Sat09222018

Last update04:00:00 AM GMT

Sự cần thiết của đề án:”Bảo vệ nước dưới đất ở các đô thị lớn”

Ở nước ta, trong sự phát triển kinh tế của đất nước, tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng. Tính tới nay cả nước có 63 tỉnh thành phố, trong đó có 5 thành phố trực thuộc Trung ương: thủ đô Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, TP. Hải Phòng, TP. Đà Nẵng, TP. Cần Thơ. Tính đến nay, cả nước đã có 725 đô thị, theo Nghị định số 42/2009/NĐ-CP thì có 2 đô thị loại đặc biệt, 3 đô thị loại I, 14 đô thị loại II, 37 đô thị loại III, 37 đô thị loại IV và 632 đô thị loại V. Các đô thị đã và đang trở thành các trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa xã hội của các tỉnh, các huyện và cả nước, đó cũng là nơi thu hút dân cư từ các vùng nông thôn làm cho mật độ dân cư ngày càng cao. Theo số liệu của Tổng cục thống kê, năm 1986 dân số của cả nước là 61,109 triệu người, trong đó dân số đô thị mới chỉ là 11,817 triệu người (chiếm 19,3% ), đến năm 2001, dân số cả nước là 78,7 triệu người, dân số đô thị là 23,4 triệu người (chiếm 34%). Dự tính đến năm 2020 dân số đô thị là 46 triệu người.

Với tốc độ đô thị hóa phát triển, sự gia tăng dân số ngày càng cao như hiện nay tại các đô thị ắt dẫn tới nhu cầu dùng nước không ngừng tăng cao. Theo thống kê sơ bộ, lượng nước khai thác sử dụng cho các đô thị từ vài trăm đến hàng trăm triệu m3/năm, trong đó khoảng 50% nguồn nước cung cấp cho các đô thị được khai thác từ nguồn nước dưới đất. Hầu hết nước dưới đất được khai thác từ các công trình khai thác nằm trong phạm vi của đô thị hoặc vùng phụ cận. Chỉ tính riêng thành phố Hà nội hiện đang khai thác khoảng 800.000m3/ngày (khoảng 300 triệu m3/năm ); thành phố Hồ Chí Minh khai thác khoảng 500.000m3/ngày (khoảng 200 triệu m3/năm). Các đô thị khu vực đồng bằng Nam bộ hiện đang khai thác khoảng gần 300.000m3/ngày (110 triệu m3/năm ).

Việc khai thác nước dưới đất để cung cấp cho các đô thị đã góp phần quan trọng cho sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, nâng cao chất lượng đời sống của người dân đô thị. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác nước, đô thị hóa, phát triển đô thị đã nảy sinh và tiềm ẩn nhiều nguy cơ tác động xấu tới nguồn tài nguyên nước dưới đất, như :

- Khai thác vượt quá trữ lượng tiềm năng nước dưới đất gây cạn kiệt nguồn tài nguyên nước;

- Khai thác thiếu quy hoạch, không theo quy hoạch hoặc thiếu đánh giá nguồn nước, đánh giá chưa đầy đủ dẫn đến tình trạng tụt giảm mực nước, gây sụt lún mặt đất.

- Chưa xem xét đầy đủ vấn đề bảo vệ nước dưới đất khi xây dựng quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch phát triển các khu công nghiệp, các đô thị. Nhiều khu công nghiệp, cơ sở sản xuất được xây dựng trong đới cung cấp cho nước dưới đất và trong phạm vi hoạt động của công trình khai thác nước tạo nguy cơ lớn gây ô nhiễm nguồn nước dưới đất.

- Công tác thu gom xử lý nước thải, chất thải rắn tại các đô thị còn nhiều điều bất cập dẫn đến tình trạng gây ô nhiễm nguồn tài nguyên nước dưới đất.

- Tốc độ đô thị hóa tăng, quá trình bê tông hóa bề mặt phát triển dẫn đến diện tích cung cấp nước từ nước mưa, nước mặt cho nước nước dưới đất ngày càng  bị thu hẹp, gây cạn kiệt nguồn bổ cập cho nước dưới đất.

