HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

7

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ MÔ HÌNH SWAT
ĐÁNH GIÁ LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG BÉ
(ASSESSING WATER DISCHARGE IN BE RIVER BASIN, VIETNAM USING GIS
AND SWAT MODEL)

Nguyễn Duy Liêm
(1)
, Nguyễn Thị Hồng
(2)
, Trương Phước Minh
(3)
, Nguyễn Kim Lợi
(1)

(1)
Bộ môn Thông tin Địa lý Ứng dụng (GIS) - Khoa Môi trường & Tài nguyên

Trường Đại học Nông Lâm TPHCM
(2)
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội
(3)
Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng
Email: Abstract: This study applied SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model and GIS technique
to assess water discharge in Be river basin, Vietnam. The water discharge is an important

i 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 mô
phỏng các quá trình vật lý diễn ra trên lưu vực.
HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

8
Mục tiêu của bài báo này là tích hợp mô hình SWAT và công nghệ GIS mô phỏng dòng
chảy trên lưu vực sông Bé từ dữ liệu độ cao số (DEM), sử dụng đất, đất và thời tiết. Qua đó,
đánh giá diễn biến lưu lượng dòng chảy cũng như rút ra quy luật dòng chảy trên lưu vực này.
2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Sông Bé là một trong 4 phụ lưu lớn của hệ thống sông Đồng Nai, với diện tích khoảng
7.650 km
2
, lưu lượng dòng chảy khoảng 255 m
3
/s. Phạm vi lưu vực trải dài trong khoảng tọa
độ 11
o
06’ - 12
o
22’ độ vĩ Bắc và 106
o
35’ - 107
o
31’ độ kinh Đông, thuộc địa phận các tỉnh
Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai, Đắc Nông và một phần nhỏ trên đất Campuchia (xem
Hình 1). Địa hình lưu vực sông Bé biến đổi rất đa dạng và phức tạp: trên lưu vực vừa có địa
hình đồi núi lại vừa có địa hình trung du dạng gò đồi úp bát và lượn sóng xen lẫn một ít đồng
bằng nhỏ, hẹp và một số dạng lòng chảo (bàu trũng). Độ cao của lưu vực giảm dần theo
hướng Đông Bắc - Tây Nam, từ 750 - 1.000 m ở vùng thượng, trung lưu xuống vùng hạ lưu

phương pháp đường cong số (SCS) và đỉnh dòng chảy được ước lượng theo phương pháp hữu
tỉ (Rational method).
3.2. Thu thập dữ liệu
Dữ liệu cần thiết cho quá trình mô phỏng lưu lượng dòng chảy trong SWAT được thu
thập từ nguồn địa phương (Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam) và toàn cầu (FAO) bao gồm
địa hình, sử dụng đất, thổ nhưỡng, thời tiết và lưu lượng dòng chảy thực đo.
- Dữ liệu địa hình của lưu vực sông Bé được thể hiện dưới dạng đường đồng mức, với
khoảng cao đều nhỏ nhất là 5 m. Trước khi đưa vào mô hình SWAT, dữ liệu này đã được
chuyển đổi sang dạng mô hình độ cao số (DEM).
- Bản đồ sử dụng đất nă
m 1993 của lưu vực sông Bé với 14 loại hình sử dụng đất khác
nhau được phân chia lại theo bảng mã sử dụng đất trong SWAT, bao gồm rừng tự nhiên lá
rộng thường xanh, kín; rừng trồng lá rộng thường xanh, kín; rừng tự nhiên lá rộng thường
xanh, trung bình; rừng tự nhiên lá rộng thường xanh, thưa; rừng tre nứa tự nhiên, dày; rừng tự
nhiên hỗn giao gỗ và tre, kín; đất có cây bụi, tre nứa rải rác, trảng cỏ; đất có cây gỗ rải rác;
cây nông nghiệp lâu năm xen dân cư; cây nông nghiệp ngắn vụ xen dân cư; nương rẫy xen
dân cư; dân cư tập trung; hồ tự nhiên và hồ nhân tạo.
- Dữ liệu đất lưu vực sông Bé được lấy từ bản đồ đất toàn cầu của FAO (1995) ở độ
phân giải không gian 10 km, bao gồm hai lớp đất (0 - 30 cm và 30 - 100 cm) cùng với tính
chất vật lý, hóa học của đất. Các loại đất trên lưu vực sông Bé bao gồm đất xám feralit, đất
xám glây, đất nâu đỏ, đất phèn và đất nứt nẻ.
- Đối với dữ liệu thời tiết, dựa trên đặc điểm phân bố, thời gian đo đạc và chất lượng dữ
liệu của các trạm quan trắc khí tượng trên lưu vực sông Bé và phụ cận, nghiên cứu đã lựa
chọn và sử dụng dữ liệu, tại 8 trạm đo là Bù Nho, Chơn Thành, Đắc Nông, Đồng Phú, Lộc
Ninh (Sông Bé), Phước Hòa, Phước Long và Sở Sao trong khoảng thời gian từ năm 1979 –
2007.
- Dữ liệu lưu lượng dòng tại 2 trạm quan trắc thủy văn là Phước Long và Phước Hòa
nằm trên dòng sông chính của lưu vực sông Bé được sử dụng để đánh giá kết quả mô phỏng
dòng chảy của mô hình SWAT.
3.3. Thiết lập mô hình

