KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
80
BÀI BÁO KHOA HỌC
ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN HẠN THỦY VĂN LƯU VỰC SÔNG SEDONE,
NƯỚC CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO
BẰNG CHỈ SỐ CẤP NƯỚC MẶT (SWSI)
Phoutsadee Sida
1
, Nguyễn Quang Phi
2
, Nguyễn Hoàng Sơn
2
Tóm tắt: Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu diễn biến hạn thủy văn lưu vực sông Sedone,
Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào giai đoạn 2001 – 2022. Trên cơ sở tổng quan các chỉ số tính hạn thủy
văn và số liệu hiện có, nghiên cứu đã sử dụng chỉ số cấp nước mặt (SWSI) với chuỗi số liệu về lượng
mưa, lưu lượng dòng chảy và mực nước hồ chứa để đánh giá diễn biến hạn theo thời gian. Kết quả
nghiên cứu thể hiện rằng (i) Chỉ số cấp nước mặt (SWSI) để đánh giá hạn thủy văn cho lưu vực sông
Sedone, Lào là chỉ số được đánh giá phù hợp, nắm bắt tốt các đợt hạn điển hình đã xảy ra, độ chính xác
các tháng hạn đạt 85% đến 95%, (ii) Số năm xảy ra hạn vừa nhiều nhất gồm các năm 2003, 2006, 2010,
2012 và năm 2022. Số năm xảy ra hạn nặng tại lưu vực, gồm các năm 2001, 2004, 2005, 2011, 2015 và
năm 2019. Các năm còn lại là hạn khô và gần như bình thường. Tần suất xuất hiện hạn cao nhất vào
tháng 4 (75%) và tháng 1 (50%), đây cũng là tháng trong năm thường xảy ra hạn thủy văn nặng.
Từ khóa: Chỉ số SWSI, hạn thủy văn, lưu vực sông Sedone, Lào.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
*
Sông Sedone là một nhánh của sông MeKong,
nằm ở phần phía Nam của Lào và có diện tích
khoảng 7.000km
2
. Lưu vực sông Sedone chảy một
phần qua các tỉnh Saravane, Champasack và cũng
có một phần nhỏ qua các tỉnh Savannakhet và
Sekong (Hình1). Phần lớn các khu vực của lưu
vực sông Sedone tương đối bằng phẳng với một
vài ngọn núi ở phía thượng nguồn của lưu vực.
Cao độ của lưu vực 183m tại Saravan, 140m tại
huyện Kongsedone (tỉnh Saravan) và 102m tại
tỉnh Pakse (VinVilay Sayaphone, 2018).
Lưu vực sông Sedone rất giàu tài nguyên rừng,
diện tích rừng che phủ chiếm hơn 45,77%, tổng
diện tích của lưu vực. Đất ở khu vực này chủ yếu
là đất xám bạc màu, đất Cambisols và Luvisols
(cát, mùn, đất sét và trọng lực) có tiềm năng lớn
trong phát triển nông nghiệp. Dân cư sinh sống
trong lưu vực sông Sedone xấp xỉ khoảng 700.622
người (NSC, 2020). Ở cấp tỉnh, Champasak là
đông dân cư nhất, tiếp theo là Saravan và Sekong
có số lượng cư dân ít nhất.
1
Khoa Thủy lợi; Trường Đại học Quốc gia Lào
2
Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, Trường Đại học Thủy lợi
Hạn hán là một trong những thiên tai gây
thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế - xã hội cho
các nước trên thế giới nói chung và nước Cộng
hòa Dân chủ Nhân dân Lào nói riêng. Hiện
tượng hạn hán và các hiện tượng thiên tai khác
đang gây trở ngại cho sự phát triển của Lào.
Hạn thủy văn biểu thị bằng sự suy giảm dòng
chảy sông và thiếu hụt các nguồn nước mặt và
nước ngầm, có nhiều nguyên nhân gây ra hạn và
mức độ nặng hay nhẹ cũng phụ thuộc vào nhiều
yếu tố, cho nên xác định chỉ số hạn hán là một
vấn đề phức tạp. Các nhà khoa học đã đưa ra
nhiều loại chỉ số hạn hán, mỗi chỉ số hạn đều có
ưu, nhược điểm và tùy thuộc vào nguồn số liệu
được thu thập trên thực tế, chính vì thế mà cho
đến nay chưa chọn được một chỉ số nào làm một
chỉ số đánh giá chung cho các khu vực khác
nhau. Đối với lưu vực sông Sedone, Lào, một số
nghiên cứu đã chỉ ra nguyên nhân gây hạn hán ở
khu vực này chủ yếu là do suy giảm và phân bố
lượng mưa không đều dẫn đến sự thiếu hụt về
dòng chảy trong mùa kiệt và liên quan trực tiếp
đến diễn biến hạn thủy văn (VinVilay
Sayaphone, 2018).
