Ứng dụng mô hình SWAT và công nghệ GIS đánh giá lưu lượng dòng chảy trên lưu vực sông Đắk Bla
Main Article Content
Abstract
Tóm tắt: Nghiên cứu tài nguyên nước ở quy mô lưu vực được chấp nhận rộng rãi như phương pháp tiếp cận phù hợp để quản lý, đánh giá và mô phỏng các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Cùng với sự phát triển của khoa học - kĩ thuật, công nghệ GIS hỗ trợ các mô hình thủy văn dựa trên cơ sở vật lý và phân bố không gian mô phỏng chính xác các quá trình thủy văn diễn ra trên lưu vực và phản ánh sát thực tế các chức năng của hệ thống lưu vực sông. Trong bối cảnh đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm mô phỏng dòng chảy trên lưu vực sông Đắk Bla thuộc phía bắc khu vực Tây Nguyên sử dụng Công cụ Đánh giá Đất và Nước (Soil and Water Assessment Tool - SWAT) tích hợp với công nghệ GIS, qua đó tìm hiểu bản chất, quy luật của các quá trình thủy văn diễn ra trên lưu vực. Để đạt được mục tiêu trên, nghiên cứu tiến hành thu thập, biên tập cơ sở dữ liệu bao gồm địa hình, sử dụng đất, thổ nhưỡng và số liệu thời tiết theo định dạng chuẩn của SWAT trên nền phần mềm ArcGIS. Tiếp theo đó, thông qua phần mở rộng ArcSWAT chạy trên nền ArcGIS, mô hình SWAT thực hiện quá trình phân chia lưu vực thành các tiểu lưu vực, các đơn vị thủy văn, tích hợp các lớp dữ liệu không gian và thiết lập cơ sở dữ liệu cho mô hình. Sau đó, các thông số của mô hình được phân tích, sắp hạng độ nhạy và hiệu chỉnh thông qua phần mềm SWAT - CUP với thuật toán SUFI - 2 nhằm mô phỏng tối ưu dòng chảy trên lưu vực. Thời gian hiệu chỉnh được thiết lập từ năm 2001 đến 2005, thời gian kiểm định từ năm 2006 đến 2011. Dựa trên các chỉ số thống kê, cho thấy kết quả mô phỏng dòng chảy tốt trong cả hai quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với hệ số xác định R2 và chỉ số Nash - Sutcliffe đều trên 0,7 tại trạm Kon Tum. Kết quả này cho thấy nếu mô hình SWAT được hiệu chỉnh tốt sẽ trở thành công cụ hỗ trợ hữu ích cho quá trình quản lý tài nguyên nước trên lưu vực.
Từ khóa: Lưu lượng dòng chảy, Lưu vực sông Đắk Bla, GIS, Mô hình SWAT.References
[2] Hồ Việt Cường, 2012. Báo cáo tổng hợp dự án “Quy hoạch thủy lợi tỉnh Kon Tum giai đoạn 2011- 2020 và định hướng đến năm 2025”. Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.
[3] Sivapalan M., 2003. Process Complexity at Hillslope Scale, Process Simplicity at the Watershed Scale: Is There a Connection? Hydrological Processes, Vol. 17, No. 5, 2003, pp. 1037-1041. doi:10.1002/hyp.5109.
[4] Singh V. P. and Woolhiser D. A., 2003. Mathematical Modeling of Watershed Hydrology. Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 7, No. 4, 2002, pp. 270-292. doi:10.1061/(ASCE)1084-0699(2002)7:4(270).
[5] Arnold J. G., Srinivasan R., Muttiah R. S., and Williams J. R., 1998. Large area hydrologic modeling and assessment part I: model development. American Water Resources Association, vol. 34, no. 1, pp. 73-89.
[6] M. T. Vu, S. V. Raghavan, and S. Y. Liong, 2012. SWAT use of gridded observations for simulating runoff - a Vietnam river basin study. Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, 2801-2811, 2012. www.hydrol-earth-syst-sci.net/16/2801/2012/ doi:10.5194/hess-16-2801-2012.
[7] Neitsch S.L., Arnold J.G., Kiniry J.R. and Williams J.R., 2005. Soil and Water Assessment Tool, Theoretical Documentation: Version 2005. Agricultural Research Service and Texas A & M Blackland Research Center, Temple, TX, USDA.
[8] Luzio M.D., Srinivasan R. and Arnold J.G., 2002. Integration of Watershed Tools and the SWAT Model into BASINS. J. Am. Water Resour. Assoc., 38(4), 1127-1141.
[9] Arnold J.G., Allen P.M. and Morgan D.S., 2001. Hydrologic Model for Design and Constructed Wetlands. Wetlands 21 (2), 167-178.
[10] Neitsch S.L. et al., 2009. Overview of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) Model. In: Arnold, J et al., eds. 2009. Soil and Water Assessment Tool (SWAT): Global Applications. Special Publication No. 4., World Associatiom of Soil and Water Conservation, Bangkok: Funny Publishing, pp.3-23.
[11] Sharpley A. N. and Williams J. R., 1990. EPIC-Erosion Productivity Impact Calculator, Model Documentation. US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Technical Bulletin, No. 1768.
[12] D. C. Garen and D. S. Moore, 2005. Curve Number Hydrology in Water Quality Modeling: Uses, Abuses, and Future Directions. Journal of the American Water Resources Association, Vol. 41, No. 2, 2005, pp. 377-388.doi:10.1111/j.1752-1688.2005.tb03742.x.
[13] G. Hargreaves and Z. A. Samani, 1985. Reference Crop Evapotranspiration from Temperature. Applied Engineering in Agriculture, Vol. 1, No. 2, 1985, pp. 96-99.
[14] R. Rosso, A. Peano, I. Becchi and G. A. Bemporad, 1994. An Introduction to Spatially Distributed Modelling of Basin Response. Water Resources Publications, Highland Ranch, 1994, pp. 3-30.
[15] A. Saltelli, E. M. Scott, K. Chan and S. Marian, 2000. Sensitivity Analysis. John Wiley & Sons Ltd., Chichester, 2000.
[16] A. Van Griensven and W. Bauwens, 2003. Multi-objective Auto-calibration for Semi-distributed Water Quality Models. Water Resources Research, Vol. 39, No. 12, 2003.
[17] M. W. Van Liew, J. G. Arnold and D. D. Bosch, 2005. Problems and Potential of Autocalibrating a Hydrologic Model. Transactions of the ASAE, Vol. 48, No. 3, 2005, pp. 1025-1040.
[18] Abbaspour, K.C., J. Yang, I. Maximov, R. Siber, K. Bogner, J. Mieleitner, J. Zobrist and R. Srinivasan, 2007. Modeling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine thur watershed using SWAT. J. Hydrol., 333: 413-430.
[19] P. Krause et al., 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment. Advances in Geosciences 5: 89-97.
[20] Nash, J. E. and J.V. Suttcliffe, 1970. River flow forecasting through conceptual models, Part 1.A discussion of principles. Journal of Hydrology 10 (3): 282-290.
[21] Van Liew, M. W., J. G. Arnold, and J. D. Garbrecht. 2003. Hydrologic simulation on agricultural watersheds: Choosing between two models. Trans. ASAE 46(6): 1539-1551.
[22] D. N. Moriasi, J. G. Arnold, M. W. Van Liew, R. L. Bingner, R. D. Harmel and T. L. Veith, 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. ASABE Vol. 50(3): 885-900, ISSN 0001-2351.