HomeỨng dụng swat trong đánh giá chất lượng nước ở tỉnh thừa thiên huế
Thứ Sáu, 7 tháng 8, 2015
công ty xu ly nuoc thai ETC giới thiệu Ứng dụng swat trong đánh giá chất lượng nước ở tỉnh thừa thiên huế. Ngoài nghiên cứu đề tài ETC còn tư vấn dịch vụ làm bao cao giam sat moi truong dinh ky cũng như xây dựng hệ thống xử lý nước thải Hotline : 0903 983 932
Sự suy thoái lƣu vực là một vấn đề đƣợc quan tâm rất nhiều trên thế giới, gồm sự suy thoái tài nguyên nƣớc, đất và sự ô nhiễm môi trƣờng diễn ra trong lƣu vực sông. Ở Việt Nam, vấn đề suy thoái tài nguyên nƣớc lƣu vực diễn ra ngày càng nghiêm trọng [1]. Suy thoái lƣu vực đƣợc biểu hiện ở sự suy giảm về số lƣợng và đặc biệt là chất lƣợng của tài nguyên đất và nƣớc. Trong những năm qua, sự tăng nhanh về dân số và khai thác quá mức tài nguyên nƣớc, các tài nguyên đất và rừng đã làm suy kiệt dần các nguồn tài nguyên này. Hậu quả là những trận lũ lụt, sạt lở đất, bồi lắng dòng chảy, xói mòn đất… ảnh hƣởng đến các cộng đồng dân cƣ sống trên các lƣu vực. Với sự phát triển kinh tế - xã hội và sự gia tăng dân số trên các lƣu vực của huyện Nam Đông cũng bị thay đổi do phá rừng để sản xuất nông nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và khai thác nƣớc ngầm quá mức vào mùa khô làm tài nguyên đất và chất lƣợng nƣớc trong lƣu vực giảm nhanh. Có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng SWAT trên toàn thế giới với mục đích là đánh giá tác động của các hoạt động sử dụng hoặc quản lý đất đất đến chế độ nƣớc, vận chuyển trầm tích hay hóa chất trong nông nghiệp trên những lƣu vực rộng lớn và đa dạng các loại thổ nhƣỡng, sử dụng đất và các điều kiện quản lý [2] và những mô hình tính toán thủy văn [3]. Những nghiên cứu về lĩnh vực đất, sự thay đổi sử dụng đất ở nƣớc ta thƣờng quan tâm đến phạm vi đơn vị hành chính (vùng và tỉnh), chƣa nghiên cứu ảnh hƣởng cho một lƣu vực sông cũng nhƣ chƣa có công trình nào nghiên cứu về đất và nƣớc trên lƣu vực sông thuộc huyện Nam Đông. Ngoài ra, việc ứng dụng GIS kết hợp với mô hình SWAT, với số liệu đầu vào là các thông tin về tình hình sử dụng đất trên lƣu vực. Từ đó, có các đánh giá ảnh hƣởng của các nhân tố tự nhiên và con ngƣời trên lƣu vực đối với tài nguyên đất, nƣớc nhằm đề xuất các biện pháp quản lý, bảo vệ và phát triển bền vững các nguồn tài nguyên. Chính vì thế, mục đích của nghiên cứu là ứng dụng mô hình SWAT và GIS để đánh giá chất lƣợng nƣớc và sƣ bồi lắng đất ở huyện Nam Đông, tỉnh Thừa thiên Huế và cung cấp thông tin hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách trong việc quản lý, bảo vệ và sử dụng nguồn tài nguyên đất và nƣớc một cách hợp lý, hiệu quả và bền vững.
Nam Đông là huyện miền núi nằm về phía Tây - Nam của tỉnh Thừa Thiên Huế có thị trấn Khe Tre là trung tâm huyện lị cách thành phố Huế 50 km. Toàn huyện có 10 xã và 01 thị trấn. Tổng diện tích tự nhiên của huyện là 64.777,88 ha chiếm 12,82 % diện tích tự nhiên toàn tỉnh Thừa Thiên Huế; gồm các xã: Hƣơng Phú, Hƣơng Sơn, Thƣợng Quảng, Hƣơng Hữu, Hƣơng Giang, Hƣơng Hòa, Hƣơng Lộc, Thƣợng Long, Thƣợng Nhật, Thƣợng Lộ, và Thị trấn Khe Tre. Khu vực nghiên cứu đƣợc chia thành 11 tiểu lƣu vực. Khu vực nghiên cứu có địa hình cao đồi núi dốc nên quá trình thủy văn diễn ra phức tạp. Phần lớn diện tích khu vực nghiên cứu là rừng tự nhiên, rừng trồng trong đó có Vƣờn quốc gia Bạch Mã, ngoài ra là đất trồng cây hàng năm, cây lâu năm dài ngày và ngắn ngày, đất hoa màu và một số diện tích đất lúa. Vì vậy đề tài tập trung vào vấn đề thay đổi việc sử dụng đất ảnh hƣởng đến đất và nƣớc của khu vực nghiên cứu, thông qua việc bồi lắng dòng chảy, xói mòn đất,.. và vấn đề ô nhiễm phân tán gây ra bởi quá trình canh tác của con ngƣời và các quá trình xảy ra trong tự nhiên.
