Mô hình hóa dòng chảy và chất lượng nước mặt của hệ thống sông 3S (Sê Kông, Sê San và Sêrêpôk)

Nội dung text: Mô hình hóa dòng chảy và chất lượng nước mặt của hệ thống sông 3S (Sê Kông, Sê San và Sêrêpôk)

1. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T2- 2016 Mô hình hóa dòng chảy và chất lượng nước mặt của hệ thống sông 3S (Sê Kông, Sê San và Sêrêpôk) Nguyễn Thị Thùy Trang Đào Nguyên Khôi Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 29 tháng 07 năm 2015, nhận đăng ngày 14 tháng 04 năm 2016) TÓM TẮT Nghiên cứu này được thực hiện nhằm mô bằng các chỉ số R2, NSE và PBIAS. Kết quả cho phỏng dòng chảy và chất lượng nước của hệ thấy mô hình SWAT mô phỏng khá tốt dòng chảy thống sông 3S (Sê Kông, Sê San, Sêrêpôk) bằng và chất lượng nước cho khu vực nghiên cứu. mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool Điều này được thể hiện bằng các giá trị R2 và - Công cụ đánh giá đất và nước). Lưu vực với NSE lớn hơn 0,5 trừ trạm Attapeu và Kontum; loại hình sử dụng đất chính là lâm nghiệp và PBIAS nhỏ hơn 10 % đối với dòng chảy và 35 % nông nghiệp, do đó nitrogen tổng và photphorus đối với chất lượng nước. Mô hình hiệu chỉnh tốt tổng là hai thông số được sử dụng đánh giá chất này có thể được áp dụng trong dự báo dòng chảy lượng nước. Mô hình được hiệu chỉnh bằng và chất lượng nước của lưu vực 3S trong tương phương pháp SUFI-2 tích hợp trong mô hình lai, và là công cụ hỗ trợ cho công tác quản lý tài SWAT-CUP. Hiệu quả mô phỏng được đánh giá nguyên nước lưu vực sông hiệu quả hơn. Từ khóa: lưu vực 3S, chất lượng nước, dòng chảy, SWAT, SWAT-CUP MỞ ĐẦU Hệ thống sông 3S (Sê Kông, Sê San, [3]. Chất lượng nước kém sẽ ảnh hưởng đến hoạt Sêrêpôk) là nhánh sông lớn nhất của hệ thống Hạ động kinh tế xã hội và tệ hơn là gây ra nhiều dịch lưu sông Mê Kông, nằm trên ba quốc gia Việt bệnh nghiêm trọng cho con người. Vùng phát thải Nam, Lào và Campuchia. 3S đóng vai trò quan ô nhiễm là thượng nguồn sông Sê San và Sêrêpôk trọng trong phát triển kinh tế xã hội của vùng 3S. thuộc Việt Nam, hai vùng này có dân cư tập Hơn thế nữa, dòng chảy và chất lượng nước từ trung đông với hoạt động nông – công nghiệp lưu vực 3S cũng ảnh hưởng các sự phát triển các phát triển mạnh. Tuy nhiên, khu vực chịu ảnh vùng hạ lưu chẳng hạn như đồng bằng sông Cửu hưởng nặng nề ô nhiễm nằm ở hạ nguồn lưu vực Long – vựa lúa lớn nhất của Việt Nam. Trên thực 3S thuộc Campuchia. Như vậy, hoạt động sản tế, chất lượng nước sông ở lưu vực 3S đang suy xuất, xả thải chất thải của quốc gia này đã ảnh giảm (IUCN, 2014). photphorus (P) và hưởng và tạo áp lực cho quốc gia khác đối với nitrogen (N) phát thải từ hoạt động sản xuất một lưu vực xuyên quốc gia. nông nghiệp là nguyên nhân chính gây ra Để có chính sách phù hợp nhằm quản lý tốt hiện tượng phú dưỡng hóa, giảm DO trong việc chất lương nước mặt cho lưu vực 3S, cần nước và ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh xác định được quốc gia nào đóng góp nhiều nhất Trang 107
