Có thể thấy rằng, định hướng phát triển trên lưu vực đã huy động các tài nguyên đất và nước rất lớn, tổng lượng nước sử dụng đến năm 2020 được trình bày ở bảng 5.
Bảng 5: Tổng nhu cầu dùng nước giai đoạn 2020.
3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT cho lưu vực sông mã.
3.1 Mô hình SWAT
Mô hình “Công cụ đánh giá đất và nước” SWAT (Soil and Water Assement Tools) là một mô hình vật lý được xây dựng từ những năm 90 do tiến sỹ Dr. Jeff Arnold thuộc trung tâm nghiên cứu đất nông nghiệp USDA - Agricultural Research Service (ARS) xây dựng nên.
Mô hình SWAT được xây dựng để mô phỏng ảnh hưởng của việc quản lý sử dụng đất đến nguồn nước, bùn cát và hàm lượng chất hữu cơ trong hệ thống lưu vực sông với các loại đất, với các điều kiện sử dụng đất khác nhau và điều kiện quản lý tương ứng với một khoảng thời gian dài. Trong quá trình tính toán dòng chảy, mô hình đã sử dụng phương pháp tính bốc hơi (theo Penman-Monteith, Priestley-Taylor, Hardgreve hoặc đọc từ file), diễn toán dòng chảy (Muskingum), các phương pháp diễn toán chất lượng nước.
Cấu trúc mô hình gồm 2 quá trình: Diễn toán dòng chảy trên lưu vực và diễn toán dòng chảy trong sông.
Số liệu của mô hình bao gồm: Số liệu vào mô hình bao gồm số liệu không gian là các bản đồ và số liệu thuộc tính.
3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
Số liệu đầu vào:
Do hệ thống trạm khí tượng thuỷ văn đo đạc không đồng bộ, và không khống chế được các lưu vực sông nhánh. Trên sông chính có một số trạm có thể lấy làm điểm kiểm tra, và một số trạm trên sông nhánh với số liệu hạn chế dùng làm trạm hiệu chỉnh thông số mô hình cho các tiểu lưu vực. Trong bài báo này chúng tôi sử dụng số liệu mưa và dòng chảy của 2 năm 1999 và 2005 để hiệu chỉnh và xác định bộ thông số mô hình SWAT lưu vực sông Mã.
Hệ thống bộ bản đồ là số liệu đầu vào quan trọng của mô hình đã được chuyển từ mapinfo sang dạng grid với cơ sở dữ liệu phù hợp với ArcSwat 2005.
Phân chia các lưu vực bộ phận
Do đặc điểm của lưu vực sông Mã trải dài trên 2 lãnh thổ quốc gia Việt Nam và Lào, nên chúng tôi tách lưu vực thành 2 phần, thượng lưu chủ yếu thuộc tỉnh Sơn La, phần hạ lưu chủ yếu thuộc tỉnh Thanh Hóa, không xét bộ phận chảy qua nước bạn Lào.
Phần thượng lưu sông Mã được chia thành 8 lưu vực bộ phận được đánh số thứ tự từ 1 – 8 như trên hình 2. Phần hạ du sông Mã được chia thành 19 lưu vực bộ phận được đánh số từ 1 -19 trên hình 3.
Các file số liệu KTTV làm đầu vào cho mô hình bao gồm các file: nhiệt độ (nhiệt độ tối cao và nhiệt độ tối thấp), bức xạ, độ ẩm, tốc độ gió, mưa và các file khai báo kinh độ, vĩ độ, cao trình trạm đo của từng yếu tố khí tượng được thiết lập trên file *.dbf theo format của ArcSWAT.
Khi các số liệu KT-TV và dữ liệu bản đồ thảm phủ thực vật và bản đồ đất được overlay để khởi tạo các thông số cần thiết để chạy mô hình.
Hình 2. Phân chia lưu vực phần thượng lưu
Hình 3. Phân chia lưu vực phần hạ du
Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
Chuỗi số liệu quan trắc KTTV trên lưu vực sông Mã thu thập được đồng bộ trong 2 năm 1999, 2005. Năm 1999 lấy để hiệu chỉnh thông số của mô hình và 2005 để kiểm định mô hình. Các trạm thuỷ văn trên sông chính có số liệu đầy đủ và dài được lấy làm các điểm kiểm tra đánh giá hiệu quả của mô hình, đó là các trạm Cửa Đạt, Xã Là. Với các lưu vực bộ phận không có tài liệu đo đạc sẽ được xác định thông qua các lưu vực có tài liệu để hiệu chỉnh.
Các thông số mô hình được xác định theo phương pháp thử sai. Hiệu chỉnh thông số cho các lưu vực bộ phận trước, sau đó áp dụng bộ thông số thu được cho các lưu vực không có trạm đo có những đặc điểm khá tương đồng. Tiếp đến, tiến hành hiệu chỉnh cho các trạm trên sông chính từ thượng lưu về hạ lưu. Hiệu chỉnh các thông số của mô hình đối với các lưu vực con sao cho kết quả tính toán lưu lượng phù hợp với lưu lượng thực đo. Để đánh giá mức độ phù hợp của mô hình sử dụng hệ số Nash.
Kết quả hiệu chỉnh phần thượng lưu NAST = 74%, tương quan giữa thực đo và tính toán đạt 0.84. Đối với phần hạ lưu, NASH = 79%, hệ số tương quan đạt 0.83.
