Luận văn Ứng dụng mô hình swat khảo sát biến đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu và sử dụng đất cho lưu vực sông Thạch Hãn

ều bị hạn nặng và mất trắng.  Ðậu xanh gieo trồng 1435 ha, bị hạn 1.435 ha  Lạc gieo trồng 466 ha, bị hạn 466 ha Cây công nghiệp dài ngày trồng mới năm 1997 hạn gần 4.000 ha:  Cao su: 1.117 ha, chết trên 50%, bị giảm năng suất cạo mủ do hạn là 2.400 ha  Cà phê: 149 ha chết ; 648 ha bị hạn giảm năng suất 50%.  Hồ tiêu có hiện tượng mềm thân 479 ha/800 ha. Do không đủ nguồn nước nên hàng năm phần diện tích các đuôi kênh N1, N4, N6, N2a và đuôi các kênh thuộc hệ thống Hà Thượng, Trúc Kinh, Kinh Môn (huyện Gio Ling, Quảng Trị) thường bị hạn, nhất là trong vụ hè thu. Tình trạng thiếu nước dẫn đến giảm diện tích và năng suất trong vụ hè thu. Diện tích lúa vụ hè thu năm cao nhất chỉ bằng 82% diện tích lúa đông xuân và năng suất chỉ bằng 87% năng suất lúa đông xuân. Ðó là chưa kể đến ảnh hưởng của hạn đến con người, gia súc và các loại cây trồng khác. 25 1.3.2. Tình trạng úng lụt Trong vụ đông xuân, diện tích bị úng là do ruộng đất thấp, trũng, thuỷ triều cao không tiêu tự chảy được mà trạm bơm tiêu còn thiếu hoặc chưa bơm đủ được. Phần nhiều phải nhờ thuỷ triều hạ mới tiêu tự chảy nên thời vụ chậm, ảnh hưởng tới năng suất cây trồng. Bình quân trong 10 năm qua, thiệt hại do úng gây ra làm giảm sản từ (10 - 20)% năng suất cây trồng. Ðối với vụ hè thu, úng chủ yếu ở những vùng trũng ven sông do lũ tiểu mãn tràn qua đê vào ruộng cộng với mưa to gây úng cục bộ. Hàng năm trong vùng ngập úng khoảng 7000 ha, nằm chủ yếu ở vùng Sa Lung (1000 ha), ven sông Cánh Hòm (1500 ha), ven sông Hiếu (500 ha), vùng Hải Lăng úng từ (4000 - 4500 ha). 1.3.3. Tình trạng lũ quét Do địa hình phân bố như đã nói ở trên nên về mùa lũ lưu lượng tập trung trên các sông suối dồn về đồng bằng rất nhanh. Mặt khác do sự chắn ngang của các dải cát ven biển nên nước lũ chỉ thoát hạn chế qua 2 cửa sông chính là Cửa Tùng và Cửa Việt, khi gặp triều cường khả năng thoát bị hạn chế rất nhiều gây ra lũ lụt cho vùng đồng bằng. Lũ sông lớn cộng với bão, triều cường làm ách tắc dòng chảy tràn vào đồng ruộng, nhà cửa, làm thiệt hại lớn đến tài sản của nhân dân. Hàng năm cứ đến mùa lũ, bão hầu như không có năm nào không thiệt hại. Trận lũ lịch sử từ đầu tháng 11 năm 1999 với lượng mưa tính tới 7 giờ ngày 7-11-1999 đạt 1517mm tại Mỹ Chánh, 1368mm tại Thạch Hãn và 857mm tại Ðakrông gây lũ lớn với mực nước 7,29m tại Thạch Hãn (cao hơn báo động 3 là 1,79m) và 32.72m tại Ðakrông (cao hơn báo động 3 là 1,72m) làm chết và mất tích 56 người. Thiệt hại trên toàn tỉnh ước tính trên 300 tỷ đồng Lụt thường xuyên xảy ra hàng năm gây tổn thất lớn tới người và của cho nhân dân. Theo thống kê 10 năm gần đây, thiệt hại do lũ trên lưu vực Thạch Hãn như sau: Thiệt hại về lũ gây ra ngày càng nặng nề đối với người và tiền của của nhân dân và gây mất ổn định xã hội. Tình trạng lũ quét đã xảy ra trong vùng, nhất là các năm gần đây với nguyên nhân chính là:  Lượng mưa có cường độ lớn, thời gian tập trung dòng chảy nhanh. Tại Quảng Trị lượng mưa đạt 100 mm/h, 162 mm/2h.  