ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BÀI TẬP THỰC HÀNH CÁ NHÂN
MÔN: THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG

Họ và tên sinh viên: Phạm Đăng Duy

GVHD: PGS.TS. Trần Thị Vân

Mã MH: EN3025 Lớp: L01

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2022.

MỤC LỤC

I. Tổng quan về cân bằng nước lưu vực sông............................................................2
1. Lưu vực sông.....................................................................................................2
2. Thơng số lưu vực:..............................................................................................3
3. Phương trình cân bằng nước:.............................................................................5

II. Đặc điểm lưu vực sông bé.....................................................................................6
1.Vị trí địa lý.........................................................................................................6
2. Địa hình.............................................................................................................7
3. Khí hậu..............................................................................................................9
4. Nhiệt độ...........................................................................................................10
5. Lượng mưa......................................................................................................11

III. Phương pháp nghiên cứu thủy văn.....................................................................12

1.Giới thiệu..........................................................................................................12
2. Tiến trình mơ hình SWAT...............................................................................13

IV. Tiến hành thực hiện trong ArcSWAT................................................................15
1.Biên tập dữ liệu đầu vào cho ArcSWAT..........................................................15
2. Đưa dữ liệu DEM và tạo môi trường trong ArcMap........................................18
3. Chuyển đổi hệ tọa độ.......................................................................................20
4. Tạo mới dự án SWAT, thiết lập dữ liệu DEM.................................................22
5. Cắt lưu vực......................................................................................................25
6. Tính tốn các thơng số hình thái và phân vùng lưu vực sông..........................26
6.1. Tính tốn thống kê và nhận xét lưu vực sông và tiểu lưu vực sông..........26
6.2. Phân vùng thượng lưu, trung lưu, hạ lưu..................................................36

V. Tài liệu tham khảo..............................................................................................43

I. Tổng quan về cân bằng nước lưu vực sông
1. Lưu vực sông
Lưu vực sơng có thể được định nghĩa là khu vực địa lý được phân chia bởi địa hình
mà trên đó, nguồn nước mặt và nước ngầm cùng chảy về một điểm chung .

Lưu vực là phần diện tích bề mặt (được giới hạn bởi đường phân thủy) đón nhận
lượng nước rơi và hội tụ dòng chảy về một điểm chung nào đó thuộc một thực thể
chứa nước cụ thể như: Sông, suối, ao, hồ, đầm, lầy

Lưu vực (Basin) được xác định dựa vào ranh giới của nó, đó là một đường khép kín
tính theo điểm đầu ra của lưu vực. Trong mỗi lưu vực có thể bao gồm nhiều lưu vực
nhỏ hơn (gọi là tiểu lưu vực - Watershed).

Lưu vực sông được giới hạn bởi đường phân thủy của lưu vực. Có 2 loại đường
phân thủy: Đường phân thủy mặt và đường phân thủy ngầm (Hình 1.1):


Đường phân thủy mặt là đường liên tục nối các điểm cao nhất xung quanh lưu vực.
Nước mưa rơi xuống hai phía của đường phân thủy này sẽ chảy vào hai lưu vực
sông khác nhau.

Đường phân thủy ngầm là đường nối các điểm cao nhất của tầng không thấm nước
trên cùng xung quanh lưu vực. Khi nước ngầm chảy xuống hai bên của đường phân
thủy này thì nước sẽ chảy vào hai lưu vực sông khác nhau.