2. Science & Technology Development, Vol 19, No.T2-2016 vào việc gây ra ô nhiễm nước sông. Lưu lượng PHƯƠNG PHÁP dòng chảy cũng như chất lượng nước sông sẽ Khu vực nghiên cứu được tính toán tại bất kì vị trí nào trên dòng chảy Lưu vực 3S nằm ở phía Tây Nam của lưu thông qua việc áp dụng mô hình thủy văn. Có vực Mê Kông, có vị trí địa lý nằm trong khoảng nhiều mô hình thủy văn có thể giải quyết bài toán 11°45’ – 16°30’ vĩ độ Bắc và 106° – 109° kinh này như các mô hình AGNPS, AnnAGNPS, độ Đông (Hình 1). Với diện tích hơn 78.000 km2, HSPF, MIKE SHE, SWAT. Trong các mô hình chiếm khoảng 10 % tổng diện tích lưc vực sông nêu trên thì mô hình SWAT được lựa chọn cho Mê Kông, lưu vực 3S trải trải dài trên lãnh thổ nghiên cứu này vì mô hình này đã chứng minh của 3 quốc gia Việt Nam (4 tỉnh), Lào (2 tỉnh) và được khả năng mô phỏng dòng chảy, chất dinh Campuchia (3 tỉnh). Với dân số hơn 3,5 triệu dưỡng cho các lưu vực khác nhau và được áp người, mật độ trung bình 45 người/km2. Dân cư dụng thành công ở nhiều lưu vực (Xem cơ sở dữ tập trung đông nhất ở thượng nguồn Sê San và liệu các bài báo khoa học về SWAT: Sêrêpôk trên lãnh thổ Việt Nam. Sông Sêrêpôk Bên và Sê San bắt nguồn từ Tây Nguyên, Việt Nam, cạnh đó, đây là mô hình miễn phí và được tích Sê Kông có thượng nguồn ở núi Annamite, Lào. hợp trên giao diện GIS nên thuận tiện cho người Sêrêpôk và Sê San hợp lưu với Sê Kông tại nơi sử dụng trong công tác chuẩn bị số liệu đầu vào cách Stung Treng trên sông chính khoảng 40 km. và trình bày kết quả. Dòng chảy hàng năm khoảng 2,386 m3/s, chiếm Mục tiêu của nghiên cứu này là mô phỏng gần 16 % tổng lượng dòng chảy của sông Mê dòng chảy và chất lượng nước cho lưu vực 3S. Công [8]. Lưu vực có độ cao địa hình từ 80 m Kết quả của nghiên cứu này có thể là tài liệu đến 2.040 m (Hình 2A), thuộc vùng khí hậu tham khảo cho các nhà hoạch định chính sách nhiệt đới gió mùa, có độ ẩm cao từ 82–85 %, trong công tác quản lý tài nguyên nước và phát tổng lượng mưa trung bình hàng năm là 1674 triển kinh tế xã hội của vùng. mm. Trong đó, 79,8 % tổng lượng mưa năm tập trung vào mùa mưa (tháng 5 – tháng 10). Nhiệt độ trung bình năm dao động 20,8 0C đến 26,4 0C. Trang 108
3. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T2- 2016 Hình 1. Khu vực nghiên cứu và vị trí các trạm khí tượng thủy văn, chất lượng nước và nguồn thải điểm Có năm loại hình sử dụng đất chính trong lưu nhóm đất chính bao gồm đất xám (Acrisols), đất vực bao gồm đất rừng, đất nông nghiệp, đất cây mới biến đổi (Cambisols), đất đỏ (Ferrasols), đất bụi và cỏ, đất đô thị và diện tích mặt nước (Hình xám Gley (Gleysols), đất xói mòn trơ sỏi đá 2B). Trong đó đất rừng (78,76 %) và đất nông (Leptosols), đất có tầng sét chặt (Planosols), và nghiệp (13,2 %) là 2 loại hình sử dụng chủ yếu ở đất nứt nẻ (Vertisols) (Hình 2C). lưu vực 3S. Về thổ nhưỡng, trên lưu vực có 7 (A) (B) (C) Hình 2. Bản đồ độ dốc địa hình (A), sử dụng đất (B), thổ nhưỡng (C) Trang 109