Lớp phủ thực vật bị tàn phá, độ che phủ tuy có tăng lên nhưng vẫn còn kém. Những trận lũ quét đã xảy ra ở thượng nguồn sông Thạch Hãn trên đoạn 26 sông Đakrông như trận lũ X/1983, X/1985. Nhất là trận lũ quét X/1995 có cường độ mưa đạt 200 mm/h ở thượng nguồn sông Đakrông làm chết 10 người, phá huỷ cầu Đakrông, sạt lở đường 14. CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH SWAT 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC Mô hình mưa – dòng chảy hiện nay là một công cụ phát triển của quản lý thủy văn tài nguyên nước. Sự phát triển này là do quá trình phát triển nhanh chóng của máy tính và công nghệ thông tin, cung cấp cho loài người một khả năng mới trong sử dụng nước một cách hợp lý và đưa ra những biện pháp bảo vệ hiệu quả. Các mô hình mưa – dòng chảy có nhiều ứng dụng khác nhau, ví dụ ứng dụng trong thủy văn vận hành, quản lý tài nguyên nước hoặc trong nghiên cứu. Cấu trúc đặc trưng chung của các mô hình mưa – dòng chảy đều là dạng cấu trúc lưu vực đơn giản như hệ thống bể chứa thẳng đứng – hình thành mô hình tầng tuyến tính. Các bể chứa chính gồm mưa, bốc thoát hơi (bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thảm phủ), dòng chảy trực tiếp, dòng chảy trong đới bão hòa (dòng nước hợp lưu), dòng chảy cơ sở và dòng chảy trong lòng dẫn. Để tính toán các quá trình diễn ra trong mỗi bể chứa, nhiều phương trình được ứng dụng. Cấu trúc và các phương trình này được sử dụng trong phần lớn các mô hình như HEC-HMS, MIKE-SHE, SAC-SMA, NASIM, HBV và nhiều mô hình khác. [9, 22] 2.1.1 Cấu trúc của mô hình mưa - dòng chảy lưu vực Đặc điểm chung nhất của mô hình là phân chia lưu vực thành các đới theo trật tự thằng đứng. Các đới này được tính với sự hỗ trợ của mô hình tầng tuyến tính. 27 Hình 2.1. Cấu trúc chung của mô hình thủy văn Nhiều phương trình được sử dụng để tính toán các quá trình thủy văn trong mỗi bể chứa. Giáng thủy (bao gồm cả mưa và tuyết): chúng được đưa vào mô hình dưới dạng số liệu theo chuỗi thời gian lấy từ các trạm đo khí tượng hoặc radar khí tượng. Để tính toán ảnh hưởng của tuyết các phương pháp chỉ số nhiệt độ, hoặc cân bằng năng lượng được sử dụng. Bốc thoát hơi (bao gồm cả phần bị giữ lại): lượng bốc thoát hơi và lượng bị giữ lại thực tế được tính từ chuỗi số liệu từ các trạm đo khí tượng nếu có. Nó cũng có thể lấy từ lượng bốc thoát hơi thực tế từ bốc thoát hơi tiềm năng (có nhiều phương trình dựa vào số liệu khí tượng). Dòng chảy mặt từ các lưu vực: phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là thủy văn đơn vị UH và các biến đổi khác (Clark’s, Snyder’s, SCS). Người sử dụng cũng có thể sử dụng các phương pháp khác dựa vào mô hình sóng động học hoặc phương pháp sai phân hữu hạn. Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa: có vài phương pháp được sử dụng, như phương pháp CN SCS, mà được sử dụng để tính toán lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào các thông số thủy văn của thổ nhưỡng, điều kiện ban đầu (bão hòa) hoặc sử dụng đất. Một vài phương pháp khác là phương pháp Green-Ampt hoặc SMA (tính toán độ ẩm đất). Các phương pháp khác dựa vào các cách tiếp cận phức tạp hoặc đơn giản từ mô hình 2 lớp đơn, mô hình trọng lực đến mô hình dựa vào lời giải của phương trình Richard. 28 Dòng chảy cơ sở: phụ thuộc vào mô hình cụ thể, phần lớn sử dụng phương pháp dựa vào mô hình tầng tuyến tính, giảm theo hàm mũ hoặc dòng chảy cố định. Mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều, 3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn cũng được sử dụng phổ biến. Dòng chảy trong lòng dẫn hở: mô hình mưa – dòng chảy áp dụng các phương pháp được gọi là diễn toán thủy văn như phương pháp Muskingum – Cunge, mô hình Lag, mô hình sóng động học hoặc phương trình khuếch tán. Các phương pháp này dựa vào giải phương trình cơ bản của lòng dẫn hở là hệ phương trình động lượng và phương trình liên tục - như hệ phương trình St.Venant. Trong mô hình mưa – dòng chảy một vài công trình được mô hình hóa như bể chứa, đầm lầy có đê chắn thủy triều hoặc công trình phân nước. [9, 22] 2.1.2. Giới thiệu một số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực 2.1.2.1. MIKE – SHE Mô hình mưa – dòng chảy MIKE – SHE của Viện Thủy lực Đan Mạch thuộc nhóm mô hình bán phân bố hoặc phân bố. Nó bao gồm vài thành phần tính lưu lượng và phân phối nước theo các pha riêng của quá trình dòng chảy:  Mưa – số liệu đầu vào. Cả dạng lỏng và rắn  Bốc thoát hơi, bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thực vật– số liệu đầu vào  Dòng chảy mặt - dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn 2 chiều  Dòng chảy trong lòng dẫn – diễn toán 1 chiều của Mike 11 được sử dụng. Mô hình này cung cấp vài phương pháp như Muskingum, phương trình khuếch tán hoặc phương pháp dựa vào giải phương trình St.Venant.  Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – mô hình 2 lớp đơn, mô hình dòng chảy trọng lực hoặc mô hình giải phương trình Richard.  Dòng chảy cơ sở - MIKE SHE bao gồm mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều và 3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn. Đối với modun thổ nhưỡng, bộ dữ liệu bao gồm đặc tính thủy văn của đất (độ lỗ hổng, độ dẫn thấm thủy lực...) được tạo ra. Cũng kết hợp với 2 phần mềm ESRI Arcview 3.x hoặc ArcGIS 9.1. Phần kết hợp này làm việc với số liệu đầu vào: đầu tiên, Geomodel phiên dịch các đặc điểm địa lý; thứ 2, DaisyGIS mô tả tất cả các quá trình quan trọng gắn với hệ sinh thái nông nghiệp. 