Luận Văn Ứng dụng GIS và mô hình SWAT đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến lưu lượng dòng chảy và phục vụ q

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NĂM 2013

MỤC LỤC
TRANG TỰA . i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
MỤC LỤC . v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT . ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU . x
DANH MỤC HÌNH ẢNH . xii
GIỚI THIỆU 1
Đặt vấn đề 1
Mục tiêu nghiên cứu 2
Nội dung nghiên cứu . 2
Đối tượng . 3
Ý nghĩa . 3
Cấu trúc luận văn . 4

Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU . 5
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu . 5
1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5
1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam . 5
2. Cơ sở lý thuyết 6
2.1 Các đặc trưng biểu thị dòng chảy và lưu vực sông 6
2.1.1 Đặc trưng dòng chảy 6
2.1.2 Lưu vực sông 9
2.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) . 10
2.2.1 Định nghĩa . 10
2.2.2 Lịch sử phát triển 11
2.2.3 Các thành phần của GIS . 11
2.2.4 Mô hình dữ liệu 12
2.2.5 Các chức năng của GIS 13
2.3 Mô hình SWAT 14
2.3.1 Lịch sử phát triển . 14
2.3.2 Tổng quan mô hình 15
2.3.3 Pha đất của chu trình thủy văn 16
2.3.4 Pha nước của chu trình thủy văn . 17
3 Tổng quan về BĐKH 19
3.1 Định nghĩa về BĐKH . 19
3.2 Các nguyên nhân gây BĐKH 20
3.3 Khái quát BĐKH ở Việt Nam . 20
3.4 Tác động BĐKH đến các yếu tố 21
3.4.1 Tác động đến nông - lâm - ngư nghiệp . 21
3.4.2 Tác động đến công nghiệp . 22
3.4.3 Tác động đến du lịch và dịch vụ . 22
3.4.4 Tác động đến dân cư và sức khỏe cộng đồng . 22
3.4.5 Tác động đến nguồn nước . 23
3.5 Kịch bản BĐKH 27
3.5.1 Khái niệm kịch bản BĐKH . 27
3.5.2 Phân loại kịch bản BĐKH Việt Nam 27

Chương 2. KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY . 30
1. Điều kiện tự nhiên . 30
1.1 Vị trí địa lý 30
1.2 Địa hình . 32
1.3 Yếu tố khí tượng - thủy văn . 32
1.3.1 Khí hậu 32
1.3.2 Nhiệt độ . 33
1.3.3 Lượng mưa 34
1.3.4 Độ ẩm 35
1.3.5 Bốc hơi 35
1.3.6 Số giờ nắng . 36
1.3.7 Gió . 36
1.3.8 Thổ nhưỡng . 37
1.3.9 Thảm thực vật . 37
1.3.10 Thủy văn . 38
1.4 Kinh tế - xã hội . 39
1.4.1 Dân cư, xã hội . 39
1.4.2 Hiện trạng phát triển kinh tế 40
1.5 Hiện trạng khai thác TNN trên lưu vực sông Bé 40
1.5.1 Tiềm năng thủy điện: . 40
1.5.2 Tiềm năng cung cấp nước cho tưới tiêu và sinh hoạt 41
1.5.3 Tiềm năng và nhu cầu sử dụng nước lưu vực sông Bé 42
2. Phương pháp nghiên cứu 42
2.1 Phương tiện - phương pháp nghiên cứu 42
2.1.1 Phương tiện nghiên cứu . 42
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu . 42
2.2 Mô phỏng LLDC trong SWAT từ năm 1979 - 2007 . 43
2.2.1 Thu thập dữ liệu 43
2.2.2 Tiến trình thực hiện mô hình SWAT 49
2.3 Áp dụng kịch bản BĐKH IPCC đánh giá sự thay đổi LLDC lưu vực sông Bé . 54

Chương 3. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN 55
1. Kết quả đạt được mô phỏng LLDC từ 1979 - 2007 55
1.1 Đánh giá mô hình . 55
1.2 Diễn biến LLDC . 60
2. Sự thay đổi LLDC do tác động BĐKH lưu vực sông Bé: 65
3. Đề xuất các biện pháp hổ trợ quy hoạch thích ứng với BĐKH . 71
3.1 Các biện pháp chung 71
3.2 Biện pháp thích ứng với BĐKH trong lĩnh vực TNN ở Việt Nam . 72
3.3 Biện pháp thích ứng với tác động của BĐKH đến lưu lượng nước sông Bé . 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 76
KẾT LUẬN . 76
KIẾN NGHỊ . 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 79