4. Science & Technology Development, Vol 19, No.T2-2016 Phương pháp nghiên cứu trong đó có dư lượng phân bón hóa học, phân Cơ sở lý thuyết mô hình SWAT xanh trong hoạt động nông nghiệp, nước mưa và nước thải sinh. Các chất này có thể loại bỏ do cây SWAT (Công cụ đánh giá đất và nước) là mô hấp thụ và các quá trình xói mòn đất, bốc hơi hình thủy văn bán phân bố được sử dụng rộng rãi v.v Chi tiết về cơ sở lý thuyết mô hình SWAT trong nghiên cứu về lưu lượng và chất lượng được trình bày trong báo cáo của Neitsch và ctv nước cho quy mô lưu vực sông. Mô hình được (2011). xây dựng dựa trên nền các quan hệ bản chất vật lý của các hiện tượng tự nhiên. Mô hình tính Thiết lập mô hình toán, mô phỏng cho chu trình nước và các chất Bảng 1 trình bày số liệu đầu vào của mô hình dinh dưỡng dựa trên bước thời gian hàng tháng SWAT bao gồm số liệu về khí tượng thủy văn, hoặc hàng ngày. Trong thực tế, các lưu vực sông chất lượng nước, địa hình, thỗ nhưỡng, sử dụng có sự phân bố không gian không đồng nhất. Do đất, và mật độ dân số của lưu vực 3S. Các số liệu đó, để tăng độ chính xác trong tính toán, những này được thu thập từ Trung tâm Dịch vụ Thông lưu vực này được chia ra thành nhiều tiểu lưu tin và Dữ liệu của Ủy ban sông Mê Kông (MRC) vực, sau đó là đơn vị thủy văn (HRU) dựa trên ( và Trung đặc tính đồng nhất về sử dụng đất và thổ nhưỡng. tâm Dữ liệu Khí tượng Thủy văn Quốc Gia Các tính toán dòng chảy và chất dinh dưỡng được (HMDC). Bản đồ độ dốc, bản đồ sử dụng đất thực hiện trên từng đơn vị thủy văn. Mô hình đã năm 2003 và bản đồ phân loại đất với độ phân sử dụng phương pháp Muskingum cho tính toán giải 250 x 250 m được sử dụng trong nghiên cứu dòng chảy. Trong SWAT, dòng chảy được chia này. Các số liệu hàng ngày của thông số khí thành 3 pha: pha bề mặt đất, pha dưới mặt đất tượng được thu thập trong 28 năm trong giai (sát mặt, ngầm) và pha trong sông. Chu trình thuỷ đoạn 1981–2008, lưu lượng dòng chảy ngày được văn được mô phỏng trong SWAT dựa trên thu thập từ 6 trạm trong giai đoạn 1994–2008. Số phương trình cân bằng (1). liệu chất lượng nước (nitrogen và photphorus) t được thu thập tại 4 trạm trong khoảng thời gian SWt SW0  Rday Qsurf Ea wseep Qgw 2004–2008 từ Trung tâm Dịch vụ Thông tin và i i (1) Dữ liệu của Ủy ban sông Mê Kông (MRC) ( mrcmekong. org/index) và Trung trong đó SWt là tổng lượng nước tại cuối thời tâm Dữ liệu Khí tượng Thủy văn Quốc Gia đoạn tính toán (mm), SW là tổng lượng nước 0 (HMDC). ban đầu (mm), t là thời gian (ngày), Rday là tổng Mô hình được hiểu chỉnh và kiểm định cho lượng mưa tại ngày thứ i (mm), Qsurf là tổng dòng chảy và chất lượng nước bằng công cụ lượng nước mặt tại ngày thứ i (mm), Ea là tổng SWAT-CUP với phương pháp SUFI-2 lượng bốc thoát hơi tại ngày thứ i (mm), wseep là lượng nước đi vào tầng ngầm tại ngày thứ i (mm) (Sequential Uncertainty Fitting version 2) [1]. Hiệu chỉnh dòng chảy thực hiện trong thời gian và Qgw là lượng nước ngầm tại ngày thứ i (mm). 