29 Mô hình có thể hiệu chỉnh tự động hoặc theo thông thường. Đối với hiệu chỉnh tự động công cụ AUTOCAL được phát triển. Công cụ này đưa ra phương án tốt nhất theo các điều kiện biên và ban đầu. [9, 22] 2.1.2.2. HEC-HMS Mô hình HEC-HMS là phiên bản tiếp của HEC-1, phát triển từ thập kỷ 60 của quân đội Mỹ. Thuận lợi lớn của nó là nó là mô hình miễn phí, thành phần cơ bản của mô hình bao gồm:  Mô đun lưu lượng dòng chảy – bao gồm các phương pháp như SCS CN, Green-Ampt hoặc SMA  Mô đun dòng chảy trực tiếp – đối với tính toán dòng chảy trực tiếp phương pháp đơn vị thủy văn hoặc các dạng biến đổi khác được sử dụng (Clark’s, Snyder’s, SCS). Cũng có thể sử dụng phương pháp sóng động học.  Mô đun dòng chảy cơ sở - người sử dụng có thể lựa chọn, ví dụ mô hình bể chứa tuyến tính, giảm theo hàm mũ, hoặc mô đun dòng chảy cố định.  Mô đun diễn toán – phương pháp Muskingum, mô hình Lag, mô hình sóng động học hoặc các biến đổi của chúng.  Các mô hình khác – trong trường hợp đặc biệt cũng có thể tính bể chứa, đập. Đối với mô hình HEC-HMS mở rộng giao diện Arcview gọi là HEC- GeoHMS cũng được tạo ra. Mở rộng này có thể lấy từ một vài đặc tính thủy văn cơ bản của lưu vực cơ sở, hướng dòng chảy, dòng chảy tích lũy, độ dốc... Mô hình có thể hiệu chỉnh thông thường hoặc tự động. Với loại mô hình này (hợp với lưu vực trên 500 km2 ) hiệu chỉnh thực hiện với các trận lũ ngắn. [28] 2.1.2.3. NASIM Mô hình mưa – dòng chảy NASIM (Niederschlag – Abfluss Simulation Model ) của viện thủy văn Đức, phát triển kể từ thập niên 80 và thuộc nhóm mô hình bán phân bố, tất định, nhận thức. Các thành phần cơ bản sau:  Trạm mưa – để phân biệt mưa dạng lỏng hay rắn, mô hình sử dụng phương pháp kết hợp “chỉ số nhiệt độ/Snow compaction”.  Phân phối mưa theo không gian – chuyển đổi giá trị điểm sang mưa khu vực.  Phân chia thành phần dòng chảy – dòng chảy trong đới chưa bão hòa (dòng hợp lưu) và đới bão hòa (dòng chảy cơ sở) của khu vực bằng mô hình tầng 30 tuyến tính và phi tuyến. Đối với dòng chảy mặt, phương pháp dựa vào thủy văn đơn vị được sử dụng.  Dòng chảy trong lòng dẫn – bằng cách mô tả lòng dẫn, sử dụng phương pháp Kalinin – Miljukov. Một vài Extension cho Arcview 3.x được tạo ra để phân tích dữ liệu. Các Extension quan trọng nhất là “Zfl” và “Verchneidung”. Cái đầu tiên tạo ra hàm thời gian - diện tích của lưu vực. Thứ 2 xây dựng các đặc tính cơ bản của lưu vực. Các Extension khác được sử dụng để thể hiện kết quả. Cùng với mô hình, phần mềm Time – View cho chuỗi thời gian được tạo ra. Hiệu chỉnh mô hình, chỉ có hiệu chỉnh thông thường được phát triển. Mô hình nhạy với các thông số thể hiện đặc tính của đất – độ dẫn thấm thủy lực theo phương ngang và phương thẳng đứng, độ lỗ hổng, tốc độ thấm... Trong tương lai, hiệu chỉnh tự động sẽ được kết hợp vào mô hình. [9, 22] 2.1.2.4. SAC – SMA (Sacramento) Mô hình tính toán độ ẩm đất – Sacramento, là một phần của thư viện công nghệ mô hình của hệ thống NWSRFS, phát triển từ thập kỷ 70 bởi viện khí hậu quốc gia Mỹ. Mỗi lưu vực được phân chia thành các đới, được gắn vào hệ thống bể chứa. Cơ bản gồm có đới cao hơn và thấp hơn. Đới cao hơn gồm nước chịu ứng suất căng và nước tự do, đới thấp hơn