+ Nguồn dữ liệu không gian: - Bản đồ địa hình huyện Nam Đông thể hiện dƣới dạng mô hình số độ cao (DEM). - Bản đồ mạng lƣới sông suối lƣu vực huyện Nam Đông đƣợc mô phỏng trực tiếp từ nền bản đồ mô hình số độ cao DEM. - Bản đồ đất huyện Nam Đông. - Bản đồ sử dụng đất năm 2010 của huyện Nam Đông. Các số liệu không gian đƣợc xử lý bằng mô hình số độ cao (DEM). Bản đồ địa hình đƣợc đƣa vào mô hình dƣới dạng Grid là DEM còn bản đồ sử dụng đất và loại đất đƣợc đƣa vào mô hình dƣới dạng Grid hoặc Shape. + Nguồn dữ liệu thuộc tính: - Vị trí địa lý trạm thuỷ văn trong tổng lƣu vực huyện Nam Đông đƣợc dùng để tính toán trong mô hình SWAT. - Số liệu khí tƣợng cần thiết để chạy mô hình SWAT, bao gồm nhiệt độ không khí trung bình (tối cao, tối thấp), lƣợng mƣa trung bình ngày. Việc tính toán cho mô hình SWAT sẽ chạy theo chuỗi số liệu mƣa, nhiệt độ bình quân ngày tại trạm Thƣợng Nhật .
- Phƣơng pháp điều tra, thu thập số liệu thứ cấp: điều tra, thu thập các thông tin về tình hình kinh tế - xã hội của huyện Nam Đông qua các báo cáo hàng năm. Thu thập và biên tập các bản đồ liên quan phục vụ cho việc nghiên cứu nhƣ bản đồ địa hình, bản đồ đất, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ thủy văn bằng phần mềm ArcGIS 9.3. - Phƣơng pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp: Kiểm tra độ chính xác của số liệu, chỉnh lý và bổ sung các nguồn thông tin không gian và thuộc tính bằng cách đi dã ngoại có sự trợ giúp của dụng cụ hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Bên cạnh đó, tiến hành khảo sát thực địa tại địa phƣơng, phỏng vấn nông hộ, cán bộ xã để tìm hiểu thêm về thực tế sản xuất nông nghiệp, về các vấn đề nhƣ thu nhập, thuận lợi, khó khăn trong việc sản xuất nông nghiệp liên quan đến việc sử dụng đất và nƣớc trong lƣu vực. 2.3.2. Phương pháp phân tích thống kê, xử lý số liệu Dữ liệu thu thập đƣợc xử lý bằng các phần mềm: Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.3 để tạo bản đồ DEM, tạo cơ sở dữ liệu đầu vào nhƣ biên tập bản đồ thổ nhƣỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo chuẩn đầu vào của SWAT 2009. Phần mềm Excel đƣợc sử dụng để tính toán các số liệu khí tƣợng (mƣa, nhiệt độ, tốc độ gió và số liệu thủy văn nhƣ dòng chảy đầu vào, đầu ra). Phần mềm ForTRAN đƣợc sử dụng để chuyển đổi định đạng từ file Excel sang chuẩn đầu vào của SWAT. Các kết quả tính toán từ SWAT đƣợc biểu diễn trên phần mềm Swatplot và Excel. 2.3.3. Phương pháp đánh giá đất và nước trong phần mềm SWAT Mô hình đánh giá đất và nƣớc (SWAT) đƣợc phát triển bởi Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) vào đầu những năm 90 của thế kỉ XX [4]. Mô hình đƣợc xây dựng nhằm đánh giá và dự đoán các tác động của thực tiễn quản lý đất đai đến nguồn nƣớc, lƣợng bùn và lƣợng hóa chất trong nông nghiệp sinh ra trên một lƣu vực rộng lớn và phức tạp với sự không ổn định về các yếu tố nhƣ đất, sử dụng đất và điều kiện quản lý trong một thời gian dài. Xói mòn do mƣa và rửa trôi bề mặt đƣợc mô hình ƣớc tính cho các HRUs, sử dụng công thức tổng hợp xói mòn đất đã đƣợc sửa đổi (Modified Universal Soil Loss Equation - MUSLE) [5]. Sed = 11.8 (Qsurf .qpeak. areahru)0.56 . KUSLE. CUSLE.PUSLE. LSUSLE.CFRG trong đó, Sed là lƣợng đất bị xói mòn trên một đơn vị thời gian (tấn); Qsurf là tổng lƣợng dòng chảy tràn mặt đất (mmH2O/ha); qpeak là lƣu lƣợng đỉnh của dòng chảy mặt (m3/s); areahru là diện tích HRU (ha); KUSLE là hệ số kháng xói của đất; CUSLE là hệ số che phủ đất; PUSLE là hệ số chế độ canh tác; LSUSLE là hệ số địa hình (chiều dài sƣờn dốc, độ dốc), và CFRG là hệ số nhám bề mặt. Để mô phỏng sự di chuyển của thuốc trừ sâu, phù sa và dƣỡng chất thì mô hình cần phải phù hợp với những diễn biến đang xảy ra trong lƣu vực. Mô hình thủy học trong lƣu vực đƣợc phân chia thành hai pha; pha đất: điều khiển lƣợng nƣớc, trầm tích và dinh dƣỡng tiếp nhận đƣợc từ một vùng tích nƣớc; pha di chuyển của nƣớc: mô phỏng chuyển động của nƣớc trong hệ thống sông suối. SWAT xem xét cả hai nguồn tự nhiên (quá trình khoáng hóa của các chất hữu cơ và cố định Nitơ) và nguồn do tác động của con ngƣời (phân bón và các nguồn liên quan) nhƣ các đầu vào [6]. Dữ liệu đầu ra của SWAT cung cấp rất nhiều thông số: tổng khối lƣợng NO3 (vào/ra), tổng khối lƣợng NO2 (vào/ra), tổng khối lƣợng NH4 (vào/ra), tổng khối lƣợng P