Xác định
dòng chảy
Định nghĩa
cửa xả lưu vực
Tính toán thông
số tiểu lưu vực
Phân tích
đơn vị thủy văn
Chồng lớp
sử dụng đất/
đất/ độ dốc
Định nghĩa
đơn vị thủy văn
Chấp nhận
độ chính xác?
Có
Không

Hình 2. Lược đồ mô phỏng lưu lượng dòng chảy
3.4. Đánh giá mô hình
Kết quả mô phỏng dòng chảy trong SWAT được đánh giá dựa trên giá trị lưu lượng
dòng chảy thực đo. Hệ số xác định (R
2
) (P. Krause et al., 2005) và chỉ số Nash – Sutcliffe
(NSI) (Nash, J.E. và J.V. Sutcliffe, 1970) được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của mô hình
SWAT. Giá trị R
2
nằm trong khoảng từ 0 đến 1, thể hiện mối tương quan giữa giá trị thực đo
và giá trị mô phỏng. Trong khi đó, chỉ số NSI chạy từ -∞ đến 1, đo lường sự phù hợp giữa giá
trị thực đo và giá trị mô phỏng trên đường thẳng 1:1. Nếu R

được xác định theo sự biến động của lượng mưa. Trong những tháng mưa nhiều, lưu lượng
dòng chảy thường lớn. Lưu lượng dòng chảy tại Phước Long phần lớn nh
ỏ hơn (khoảng 2 lần)
tại Phước Hòa mặc dù về lượng mưa thì lại lớn hơn. Mô hình chung của dòng chảy tại hai tiểu
lưu vực này là có 2 lần đạt đỉnh mùa mưa, các tháng còn lại (nhất là trong mùa khô) dòng
chảy rất nhỏ. Tuy nhiên, giá trị lưu lượng dòng chảy có sự khác biệt theo từng năm. Đặc biệt,
trong thời kì mô phỏng (1979 – 1994), trên cả hai tiểu lưu vực Phước Long, Phước Hòa, có 3
năm giá trị l
ưu lượng dòng chảy lớn nhất, đó là vào các tháng 8/1986, 8/1992 và 9/1994. Đối
với Phước Long, giá trị này lần lượt là 463,8; 380,4; 358,3 m
3
/s. Trong khi đó, tại Phước Hòa,
giá trị này lớn hơn, lần lượt là 951,9; 830,5; 822,6 m
3
/s.
Nhìn chung, mùa lũ trên cả hai tiểu lưu vực trên thường kéo dài từ tháng 6 – 11, với lưu
lượng dòng chảy trung bình là 224,55 m
3
/s (Phước Long) và 458,53 m
3
/s (Phước Hòa). Trong
mùa kiệt (từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau), lưu lượng dòng chảy trung bình xuống thấp, chỉ đạt
mức 30,85 m
3
/s (Phước Long) và 60,49 m
3
/s (Phước Hòa).
HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

12


FAO, 1995. The digital soil map of the world and derived soil properties. CD-ROM Version 3.5,
Rome.
Nash, J. E. and J.V. Suttcliffe, 1970. River flow forecasting through conceptual models, Part 1. A
disscussion of principles. Journal of Hydrology 10 (3): 282-290.
P. Krause et al., 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment.
Advances in Geosciences 5: 89–97.
HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

13
S.L. Neitsch et al., 2005. Soil and Water Assessment Tool theoretical documentation version 2005.
Available at: < />>. [Accessed 9 Jun
2011].
Soil Conservation Service. 1972. National Engineering Handbook Section 4 Hydrology, Chapters 4-
10.
Susan L. Neitsch 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.