gồm dòng chảy cơ sở và nước ứng suất (tension water ) và nước tự do bổ sung. Dòng chảy vượt quá hình thành một vài dạng dòng chảy: [9, 22]  Dòng chảy trực tiếp  Dòng chảy mặt  Dòng chảy sát mặt (dòng chảy nhập lưu)  Dòng chảy cơ sở ban đầu  Dòng chảy cơ sở bổ sung Trong khi Sacramento là mô hình độ ẩm đất, dữ liệu quan trọng nhất là dữ liệu thổ nhưỡng – độ dẫn thấm thủy lực, độ lỗ hổng... Sacramento hỗ trợ cả hiệu chỉnh tự động và hiệu chỉnh thông thường. Cùng với 24 thông số có thể được hiệu chỉnh, mà có thể được phân loại theo đới riêng. 31 2.1.2.5. HBV Mô hình thủy văn HBV, phát triển từ thập niên 70 ở viện khí tượng và thủy văn Thụy điển. Nó là một phần của hệ thống mô hình IHMS (hệ thống mô hình thủy văn kết hợp). Các thành phần đặc trưng là: [9]  Modun tuyết – tính toán dựa và phương pháp độ - ngày đơn giản.  Modun độ ẩm đất – thành phần tính toán chính của tập trung dòng chảy mặt  Modun ban đầu dòng chảy – dựa vào phương pháp đơn vị thủy văn  Modun bể chứa 2.1.2.6. Mô hình NAM Mô hình NAM là mô hình mưa - dòng chảy thuộc nhóm phần mềm của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), là một phần của mô hình MIKE 11. Nó được xem như là mô hình dòng chảy tất định, tập trung và liên tục cho ước lượng mưa - dòng chảy dựa theo cấu trúc bán kinh nghiệm. [9, 20] MIKE NAM là mô hình liên tục và do đó có thể mô phỏng mưa trong nhiều năm, tuy nhiên bước thời gian cũng có thể được hiệu chỉnh để nó có thể mô phỏng trận mưa và các cơn bão nhất định. NAM là mô hình bán kinh nghiệm có nghĩa là nó mô tả đơn giản hóa dạng định lượng, các biến đổi của đất trong chu kỳ thủy văn và sẽ được giải thích nhiều hơn. Chương trình MIKE 11-RR là mô đun thêm vào bộ MIKE 11, nó không chỉ gồm NAM mà còn có mô hình đường đơn vị UHM, mô hình tính độ ẩm tháng SMAP, và URBAN. Nó là mô hình tất định do đó dường như lưu vực trở thành một đơn vị đồng nhất. Để đánh giá sự thay đổi của các thuộc tính thủy văn của lưu vực, lưu vực chia ra thành nhiều lưu vực con khép kín. Quá trình diễn toán thực hiện bởi mô dun diễn toán thủy động lực trong kênh của MIKE 11. Phương pháp này cho phép các tham số khác nhau của NAM ứng dụng trong mỗi một lưu vực con, do đó nó được xem là mô hình phân bố. Mô hình có nhiều đặc trưng mở rộng nên việc phân loại mô hình này khó. Mô hình có khuynh hướng mở rộng nhiều mặt để mô phỏng lũ, điều này làm mô hình có tính cạnh tranh với các mô hình khác. Do đó chỉ có một đặc trưng mở rộng trong mô hình có thể ứng dụng khác với diễn toán mưa rào-dòng chảy cơ bản là sự tích hợp ở mức độ cao với mô hình thủy lực MIKE 11. 