Hình 1.1. Đường phân thủy của lưu vực

Thông thường, đường phân thủy nước mặt và nước ngầm khơng trùng
nhau, thêm vào đó việc xác định đường phân thủy nước ngầm rất khó khăn
và tốn kém. Do vậy, trên thực tế, người ta thường lấy đường phân thủy nước
mặt làm đường phân thủy chung của lưu vực. Dưới góc nhìn quản lý và phát
triển nguồn nước, lưu vực sông là đơn vị quản lý có ý nghĩa quan trọng. Bởi
vì nước vận động theo lưu vực sơng, khơng theo địa giới hành chính. Mọi
hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước cũng như các tác động của nó
đều diễn ra trên quy mơ lưu vực. Tiềm năng nước ở một vị trí cho trước phụ
thuộc vào đặc điểm lưu vực thượng nguồn của nó. Phần lớn nhu cầu tiêu hao
nước (như tưới tiêu) và không tiêu hao nước (như vận hành thủy điện, lưu
thơng) được đặt trên lưu vực. Bên cạnh đó, lưu vực cũng nhận trở lại phần lớn
dòng chảy hồi quy từ tưới tiêu và nước thải. Vì vậy, về mặt khoa học cũng
như thực tiễn, cần phải quản lý tài ngun nước theo lưu vực sơng, trong đó
có tính tốn cân bằng nước phải trên đơn vị cơ sở là lưu vực sông.

2. Thông số lưu vực
Diện tích lưu vực F (km2 ): là phần bề mặt trái đất kể cả chiều dày lớp

phủ thổ nhưỡng mà từ đó nước chảy vào hệ thống sơng suối của lưu vực.

Diện tích lưu vực được xác định qua bản đồ địa hình với máy đo diện tích
hoặc phương pháp kẻ ơ.

Chiều dài lưu vực L (km): là khoảng cách xác định theo đường thẳng từ
cửa sông đến điểm xa nhất trên đường phân thủy trong trường hợp hình dạng
lưu vực cân đối. Trường hợp lưu vực dạng hình cong, chiều dài lưu vực được
đo theo đường trung tuyến dẫn qua trung tâm lưu vực.

Bề rộng bình quân lưu vực B (km): là tỉ số diện tích và chiều dài lưu vực
B = F / L

Hệ số giãn lưu vực δ đặc trưng cho tỷ số độ dài sông và độ rộng trung bình lưu vực và
được xác định theo cơng thức:

δ = L^2 / F
hệ số giãn càng nhỏ càng ít bị biến dạng địa hình khi chịu tác động
Hệ số hình dạng lưu vực: là đại lượng nghịch đảo của độ giãn đặc trưng
bởi tỷ số của độ rộng B và độ dài sông L hoặc là diện tích F với bình phương
chiều dài:

K = B / L = F / L^2
Nếu K << 1 thì khả năng tập trung nước lũ càng lớn, lưu vực có hình
dạng kéo dài. Ngược lại, lưu vực có hình dạng vng.
Độ cao trung bình Htb của lưu vực được tính theo cơng thức sau:

Trong đó:
Htb: Độ cao trung bình của lưu vực
F1, f2, ..., fn: Diện tích thành phần của lưu vực nằm giữa các đường
đồng mức, km2
H1, H2, ..., Hn: Độ cao trung bình giữa các đường đẳng thời

F: Diện tích lưu vực
Mật độ mạng lưới sông: là chỉ số đặc trưng cho mức độ phát triển dòng
chảy mặt trên lãnh thổ đang xem xét, được tính theo tỉ lệ độ dài sơng trên một
km2 diện tích lãnh thổ. Hệ số mạng lưới sông được xác định theo công thức

Trong đó:
ρ – Mật độ mạng lưới sông km/km2
∑l - Tổng độ dài nhánh sông trong khu vực km
F - Diện tích lưu vực km2
Sông suối càng dày mật độ lưới sông càng lớn. Có thể phân cấp mật độ
lưới sơng như sau:
Cấp 1: D = 1,5 – 2,0 Mật độ sông, suối rất dày

Cấp 2: D = 1,0 – 1,5 Mật độ sông, suối dày
Cấp 3: D = 0,5 – 1,0 Mật độ sông, suối tương đối dày
Cấp 4: D < 0,5 Mật độ sông, suối thưa.
3. Phương trình cân bằng nước:
Thuật ngữ cân bằng nước đã xuất hiện từ đầu thế kỉ XX. Lúc đó, cân
bằng nước dùng để chỉ khái niệm cân bằng các yếu tố thủy văn trong cơ cấu
tạo thành dòng chảy theo phương trình được gọi là phương trình cân bằng
nước. Phương trình này xuất phát từ định luật bảo tồn vật chất, đối với một
lưu vực có thể phát biểu như sau: “Hiệu số của lượng nước đến và lượng nước
đi khỏi một lưu vực trong một thời đoạn tính tốn nhất định bằng sự thay đổi
trữ lượng nước chứa trong lưu vực đó”.
Trong một lưu vực bất kỳ, giả thiết có một mặt trụ thẳng đứng bao
quanh lưu vực đó tới tầng khơng thấm nước như. Chọn thời đoạn ∆t bất kỳ.
Dựa vào nguyên lý cân bằng nước, ta có biểu thức sau:

(X + Z1 + Y1 + W1 ) - (Z2 + Y2 + W2) = | U2 - U1 | = ± ∆U (2.1)


Trong đó,

X: lượng mưa bình quân rơi trên lưu vực,

Z1: lượng nước ngưng tụ trên mặt lưu vực,

Y1: lượng dòng chảy mặt đến,

W1: lượng dòng chảy ngầm đến,

Z2: lượng nước bốc hơi bình quân khỏi lưu vực,

Y2: lượng dòng chảy mặt đi,

W2: lượng dòng chảy ngầm đi,

U1: lượng nước trữ trong lưu vực ở thời đoạn đầu của ∆t,

U2: lượng nước trữ trong lưu vực ở thời đoạn cuối của ∆t,

∆U: mang dấu dương khi U2 > U1 và ngược lại

Phương trình trên là phương trình tổng qt nói lên tính chất vật lý của dòng chảy.

Hình 1.2. Lưu vực sơng và các thành phần của cân bằng nước

II. Đặc điểm lưu vực sông bé
1.Vị trí địa lý
Sông Bé là một trong 4 phụ lưu lớn của hệ thống sơng Đồng Nai, với diện tích là
7.650 km2. Phạm vi lưu vực trải dài trong khoảng tọa độ 11o06’ - 12o22’ độ vĩ Bắc và

106o35’ - 107o31’ độ kinh Đơng, thuộc địa phận các tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Đồng
Nai, Đắc Nơng và một phần nhỏ trên đất Campuchia. Về ranh giới, phía Bắc giáp với các
sơng nhánh của lưu vực sơng Mêkơng thuộc Campuchia, phía Đơng và Nam giáp lưu vực
sơng Đồng Nai, phía Tây giáp lưu vực sơng Sài Gịn. Sơ đồ vị trí lưu vực sơng Bé được
thể hiện ở Hình 2.1

Hình 2.1. Vị trí địa lý lưu vực sơng bé

2. Địa hình

Lưu vực sông Bé nằm trên vùng chuyển tiếp từ địa hình núi cao, cao
ngun của phần cuối phía Nam dãy Trường Sơn xuống đồng bằng Nam Bộ
nên địa hình 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 gị đồi úp bát và lượn sóng xen lẫn
một ít đồng bằng nhỏ, hẹp và một số dạng lòng chảo (bàu trũng).

Địa hình dạng đồi núi chiếm phần lớn diện tích lưu vực, tập trung chủ
yếu ở trung lưu (đoạn Bình Long - Đồng Phú) lên thượng nguồn sông. Từ
Phước Long trở lên, cao độ biến đổi từ 200 - 900 m. Đây là vùng có nhiều núi
cao, với các đỉnh Bu Dak Lung 982 m, Don Linh 960 m, Yok R’tou 857 m,
Bu Plang 849 m… đều thuộc huyện Đắk R’lấp, tỉnh Đắc Nông và kết thúc
vùng này là núi Bà Rá thuộc huyện Phước Long, tỉnh Bình Phước, cao độ 726

m.

Địa hình trung du dạng đồi bát úp và lượn sóng phân bố ở vùng trung
lưu và phía Đơng của hạ lưu vực sơng. Cao độ phổ biến ở đây từ 100 - 200 m.
Đất đai vùng này hầu hết là đất đỏ bazan, tơi xốp và phì nhiêu, đã được khai
thác phần lớn để trồng cây cơng nghiệp có giá trị kinh tế cao như cao su, điều,
cà phê và hồ tiêu…


Địa hình vùng đồng bằng trung du ở hạ lưu ít chia cắt hơn, nhưng khơng
có các cánh đồng lớn tập trung mà chủ yếu là dạng gị xoải và lượn sóng ven
theo triền đồi của các suối Nước Trong, suối Giai phía bờ trái, vùng Tân Lập,
Minh Hương, Tân Quan và Chơn Thành phía bờ phải. Cao độ vùng này phổ
biến từ 50 - 100 m.