Đặt vấn đề
Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu. Ảnh hưởng của BĐKH tác động đến mọi lĩnh vực trong đời sống, là một trong những thách thức lớn nhất đối với đời sống con người trong thế kỷ 21. BĐKH tác động làm cho các thiên tai, đặc biệt là lũ lụt; hạn hán ngày càng ác liệt, có thể tác động đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tương lai. Chúng ta cần phải biết mức độ ảnh hưởng của BĐKH như thế nào để đưa ra các phương án thích ứng kịp thời và hiệu quả.
Sông Bé là chi lưu lớn nằm bên bờ hữu sông Đồng Nai, được bắt nguồn từ vùng núi phía Tây của khu vực Nam Tây Nguyên (cao nguyên Xnaro) thuộc các Tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Đắc Nông, Đồng Nai và một phần thuộc Campuchia. Tài nguyên nước lưu vực sông Bé được sử dụng đa mục tiêu như cấp nước cho sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, tưới tiêu trong v ng, và đặc biệt là cho hệ thống thủy điện như Thác Mơ; Cần Đơn; Sroc Phu Miêng và Phước Hòa. Ngoài ra, lưu vực sông Bé còn là nguồn cung cấp nước chính cho hạ lưu sông Đồng Nai - Sài Gòn. Do vậy, việc khai thác sử dụng hợp lý TNN lưu vực sông Bé cần phải xem xét, cân nhắc đa tiêu chí, đáp ứng sự cân bằng giữa TNN và nhu cầu khai thác, sử dụng và duy trì dòng chảy môi trường.
Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin đã đưa tin học thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống, mở ra một giai đoạn mới trong quá trình phát triển khoa học. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một trong những ứng dụng rất có giá trị của công nghệ tin học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đô thị và cảnh báo môi trường. Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ GIS, nhiều mô hình thủy văn đã ra đời cho phép tính toán lưu lượng dòng chảy một cách chính xác, dễ dàng và nhanh chóng hơn so với phương pháp quan trắc truyền thống. Một trong số đó là mô hình SWAT, đây là mô hình ở cấp độ lưu vực sông có khả năng tích hợp với GIS, nhờ đó nâng cao độ chính xác của kết quả mô phỏng dòng chảy từ mưa và các đặc trưng vật lý trên lưu vực. Trong mối liên kết này, GIS cung cấp dữ liệu đầu vào; giao diện tương tác người dùng cho SWAT, trong khi SWAT sử dụng dữ liệu từ GIS để mô phỏng các quá trình vật lý diễn ra trên lưu vực.
Việc tính toán tác động của BĐKH đến TNN mà đặc biệt là LLDC, là một vấn đề cấp thiết đặt ra cho các nhà quản lý TNN. Do vậy, đề tài “Ứng dụng GIS và mô hình SWAT đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến lưu lượng dòng chảy và phục vụ quản lý hợp lý lưu vực sông Bé ” là một đề tài có tính khoa học và thực tiễn, nhằm góp phần giải quyết bài toán trên đối với các nhà quản lý TNN, hỗ trợ đưa ra những quyết định chiến lược phát triển đúng đắn.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung của nghiên cứu là ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT tính toán LLDC lưu vực sông Bé, dự báo diễn biến dòng chảy dưới tác động của BĐKH. Qua đó đề xuất cơ sở khoa học hỗ trợ cho việc quản lý hiệu quả TNN trên lưu vực.
Các mục tiêu cụ thể như sau:
· Mô phỏng LLDC trên lưu vực sông Bé từ năm 1979 - 2007 dựa vào nguồn dữ liệu Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam.
· Đánh giá tác động BĐKH đến LLDC lưu vực sông Bé đến năm 2030 dựa vào nguồn dữ liệu được CGIAR mô phỏng theo kịch bản A1B của IPCC.
· Đề xuất giải pháp hỗ trợ khắc phục tình trạng thiếu hụt nước và bảo vệ TNN trên lưu vực sông Bé.
Nội dung nghiên cứu
· Tìm hiểu lý thuyết về dòng chảy và lưu vực sông.
· Tìm hiểu lý thuyết về GIS.
· Tìm hiểu lý thuyết về mô hình SWAT.
· Tìm hiểu bản chất BĐKH và các yếu tố liên quan.
· Tính toán LLDC sông Bé ở giai đoạn hiện trạng (1979 - 2007) và theo kịch bản BĐKH đến năm 2030.
· Các biện pháp hỗ trợ khai thác, sử dụng, quản lý và bảo vệ TNN.
v Đối tượng
· LLDC lưu vực sông Bé giai đoạn 1979 - 2007.
· Tác động của BĐKH đến LLDC đến năm 2030.
· Các phương thức hỗ trợ khai thác; sử dụng; quản lý và bảo vệ TNN.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu lưu vực sông Bé được giới hạn nằm trên địa phận các Tỉnh Đắk Nông, Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai và một phần thuộc Campuchia.
Ý nghĩa
· Khoa học: luận văn đã ứng dụng kết hợp mô hình SWAT với công nghệ GIS trong đánh giá LLDC và đánh giá tác động của BĐKH đến LLDC lưu vực sông Bé. Cung cấp thông tin cho nhà quản lý, nhà quy hoạch và đề xuất những biện pháp, kế hoạch nhằm quản lý, sử dụng TNN hiệu quả, hợp lý. Chứng minh cách tiếp cận kết hợp công nghệ GIS với mô hình SWAT trong tính toán, đánh giá TNN lưu vực sông là phương pháp có độ tin cậy cao, phản ánh chính xác và nhanh chóng.
· Thực tiễn: kết quả nghiên cứu có thể xem xét ứng dụng trong nghiên cứu khoa học và phục vụ sản xuất. Kết quả phản ánh lưu lượng nước của lưu vực nên có thể góp phần tích cực vào hoàn thiện hệ công cụ hỗ trợ cho công tác quy hoạch, quản lý và sử dụng hiệu quả TNN lưu vực sông theo nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường theo hướng phát triển bền vững.