Kết quả từ mô hình SWAT trình bày trong bảng 1, ta nhận thấy tổng lƣợng đất bồi lắng trung bình tƣơng ứng với năm 2005 và 2010 là 26,28 tấn/ha; 26,57 tấn/ha trên lƣu vực nghiên cứu. Hình 3 cho thấy mùa mƣa kéo dài từ tháng 6 đến cuối tháng 12 nhƣng lƣợng mƣa không đều, đỉnh điểm thƣờng vào tháng 10 và 11. Lƣợng mƣa là một trong những yếu tố quyết định đến chế độ thủy văn của lƣu vực. Khí hậu của khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, chủ yếu là mùa mƣa nhiều hơn mùa khô nên chế độ dòng chảy đều đƣợc duy trì nhƣng dòng chảy với lƣu lƣợng ít hay nhiều thì phụ thuộc vào cƣờng độ mƣa hàng tháng. Lƣu lƣợng dòng chảy bề mặt phụ thuộc vào lƣợng mƣa có trong lƣu vực nghiên cứu. Lƣợng mƣa ban đầu hoàn toàn không sinh dòng chảy, khi cƣờng độ mƣa tiếp tăng dần thì trên mặt đất sẽ bắt đầu xuất hiện dòng chảy bề mặt. Hàm lƣợng đất bồi lắng phụ thuộc vào lƣợng mƣa và lƣu lƣợng dòng chảy, sự biểu diễn của biểu đồ lƣu lƣợng dòng chảy hình 3 và hàm lƣợng bồi lắng hình 4 tại cùng thời điểm tuân theo quy luật tƣơng tự nhau. Lƣợng bồi lắng tăng lên đột ngột vào mùa mƣa và giảm xuống nhanh vào mùa khô là do thảm phủ rừng giảm nhanh, không giữ nƣớc trên bề mặt dòng chảy đƣợc. Lƣợng đất xói mòn/ bồi lắng ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng nƣớc và đất. Hàm lƣợng bồi lắng càng lớn tƣơng ứng với lƣợng đất xói mòn càng cao và chất lƣợng nƣớc càng giảm. Khi bị mất lớp bề mặt, đất trở nên cằn cỗi thiếu dinh dƣỡng để canh tác, dẫn tới chi phí sản xuất tăng cao để có thể canh tác mà năng suất không cao. Cát bùn trong sông suối chủ yếu là do đất, đá bị xói mòn từ bề mặt lƣu vực và đƣợc nƣớc cuốn trôi vào trong mạng lƣới sông suối. Theo hình thức vận động của cát bùn, thƣờng chia ra hai loại bùn cát: bùn cát lơ lửng và bùn cát di đẩy. Bùn cát lơ lửng gồm những hạt bùn cát đƣợc dòng nƣớc cuốn trôi dƣới hình thức lơ lửng trong dòng nƣớc; còn bùn cát di đẩy gồm những hạt cát bùn lăn, trƣợt, nhảy cóc ở đáy sông và gần đáy sông, cũng có khi là các sóng cát di chuyển ở đáy sông.
Qua bảng 2 nhận thấy lƣợng bồi lắng và lƣợng nƣớc bề mặt có sự tƣơng đồng với nhau; tuy nhiên vẫn có một số điểm chƣa tƣơng đồng giữa hai đại lƣợng này. Nguyên nhân chủ yếu là giữa các tiểu lƣu vực có những đặc điểm khác nhau về loại đất, độ dốc, loại hình sử dụng đất, diện tích. Tiểu lƣu vực số 9 có lƣợng bồi lắng trung bình cao nhất trong 11 tiểu lƣu vực (41,96 tấn/ha/năm) và tiểu lƣu vực có lƣợng bồi lắng trung bình thấp nhất là tiểu lƣu 4 (9,59 tấn/ha/năm). Bảng 3. Các đặc điểm về Landuse, Soil, Sllope của 2 tiểu lƣu vực 4 và 9. Tiểu lƣu vực Loại hình sử dụng đất Loại đất Độ dốc (0) Lƣợng đất bồi lắng (tấn/ha) 4 Đất phi nông nghiệp Đất đỏ vàng trên đá sét <8 9,59 9 Đất trồng cây hàng năm Đất vàng đỏ trên đá macma axit >25 41,96 Dựa vào kết quả bảng 3 có thể thấy tiểu lƣu vực 9 có lƣợng bồi lắng cao nhất, nguyên nhân do một phần diện tích đƣợc khai thác để trồng các loại cây hàng năm; đây là loại hình sử dụng đất phụ thuộc vào phƣơng thức canh tác dễ làm xói mòn đất. Địa hình ở tiểu lƣu vực 9 chủ yếu là đồi núi với độ dốc cao (>250), với loại đất chính là đất vàng đỏ trên đá macma axit là một trong những loại đất dễ bị xói mòn ở các khu vực đồi núi. Còn ở tiểu lƣu vực 4, địa hình có độ dốc thấp (<80), độ che phủ chủ yếu là đất phi nông nghiệp, đất ở bị che phủ bởi các tòa nhà, với loại đất chính là đất đỏ vàng trên đá sét, một trong những loại đất đƣợc hình thành ở nơi địa hình đồi thoải ít dốc và là loại đất có tính chất tốt trong các loại đất đồi núi nên ít xói mòn. Do đó, loại hình sử dụng đất này có nguy cơ xói mòn rất thấp.