Địa hình đồng bằng trũng cục bộ nằm rải rác dọc theo các sông suối trên
lưu vực. Những đồng bằng dạng này thường nhỏ hẹp, chủ yếu dùng để trồng
lúa nước, một số nơi chưa được cải tạo nên vẫn là đồng lầy hoang hóa.

Hướng nghiêng của địa hình cũng là hướng dốc của lưu vực, với độ cao
giảm dần theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, từ 750 - 1.000 m ở vùng
thượng, trung lưu xuống vùng hạ lưu chỉ còn 80 - 100 m và tăng dần từ phía
Tây lưu vực với 80 - 150 m sang phía Đơng lưu vực với 250 - 700 m.

Hình 2.2. Bản đồ địa hình lưu vực sơng Bé

3. Khí hậu

Lưu vực sơng Bé nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu
nhiệt đới gió mùa với hai mùa gió đơng và hè. Mùa đông, lưu vực chịu ảnh
hưởng chủ yếu của gió mùa Đơng Bắc ứng với khối khơng khí đã trở thành
nhiệt đới hóa tương đối ổn định, tạo nên một mùa đông ấm áp và khô hạn.
Mùa hè, khu vực lại chịu ảnh hưởng trực tiếp của hai luồng gió mùa Tây
Nam, từ vịnh Bengal vào đầu mùa và từ nam Thái Bình Dương vào giữa và
cuối mùa. Đặc trưng nổi bật nhất của chế độ khí hậu trên lưu vực là sự phân
hóa thành hai mùa mưa - khô tương phản nhau sâu sắc. Mùa mưa tương đối

thuận lợi cho sản xuất, ngược lại mùa khơ gặp khơng ít khó khăn do lượng

mưa ít, thời tiết nắng nóng kéo dài.

4. Nhiệt độ
Lưu vực sông Bé có nền nhiệt độ cao với nhiệt độ trung bình năm ở các nơi dao động
trong khoảng 25,5 – 26,7 0C và biến động nhiệt độ trung bình tháng lớn nhất và nhỏ nhất
trong năm từ 20 – 40 0C. Thời gian nóng nhất trong năm thường vào những tháng cuối
mùa khô và đầu mùa mưa, từ tháng III - V, với khoảng 27 – 28 0C, trong đó cao nhất là
tháng IV. Thời gian lạnh nhất trong năm vào khoảng từ tháng XII - I, với 23 - 25 0C.
Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối có thể lên đến 38,5 - 40,6 0C nhưng nhiệt độ thấp nhất tuyệt
đối chỉ ở mức từ 13,7 - 14,3 0C. Dao động nhiệt độ ngày đêm khá lớn, từ 9 - 11 0C. Như
vậy, nhìn chung lưu vực sơng Bé là một vùng có nền nhiệt độ cao, ít chênh lệch theo
khơng gian (giữa các nơi) và theo thời gian (trong năm)

Hình 2.4. Bản đồ nhiệt độ trung bình năm lưu vực sơng Bé

5. Lượng mưa
Lượng mưa hàng năm trên lưu vực sông Bé vào loại lớn nhất trên tồn lưu vực hệ thống
sơng Đồng Nai, từ 2.200 - 2.600 mm, song lại phân bố không đều cả theo khơng gian và
thời gian, mà ngun nhân chính là do sự chi phối của chế độ gió mùa và yếu tố địa

hình.
Hình 2.4. Bản đồ lượng mưa trung bình năm lưu vực sơng Bé

Theo khơng gian, lượng mưa có xu hướng tăng dần từ Tây sang Đông và từ Nam
(hạ lưu) lên Bắc (thượng lưu). Lượng mưa lớn nhất xảy ra ở vùng núi cao phía

Đông của Đồng Phú, nơi bắt nguồn của nhánh Dak Glun và các suối Mude, Rạch
Rạt, suối Rát, Da Panton… Nơi đây nằm trong dải mưa lớn nhất trên lưu vực sông
Đồng Nai, kéo dài từ Tà Lài, Madagui cho đến Bảo Lộc (Lâm Đồng), với lượng
mưa đạt từ 2.500 - 2.600 mm (Bù Đăng: 2.566 mm, Phước Long: 2.632 mm, Đồng

Phú: 2.491 mm, Bù Đốp: 2.410 mm), nơi cao nhất có thể lên tới 2.700 - 2.800 mm.
Nguyên nhân gây mưa chính ở khu vực này là do tồn tại nhiều ngọn núi cao, hẻm
núi sâu, tạo điều kiện thuận lợi đón gió mùa Tây Nam. Trong khi đó, lượng mưa
nhỏ nhất phân bố dọc theo thung lũng sông và vùng phía Tây Nam lưu vực, kéo dài
từ Bình Long, Chơn Thành cho đến cửa ra dịng chính Đồng Nai, với lượng mưa từ
2.000 - 2.200 mm, thậm chí có nơi dưới 2.000 mm (Phước Hồ: 1.930 mm, Chơn
Thành: 1.864 mm).

Theo thời gian, mưa trên lưu vực sông Bé được phân thành hai mùa mưa và khô
tương phản nhau sâu sắc. Mùa mưa kéo dài 6 tháng (từ tháng V - X) trùng với thời
kỳ gió mùa Tây Nam hoạt động, với lượng mưa chiếm từ 85 – 90 % tổng lượng
mưa năm, 3 tháng có lượng mưa lớn nhất là VII, VIII và IX. Trong mùa khô, lượng
mưa trên lưu vực rất nhỏ, chỉ chiếm từ 10 – 15 % tổng lượng mưa năm và biến động
rất mạnh ở những tháng đầu và cuối mùa, những tháng có lượng mưa ít nhất là
tháng I – II.

III. Phương pháp nghiên cứu thủy văn
1.Giới thiệu
SWAT được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mịn và
việc sử dụng hố chất trong nơng nghiệp trên một hệ thống lưu vực song (LVS).

Mơ hình u cầu thơng tin về thời tiết, thuộc tính của đất, tài liệu địa hình, thảm
phủ, và việc sử dụng đất trên lưu vực (LV).

Mơ hình này chia dịng chảy thành 3 pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất (sát mặt,
ngầm) và pha trong sơng

Mơ tả các q trình thủy văn được chia làm 2 phần chính:

+ Phần thứ nhất là pha lưu vực với chu trình thuỷ văn kiểm sốt khối lượng nước,

bùn cát, chất hữu cơ và được chuyển tải tới các kênh chính của mỗi LV.

+ Phần thứ hai là diễn tốn dịng chảy, bùn cát, hàm lượng các chất hữu cơ tới hệ
thống kênh và tới mặt cắt cửa ra của LV

Ưu điểm của SWAT:

+ Cho phép mơ hình hóa các lưu vực khơng có mạng lưới quan trắc, mơ phỏng tác
động của thay đổi dữ liệu đầu vào như sử dụng đất, thực hành quản lý đất đai và khí
hậu.

+ Giao diện tích hợp trong GIS tạo thuận tiện cho việc định nghĩa lưu vực, cũng như
thao tác, xử lý các dữ liệu không gian và dữ liệu dạng bảng liên quan.

+ Trong trường hợp dữ liệu đầu vào hạn chế, SWAT vẫn có thể mơ phỏng được.

+ Ngồi ra, với khả năng tính tốn hiệu quả, SWAT có thể mơ phỏng các lưu vực
rộng lớn với nhiều dạng thực hành quản lý đất đai mà không tốn nhiều thời gian và
tài ngun máy tính.

