

Đất xám bạc
màu
trên
macma acid
và đá cát

Loại này có độ phì nhiêu

thấp, có nhiều đá lẫn, đất
chuxa, thành phần cơ giới
nhẹ

Ít thích hợp với các loại cây
hàng năm và cây lâu năm.
Đây là loại đất có nhiều hạn
chế cho sử dụng vào đối
tượng nông nghiệp. Muốn
khai thác sử dụng có hiệu quả
đòi hỏi phải đầu tư thâm canh
cao kết hợp với cải tạo đất và
lựa chọn cơ cấu cây trồng.

Đất
thung Có thành phần cơ giới thịt
lũng do sản nhẹ, cát pha. Đất nghèo
phẩm dốc tụ mùn. Phân bố ở ven chân
núi và thung lũng, đất được
hình thành và phát triển
trên sản phẩm rửa trôi từ
các vùng cao mang xuống
và bồi tụ ở chân sườn thoải
hoặc khe dốc.

Đây là loại đất nông nhiệp
chính ở các huyện miền núi.
Hầu hết diện tích đất lúa, lúa
màu ở các địa phương trên
đều được trồng trên đất này.

Đất thích hợp với lúa nước,
rau màu. Hạn chế đối với sử
dụng đất thung lũng dốc tụ là
hiện tượng lũ lụt, lũ quét. Cần
có công thức mùa vụ hợp lý.

Ba

D

8


E

Đất xói mòn Đất hình thành do sự bào
trơ sỏi đá
mòn rửa trôi chỉ còn lại
những mẫu chất và đá mẹ,
phân bố trên địa hình có độ
dốc lớn (>200). Độ phì
nhiêu tự nhiên rất thấp.
Đất đỏ vàng Đất có thành phần cơ giới
trên
đá cát pha đến thịt nhẹ. Tỷ lệ
macma acid
sét tăng theo chiều sâu phẫu
diện.

Fa

Fp

Pf

Xa

Đất nâu vàng Đất hình thành phát triển
trên phù sa trên mẫu chất phù sa cổ,
cổ
trong điều kiện khí hậu
nhiệt đới ẩm, quá trình rửa
trôi diễn ra mạnh dẫn đến
quá trình tích lũy sắt,
nhôm; có màu nâu vàng.
Đất có thành phần cơ giới
thịt nhẹ.
Đất phù sa có Đất hình thành trong điều
tầng loang lổ kiện khô ngập xen kẽ,
thông thường đây là đất có
địa hình cao, điều kiện tới
tiêu chủ động. Đất có thành
phần cơ giới rất nhẹ từ cát
mịn đến thịt pha cát.

Đây là loại đất không có ý
nghĩa đối với sản xuất nông
nghiệp.
Đất có độ dốc lớn, đa số tầng
mỏng nên khả năng sử dụng

vào mục địch nông nghiệp rất
hạn chế. Ở những vùng đất đã
sử dụng vào mục đích nông
nghiệp có độ dốc cấp IV nên
chuyển sang khoanh nuôi tái
sinh rừng hoặc trồng rừng.
Đất ở địa hình thấp và ít dốc
hơn có thể sử dụng vào sản
xuất nông nghiệp như trồng
điều hay cây ăn quả các loại.
Vấn đề chống xói mòn nên
được đặt hàng đầu khi sử
dụng đất này.

Đất có địa hình cao, độ dốc
không lớn nên khả năng sử
dụng vào nông nghiệp thuận
lơi. Có thể bố trí cây ăn quả,
cây lâu năm các loại.

Đất thích hợp cho sản xuất
lương thực thực phẩm, đặc
biệt là một số cây công
nghiệp ngắn ngày. Cây lúa
nước và các loại rau màu
thích hợp đối với loại đất này.
Điều kiện luân canh chuyển
đổi cây trồng cũng rất thuận
lợi.

Đất xám trên Đất có độ phì nhiêu không Mức độ thích hợp với các
macma acid cao, nhiều đá lẫn, đất chua. loại cây hàng năm và cây lâu
và đá cát
năm không cao. Điều kiện
đầu tư thâm canh ít thuận lợi
như đất dốc. Đây là loại đất

9


có nhiều hạn chế cho sử dụng
vào đối tượng nông nghiệp.

(4) Thuỷ văn
Hệ thống sông ngòi trên lưu vực sông La Vĩ khá dày đặc, có dạng hình nan quạt.
Tổng chiều dài sông suối khoảng 249 km, mật độ sông suối là 2,4 km/km². Sông ngòi
trên lưu vực chảy theo ba hướng chính: Bắc- Nam (từ xã Cát Trinh), Tây Bắc- Đông
Nam (từ xã Cát Hiệp, Bình Thuận), Nam- Bắc (từ xã Cát Tân), hợp lưu tại thị trấn Ngô
Mây và chảy ra cửa xả lưu vực tại xã Cát Tân. Lưu lượng dòng chảy trên lưu vực rất
thấp và có sự tương phản sâu sắc giữa mùa lũ và mùa kiệt.