- Đặc biệt với quá trình hiện đại hóa các đô thị ngày càng phát triển mạnh mẽ, nhiều nhà cao tầng mọc lên với hệ thống các các lỗ khoan khảo sát địa chất công trình, hệ thống móng khoan cọc nhồi được phát triển. Đây cũng chính là một trong những con đường dẫn đến tình trạng gây ô nhiễm nguồn nước dưới đất chưa được quan tâm và quản lý.

Từ thực tế đó để góp phần đảm bảo phát triển đô thị một cách lâu bền, cần sớm có chiến lược và các đề án cụ thể bảo vệ nguồn tài nguyên nước dưới đất quí giá này. Chính vì vậy, trong chiến lược Quốc gia về tài nguyên nước tới năm 2020 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 81/2006/QĐ-TTg ngày 14/4/2006 đã xác định đề án “Bảo vệ nước dưới đất ở các đô thị lớn thuộc danh mục các đề án, Đề án ưu tiên thực hiện trong giai đoạn 2006 – 2010 . Bộ Tài nguyên và Môi trường có quyết định số 15/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 ban hành quy định về việc bảo vệ nước dưới đất nói chung trong đó có khu vực các đô thị

Giới thiệu dự án:“Điều tra cơ bản tài nguyên, môi trường một số hải đảo, cụm đảo lớn, quan trọng phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế biển và bảo vệ chủ quyền lãnh hải”.

Việt Nam là quốc gia ven biển nằm bên bờ Tây của Biển Đông, có địa chính trị và địa kinh tế rất quan trọng không phải bất kỳ quốc gia nào cũng có. Với bờ biển dài trên 3.260 km trải dài từ Bắc xuống Nam, đứng thứ 27 trong số 157 quốc gia ven biển, các quốc đảo và các lãnh thổ trên thế giới. Chỉ số chiều dài bờ biển trên diện tích đất liền của nước ta là xấp xỉ 0,01 (nghĩa là cứ 100 km2 đất liền có 1km bờ biển). Trong 63 tỉnh, thành phố của cả nước thì 28 tỉnh, thành phố có biển và gần một nửa dân số sinh sống tại các tỉnh, thành ven biển. Trong lịch sử hàng ngàn năm dựng nước và giữ nước của dân tộc, biển đảo luôn gắn với quá trình xây dựng và phát triển của đất nước và con người Việt Nam.

Theo Công ước của Liên hợp quốc về Luật Biển năm 1982, nước ta có diện tích biển khoảng trên 1 triệu km2, gấp 3 lần diện tích đất liền, chiếm gần 30% diện tích Biển Đông (cả Biển Đông gần 3,5 triệu km2). Vùng biển nước ta có khoảng 3.000 hòn đảo lớn, nhỏ và 2 quần đảo xa bờ là Hoàng Sa và Trường Sa, được phân bố khá đều theo chiều dài của bờ biển đất nước, với vị trí đặc biệt quan trọng như một tuyến phòng thủ tiền tiêu để bảo vệ sườn phía Đông của đất nước. Một số đảo ven bờ còn có vị trí quan trọng được sử dụng làm các điểm mốc quốc gia trên biển để thiết lập đường cơ sở ven bờ lục địa Việt Nam, từ đó xác định vùng nội thủy, lãnh hải, vùng tiếp giáp lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa, làm cơ sở pháp lý để bảo vệ chủ quyền quốc gia trên các vùng biển.

Những năm gần đây, với những diễn biến phức tạp của tình hình tranh chấp biển đông, Đảng và Nhà nước ngày càng quan tâm đến phát triển biển đảo, vừa là đảm bảo an toàn đánh bắt cho ngư dân, đảm bảo cuộc sống cho cư dân sinh sống trên các đảo, vừa là để đảm bảo an ninh quốc phòng. Một số chính sách quan trọng đã được Chính phủ ban hành như Quyết định số 568/QĐ-TTg ngày 28 tháng 4 năm 2010 của Thủ tướng Chính phủ về việc Phê duyệt Quy hoạch phát triển kinh tế đảo Việt Nam đến năm 2020, Quyết định số 2013/QĐ – TTg ngày 8 tháng 11 năm 2010 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt về việc bổ sung một số dự án vào “Đề án tổng thể về điều tra cơ bản và quản lý tài nguyên – môi trường biển đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020”. Đây là tiền đề quan trọng để các Bộ, ngành và địa phương có biển đảo xây dựng những chương trình hành động cụ thể nhằm phát triển kinh tế biển đảo.