Mức độ che phủ của thảm thực vật có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc bảo vệ đất. Nếu giảm mức độ che phủ đồng thời kết hợp trồng những cây có diện tích mặt lá nhỏ ở độ dốc cao (trong trƣờng hợp nghiên cứu này là trồng sắn) khi có lƣợng mƣa lớn thì nguy cơ xói mòn càng tăng cao. Qua bảng 3 nhận thấy loại hình sử dụng đất trồng cây hàng năm có diện tích tƣơng đối thấp 730,19 ha nhƣng lƣợng bồi lắng cao nhất trong lƣu vực (3683,06 tấn/ha). Nguyên nhân là do mức độ che phủ ngày càng giảm đi kết hợp trồng các loại cây hàng năm có tán lá nhỏ nhƣ sắn, hồ tiêu...ở những nơi có địa hình thoải dốc và những nơi có độ dốc cao nên khi có mƣa lớn, sinh ra dòng chảy bề mặt lớn làm tăng nguy cơ xói mòn, rửa trôi bề mặt.
Đất rừng là loại hình sử dụng đất có diện tích lơn nhất trong lƣu vực và có mức độ che phủ tốt nhất. Nhƣng do phân bố trên các khu vực có độ dốc lớn, và những năm gần đây một phần diện tích tự nhiên đƣợc chuyển sang trồng các loại cây sản xuất có tán nhỏ nhƣ cao su, keo...nên lƣợng bồi lắng đối với đất rừng vẫn khá cao là 209,89 tấn/ha. Đất phi nông nghiệp là một trong những loại hình có kết cấu bền vững nhƣ nhà ở, các công trình sự nghiệp...., tuy nhiên lớp che phủ chủ yếu là bê tông nhƣng do có sự tác động của con ngƣời vào những khoảng đất trống xung quanh khu vực ở nên lƣợng bồi lắng của loại hình sử dụng này vẫn chiếm ở mức khá (56,37 tấn/ha). Trong các loại hình sử dụng đất thì đất trồng cây lâu năm có lƣợng bồi lắng ít nhất trong lƣu vực. Các loại cây trồng lâu năm ở khu vực nghiên cứu chủ yếu là cây công nghiệp và cây ăn quả. Các cây trồng công nghiệp lâu năm chủ yếu đó là: cao su, keo, hồ tiêu... Phân bố ở những khu vực gần khu dân cƣ và ở những cấp độ dốc trung bình, với mức độ che phủ khá, cũng đã góp phần cải thiện đáng kể lƣợng đất mất cho khu vực. Riêng đất mặt nƣớc không chịu tác động của xói mòn.
Qua bảng 4 ta thấy lƣu lƣợng trung bình lớn nhất tháng và lƣu lƣợng trung bình nhỏ nhất tháng tăng lên kéo theo lƣu lƣợng trung bình năm cũng tăng lên. Nguyên nhân là do diện tích rừng hiện nay đang suy giảm, khi cƣờng độ mƣa tăng cao tác động trực tiếp vào bề mặt đất, trong khi thảm thực vật che phủ giảm đi dẫn đến dòng chảy bề mặt tăng lên làm rửa trôi và xói mòn một lƣợng đất đá lớn xuống sông suối. Bên cạnh đó địa hình của khu vực nghiên cứu chủ yếu là đồi núi dốc cao, lòng sông dốc nên tốc độ chảy của dòng nƣớc rất nhanh và mạnh kéo theo một lƣợng lớn đất đá, bùn cát làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng đất và nƣớc trong lƣu vực. 3.2.2. Chất lượng môi trường nước trong các tiểu lưu vực Qua bảng 5 và hình 5 nhận thấy lƣợng nƣớc mặt và nƣớc ngầm có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau. Nguyên nhân do ở các tiểu lƣu vực có địa hình đồi núi dốc, thảm phủ thực vật ít... nhƣ tiểu lƣu vực 9, khi có mƣa bề mặt không giữ đƣợc nƣớc, làm tăng tốc độ dòng chảy tràn trên bề mặt nên lƣợng nƣớc mặt thấm vào tầng chứa ít. Còn ở những tiểu lƣu vực có địa hình bằng phẳng, thoải dốc, có lƣợng bồi lắng thấp nhƣ tiểu lƣu vực 4, khi có mƣa lƣợng nƣớc mặt chảy trên bề mặt sẽ ít hơn, thƣờng đọng lại thành các vũng nƣớc... nên lƣợng nƣớc thấm vào tầng chứa sẽ cao hơn.
Quá trình biển đổi lƣợng phù sa phù hợp với quy luật biến đổi của dòng chảy, lƣu lƣợng nƣớc tăng thì lƣu lƣợng phù sa lớn và ngƣợc lại lƣu lƣợng nƣớc giảm thì lƣu lƣợng phù sa nhỏ. Qua hình 6 nhận thấy sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng phù sa với lƣợng nƣớc mặt ở mức khá, nhƣng vẫn có những điểm chênh lệch nhau giữa 2 đại lƣợng, nguyên nhân do mỗi tiểu lƣu vực có sự khác biệt về loại đất, độ dốc... Lƣợng phù sa càng cao thì càng làm tăng độ đục trong nƣớc, làm giảm chất lƣợng nƣớc, ảnh hƣởng đến các vi sinh vật trong nƣớc.