Hình 2.5. Sông ngòi lưu vực sông La Vĩ

10


Hình 2.6. Dòng chảy của lưu vực sông La Vĩ
2.2.3. Điều kiện kinh tế- xã hội
(1) Dân số
Dân số trung bình trên lưu vực sông La Vĩ bao gồm thị trấn Ngô Mây, xã Cát

Tân, Cát Trinh, Cát Hiệp, Cát Hạnh thuộc huyện Phù Cát và xã Bình Thuận thuộc
huyện Tây Sơn là khoảng 56.483 người (xem Bảng 2.2). Mật độ dân số trung bình
341,9 người/km².
Bảng 2.2. Diện tích, dân số và mật độ dân số các xã đi qua lưu vực
STT

Diện tích
(km2)

Tên

1 Thi ̣trấ n Ngô Mây

Dân số trung
bình (người)

Mật độ dân số
(người/km2)

7,61

11.187

1.470,0

2 Xã Cát Tân

28,05

16.838

600,3

3 Xã Cát Trinh

47,68

13.459

282,3

4 Xã Cát Hiê ̣p

41,06

7.621

185,6

40,79*

7.378*

180,9*

165,19

56.483

Trung bình: 341,9

5 Xã Bình Thuận
Tổng

11


Ghi chú: * số liệu tính đến 2015, các số liệu còn lại tính đến 2014)
(Chi cục Thống kê huyện Phù Cát, 2015; Chi Cục thống kê huyện Tây Sơn, 2016)

(2) Thực trạng phát triển kinh tế
Nền kinh tế của lưu vực sông La Vĩ chủ yếu dựa vào sản xuất nông nghiệp. Một
số hệ thống kết cấu hạ tầng nông nghiệp, nông thôn được đầu tư xây dựng, phục vụ
phát triển đời sống và sản xuất của người dân.
Xét tình hình sử dụng đất trên lưu vực sông La Vĩ, đất sản xuất nông nghiệp
chiếm diện tích cao nhất. Tiếp đến là đất lâm nghiệp và đất chuyên dùng. Còn lại là
diện tích đất ở, chi tiết (xem bảng 2.3).
Bảng 2.3. Hiê ̣n tra ̣ng sử dụng đấ t của các xã, thị trấn nằm trên lưu vực
STT

Đất nông nghiệp

Tên

Thi ̣Trấ n Ngô
1 Mây
2 Xã Cát Tân
3 Xã Cát Trinh
4 Xã Cát Hiê ̣p
5 Xã Bình Thuận

Tổng

Đất lâm
nghiệp

Đất chuyên
dùng

Đơn vị: ha
Đất ở

448,34

0,00

194,94

65,14

994,05

203,97

1.000,09

157,35

1.976,64

1.829,41

247,87

90,12

1.600,18

1.884,91

170,60

62,15

2.498,30*

1.052,00*

301,30*

66,40*

7.517,51

4.970,29

1.914,8

441,16

Ghi chú: * số liệu tính đến 2015, các số liệu còn lại tính đến 2014

(Chi cục Thống kê huyện Phù Cát, 2015; Chi Cục thống kê huyện Tây Sơn)
Về nông nghiệp, diện tích một số loại cây nông nghiệp theo đơn vị hành chính
thuộc lưu vực sông thể hiện ở bảng 2.4. Đối với lúa, tập trung nhiều nhất ở xã Cát
Hanh với 2.157 ha và thấp nhất là thị trấn Ngô Mây với 255 ha. Đối với lạc, diện tích

12


cao nhất là xã Cát Hiệp với 658 ha và thấp thấp là thị trấn Ngô Mây với 115 ha. Đối
với sắn, diện tích cao nhất là xã Cát Hiệp với 612 ha và thấp thấp là thị trấn Ngô Mây
với 65 ha.
Bảng 2.4. Thống kê diện tích cây trồng năm 2014 trên lưu vực sông La Vĩ
Đơn vị: ha
Cây trồng
Lúa
Lạc
Sắn
Cây hàng năm
1 Thi ̣trấ n Ngô Mây
255
115
65
439,6
2 Xã Cát Tân
957
185
160
1.406,8
3 Xã Cát Trinh
925

450
420
1.931,2
4 Xã Cát Hanh
2.157
400
310
3.114,1
5 Xã Cát Hiê ̣p
419
658
612
1.785,5
6 Xã Bình Thuận
1.163
432
513
2.288,3
Tổng
5.846 2.240 2.080
10.965,3
(Chi cục Thống kê huyện Phù Cát, 2015; Chi Cục thống kê huyện Tây Sơn, 2016)

STT

Đơn vị hành chính

2.3. Tổng quan phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Khái niêm
̣ về SWAT

Trải qua quá trình nghiên cứu và xây dựng bởi bởi tiến sĩ Jeff Arnold ở Trung
tâm Phục vị Nghiên cứu Nông nghiệp (ARS – Aricultural Research Service) thộc Bộ
Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA – United States Department of Agriculture) và giáo sư
Srinivasan thuộc Đại học Texas A&M, Hoa Kỳ mô hình SWAT (Soil and Water
Assessment Tool) được hình thành. SWAT là công cụ đánh giá đất và nước.
Mô hình SWAT mô phỏng lại nhiều quá trình vật lý trên lưu vực của việc quản
lý sử dụng tài nguyên đất cho đến nguồn nước, sự bồi lắng và lượng hóa chất sinh ra từ
mất rừng và hoạt động nông nghiệp trong khoảng thời gian dài. Mô hình sử dụng các
phương trình tương quan, hồi qui để mô tả lại mối quan hệ giữa các thông số đầu vào
(sử dụng đất/thảm thực vật, đất, địa hình và khí hậu) và thông số đầu ra (lưu lượng
dòng chảy, bồi lắng…). Ngoài ra, SWAT còn yêu cầu các số liệu khác: về thời tiết, sử
dụng đất, địa hình, thực vật và tình hình quản lý tài nguyên đất trong lưu vực.
Mô hình SWAT còn có khả năng dự báo, do có khả năng tính toán trực tiếp từ
các quá trình tự nhiên liên quan tới chuyển động của nước, lắng đọng bùn cát, tăng
trưởng mùa màng, chu trình chất dinh dưỡng…, dựa vào các thông số dữ liệu đầu vào.
Hiện nay, trong nước đã xuất hiện nhiều mô hình thủy văn phân chia, đánh giá tài
nguyên nước, tính toán lũ cho các lưu vực như MIKEBASIN, HEC-HMS,

13