ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIS VÀ SWAT ĐỂ XÁC NHẬN CÁC THÔNG SỐ HÌNH THÁI - THỦY LỰC TRONG LƯU VỰC SÔNG CÁT. Do tác động cục bộ nên chiều dài lưu vực cũng bị rút ngắn dần về phía hạ lưu.
Phạm vi nghiên cứu
Hạn chế của đề tài: Sử dụng mô hình SWAT và ứng dụng GIS để so sánh các thông số hình thái, thông số mạng lưới thủy văn giữa các khu vực trong lưu vực sông Cả.
- Thông số mạng lưới thủy văn của lưu vực
- Các ứng dụng của GIS
- Các phép toán phân tích dữ liệu trong GIS
- Lịch sử phát triển
- Nguyên lí hoạt động
- Phương pháp phân chia lưu vực
- Điều kiện tự nhiên
- Điều kiện kinh tế - xã hội
- Tại Việt Nam
Diện tích lưu vực được xác định bằng bản đồ địa hình bằng máy đo diện tích hoặc phương pháp lưới. Có thể phân biệt giữa diện tích lưu vực bề mặt và diện tích lưu vực ngầm. Đây là lưu vực của các nhánh chính trong lưu vực nghiên cứu.
Xét trên phạm vi toàn lưu vực, mô hình SWAT là mô hình phân phối. Để tự động xác định lưu vực sông, hầu hết các công cụ đều được xây dựng dựa trên lý thuyết “Mô hình dòng chảy 8 hướng” (Mô hình hướng dòng chảy D8). Dòng chảy trên lưu vực chảy từ thượng nguồn đến trung du và chảy qua vùng núi.
Mùa mưa trên lưu vực sông Cả từ tháng 8 đến tháng 11 tập trung vào tháng 9, tháng 10. Về dân số, lưu vực sông Cả có dân số trung bình không cao so với cả nước. Nghiên cứu cũng làm rõ sự thay đổi của lưu vực ở các thời điểm khác nhau.
Tạo đồ án SWAT
Xử lí DEM
Bản đồ DEM được sửa đổi có độ chính xác về độ cao để phân chia lưu vực và tính toán các thông số chính xác hơn.
Định nghĩa dòng chảy
Lựa chọn cửa xả lưu vực
Xác định ranh giới lưu vực là quá trình ArcSWAT tự động vẽ ranh giới lưu vực. Sau quá trình này, mạng lưới các lưu vực được xác định sẽ được tạo ra. Ranh giới chính của lưu vực là đường bao quanh toàn bộ lưu vực, cho chúng ta thấy hình dạng chung của lưu vực như trên Hình 4.8. Tính toán các thông số tiểu lưu vực” tính toán các thông số của các tiểu lưu vực và các đoạn sông suối.
Xác định nguồn dữ liệu về ranh giới lưu vực, các đoạn sông dài nhất và các tiểu lưu vực như trong Hình 4.9.
Tính toán các thông số tiểu lưu vực
Chồng lớp ranh giới quận lên ranh giới lưu vực theo thao tác Intersect bằng công cụ Intersect. Do một phần lưu vực nằm ngoài lãnh thổ Việt Nam nên địa giới hành chính không thể dùng để phân chia lưu vực cho khu vực này. Điều này hoàn thành việc xác định khu vực địa lý trong toàn bộ lưu vực.
Sau các bước phân chia lưu vực, ba đới được hình thành ở thượng lưu, trung lưu và hạ lưu lưu vực, thể hiện trên Hình 4.17. Vùng thượng nguồn lưu vực sông có diện tích khá lớn, lớn hơn tổng diện tích của vùng trung và hạ lưu. Diện tích các đơn vị hành chính trên lưu vực: Từ bảng thuộc tính huyện xuất ra Excel bảng thống kê diện tích các huyện trên lưu vực.
Lưu vực bao gồm địa phận 3 tỉnh: Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh và chủ yếu thuộc địa phận tỉnh Nghệ An.
Chiều dài lưu vực
Kéo dài đường mới cắt ranh giới lưu vực (đi theo dòng chảy xa nhất). Bật công cụ chỉnh sửa, sử dụng công cụ chụp theo nhánh sông dài nhất vượt qua ranh giới lưu vực. Giao lớp đường mới với lớp vùng lưu vực: Sử dụng giao điểm Cắt để lấy các đường giao nhau của lớp đường và lớp vùng lưu vực.
Tạo trường chiều dài và sử dụng công cụ Tính toán hình học để tính chiều dài của từng khu vực tính bằng km. Từ bảng thuộc tính được xuất sang Excel, chỉnh sửa báo cáo độ dài thống kê được hiển thị trong Bảng 4.4. Nhận xét: Do diện tích mỗi vùng nên chiều dài sông mỗi vùng có sự chênh lệch tương tự giữa thượng nguồn, trung lưu và hạ lưu.
Dòng chảy thượng nguồn dài thể hiện tốc độ lan truyền lũ thấp hơn và thời gian hình thành lũ chậm hơn.
Độ rộng lưu vực
Hệ số giãn lưu vực
Hệ số hình dạng lưu vực
Hệ số đối xứng lưu vực
Đường biên được coi là đường thẳng dùng để tính chiều dài của lưu vực phía trên nó. Hệ số đối xứng của lưu vực được lấy từ diện tích bờ trái và bờ phải của lưu vực. Chỉnh sửa bảng thống kê dựa trên dữ liệu xuất từ bảng thuộc tính của quá trình phân chia bờ trái và bờ phải lưu vực như Hình 4.23.