Hình 4: Đường quá trình dòng chảy thực đo và tính toán phần thượng lưu
Hình 5: Đường quá trình dòng chảy thực đo và tính toán phần hạ lưu
Kiểm định mô hình: Hệ số hiệu dụng NASH đều lớn hơn 0,7 đảm bảo kết quả mô hình ở mức khá, có thể được sử dụng để xây dựng các kịch bản sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Mã ứng với các kịch bản sử dụng tài nguyên đất hợp lý. Có thể xem kết quả tính toán trong giai đoạn hiệu chỉnh mô hình là kịch bản nền của nguồn nước tự nhiên không chịu tác động của các nhân tố điều tiết cũng như các tác động khác, được dùng để đối chiếu so sánh với các kịch bản sử dụng tài nguyên nước.
Bảng 6: Bộ thông số mô hình Swat cho lưu vực sông Mã
TT | Thông số chính | Phần thượng lưu | Phần hạ du | TT | Thông số chính | Phần thượng lưu | Phần hạ du |
1 | SURLAG | 1.14 | 4 | 7 | SOL_AWC | 0.5 | 65 |
2 | MSK_CO1 | 9.88 | 0.14 | 8 | CH_K1 | 0.5 | 0.07 |
3 | MSK_CO2 | 4.467 | 0.14 | 9 | CH_N1 | 0.14 | 0.5 |
4 | MSK_X | 0.2 | 0.11 | 10 | ALPHA_BF | 0.02 | 0.014 |
5 | CNCOEF | 0.5 | 0.1 | 11 | OV_N | 0.1 | 0.01 |
6 | SOL_K | 250 | 0.56 | 12 | GW_RAVAP | 0.02 | 0.14 |
Có thể thấy rằng mô hình SWAT thích hợp với điều kiện tự nhiên lưu vực sông Mã.
4. Đánh giá khả năng đảm bảo nguồn nước trên lưu vực sông Mã năm 2020 Trên cơ sở quy hoạch sử dụng đất, sử dụng nước đến năm 2020 của lưu vực sông Mã, bài báo sử dụng bộ thông số mô hình SWAT đã được xây dựng và kiểm định phù hợp nhằm xác định lượng dòng chảy sinh ra trên lưu vực từ đó đánh giá mức độ phù hợp của khai thác tài nguyên đất và nước trên lưu vực.
Kết quả so sánh lượng nước đến và nhu cầu nước cần cho các hoạt động kinh tế- xã hội năm 2020 trên lưu vực được trình bày ở bảng 7.
Bảng 7: Cân bằng nước cho lưu vực sông Mã năm 2020
Đơn vị: triệu m3
Tháng | Wđến | Wyêu cầu | Wmôi trường | Wthừa | Wthiếu |
I | 471 | 276 | 148 | 251 | -106 |
II | 359 | 247 | 134 | 154 | -122 |
III | 271 | 305 | 148 | 30.7 | -200 |
IV | 344 | 263 | 143 | 58.3 | -101 |
V | 806 | 336 | 148 | 395 | 0 |
VI | 2061 | 536 | 143 | 1945 | 0 |
VII | 3563 | 724 | 148 | 3611 | 0 |
VIII | 5517 | 1116 | 148 | 6151 | 0 |
IX | 4408 | 547 | 143 | 4598 | 0 |
X | 2712 | 342 | 148 | 2711 | 0 |
XI | 1859 | 376 | 143 | 1665 | 0 |
XII | 802 | 369 | 148 | 467 | -67.0 |
TỔNG | 23174 | 5436 | 1740 | 22037 | -596 |
Qua tính toán cân bằng nước, lượng nước yêu cầu (chủ yếu là cấp nước cho nông nghiệp) nhỏ hơn so với lượng nước đến. Tuy nhiên, sự phân bố nguồn nước là không đều theo thời gian, những tháng mùa kiệt nhu cầu sử dụng nước lớn nhưng lượng nước đến lại ít, ngược lại những tháng mùa lũ lượng nước đến rất dồi dào, nhu cầu sử dụng nước ít. Vào các tháng V-XI trong năm, nguồn nước trên lưu vực được đảm bảo cho cho các hoạt động kinh tế - xã hội. Vào các tháng XI đến tháng IV năm sau, tổng lượng nước thiếu lên tới 596 triệu m3.
Bảng 8: Cân bằng nước theo quy hoạch phát triển KT - XH đến năm 2020 từng vùng.
Đơn vị:106m3
Vùng | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | Tổng |
Vùng I | | | | | | | | | | | | | |
W thừa | 161.21 | 115.92 | 15.33 | 34.65 | 140.38 | 728.34 | 1,597.2 | 1,960.5 | 1,501.1 | 849.93 | 518.61 | 330.73 | 7,954.12 |
W thiếu | | | | | | | | | | | | | |
Vùng II | | | | | | | | | | | | | |
W thừa | 11.14 | 5.05 | 2.35 | 2.11 | 1.88 | 29.05 | 56.52 | 68.50 | 49.63 | 40.68 | 39.23 | 16.71 | 322.88 |
W thiếu | | | | | | | | | | | | | |
Vùng III | | | | | | | | | | | | | |
W thừa | 13.35 | 5.43 | 0.73 | | 2.43 | 59.58 | 107.12 | 194.22 | 99.86 | 64.68 | 48.72 | 18.24 | 614.38 |
W thiếu | | | | -0.53 | | | | | |
|