+ Cuối cùng, SWAT là mơ hình theo thời gian liên tục nên có thể mơ phỏng tác
động lâu dài của sử dụng đất, thực hành quản lý đất đai và sự tích tụ của các chất ơ
nhiễm

2. Tiến trình mơ hình SWAT
Mơ hình SWAT địi hỏi rất nhiều dữ liệu đầu vào khác nhau. Tuy nhiên, không phải
tất cả dữ liệu đầu vào đều bắt buộc mà tùy thuộc vào từng nghiên cứu cụ thể, có thể
bỏ qua một số dữ liệu khơng cần thiết. Nhìn chung, q trình thiết lập mơ hình
SWAT cho bất kỳ ứng dụng nào đều có dạng như:


Dữ liệu cần thiết được thu thập trong nghiên cứu trên SWAT:

+ Mơ hình độ cao số (DEM): ví dụ ASTER GDEM (ASTER Global Digital
Elevation Model) ở độ phân giải không gian 30m. Dựa trên nền DEM, mô hình
SWAT tiến hành phân chia LV, các tiểu LV cũng như mơ phỏng mạng lưới sơng
suối, các bề mặt thốt nước. Những thơng số địa hình như độ dốc địa hình, độ dốc
kênh dẫn, hoặc chiều dài sơng suối cũng được tính tốn từ DEM. Trước khi đưa vào
mơ hình SWAT, dữ liệu DEM đã được hiệu chỉnh về hệ tọa độ UTM WGS84.

+ Sử dụng đất: Bản đồ cần được hiệu chỉnh về hệ tọa độ UTM WGS84, với các loại
hình sử dụng đất được phân loại lại theo bảng mã sử dụng đất trong SWAT. Bảng
mã này quy định mã số của các loại cây trồng, các loại hình che phủ chung, đất đơ
thị cùng với thuộc tính của chúng, làm cơ sở cho q trình mơ phỏng sự phát triển
cây trồng, mô phỏng khu vực đô thị.

+ Thổ nhưỡng: bản đồ này cần được hiệu chỉnh về hệ tọa độ UTM WGS84 và được
phân loại lại theo mã loại đất của FAO74 tương ứng trong cơ sở dữ liệu thổ nhưỡng

của SWAT. Sự chuyển đổi này căn cứ vào tên loại đất, tính chất vật lý, hóa học của
đất.

+ Thời tiết: lượng mưa, nhiệt độ khơng khí lớn nhất, nhỏ nhất, bức xạ Mặt Trời, tốc
độ gió và độ ẩm tương đối theo ngày nằm trong vùng nghiên cứu. Trước khi đưa
vào mơ hình SWAT, số liệu thời tiết được biên tập thành các tập tin thời tiết tổng
quát (chứa đựng các thông số thống kê thời tiết theo tháng, làm đầu vào cho mơ
hình vận hành thời tiết WXEN trong SWAT tiến hành mô phỏng thời tiết trong
trường hợp khiếm khuyết số liệu quan trắc) và các tập tin thời tiết thành phần (lưu
trữ giá trị quan trắc các yếu tố khí tượng).

+ Lưu lượng dịng chảy: Cần tiến hành thu thập số liệu quan trắc lưu lượng dòng

chảy nhằm hỗ trợ quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình SWAT

Ứng dụng của SWAT:

+ Tính cân bằng nước

+ Thay đổi lưu lượng dịng chảy

+ Tính chất lượng nước

+ Tính xâm nhập mặn

+ Tính xịi mịn

+ Tính hạn hán, lũ lụt

IV. Tiến hành thực hiện trong ArcSWAT
1.Biên tập dữ liệu đầu vào cho ArcSWAT

Hình 1: Giao diện phần mềm
Hình 2: Tọa độ tỉnh Bình Dương

Hình 3: Chọn kiểu dữ liệu cần tải
Hình 4: Vùng lấy dữ liệu

Hình 5: Vùng dữ liệu
2. Đưa dữ liệu DEM và tạo môi trường trong ArcMap

Hình 6: Kết nối với đường dẫn chứa dữ liệu và hiển thị dữ liệu DEM


Hình 7: Mở cơng cụ Geoprocessing
Hình 8: Tạo mơi trường làm việc