Tại bất kỳ vùng nào, địa phương nào, việc phát triển kinh tế luôn gắn liền với những nhu cầu về nguồn lực phát triển. Ngoài những nhu cầu về năng lượng, nguyên liệu, một trong những nhu cầu rất quan trọng là nhu cầu về nguồn nước. Nguồn nước có tỷ lệ nước ngọt cao, dồi dào chính là một yếu tố góp phần không nhỏ vào sự phát triển chung của vùng, địa phương.

Với các đảo, nhu cầu về nguồn nước, đặc biệt là nước ngọt càng trở lên cấp thiết, do sự khan hiếm của tất cả các nguồn chủ yếu như nước ngầm, nước mặt, nước mưa. Khả năng cung ứng nước ngọt từ đất liền cũng như việc áp dụng công nghệ xử lý nước biển thành nước ngọt để có thể sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất là không khả thi do giới hạn về công suất và giá thành cao. Do đó, để xây dựng được các chương trình phát triển kinh tế, nhất thiết phải có số liệu đánh giá chính xác về chất lượng và trữ lượng nguồn nước tại các đảo.

Dự án được trủ chì bởi Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam, do Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia thực hiện, cùng sự tham gia phối hợp của các cơ quan: Ủy ban Nhân dân, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, Bộ chỉ huy quân sự các tỉnh, Ủy Ban nhân dân; Ban chỉ huy quân sự các huyện, có đảo thực hiện trong dự án và các ban ngành khác có liên quan.

Mục tiêu của dự án là điều tra, đánh giá bổ sung tài nguyên nước của một số đảo và cụm đảo Việt Nam nhằm tạo điều kiện cần thiết để phát triển kinh tế đảo, kết nối các đảo với đất liền và bảo vệ vững chắc vùng biển của Tổ quốc, trong đó mục tiêu cụ thể là đánh giá được chi tiết đặc điểm phân bố, trữ lượng, chất lượng tài nguyên nước, làm cơ sở cho việc lập quy hoạch khai thác, sử dụng hợp lý, bền vững và bảo vệ tài nguyên nước ở một số đảo và cụm đảo Việt Nam, tạo lập các thông tin, dữ liệu về tài nguyên nước dưới đất làm cơ sở xây dựng một số công trình cấp nước phục vụ dân sinh, phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ chủ quyền biển, đảo Việt Nam. 

Trên cơ sở những tiêu chí của dự án, 4 đảo, cụm đảo lớn đã được lựa chọn để điều tra gồm: Cụm đảo Cô Tô và Vĩnh Thực, cụm đảo Vân Đồn thuộc tỉnh Quảng Ninh, huyện đảo Bạch Long Vĩ thuộc thành phố Hải Phòng và đảo Hòn Khoai thuộc tỉnh Cà Mau.

Dự án đã tiến hành điều tra hệ thống suối, hồ, đập chứa nước trên các đảo; lượng nước mưa, khả năng cung cấp, lưu trữ và bổ cập nhân tạo; các tầng chứa nước, cách nước chủ yếu; các điểm lộ, giếng đào; lớp phủ thực vật; các công trình khai thác và sử dụng nước dưới đất; các hoạt động ảnh hưởng đến tài nguyên nước dưới đất.