32 2.1.2.7. Mô hình SCS Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một phương pháp để tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào (gọi là phương pháp SCS). Theo đó, trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P. Tương tự, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu nước bị cầm giữ có thực trong lưu vực, Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng một độ sâu trữ nước tiềm năng tối đa nào đó S. Đồng thời có một lượng Ia bị tổn thất ban đầu không sinh dòng chảy trước thời điểm sinh nước đọng trên bề mặt lưu vực. Do đó, có lượng dòng chảy tiềm năng là P - Ia. Trong phương pháp SCS, giả thiết rằng tỉ số giữa hai đại lượng có thực Pe và Fa bằng với tỉ số giữa hai đại lượng tiềm năng P - Ia và S, có nghĩa là: a ea IP P S F   (2.1) Từ nguyên lí liên tục, có: aae FIPP  (2.2) Kết hợp hai phương trình trên để giải Pe   SIP IP P a a e    2 (2.3) Đó là phương trình cơ bản của phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ một trận mưa rào. Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều lưu vực nhỏ đã xây dựng được quan hệ: SIa 2,0 (2.4) Trên cơ sở này, ta có:   SP SP Pe 8.0 2.0 2    (2.5) Lập đồ thị quan hệ giữa P và Pe bằng các số liệu của nhiều lưu vực, đã tìm ra được họ các đường cong tiêu chuẩn hoá, sử dụng số hiệu CN làm thông số. Đó là một số không thứ nguyên, lấy giá trị trong khoảng 1000  CN . Đối với các mặt không thấm hoặc mặt nước, CN = 100 ; đối với các mặt tự nhiên, CN < 100. Số hiệu của đường cong CN và S liên hệ với nhau qua phương trình: 33 10 1000  CN S (inch) hay        10 1000 4.25 CN S (mm) (2.6) Các số hiệu của đường cong CN đã được cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ lập thành bảng tính sẵn dựa trên các bảng phân loại đất theo 4 nhóm và các loại hình sử dụng đất. 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ TỔNG QUAN MÔ HÌNH SWAT 2.2.1 Lịch sử phát triển Mô hình SWAT được phát triển liên tục trong gần 30 năm qua bởi viện nghiên cứu nông nghiệp USDA. Phiên bản đầu tiên của SWAT là mô hình USDA- ARS (Hình 1) bao gồm chất hóa học, dòng chảy và xói mòn từ mô hình hệ thống quản lý nông nghiệp (CREAMS), tác động lượng nước ngầm trong mô hình hệ thống quả lý nông nghiệp (GLEAMS), và mô hình khí hậu chính sách tác động môi trường (EPIC) - tính toán tác động hiệu suất xói mòn. Mô hình SWAT hiện tại là phiên bản tiếp theo của tính toán tài nguyên nước trong mô hình lưu vực SWRRB - tính toán tác động của quản lý lưu vực đối với chuyển động của nước, bùn cát. Hình 2.2. Sơ đồ lịch sử phát triển của mô hình SWAT Sự phát triển của SWRRB bắt đầu những năm đầu thập niên 80, biến đổi của mô hình thủy văn mưa ngày CREAMS. Trải qua quá trình nâng cấp mô hình tăng diện tích tính toán, cải thiện các phương pháp tính tốc độ dòng chảy lũ, tổn thất truyền, thêm vào một vài thành phần mới như dòng chảy nhập lưu, bể chứa, mô đun phát triển vụ mùa EPIC, tính các thông số khí hậu, và vận chuyển bùn cát, kết hợp thành phần thuốc trừ sâu, phương pháp USDA – SCS để ước tính tốc độ dòng chảy 34 lũ, các phương trình bùn cát được phát triển thêm. Các biến đổi này mở rộng khả năng của mô hình giải quyết các vấn đề quản lý chất lượng nước lưu vực. Arnold và cộng sự (1995b) đã phát triển thêm mô đun diễn toán ROTO đầu thập niên 90 để hỗ trợ đánh giá tác động của quản lý tài nguyên nước, bằng liên kết kết quả đầu ra của SWRRB, diễn toán dòng chảy qua lòng dẫn và bể chứa trong ROTO thông qua phương pháp diễn toán theo đoạn sông. Hệ phương pháp này đã khắc phục được giới hạn của SWRRB. Sau đó SWRRB và ROTO được kết hợp thành một mô hình SWAT để hạn chế nhược điểm cồng kềnh của nó (hình 1). SWAT giữ lại tất cả các đặc trưng mà tạo ra trong SWRRB và cho phép tính toán với khu vực rất lớn. SWAT đã trải qua quá trình đánh giá, mở rộng khả năng kể từ khi nó được tạo ra vào đầu thập niên 90. Những nâng cấp quan trọng cho các phiên bản trước của mô hình (SWAT94.2, 96.2, 98.1, 99.2, and 2000) bao gồm sự kết hợp diễn toán động học trong sông từ mô hình QUAL2E.  SWAT94.2: mô phỏng đường lưu lượng đơn vị  SWAT96.2 Phiên bản này cập nhật thêm phần quản lý về hàm lượng chất hữu cơ trong đất, trong đó nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu tới sự phát triển của cây trồng. Phương trình chất lượng nước từ mô hình QUAL2E được sử dụng đến.  SWAT98.1: Phiên bản này thêm phần diễn toán dòng chảy do tuyết tan, chất lượng nước trong sông  SWAT99.2: Phiên bản này cập nhật thêm diễn toán chất lượng nước cho hồ chứa, phần thuỷ văn đô thị được cập nhật từ mô hình SWMM.  SWAT2000. Cập nhật thêm phương trình thấm của Green & Ampt, cập nhật thêm các yếu tố khí tượng thời tiết như bức xạ mặt trời, tố độ gió..., cho phép giá trị bốc thoát hơi tiềm năng của lưu vực có thể được đưa vào như là số liệu đầu hoặc được tính toán theo phương trình ... Đặc biệt trong phiên bản này có sử dụng môi trường ARCVIEW là môi trường giao diện. Trong báo cáo sẽ giới thiệu phiên bản mới này. Để mô hình hóa các quá trình mưa – dòng chảy, có thể sử dụng nhiều phương pháp. Các phương pháp này có thể sử dụng để giải đáp các mục tiêu thủy văn khác nhau, như thủy văn vận hành, lũ lụt, hạn hán hoặc mô hình hóa truyền ô nhiễm. Một trong những bước đầu tiền để giải quyết vấn đề là lựa chọn mô hình phù hợp với mục tiêu thủy văn cụ thể. Lựa chọn mô hình theo dữ liệu mà mô hình 35 cần, mục tiêu (ví dụ như yêu cầu dự báo hoặc mô hình hóa các kịch bản thảm họa), kích thước lưu vực, kết hợp với GIS hoặc các phần mềm khác để tập hợp, phân tích hoặc biểu diễn dữ liệu và kết quả, cũng như tham khảo, hỗ trợ và giá cả. Với nhiều lưu vực lớn (trên 100 km2) có thể được kết hợp hiệu quả với mô đun diễn toán để tính toán quá trình sóng lũ. Sau khi cân nhắc nghiên cứu đã lựa chọn mô hình SWAT để thực hiện mục tiêu của đề tài. [23, 24] 2.2.2 Tổng quan mô hình SWAT Mô hình SWAT (Arnold và cộng sự, 2002) đã được chứng minh là một công cụ hiệu quả để đánh giá tài nguyên nước và ô nhiễm với phạm vi lớn và các điều kiện môi trường trên toàn cầu. Ở Mỹ, SWAT đang được sử dụng nhiều hơn để hỗ trợ phân tích tổng lượng tải lớn nhất ngày (Bo‐rah et al., 2006), nghiên cứu hiệu quả của hoạt động bảo tồn thiên nhiên trong chương trình đánh giá hiệu quả bảo tồn thiên nhiên USDA (CEAP, 2007), thực hiện đánh giá cho các khu vực lớn như lưu vực thượng nguồn sông Mississippi và toàn bộ Mỹ (ví dụ Arnold và cộng sự, 1999a; Jha et al., 2006), và nhiều ứng dụng trong chất lượng nước, sử dụng nước. Xu hướng ứng dụng SWAT cũng tương tự ở Châu Âu và các khu vực khác, được chỉ ra ở số nghiên cứu đa dạng được đưa ra ở 4 hội nghị SWAT quốc tế trước. 