Sự suy thoái lƣu vực là một vấn đề đƣợc quan tâm rất nhiều trên thế giới, gồm sự suy thoái tài nguyên nƣớc, đất và sự ô nhiễm môi trƣờng diễn ra trong lƣu vực sông. Ở Việt Nam, vấn đề suy thoái tài nguyên nƣớc lƣu vực diễn ra ngày càng nghiêm trọng [1]. Suy thoái lƣu vực đƣợc biểu hiện ở sự suy giảm về số lƣợng và đặc biệt là chất lƣợng của tài nguyên đất và nƣớc. Trong những năm qua, sự tăng nhanh về dân số và khai thác quá mức tài nguyên nƣớc, các tài nguyên đất và rừng đã làm suy kiệt dần các nguồn tài nguyên này. Hậu quả là những trận lũ lụt, sạt lở đất, bồi lắng dòng chảy, xói mòn đất… ảnh hƣởng đến các cộng đồng dân cƣ sống trên các lƣu vực. Với sự phát triển kinh tế - xã hội và sự gia tăng dân số trên các lƣu vực của huyện Nam Đông cũng bị thay đổi do phá rừng để sản xuất nông nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và khai thác nƣớc ngầm quá mức vào mùa khô làm tài nguyên đất và chất lƣợng nƣớc trong lƣu vực giảm nhanh. Có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng SWAT trên toàn thế giới với mục đích là đánh giá tác động của các hoạt động sử dụng hoặc quản lý đất đất đến chế độ nƣớc, vận chuyển trầm tích hay hóa chất trong nông nghiệp trên những lƣu vực rộng lớn và đa dạng các loại thổ nhƣỡng, sử dụng đất và các điều kiện quản lý [2] và những mô hình tính toán thủy văn [3]. Những nghiên cứu về lĩnh vực đất, sự thay đổi sử dụng đất ở nƣớc ta thƣờng quan tâm đến phạm vi đơn vị hành chính (vùng và tỉnh), chƣa nghiên cứu ảnh hƣởng cho một lƣu vực sông cũng nhƣ chƣa có công trình nào nghiên cứu về đất và nƣớc trên lƣu vực sông thuộc huyện Nam Đông. Ngoài ra, việc ứng dụng GIS kết hợp với mô hình SWAT, với số liệu đầu vào là các thông tin về tình hình sử dụng đất trên lƣu vực. Từ đó, có các đánh giá ảnh hƣởng của các nhân tố tự nhiên và con ngƣời trên lƣu vực đối với tài nguyên đất, nƣớc nhằm đề xuất các biện pháp quản lý, bảo vệ và phát triển bền vững các nguồn tài nguyên. Chính vì thế, mục đích của nghiên cứu là ứng dụng mô hình SWAT và GIS để đánh giá chất lƣợng nƣớc và sƣ bồi lắng đất ở huyện Nam Đông, tỉnh Thừa thiên Huế và cung cấp thông tin hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách trong việc quản lý, bảo vệ và sử dụng nguồn tài nguyên đất và nƣớc một cách hợp lý, hiệu quả và bền vững.
Nam Đông là huyện miền núi nằm về phía Tây - Nam của tỉnh Thừa Thiên Huế có thị trấn Khe Tre là trung tâm huyện lị cách thành phố Huế 50 km. Toàn huyện có 10 xã và 01 thị trấn. Tổng diện tích tự nhiên của huyện là 64.777,88 ha chiếm 12,82 % diện tích tự nhiên toàn tỉnh Thừa Thiên Huế; gồm các xã: Hƣơng Phú, Hƣơng Sơn, Thƣợng Quảng, Hƣơng Hữu, Hƣơng Giang, Hƣơng Hòa, Hƣơng Lộc, Thƣợng Long, Thƣợng Nhật, Thƣợng Lộ, và Thị trấn Khe Tre. Khu vực nghiên cứu đƣợc chia thành 11 tiểu lƣu vực. Khu vực nghiên cứu có địa hình cao đồi núi dốc nên quá trình thủy văn diễn ra phức tạp. Phần lớn diện tích khu vực nghiên cứu là rừng tự nhiên, rừng trồng trong đó có Vƣờn quốc gia Bạch Mã, ngoài ra là đất trồng cây hàng năm, cây lâu năm dài ngày và ngắn ngày, đất hoa màu và một số diện tích đất lúa. Vì vậy đề tài tập trung vào vấn đề thay đổi việc sử dụng đất ảnh hƣởng đến đất và nƣớc của khu vực nghiên cứu, thông qua việc bồi lắng dòng chảy, xói mòn đất,.. và vấn đề ô nhiễm phân tán gây ra bởi quá trình canh tác của con ngƣời và các quá trình xảy ra trong tự nhiên.