Trong quá trình thực hiện dự án, đơn vị thực hiện là Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia gặp không ít khó khăn do đảo cách xa đất liền, công tác vận chuyển thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan trong đó có yếu tố thời tiết, thiếu thốn nước sinh hoạt cho các tổ đội thi công v.v... Tuy nhiên, với sự quan tâm của các cơ quan, ban ngành, cùng với đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, có kinh nghiêm về vùng nghiên cứu và một số thiết bị nghiên cứu hiện đại hỗ trợ, dự án đã kết thúc thành công. Dự án mang sự ổn định cho người dân trên các đảo về mặt đời sống tinh thần, an tâm trong sinh hoạt, đoàn kết cùng với lực lượng an ninh, quốc phòng trên đảo nhằm mục đích bảo vệ bình yên vùng biển đảo của Tổ quốc. Kết quả của dự án đã đánh giá được số lượng, chất lượng tài nguyên nước ở các vùng điều tra, phát hiện những nơi nước có chất lượng xấu, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng để khuyến cáo không nên sử dụng.

Kết quả của dự án là nguồn thông tin quan trọng phục vụ cho công tác quy hoạch. Những thông tin của dư án giúp cho việc định hướng các công tác nghiên cứu tiếp theo về tài nguyên nước trên, cung cấp cơ sở khoa học về nước dưới đất trong các tầng chứa nước, các nguồn nước mặt được quy hoạch, trên cơ sở đó giúp các cơ quan quản lý Nhà nước các cấp Chính quyền địa phương quản lý, khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế xã hội, giữ vững an ninh quốc phòng trên các đảo.

Tiến trình mô phỏng SWAT

Mô hình SWAT đòi hỏi rất nhiều dữ liệu đầu vào khác nhau. Tuy nhiên, không phải tất cả dữ liệu đầu vào đều bắt buộc mà tùy thuộc vào từng nghiên cứu cụ thể, có thể bỏ qua một số dữ liệu không cần thiết. Nhìn chung, quá trình thiết lập mô hình SWAT cho bất kỳ ứng dụng nào đều có dạng như :

tin_trnh_m_phng_swatTiến trình mô phỏng SWAT

 

Dữ liệu cần thiết được thu thập trong nghiên cứu được mô tả vắn tắt như sau:

Mô hình độ cao số (DEM) được trích xuất từ dữ liệu ASTER GDEM (ASTER Global Digital Elevation Model) ở độ phân giải không gian. Dựa trên nền DEM, mô hình SWAT tiến hành phân chia lưu vực, các tiểu lưu vực cũng như mô phỏng mạng lưới sông suối, các bề mặt thoát nước. Những thông số địa hình như độ dốc địa hình, độ dốc kênh dẫn hoặc chiều dài sông suối cũng được tính toán từ DEM. Trước khi đưa vào mô hình SWAT, dữ liệu DEM đã được hiệu chỉnh về hệ tọa độ UTM WGS84.

Sử dụng đất: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất trước khi đưa vào mô hình SWAT, bản đồ sử dụng đất cần được hiệu chỉnh về hệ tọa độ UTM WGS84, với các loại hình sử dụng đất được phân loại lại theo bảng mã sử dụng đất trong SWAT. Bảng mã này quy định mã số của các loại cây trồng, các loại hình che phủ chung, đất đô thị cùng với thuộc tính của chúng, làm cơ sở cho quá trình mô phỏng sự phát triển cây trồng, mô phỏng khu vực đô thị.

Thổ nhưỡng: Trên khu vực nghiên cứu cần thống kê các loại. Trước khi đưa vào mô hình SWAT, bản đồ này đã được hiệu chỉnh về hệ tọa độ UTM WGS84 và được phân loại lại theo mã loại đất của FAO74 tương ứng trong cơ sở dữ liệu thổ nhưỡng của SWAT. Sự chuyển đổi này căn cứ vào tên loại đất, tính chất vật lý, hóa học của đất.

Thời tiết Số liệu thời tiết cần thiết cho SWAT được thu thập trong nghiên cứu bao gồm lượng mưa, nhiệt độ không khí lớn nhất, nhỏ nhất, bức xạ Mặt Trời, tốc độ gió và độ ẩm tương đối theo ngày. Đối với số liệu mưa và nhiệt độ, dựa trên vị trí phân bố, thời gian đo đạc và chất lượng dữ liệu, nghiên cứu đã lựa chọn và sử dụng số liệu tại các trạm đo nằm trong vùng nghiên cứu. Trước khi đưa vào mô hình SWAT, số liệu thời tiết được biên tập thành các tập tin thời tiết tổng quát (chứa đựng các thông số thống kê thời tiết theo tháng, làm đầu vào cho mô hình vận hành thời tiết WXEN trong SWAT tiến hành mô phỏng thời tiết trong trường hợp khiếm khuyết số liệu quan trắc) và các tập tin thời tiết thành phần (lưu trữ giá trị quan trắc các yếu tố khí tượng).