2000-–2005, chất lượng nước trong thời gian SWAT mô phỏng chu trình nitrogen và 2004–2006. Kiểm định dòng chảy thực hiện trong photphorus trong phẫu diện đất và nước ngầm thời gian 1994–1999 và chất lượng nước trong tầng nông. Các chất dinh dưỡng (nitrogen và thời gian 2007–2008. photphorus) trong đất có được là từ nhiều nguồn, Trang 110
5. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T2- 2016 Bảng 1. Số liệu đầu vào của mô hình SWAT STT Dữ liệu Nguồn Mô tả Thời gian 1 Sử dụng đất MRC Bản đồ sử dụng đất, 250 m 2003 2 DEM MRC Bản đồ mô hình số độ cao, 250 m - 3 Thổ nhưỡng MRC Bản đồ các loại đât, 250 m - 4 Dữ liệu khí tượng MRC, HMDC Dữ liệu ngày về yếu tố lượng mưa, 1981–2008 nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất 5 Dữ liệu lưu lượng MRC, HMDC Dữ liệu ngày về yếu tố lưu lượng 1994–2008 dòng chảy, 6 trạm - 6 Dữ liệu chất MRC Dữ liệu tháng về nồng độ NO3 , 2004–2008 + lượng nước NH4 và P Đánh giá mô hình NSE lớn hơn 0,5 đối với mô phỏng dòng chảy và Hiệu quả mô phỏng của mô hình SWAT chất lượng nước, PBIAS nhỏ hơn 25 % đối với được đánh giá dựa trên 3 thông số: hệ số tương mô phỏng dòng chảy và PBIAS nhỏ hơn 70 % quan (R2), chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NSE), đối với mô phỏng nitrogen và photphorus. Chi phần trăm sai số (PBIAS). Kết quả mô phỏng tiết về thang đo hiệu quả mô phỏng được trình được xem là chấp nhận được khi giá trị R2 và bày trong Bảng 2. Bảng 2. Thang đánh giá hiệu quả mô phỏng [6] PBIAS (%) Cấp độ NSE Dòng chảy N, P Rất tốt 0.75 < NSE 1.00 PBIAS 10 PBIAS 25 Tốt 0.65 < NSE 0.75 10 PBIAS 15 25 PBIAS 40 Chấp nhận đươc 0.50 < NSE 0.65 15 PBIAS 25 40 PBIAS 70 Không đạt NSE 0.65 PBIAS 25 PBIAS 70 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN độ dẫn thủy lực trong trường hợp bão hòa Hiệu chỉnh và kiểm định cho dòng chảy (SOL_K), độ dày lớp đất (SOL_Z), độ che phủ Nồng độ và tải lượng các chất trong môi lớn nhất (CANMX), hệ số tiết giảm dòng chảy trường nước bị ảnh hưởng bởi lưu lượng dòng ngầm (ALPHA_BF), thời gian trễ dòng chảy chảy. Do đó, hiệu chỉnh mô hình SWAT cho mô ngầm (GW_DELAY), hệ số dẫn thủy lực của phỏng dòng chảy phải được thực hiện trước. kênh chính (CH_K2), suất phản chiếu đất ẩm Trước khi tiến hành hiệu chỉnh thì phân tích độ (SOL_ALB), hệ số độ nhám cho kênh chính nhạy được tiến hành trước để lựa chọn các thông (CH_N2), và chiều dài của tiểu lưu vực số nhạy nhất nhằm tiết kiệm thời gian hiệu chỉnh (SLSUBBSN). Thông số CN2 có độ nhạy cao và kiểm định mô hình. Sau khi phân tích độ nhạy nhất đối với mô phỏng dòng chảy. Thông số này của 20 thông số, SWAT-CUP cho ra 10 thông số cho biết tỷ lệ dòng chảy tràn và tỷ lệ nước thấm có ảnh hưởng mạnh nhất đến kết quả mô phỏng xuống đất thông qua hàm số của sử dụng đất, độ dòng chảy của mô hình (Bảng 3). Các thông số ẩm và nhóm đất [5]. đó là chỉ số CN ứng với điều kiện ẩm II (CN2), Trang 111