+ Nguồn dữ liệu không gian: - Bản đồ địa hình huyện Nam Đông thể hiện dƣới dạng mô hình số độ cao (DEM). - Bản đồ mạng lƣới sông suối lƣu vực huyện Nam Đông đƣợc mô phỏng trực tiếp từ nền bản đồ mô hình số độ cao DEM. - Bản đồ đất huyện Nam Đông. - Bản đồ sử dụng đất năm 2010 của huyện Nam Đông. Các số liệu không gian đƣợc xử lý bằng mô hình số độ cao (DEM). Bản đồ địa hình đƣợc đƣa vào mô hình dƣới dạng Grid là DEM còn bản đồ sử dụng đất và loại đất đƣợc đƣa vào mô hình dƣới dạng Grid hoặc Shape. + Nguồn dữ liệu thuộc tính: - Vị trí địa lý trạm thuỷ văn trong tổng lƣu vực huyện Nam Đông đƣợc dùng để tính toán trong mô hình SWAT. - Số liệu khí tƣợng cần thiết để chạy mô hình SWAT, bao gồm nhiệt độ không khí trung bình (tối cao, tối thấp), lƣợng mƣa trung bình ngày. Việc tính toán cho mô hình SWAT sẽ chạy theo chuỗi số liệu mƣa, nhiệt độ bình quân ngày tại trạm Thƣợng Nhật .
- Phƣơng pháp điều tra, thu thập số liệu thứ cấp: điều tra, thu thập các thông tin về tình hình kinh tế - xã hội của huyện Nam Đông qua các báo cáo hàng năm. Thu thập và biên tập các bản đồ liên quan phục vụ cho việc nghiên cứu nhƣ bản đồ địa hình, bản đồ đất, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ thủy văn bằng phần mềm ArcGIS 9.3. - Phƣơng pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp: Kiểm tra độ chính xác của số liệu, chỉnh lý và bổ sung các nguồn thông tin không gian và thuộc tính bằng cách đi dã ngoại có sự trợ giúp của dụng cụ hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Bên cạnh đó, tiến hành khảo sát thực địa tại địa phƣơng, phỏng vấn nông hộ, cán bộ xã để tìm hiểu thêm về thực tế sản xuất nông nghiệp, về các vấn đề nhƣ thu nhập, thuận lợi, khó khăn trong việc sản xuất nông nghiệp liên quan đến việc sử dụng đất và nƣớc trong lƣu vực. 2.3.2. Phương pháp phân tích thống kê, xử lý số liệu Dữ liệu thu thập đƣợc xử lý bằng các phần mềm: Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.3 để tạo bản đồ DEM, tạo cơ sở dữ liệu đầu vào nhƣ biên tập bản đồ thổ nhƣỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo chuẩn đầu vào của SWAT 2009. Phần mềm Excel đƣợc sử dụng để tính toán các số liệu khí tƣợng (mƣa, nhiệt độ, tốc độ gió và số liệu thủy văn nhƣ dòng chảy đầu vào, đầu ra). Phần mềm ForTRAN đƣợc sử dụng để chuyển đổi định đạng từ file Excel sang chuẩn đầu vào của SWAT. Các kết quả tính toán từ SWAT đƣợc biểu diễn trên phần mềm Swatplot và Excel. 2.3.3. Phương pháp đánh giá đất và nước trong phần mềm SWAT Mô hình đánh giá đất và nƣớc (SWAT) đƣợc phát triển bởi Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) vào đầu những năm 90 của thế kỉ XX [4]. Mô hình đƣợc xây dựng nhằm đánh giá và dự đoán các tác động của thực tiễn quản lý đất đai đến nguồn nƣớc, lƣợng bùn và lƣợng hóa chất trong nông nghiệp sinh ra trên một lƣu vực rộng lớn và phức tạp với sự không ổn định về các yếu tố nhƣ đất, sử dụng đất và điều kiện quản lý trong một thời gian dài. Xói mòn do mƣa và rửa trôi bề mặt đƣợc mô hình ƣớc tính cho các HRUs, sử dụng công thức tổng hợp xói mòn đất đã đƣợc sửa đổi (Modified Universal Soil Loss Equation - MUSLE) [5]. Sed = 11.8 (Qsurf .qpeak. areahru)0.56 . KUSLE. CUSLE.PUSLE. LSUSLE.CFRG trong đó, Sed là lƣợng đất bị xói mòn trên một đơn vị thời gian (tấn); Qsurf là tổng lƣợng dòng chảy tràn mặt đất (mmH2O/ha); qpeak là lƣu lƣợng đỉnh của dòng chảy mặt (m3/s); areahru là diện tích HRU (ha); KUSLE là hệ số kháng xói của đất; CUSLE là hệ số che phủ đất; PUSLE là hệ số chế độ canh tác; LSUSLE là hệ số địa hình (chiều dài sƣờn dốc, độ dốc), và CFRG là hệ số nhám bề mặt. Để mô phỏng sự di chuyển của thuốc trừ sâu, phù sa và dƣỡng chất thì mô hình cần phải phù hợp với những diễn biến đang xảy ra trong lƣu vực. Mô hình thủy học trong lƣu vực đƣợc phân chia thành hai pha; pha đất: điều khiển lƣợng nƣớc, trầm tích và dinh dƣỡng tiếp nhận đƣợc từ một vùng tích nƣớc; pha di chuyển của nƣớc: mô phỏng chuyển động của nƣớc trong hệ thống sông suối. SWAT xem xét cả hai nguồn tự nhiên (quá trình khoáng hóa của các chất hữu cơ và cố định Nitơ) và nguồn do tác động của con ngƣời (phân bón và các nguồn liên quan) nhƣ các đầu vào [6]. Dữ liệu đầu ra của SWAT cung cấp rất nhiều thông số: tổng khối lƣợng NO3 (vào/ra), tổng khối lƣợng NO2 (vào/ra), tổng khối lƣợng NH4 (vào/ra), tổng khối lƣợng P