Thủy văn Cần tiến hành thu thập số liệu quan trắc lưu lượng dòng chảy nhằm hỗ trợ quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT.

Giới thiệu mô hình SWAT

SWAT là mô hình thủy văn phân phối được xây dựng bởi Trung tâm phục vụ nghiên cứu nông nghiệp (Agricultural Research Service) thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (United States Department of Agriculture) và Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp (Texas A&M AgriLife Research) thuộc Đại học Texas A&M, Hoa Kỳ vào đầu những năm 1990 với mục đích dự báo những ảnh hưởng của thực hành quản lý sử dụng đất đến nước, sự bồi lắng và lượng hóa chất sinh ra từ hoạt động nông nghiệp trên những lưu vực rộng lớn và phức tạp trong khoảng thời gian dài. Một trong những mô-đun chính của mô hình này là mô phỏng dòng chảy từ mưa và các đặc trưng vật lý trên lưu vực.

Mô hình SWAT được phát triển liên tục trong gần 30 năm qua. Phiên bản đầu tiên của SWAT là mô hình USDAARS bao gồm chất hóa học, dòng chảy và xói mòn từ mô hình hệ thống quản lý nông nghiệp (CREAMS), mô hình đánh giá tác động của lượng nước ngầm đến hệ thống quản lý nông nghiệp (GLEAMS), và mô hình đánh giá tác động của chính 14 sách khí hậu đến môi trường (EPIC). Mô hình SWAT là phiên bản trực tiếp của mô hình tính toán tài nguyên nước trong lưu vực – SWRRB, được xây dựng để tính toán tác động của quản lý lưu vực đối với chuyển động của nước, bùn cát.

s__pht_trin_ca_swatSơ đồ phát triển của SWAT

 

 

Mô hình SWAT được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mòn và việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông. Mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở về mặt vật lý, bên cạnh đó kết hợp các phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa những biến đầu vào và đầu ra, mô hình yêu cầu thông tin về thời tiết, thuộc tính của đất, tài liệu địa hình, thảm phủ, và việc sử dụng đất trên lưu vực. Những quá trình vật lý liên quan đến sự chuyển động nước, sự chuyển động bùn cát, quá trình canh tác, chu trình chất dinh dưỡng, … đều được mô tả trực tiếp trong mô hình SWAT qua việc sử dụng dữ liệu đầu vào này. Mô hình chia lưu vực ra làm các vùng hay các lưu vực nhỏ. Phương pháp sử dụng các lưu vực nhỏ trong mô hình khi mô phỏng dòng chảy là rất tiện lợi khi mà các lưu vực này có đủ số liệu về sử dụng đất cũng như đặc tính của đất ...

Xét về toàn lưu vực thì mô hình SWAT là một mô hình phân bố. Mô hình này chia dòng chảy thành 3 pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất (sát mặt, ngầm) và pha trong sông. Việc mô tả các quá trình thuỷ văn được chia làm hai phần chính: phần thứ nhất là pha lưu vực với chu trình thuỷ văn kiểm soát khối lượng nước, bùn cát, chất hữu cơ và được chuyển tải tới các kênh chính của mỗi lưu vực. Phần thứ hai là diễn toán dòng chảy, bùn cát, hàm lượng các chất hữu cơ tới hệ thống kênh và tới mặt cắt cửa ra của lưu vực.

Mô hình SWAT có nhiều ưu điểm so với các mô hình tiền thân như:

- Cho phép mô hình hóa các lưu vực không có mạng lưới quan trắc, mô phỏng tác động của thay đổi dữ liệu đầu vào như sử dụng đất, thực hành quản lý đất đai và khí hậu.