6. Science & Technology Development, Vol 19, No.T2-2016 Bảng 3. Bộ thông số của mô hình sau khi hiệu chỉnh mô hình cho dòng chảy Thông số Mô tả Khoảng giá trị Giá trị r_CN2 Chỉ số CN ứng với điều kiện ẩm II -0,2 – 0,2 0,2 r_SOL_K Độ dẫn thủy lực trong trường hợp bão hòa -0,3 – 0,3 0,0 r_SOL_Z Độ dày lớp đất (mm) -0,5 – 0,5 0,0 v_CANMX Độ che phủ lớn nhất 0 – 10 8,9 v_ALPHA_BF Hệ số tiết giảm dòng chảy ngầm (ngày) 0,6 – 1,0 0,9 v_GW_DELAY Thời gian trễ dòng chảy ngầm (ngày) 40 – 50 50 v_CH_K2 Hệ số dẫn thủy lực của kênh chính [mm/giờ] 70 – 150 147 v_CH_N2 Hệ số nhám của kênh chính 5 – 10 6,0 v_SOL_ALB Suất phản chiếu đất ẩm 0 – 0,25 0,13 v_SLSUBBSN Chiều dài độ dốc trung bình 30–150 143 v_ thay thế cho giá trị ban đầu; r_Nhân (1 + giá trị hiệu chỉnh) với giá trị ban đầu Trong hiệu chỉnh dòng chảy, tác giả sử dụng Attopeu nhưng kiểm định trên trạm Chantangoy. số liệu quan trắc trong giai đoạn 2000–2005 tại 4 Đối với trạm Kontum và Bản Đôn, mô hình được trạm phân bố đều trên 3 lưu vực Sê Kông (1 kiểm chỉnh trong giai đoạn 1994–1999, nhưng trạm), Sê San (1 trạm) và Sêrêpôk (2 trạm) và 1 đối với trạm Lumphat và đầu ra lưu vực thì giai trạm tại đầu ra lưu vực 3S. Do hạn chế về thu đoạn kiểm định là 2006–2008. Chi tiết kết quả thập số liệu quan trắc nên sau khi hiệu chỉnh thì đánh giá bằng các chỉ số thống kê cho mô phỏng mô hình được kiểm định tại các chuỗi thời gian dòng chảy trong hai giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm khác nhau và tại các trạm khác nhau. Đối với lưu định được trình bày trong Bảng 4. vực Sê Kông, hiệu chỉnh được thực hiện tại trạm Bảng 4. Các đánh giá thống kê kết quả mô phỏng dòng chảy ngày tại các trạm thủy văn Thời gian Hiệu chỉnh Kiểm định Trạm lưu lượng C: hiệu chỉnh V: kiểm định R2 NSE PBIAS R2 NSE PBIAS Attapeu C: 2000-2005 0,56 0,49 -9 % - C: 2000-2005 Kon Tum 0,61 0,45 -7 % 0,58 0,60 24 % V: 1994-1999 C: 2000-2005 Lumphat 0,54 0,54 -7 % 0,58 0,57 -4 % V: 2006-2008 C: 2000-2005 Bản Đôn 0,74 0,65 -8 % 0,77 0,80 -1 % V: 1994-1999 Chantangoy V: 1994-1999 - 0,59 0,65 2 % C: 2000-2005 Đầu ra lưu vực 0,72 0,72 8 % 0,68 0,68 -3 % V: 2006-2008 Biểu đồ so sánh giá trị quan trắc và mô giống nhau. Dựa vào tiêu chí của D.N. Moriasi và phỏng lưu lượng dòng chảy ngày tại các trạm cộng sự (2007) [6], kết quả mô phỏng dòng chảy trong giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định được trong giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định tại các trình bày ở các Hình 3, 4 và 5. Nhìn chung, trạm thủy văn là khá tốt dựa trên các thông số đường quá trình mô phỏng và thực đo là khá thống kê R2, NSE và PBIAS (xem Bảng 4). Trang 112
7. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T2- 2016 A B Hình 3. So sánh kết quả lưu lượng quan trắc và mô phỏng tại trạm (A) Lumphat, (B) đầu ra lưu vực A B Hình 4. So sánh kết quả lưu lượng quan trắc và mô phỏng tại trạm (A) Kon Tum, (B) Bản Đôn A B Hình 5. So sánh kết quả lưu lượng quan trắc và mô phỏng tại trạm (A) Attapeu (hiệu chỉnh), (B) Chantangoy (kiểm định) Nhìn chung, với các kết quả đã đạt được thì được trình bày ở Bảng 3 để tiếp tục hiệu chỉnh và mô hình SWAT đã chứng minh được khả năng kiểm định cho phỏng chất lượng nước. mô phỏng khá tốt lưu lượng dòng chảy ngày cho Hiệu chỉnh và kiểm định chất lượng nước lưu vực 3S. Tiếp theo, tác giả sử dụng mô hình SWAT với bộ thông số cho mô phỏng dòng chảy Kết quả phân tích độ nhạy cho các thông số mô phỏng chất lượng nước trong mô hình SWAT Trang 113
8. Science & Technology Development, Vol 19, No.T2-2016 + cho thấy các thông số có ảnh hưởng đáng kể đến ( NH4) và photphorus (P) được so sánh với số mô phỏng nitrogen và photphorus lần lượt là hàm liệu quan trắc trong giai đoạn hiểu chỉnh lượng nitrate ban đầu trong nước ngầm tầng nông (10/2004–2006) và kiểm định (2007–2008) nhằm (SHALLST_N), hệ số thấm nitrogen (NPERCO), đánh giá hiệu quả mô phỏng của mô hình. Giá trị hàm lượng nitrate ban đầu trong đất (SOL_NO3) của các thông số thống kê R2, NSE và PBIAS và hàm lượng nitrogen hữu cơ ban đầu trong đất được trình bày trong Bảng 6. Hình 6 (A, B) và (SOL_ORGN); hệ số tỷ lệ photphorus trong đất Hình 7 (A, B) biểu diễn kết quả so sánh giữa giá (PHOSKD), hệ số thấm photphorus (PPERCO) trị mô phỏng và quan trắc của tải lượng nitrate, và hàm lượng P hữu cơ ban đầu trong đất ammonium và photphorus tại các trạm Siempang, (SOL_ORGP). Lumphat, Pleiku và Bản Đôn. Nhìn chung, đường Kết quả mô phỏng tháng về chất lượng nước quá trình giữa mô phỏng và thực đo theo tháng là - khá phù hợp. với các thông số nitrate (NO3 ), ammonium Bảng 5. Bộ thông số của mô hình sau khi hiệu chỉnh mô hình cho chất lượng nước Thông số Mô tả Khoảng giá trị Giá trị Hàm lượng nitrate ban đầu trong nước SHALLST_N 0. – 3 0,3 ngầm tầng nông (mg/L) NPERCO Hệ số thấm nitrogen 0 – 1 0,9 PHOSKD Hệ số tỷ lệ photphorus trong đất 100 – 200 103 PPERCO Hệ số thấm photphorusr 10 – 18 13 Hàm lượng nitrate ban đầu trong đất SOL_NO 0 – 5 4,9 3 (mg/kg) Hàm lượng nitrogen hữu cơ ban đầu SOL_ORGN 1000 – 5000 3872 trong đất (mg/kg) Hàm lượng P hữu cơ ban đầu trong đất SOL_ORGP 1000 – 4000 2301 (mg/kg) - Bảng 6. Đánh giá thống kê hiệu quả của mô hình SWAT cho mô phỏng tháng các yếu tố nitrate (NO3 ), + ammonium (NH 4) and photphorus (P) Hiệu chỉnh Kiểm định Trạm Thông số (10/ 2004–2006) (2007–2008) R2 NSE PBIAS R2 NSE PBIAS Siem Pang NO 0,83 0,79 27 % 0,70 0,69 -5 % Lumphat NO 0,79 0,63 38 % 0,81 0,74 -21 % + Lumphat NH4 0,70 0,64 33 % 0,55 -1,51 25 % Pleiku P 0,85 0,80 1 % 0,78 0,61 -14 % Bản Đôn P 0,84 0,81 24 % 0,84 0,60 -28 % Trang 114
9. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T2- 2016 (A) (B) Hình 6. So sánh giá trị tải lượng quan trắc và mô phỏng tháng của NO3-N tại (A) trạm Siem Pang và (B) trạm Lumphat Kết quả mô phỏng NO3 là khá phù hợp với 0,81; 0,72 và 33 % trong giai đoạn hiệu chỉnh và số liệu quan trắc. Điều này được thể hiện bằng 0,76; 0,71 và 13 % trong giai đoạn kiểm định các giá trị R2, NSE và PBIAS lần lượt như sau (Hình 6). (A) (B) Hình 7. So sánh giá trị tải lượng quan trắc và mô phỏng của (A) NH4-N trạm Lumphat và (B) P trạm Pleiku + Kết quả mô phỏng ammonium thể hiện sự quan trắc và ngược lại đối với trường hợp NH4. + phù hợp khá tốt trong giai đoạn hiệu chỉnh với Điều này có thể giải thích do lượng NH4 phát các chỉ số R2 = 0,7, NSE = 0.64 and PBIAS = 33 thải từ hoạt động chăn nuôi và con người không %. Tuy nhiên, giai đoạn kiểm đinh mô hình thì được đề cập trong nghiên cứu này. Tuy nhiên, kết quả mô phỏng không tốt, thể hiện bằng giá trị các chỉ số thống kê cho thấy mô hình đã được NSE = -1,51. Đối với thông số photphorus, kết hiệu chỉnh và kiểm định cho kết quả mô phỏng quả mô phỏng là phù hợp với giá trị quan trắc, chất lượng nước (nitrogen và photphorus) phù thể hiện qua các thông số thống kê R2, NSE và hợp với giá trị thực đo trong lưu vực 3S. PBIAS trong giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định KẾT LUẬN lần lượt như sau 0,85; 0,80, và 1 %; và 0,78; 0,61 Trong nghiên cứu này, tác giả đã áp dụng và -14 % cho trạm Pleiku; 0,84; 0,81 và 24 %; và thành công mô hình SWAT cho mô phỏng dòng 0,84; 0,60 và -28 % cho trạm Bản Đôn. chảy và chất lượng nước (nitrogen và Giá trị PBIAS trong Bảng 6 cho thấy, tổng photphorus) cho lưu vực 3S. Kết quả của nghiên tải lượng mô phỏng NO3 và P lớn hơn so với cứu có thể được tóm tắt như sau: Trang 115
10. Science & Technology Development, Vol 19, No.T2-2016 Kết quả phân tích độ nhạy các thông số mô Kết quả nghiên cứu chính là cơ sở khoa học hình SWAT cho thấy, các thông số ảnh hưởng cho nghiên cứu tiếp theo trong việc tính toán tải mạnh nhất đến mô phỏng dòng chảy, nitrogen và lượng chất dinh dưỡng xả thải vào môi trường photphorus lần lượt là hệ độ nhám trên kênh nước ở mỗi lưu vực Sê Kông, Sê San và Sêrêpôk chính (CH_N2), hệ số thấm của nitrogen hoặc từ mỗi quốc gia và lập bản đồ phân bố (NPERCO) và hệ số tỷ lệ của photphorus trong không gian cho tải lượng chất thải. Xa hơn nữa là đất (PHOSKD). các nghiên cứu về tác động của biến đôi khí hậu, Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cũng như thay đổi sử dụng đất lên chế dộ thủy cho thấy mô hình SWAT có thể mô phỏng khá văn và chất lượng nước ở lưu vực này, từ đó, tốt dòng chảy và chất lượng nước cho lưu vực 3S giúp các nhà hoạch định chính sách đưa ra chiến với bộ thông số hiệu chỉnh trình bày trong Bảng 3 lược phù hợp để phát triển kinh tế và bảo vệ và 5. nguồn nước. Modelling the hydrology and water quality of 3S river system (Sekong, Sesan and Srepok) Nguyen Thi Thuy Trang Dao Nguyen Khoi University of Science, VNU-HCM ABSTRACT The objective of this study was to simulate corellation (R2), Nash-Sutcliffe efficient the hydrologic characteristic and water quality of coefficience (NSE) and percentage Bias (PBIAS). 