Kết quả từ mô hình SWAT trình bày trong bảng 1, ta nhận thấy tổng lƣợng đất bồi lắng trung bình tƣơng ứng với năm 2005 và 2010 là 26,28 tấn/ha; 26,57 tấn/ha trên lƣu vực nghiên cứu. Hình 3 cho thấy mùa mƣa kéo dài từ tháng 6 đến cuối tháng 12 nhƣng lƣợng mƣa không đều, đỉnh điểm thƣờng vào tháng 10 và 11. Lƣợng mƣa là một trong những yếu tố quyết định đến chế độ thủy văn của lƣu vực. Khí hậu của khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, chủ yếu là mùa mƣa nhiều hơn mùa khô nên chế độ dòng chảy đều đƣợc duy trì nhƣng dòng chảy với lƣu lƣợng ít hay nhiều thì phụ thuộc vào cƣờng độ mƣa hàng tháng. Lƣu lƣợng dòng chảy bề mặt phụ thuộc vào lƣợng mƣa có trong lƣu vực nghiên cứu. Lƣợng mƣa ban đầu hoàn toàn không sinh dòng chảy, khi cƣờng độ mƣa tiếp tăng dần thì trên mặt đất sẽ bắt đầu xuất hiện dòng chảy bề mặt. Hàm lƣợng đất bồi lắng phụ thuộc vào lƣợng mƣa và lƣu lƣợng dòng chảy, sự biểu diễn của biểu đồ lƣu lƣợng dòng chảy hình 3 và hàm lƣợng bồi lắng hình 4 tại cùng thời điểm tuân theo quy luật tƣơng tự nhau. Lƣợng bồi lắng tăng lên đột ngột vào mùa mƣa và giảm xuống nhanh vào mùa khô là do thảm phủ rừng giảm nhanh, không giữ nƣớc trên bề mặt dòng chảy đƣợc. Lƣợng đất xói mòn/ bồi lắng ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng nƣớc và đất. Hàm lƣợng bồi lắng càng lớn tƣơng ứng với lƣợng đất xói mòn càng cao và chất lƣợng nƣớc càng giảm. Khi bị mất lớp bề mặt, đất trở nên cằn cỗi thiếu dinh dƣỡng để canh tác, dẫn tới chi phí sản xuất tăng cao để có thể canh tác mà năng suất không cao. Cát bùn trong sông suối chủ yếu là do đất, đá bị xói mòn từ bề mặt lƣu vực và đƣợc nƣớc cuốn trôi vào trong mạng lƣới sông suối. Theo hình thức vận động của cát bùn, thƣờng chia ra hai loại bùn cát: bùn cát lơ lửng và bùn cát di đẩy. Bùn cát lơ lửng gồm những hạt bùn cát đƣợc dòng nƣớc cuốn trôi dƣới hình thức lơ lửng trong dòng nƣớc; còn bùn cát di đẩy gồm những hạt cát bùn lăn, trƣợt, nhảy cóc ở đáy sông và gần đáy sông, cũng có khi là các sóng cát di chuyển ở đáy sông.
Qua bảng 2 nhận thấy lƣợng bồi lắng và lƣợng nƣớc bề mặt có sự tƣơng đồng với nhau; tuy nhiên vẫn có một số điểm chƣa tƣơng đồng giữa hai đại lƣợng này. Nguyên nhân chủ yếu là giữa các tiểu lƣu vực có những đặc điểm khác nhau về loại đất, độ dốc, loại hình sử dụng đất, diện tích. Tiểu lƣu vực số 9 có lƣợng bồi lắng trung bình cao nhất trong 11 tiểu lƣu vực (41,96 tấn/ha/năm) và tiểu lƣu vực có lƣợng bồi lắng trung bình thấp nhất là tiểu lƣu 4 (9,59 tấn/ha/năm). Bảng 3. Các đặc điểm về Landuse, Soil, Sllope của 2 tiểu lƣu vực 4 và 9. Tiểu lƣu vực Loại hình sử dụng đất Loại đất Độ dốc (0) Lƣợng đất bồi lắng (tấn/ha) 4 Đất phi nông nghiệp Đất đỏ vàng trên đá sét <8 9,59 9 Đất trồng cây hàng năm Đất vàng đỏ trên đá macma axit >25 41,96 Dựa vào kết quả bảng 3 có thể thấy tiểu lƣu vực 9 có lƣợng bồi lắng cao nhất, nguyên nhân do một phần diện tích đƣợc khai thác để trồng các loại cây hàng năm; đây là loại hình sử dụng đất phụ thuộc vào phƣơng thức canh tác dễ làm xói mòn đất. Địa hình ở tiểu lƣu vực 9 chủ yếu là đồi núi với độ dốc cao (>250), với loại đất chính là đất vàng đỏ trên đá macma axit là một trong những loại đất dễ bị xói mòn ở các khu vực đồi núi. Còn ở tiểu lƣu vực 4, địa hình có độ dốc thấp (<80), độ che phủ chủ yếu là đất phi nông nghiệp, đất ở bị che phủ bởi các tòa nhà, với loại đất chính là đất đỏ vàng trên đá sét, một trong những loại đất đƣợc hình thành ở nơi địa hình đồi thoải ít dốc và là loại đất có tính chất tốt trong các loại đất đồi núi nên ít xói mòn. Do đó, loại hình sử dụng đất này có nguy cơ xói mòn rất thấp.