-  Giao diện tích hợp trong GIS tạo thuận tiện cho việc định nghĩa lưu vực, cũng như thao tác, xử lý các dữ liệu không gian và dữ liệu dạng bảng liên quan.

-  Trong trường hợp dữ liệu đầu vào hạn chế, SWAT vẫn có thể mô phỏng được.

- Ngoài ra, với khả năng tính toán hiệu quả, SWAT có thể mô phỏng các lưu vực rộng lớn với nhiều dạng thực hành quản lý đất đai mà không tốn nhiều thời gian và tài nguyên máy tính.

- Cuối cùng, SWAT là mô hình theo thời gian liên tục nên có thể mô phỏng tác động lâu dài của sử dụng đất, thực hành quản lý đất đai và sự tích tụ của các chất ô nhiễm .

SWAT cho phép mô hình hóa nhiều quá trình vật lý trên cùng một lưu vực. Một lưu vực được phân chia thành các tiểu lưu vực liên kết với nhau bởi một mạng lưới sông suối. Mỗi tiểu lưu vực sau đó được chia thành các đơn vị thủy văn (Hydrologic Response Unit- HRU) dựa trên những đặc trưng đồng nhất về sử dụng đất, thổ nhưỡng, độ dốc và thực hành quản lý đất đai. Các HRUs chiếm giữ tỉ lệ diện tích khác nhau trong tiểu lưu vực và không có vị trí không gian trong quá trình mô phỏng SWAT. Mô hình SWAT tổng hợp dòng chảy, bồi lắng và tải lượng dưỡng chất từ mỗi tiểu lưu vực, HRU và sau đó dẫn kết quả này vào các kênh dẫn, ao, hồ chứa đến cửa xả lưu vực.

SWAT yêu cầu nhiều lớp dữ liệu đầu vào theo không gian và thời gian. Để hỗ trợ quá trình xử lý, phân tích những dữ liệu này, SWAT sử dụng những công cụ của GIS. Vì vậy, để tạo thuận lợi cho việc sử dụng các mô hình, hiện nay SWAT được tích hợp vào hai phần mềm GIS dưới dạng phần mở rộng miễn phí là ArcSWAT cho ArcGIS và MWSWAT cho MapWindow.

Cấu trúc của mô hình SWAT

SWAT là mô hình tích hợp, có thể mô phỏng các quá trình diễn ra trong môi trường đất và nước. Mô hình SWAT xem xét nhiều mối quan hệ, nhiều biến khi giải quyết bài toán môi trường. Điều này giúp người sử dụng có thế đánh giá chất lượng nước và đất trong thời gian dài trên khu vực rộng lớn và phức tạp. Mô hình SWAT có thể mô phỏng sự lan truyền ô nhiễm điểm và ô nhiễm phân tán trong đất và nước. Mô hình SWAT là công cụ hỗ trợ đắc lực cho người ra quyết định để thực hiện bài toán quy hoạch, giúp dự báo những ảnh hưởng về mặt môi trường khi thay đổi quy hoạch sử dụng đất. Vì vậy cấu trúc của mô hình SWAT thường gồm: mô hình lưu vực và mô hình diễn toán.

Mô hình lưu vực

Chu trình thủy văn  của mô hình lưu vực được mô tả trong mô hình SWAT dựa trên phương trình cân bằng nước:

phng_trnh_cn_bng_nc

 

Trong đó:

- SWt là tổng lượng nước tại cuối thời đoạn tính toán (mm);

- SWo là tổng lượng nước ban đầu tại ngày thứ i (mm);

- t là thời gian (ngày);

- Rday là số tổng lượng mưa tại ngày thứ i (mm);

- Qsurf là tổng lượng nước mặt của ngày thứ i (mm);

- Ea là lượng bốc thoát hơi tại ngày thứ i (mm);

- wseep là lượng nước đi vào tầng ngầm ngày thứ i (mm);

- Qgw là số lượng nước hồi quy tại ngày thứ i (mm)

cn_bng_nc

Mô hình diễn toán

Mô hình SWAT có thể xác định sự chuyển tải lượng nước, bồi lắng, những chất dinh dưỡng và những thuốc bảo vệ thực vật tới kênh chính, rồi diễn toán theo mạng lưới sông suối trên lưu vực. Ngoài việc tính toán lưu lượng nước, mô hình còn mô tả sự biến đổi của các hóa chất trong kênh. Mô hình diễn toán trong sông bao gồm 2 thành phần:

· Diễn toán trong sông. Nước được diễn toán qua hệ thống kênh dẫn bởi phương pháp diễn toán lượng trữ hoặc diễn toán Muskingum. Cả hai phương pháp đều dựa trên mô hình sóng động học. Tổn thất dòng chảy trong sông được chia ra thành hai thành phần: tổn thất dọc đường và tổn thất do bốc hơi. Lượng nước trữ trong đất dưới đáy kênh sẽ đóng góp cho thành phần dòng chảy. Lượng nước đóng góp này sẽ được tính toán theo hệ số triết giảm tương tự như trong tính toán thành phần dòng chảy ngầm.

  • Diễn toán qua hồ chứa. Sự cân bằng nước cho hồ chứa bao gồm dòng chảy đến, dòng chảy đi, mưa trên bề mặt, bốc thoát hơi, thấm qua đáy hồ và các công trình phân nước.

Các phương pháp tính sử dụng trong mô hình SWAT để xác định dòng chảy mặt

Mô hình SWAT sử dụng phương pháp chỉ số đường cong SCS (Soil Conservation System) (SCS, 1972) và phương pháp tính thấm Green - Ampt (1911) để xác định dòng chảy mặt.

Phương pháp chỉ số đường cong SCS: Phương pháp SCS là một phương pháp thực nghiệm đã được sử dụng rộng rãi vào những năm 1950. Phương pháp này được phát triển để đánh giá dòng chảy ứng với các kiểu sử dụng đất và tính chất đất khác nhau (Rallison và Miller, 1981).

Phương trình cơ bản:

phng_trnh_c_bn

Trong đó:

- Qsurf là lượng dòng chảy mặt hay mưa hiệu quả (mm);

- Rday là lượng mưa ngày (mm);

- Ia là khả năng trữ nước ban đầu hay tổn thất ban đầu(mm);

- S là thông số lượng trữ (mm).

Thông số lượng trữ thay đổi theo không gian tùy theo những thay đổi về tính chất đất, về việc sử dụng và quản lý đất, độ dốc và thời gian. Thông số này được xác định như sau:

 

thng_s_S

Trong đó: CN là chỉ số đường cong.

Thông thường I= 0,2S và phương trình được viết như sau:

phuong_trnh_Q


 

Phương pháp tính thấm Green & Ampt: Phương trình tính thấm theo Green - Ampt được xây dựng để tính toán lượng thấm tại bất kỳ thời điểm nào (Green và Ampt, 1911). Phương trình giả thiết rằng mặt cắt đất là đồng nhất và độ ẩm kỳ trước phân bố đều trong đất. Khi nước thấm vào trong đất, mô hình giả thiết rằng đất ở tầng trên sau khi đã bão hoà sẽ tạo thành một bề mặt phân cách

s_khc_nhau

 

Sự khác nhau giữa phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô phỏng theo phương trình Green – Ampt và trong thực tế

Mein và Larson (1973) đã xây dựng một phương pháp luận để xác định thời gian giữ nước dựa trên phương trình Green - Ampt. Phương pháp xác định mưa hiệu quả của Mein - Larson Green - Ampt được hợp nhất trong mô hình SWAT để cung cấp một lựa chọn trong việc xác định dòng chảy mặt. Tốc độ thấm được xác định theo công thức:

tc__thm

 

Trong đó:

- finf,t là tốc độ thấm tại thời điểm t (mm / giờ);

- Ke là tính dẫn thủy lực (mm / giờ);

- Ψwf là cột nước mao dẫn (mm);

- Δθv là sự thay đổi thể tích ẩm tại bề mặt phân cách (mm / mm);

- Finf,t là lượng thấm luỹ tích tại thời điểm t (mm).

Với mỗi bước thời gian, SWAT tính toán tổng lượng nước thấm vào trong đất, lượng nước không thấm sẽ sinh ra dòng chảy mặt.