3S rivers system (Sekong, Sesan and Srepok) The results showed that SWAT model was well using SWAT model (Soil and Water Analysis calibrated for simulating the streamflow and 2 Tool). Agriculture and forest are the main land water quality with the values of R greater than use types in this basin accounting for more than 0.5 except for the Attapeu and Kontum stations, 80 % of the total area. Therfore, nitrogen and and of PBIAS less than 10 % and 35 % for phosphorus were selected to be parameters for streamflow and water quality, respectively. The water quality assessment. SWAT-CUP model was well-calibrated SWAT model can be applied in applied to calibrate the model for stream flow predicting the hydrology and water quality for and water quality based on SUFI-2 (Sequential other application. Furthermore, it is a tool Uncertainty Fitting version 2) method. The model supporting the policy makers to offer a suitable performance has been assessed by three decisions regarding the sustainable river basin statistical indices, including coefficient management. Key word: 3S river basin, streamflow, water quality, SWAT, SWAT-CUP Trang 116
11. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T2- 2016 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. K.C. Abbaspour, SWAT-CUP 2012: SWAT [6]. D.N. Moriasi, J.G. Arnold, M.W. van Liew, Calibration and Uncertainty Programs – A R.L. Bingner, R.D. Harmel, T.L. Veith, User Manual; Swiss Federal Institute of Model evaluation guidelines for systematic Aquatic Science and Technonogy (2014). quantification accuracy in watershed [2]. FAO Statistical year book 2013, Food and simulation, Transactions of the ASABE, 50, Agriculture Organization of the United 3, 885-900 (2007). Nation (2013). [7]. A.L. Neitsch, J.G. Arnold, J.R. Kiniry, J.R. [3]. Q. Hong, Z. Sun, L. Chen, R. Liu, Z. Shen, Williams, Soil and water assessment tool Small-scale watershed extended method for theoretical documentation version 2009, non-point source pollution estimation in part Texas Water Resource Institute Technical of the Three Gorges Reservoir Region, Report, Texas A&M University, 406, International Journal of Environmental (2011). Science & Technology, 9, 595–604 (2012). [8]. T.A. Räsänen, Baseline hydrology of the 3S [4]. IUCN Water quality summary. Retrieved basin: Sesan-Sekong-Srepok VMod from. August 27th, 2014 from 3s hydrological modelling report: Challenge basin. org/knowledge/key-topics/water- program on water & food Mekong project quality.html (2014). MK3 “Optimizing the management of a [5]. S.K. Mishra, V.P. Singh, Soil conservation cascade of reservoirs at the catchment servise curve number (SCS-CN) level”, ICEM – International Centre for methodology, Dordrecht, The Netherlands: Environmental Management, Hanoi Kluer Academic Publisher (2003). Vietnam, 33 (2012). Trang 117