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 36 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. [23, 24] Các dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra của mô hình a. Các d liệu đầu vào của mô hình Yêu cầu dữ liệu vào của mô hình được biểu diễn dưới hai dạng: dạng số liệu không gian và số liệu thuộc tính.  Số liệu không gian dưới dạng bản đồ số hóa bao gồm:  Bản đồ độ cao số hóa DEM;  Bản đồ sử dụng đất;  Bản đồ loại đất;  Bản đồ mạng lưới sông suối, hồ chứa trên lưu vực;  Số liệu thuộc tính dưới dạng dữ liệu số bao gồm:  Số liệu về khí tượng bao gồm nhiệt độ không khí, bức xạ, tốc độ gió, mưa,  Số liệu về thuỷ văn bao gồm dòng chảy, bùn cát, hồ chứa...;  Số liệu về đất bao gồm: loại đất, đặc tính loại đất theo lớp của các phẫu diện đất... ;  Số liệu về loại cây trồng trên lưu vực, độ tăng trưởng của cây trồng... ;  Số liệu về loại phân bón trên lưu vực canh tác...; b. Các kết quả đầu ra của mô hình gồm c :  Đánh giá cả về lượng và về chất của nguồn nước;  Đánh giá lượng bùn cát vận chuyển trên lưu vực;  Đánh giá quá trình canh tác đất thông qua mođun chu trình chất dinh dưỡng;  Đánh giá công tác quản lý lưu vực; 2.2.3. Các ứng dụng mô hình SWAT trong nước và thế giới 2.2.3.1. Thế giới Van Liew và Garbrecht (2003) đánh giá khả năng dự đoán dòng chảy dưới các điều kiện khí hậu khác nhau cho 3 lưu vực cơ sở trong lưu vực sông Washita với diện tích 610 km2 nằm phía Đông Nam Oklahoma. Nghiên cứu này đã tìm ra rằng SWAT có thể tính toán dòng chảy cho các điều kiện khí hậu ẩm, khô, trung bình trong mỗi lưu vực cơ sở. 37 Nghiên cứu của Govender và Everson (2005) đưa ra kết quả tính toán dòng chảy tương đối mạnh cho lưu vực nghiên cứu nhỏ nằm ở Bắc Phi, họ đã tìm ra SWAT tính toán tốt hơn với điều kiện khí hậu khô. Sử dụng SWAT để nghiên cứu hiệu quả của hoạt động bảo tồn thiên nhiên trong chương trình đánh giá hiệu quả bảo tồn thiên nhiên USDA (CEAP, 2007), thực hiện đánh giá cho các khu vực lớn như lưu vực thượng nguồn sông Mississippi và toàn bộ Mỹ của Arnold và cộng sự (1999); Jha và cộng sự (2006). Xu hướng ứng dụng SWAT cũng tương tự ở Châu Âu và các khu vực khác.[9, 22] 2.2.3.2. Việt Nam Nguyễn Kiên Dũng (Viện khoa học khí tượng thủy văn và Môi Trường) áp dụng SWAT “Nghiên cứu quy luật xói mòn đất và bùn cát lưu vực sông Sê San bằng mô hình toán”. Đề tài đã kiểm nghiệm mô hình đối với dòng chảy tại trạm Kon Tum và Trung Nghĩa năm 1997. Theo tiêu chuẩn Nash – Sutcliffe, mức hiệu quả của mô hình đối với dòng chảy là 0,73 (Kon Tum: 0,69; Trung Nghĩa: 0,76) và đối với dòng ch