Từ bảng thuộc tính xuất dữ liệu dưới dạng Excel, chỉnh sửa và tính toán. Nhận xét: Nhìn chung toàn bộ lưu vực có hệ số đối xứng nhỏ chứng tỏ bờ trái và bờ phải của lưu vực khá đối xứng với nhau. Ở hạ lưu, diện tích bờ phải lớn hơn bờ trái, điều này cho thấy các nhánh sông ở hạ lưu chủ yếu bồi đắp lên bờ phải.
Khu vực giữa sông có diện tích bờ trái lớn hơn bờ phải, khu vực thượng lưu sông có diện tích nghiêng phải.
Độ cao trung bình
Nhận xét: Từ bảng thống kê độ cao trung bình của từng lưu vực có thể thấy lưu vực cao ở thượng lưu và thấp dần về trung lưu và hạ lưu. Có thể thấy độ dốc của địa hình và hướng dòng chảy là Tây Bắc - Đông Nam. Độ cao ở thượng nguồn và hai vùng còn lại khá chênh lệch nên áp lực dòng chảy và tốc độ dòng chảy về hai vùng phía dưới lớn hơn.
Từ đó có thể suy luận toàn lưu vực sẽ trải qua nhiều kiểu thời tiết khắc nghiệt. Do địa hình thượng nguồn cao nên sẽ chịu ảnh hưởng của hiện tượng phở khô nóng của gió mùa Tây Nam. Hướng dòng chảy là Tây Bắc - Đông Nam, lưu vực gần biển, thuận lợi đón gió từ biển nên lượng mưa lớn trên toàn lưu vực, đồng thời hứng chịu bão dữ dội vào mùa mưa. ..
Độ dốc trung bình
Đồ thị tăng trưởng diện tích lưu vực
Bằng cách tổng hợp diện tích từ nguồn đến cửa sông được biểu diễn bằng đồ thị trên phần mềm Excel, ta được biểu đồ tăng trưởng diện tích lưu vực như hình 4.25. Nhận xét: Dựa vào đồ thị có thể thấy diện tích bờ phải lớn hơn bờ trái lưu vực. Ngoài ra, có thể thấy biến động tăng trưởng bề mặt ở cả bờ trái và bờ phải dao động mạnh ở thượng nguồn, trong khi mức tăng trưởng không lớn từ khu vực giữa đến hạ nguồn.
Chiều dài sông thể hiện quy mô diện tích lưu vực; Sông càng dài thì diện tích lưu vực càng lớn. Trong mạng lưới sông của lưu vực chọn nhánh sông dài nhất, sử dụng công cụ Merge nối các đoạn sông để tạo thành nhánh sông dài nhất, tính chiều dài để được chiều dài sông của lưu vực. Chiều dài sông thực tế luôn lớn hơn chiều dài lưu vực vì chiều dài lưu vực là những đường thẳng nối trung điểm qua mỗi đoạn thay vì nối tất cả các đoạn sông như chiều dài sông.
Dùng đường thẳng dài nhất của nhánh sông giao nhau giữa ba lưu vực sông, tạo một lớp mới với các đường thẳng đi qua ba lưu vực thượng lưu, trung lưu và hạ lưu sông.
Hệ số uốn khúc
Nhận xét: Dựa vào bảng thống kê có thể thấy hệ số uốn khúc trên lưu vực sông Cả không lớn chứng tỏ dòng chảy trên lưu vực ít thay đổi từ thượng lưu xuống hạ lưu. Vì vậy, vận tốc dòng chảy trong một lưu vực thường cao hơn các lưu vực khác. Đặc biệt, khu vực giữa có hệ số uốn khúc thấp nhất, nghĩa là sông ở khu vực này thẳng hơn và ít uốn khúc hơn các khu vực khác trong lưu vực.
Mật độ mạng lưới sông
Sử dụng Dissolve để thu thập đồ vật và tính toán lại chiều dài của từng khu vực tính bằng km. Xuất bảng tính năng sang Excel, tính toán, chỉnh sửa mật độ lưới sông cho từng khu vực. Theo phân cấp mật độ mạng lưới sông trong một lưu vực, mật độ mạng lưới sông ở khu vực Carivier là cấp 4.
Từ đó có thể thấy sông Cả là lưu vực sông có mật độ mạng lưới thấp và mạng lưới sông kém phức tạp. Dựa trên kết quả tính toán thống kê trên, chúng tôi đã lập bảng tổng hợp các thông số hình thái, thủy văn lưu vực sông Cả thể hiện ở bảng 4.11.
Địa hình lưu vực cao ở thượng lưu và thấp dần ở trung và hạ lưu, dòng chảy có hướng Tây Bắc - Đông Nam. Vì vậy, lưu vực phải chịu nhiều loại hình thời tiết cực đoan, cần xây dựng phương án ứng phó với thiên tai, biến đổi khí hậu. Ngoài ra, dự án cũng còn một số tồn tại: chưa nghiên cứu được các vấn đề cụ thể của lưu vực như chế độ dòng chảy, trữ lượng nước và mối quan hệ giữa tài nguyên nước của lưu vực với các con sông khác.
Sự phát triển tương lai của tài nguyên nước lưu vực vẫn chưa được quyết định. Đề tài chưa đủ cơ sở để kết luận những câu hỏi quan trọng về lưu vực.