Mức độ che phủ của thảm thực vật có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc bảo vệ đất. Nếu giảm mức độ che phủ đồng thời kết hợp trồng những cây có diện tích mặt lá nhỏ ở độ dốc cao (trong trƣờng hợp nghiên cứu này là trồng sắn) khi có lƣợng mƣa lớn thì nguy cơ xói mòn càng tăng cao. Qua bảng 3 nhận thấy loại hình sử dụng đất trồng cây hàng năm có diện tích tƣơng đối thấp 730,19 ha nhƣng lƣợng bồi lắng cao nhất trong lƣu vực (3683,06 tấn/ha). Nguyên nhân là do mức độ che phủ ngày càng giảm đi kết hợp trồng các loại cây hàng năm có tán lá nhỏ nhƣ sắn, hồ tiêu...ở những nơi có địa hình thoải dốc và những nơi có độ dốc cao nên khi có mƣa lớn, sinh ra dòng chảy bề mặt lớn làm tăng nguy cơ xói mòn, rửa trôi bề mặt.
Đất rừng là loại hình sử dụng đất có diện tích lơn nhất trong lƣu vực và có mức độ che phủ tốt nhất. Nhƣng do phân bố trên các khu vực có độ dốc lớn, và những năm gần đây một phần diện tích tự nhiên đƣợc chuyển sang trồng các loại cây sản xuất có tán nhỏ nhƣ cao su, keo...nên lƣợng bồi lắng đối với đất rừng vẫn khá cao là 209,89 tấn/ha. Đất phi nông nghiệp là một trong những loại hình có kết cấu bền vững nhƣ nhà ở, các công trình sự nghiệp...., tuy nhiên lớp che phủ chủ yếu là bê tông nhƣng do có sự tác động của con ngƣời vào những khoảng đất trống xung quanh khu vực ở nên lƣợng bồi lắng của loại hình sử dụng này vẫn chiếm ở mức khá (56,37 tấn/ha). Trong các loại hình sử dụng đất thì đất trồng cây lâu năm có lƣợng bồi lắng ít nhất trong lƣu vực. Các loại cây trồng lâu năm ở khu vực nghiên cứu chủ yếu là cây công nghiệp và cây ăn quả. Các cây trồng công nghiệp lâu năm chủ yếu đó là: cao su, keo, hồ tiêu... Phân bố ở những khu vực gần khu dân cƣ và ở những cấp độ dốc trung bình, với mức độ che phủ khá, cũng đã góp phần cải thiện đáng kể lƣợng đất mất cho khu vực. Riêng đất mặt nƣớc không chịu tác động của xói mòn.
Qua bảng 4 ta thấy lƣu lƣợng trung bình lớn nhất tháng và lƣu lƣợng trung bình nhỏ nhất tháng tăng lên kéo theo lƣu lƣợng trung bình năm cũng tăng lên. Nguyên nhân là do diện tích rừng hiện nay đang suy giảm, khi cƣờng độ mƣa tăng cao tác động trực tiếp vào bề mặt đất, trong khi thảm thực vật che phủ giảm đi dẫn đến dòng chảy bề mặt tăng lên làm rửa trôi và xói mòn một lƣợng đất đá lớn xuống sông suối. Bên cạnh đó địa hình của khu vực nghiên cứu chủ yếu là đồi núi dốc cao, lòng sông dốc nên tốc độ chảy của dòng nƣớc rất nhanh và mạnh kéo theo một lƣợng lớn đất đá, bùn cát làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng đất và nƣớc trong lƣu vực. 3.2.2. Chất lượng môi trường nước trong các tiểu lưu vực Qua bảng 5 và hình 5 nhận thấy lƣợng nƣớc mặt và nƣớc ngầm có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau. Nguyên nhân do ở các tiểu lƣu vực có địa hình đồi núi dốc, thảm phủ thực vật ít... nhƣ tiểu lƣu vực 9, khi có mƣa bề mặt không giữ đƣợc nƣớc, làm tăng tốc độ dòng chảy tràn trên bề mặt nên lƣợng nƣớc mặt thấm vào tầng chứa ít. Còn ở những tiểu lƣu vực có địa hình bằng phẳng, thoải dốc, có lƣợng bồi lắng thấp nhƣ tiểu lƣu vực 4, khi có mƣa lƣợng nƣớc mặt chảy trên bề mặt sẽ ít hơn, thƣờng đọng lại thành các vũng nƣớc... nên lƣợng nƣớc thấm vào tầng chứa sẽ cao hơn.
Quá trình biển đổi lƣợng phù sa phù hợp với quy luật biến đổi của dòng chảy, lƣu lƣợng nƣớc tăng thì lƣu lƣợng phù sa lớn và ngƣợc lại lƣu lƣợng nƣớc giảm thì lƣu lƣợng phù sa nhỏ. Qua hình 6 nhận thấy sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng phù sa với lƣợng nƣớc mặt ở mức khá, nhƣng vẫn có những điểm chênh lệch nhau giữa 2 đại lƣợng, nguyên nhân do mỗi tiểu lƣu vực có sự khác biệt về loại đất, độ dốc... Lƣợng phù sa càng cao thì càng làm tăng độ đục trong nƣớc, làm giảm chất lƣợng nƣớc, ảnh hƣởng đến các vi sinh vật trong nƣớc.
Bài liên quan
(1).jpg)