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
81
Hình 1. Lưu vực sông Sedone
Sông Sedone là một nhánh của sông MeKong,
nằm ở phần phía Nam Lào, có diện tích khoảng
7.000km
2
. Lưu vực sông Sedone chảy qua các
tỉnh: Saravana, Champasack và tỉnh Sekong. Sông
Sedone, với tổng chiều dài khoảng 250km, bắt
nguồn từ phía Đông Bắc của cao nguyên Bolaven
gần huyện Thateng. Độ cao trung bình của lưu
vực khoảng 183m (so với mực nước biển) tại tỉnh
Saravane, 140m tại huyện Kongsedone và 117m
tại Nanay, có diện tích khoảng 6.170km
2
, chiếm
khoảng 77% tổng diện tích của lưu vực. Các phụ
lưu chính của sông Sedone là các con sông
HouayKaphurn, Xeset, HouayNamsai, HouayPalai
và HouayChampi, và bắt nguồn từ cao nguyên
Bolaven (MAFL, 2021). Phần lớn lưu vực sông
Sedone nằm trong vùng có địa hình cao, dốc, chia
cắt mạnh, có lượng mưa tương đối lớn, lớp phủ
thực vật biến động và phân bố không đều. Lưu
vực sông Sedone có lượng nước bình quân năm
lớn, với module dòng chảy bình quân nhiều năm
khoảng 33.2 (l/s). Mùa mưa thường kéo dài từ
tháng 4 đến 11, trong khi Mùa khô xuất hiện từ
tháng 12 đến tháng 5 năm sau. Mùa mưa kéo dài
từ tháng 4 đến tháng 11 và lượng dòng chảy Mùa
mưa chiếm khoảng 74.6% lượng dòng chảy năm.
Lũ lớn thường xảy ra vào các tháng 7 và 8, trong
khi đó dòng chảy kiệt nhất thường xuất hiện vào
tháng 3 (Sở TN&MT Champasack, 2021). Nguồn
nước lưu vực đã và đang được khai thác mạnh mẽ
cho các mục tiêu phát triển kinh tế xã hội. Tuy
nhiên, bên cạnh các lợi ích về kinh tế, hệ thống
thủy điện bậc thang trên dòng chảy sông Sedone
cũng đặt ra không ít các thách thức như (i) thay
đổi trạng thái tự nhiên của dòng chảy, (ii) ảnh
hưởng mạnh mẽ tới hạn thủy văn vùng hạ lưu sau
đập thủy điện (iii) suy giảm diện tích canh tác
nông nghiệp. Ngoài ra, biến đổi khí hậu (BĐKH)
cũng làm gia tăng các hình thái thời tiết bất
thường và cực đoan như hạn thủy văn và các hiện
tượng khác (Sở TN&MT Saranvane, 2022). Vì
vậy, việc nghiên cứu đánh giá diễn biến hạn thủy
văn lưu vực sông Sedone, không chỉ giúp cho việc
khai thác sử dụng dòng chảy cho mục đích phát
triển kinh tế - xã hội một cách hiệu quả và bền
vững mà còn hỗ trợ các cơ quan quản lý nhà nước
trong việc xây dựng, điều chỉnh kế hoạch, quy
hoạch phát triển phù hợp với những biến động về
dòng chảy sông, nhất là trước những thách thức và
tác động của BĐKH.
Mục tiêu chính của nghiên cứu này xác định
diễn biến hạn thủy văn thông qua chỉ số cấp nước
mặt (SWSI) lưu vực sông Sedone và sử dụng
chuỗi số liệu đo đạc thực tế về lượng mưa, lưu
lượng dòng chảy mặt, dung tích hồ chứa tại lưu
vực giai đoạn 2001 - 2022.
2. KHU VỰC, DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Dữ liệu
Để đánh giá diễn biến hạn thủy văn (theo
tháng/năm) trong lưu vực sông Sedone, chuỗi số
liệu đo đạc từ năm 2001 đến 2022 đã được phân
tích. Cụ thể, nghiên cứu đã sử dụng chuỗi số liệu
về lưu lượng trung bình ngày và lượng mưa trung
bình ngày trong 21 năm với thời kỳ quan trắc từ
năm 2001-2022 của trạm Kongsedone (Hình 1).
Để kiểm chứng kết quả tính toán với số tháng
hạn/năm thực tế xảy ra trên lưu vực, số tháng hạn
thực tế được thu thập trong 10 năm gần đây tại
trạm Kongsedone và các sở Nông Lâm nghiệp
tỉnh Saravane, tỉnh Champasack và tỉnh Sekong từ
năm 2010 đến 2020 (DAFS, 2010 - 2020).
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Hạn thủy văn biểu thị bằng sự suy giảm dòng
chảy sông và thiếu hụt các nguồn nước mặt và
nước ngầm, có nhiều nguyên nhân gây ra hạn và
mức độ nặng hay nhẹ cũng phụ thuộc vào nhiều
yếu tố, cho nên xác định chỉ số hạn hán là một vấn
đề phức tạp. Các nhà khoa học đã đưa ra nhiều loại
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
82
chỉ số hạn hán nhưng cho đến nay chưa chọn
được một chỉ số nào làm một chỉ số đánh giá
chung. Trong những năm gần đây, đã có rất
nhiều chỉ số hạn được áp dụng vào tính toán cho
từng vùng. Ví dụ như chỉ số thiếu hụt dòng chảy
(Kth) là tỷ số giữa lượng dòng chảy thiếu hụt với
lượng dòng chảy trong thời đoạn tính toán tương
ứng với Q ngày, Chỉ số cấp nước mặt (SWSI), hỉ
số cải tạo hạn hán (Reclamation Drought Index –
RDI), Chỉ số hạn SDI (Streamflow Drought
Index), Chỉ số tiềm năng tài nguyên nước AWRI
(Available Water Resources Index) (Nguyễn
Quang Kim, 2005).
Lưu vực sông Sedone có ít tài liệu thực đo
nên việc đánh giá hạn thủy văn còn nhiều khó
khăn. Các tài liệu nghiên cứu hạn thủy văn trên
lưu vực này cũng không có. Nghiên cứu lựa
chọn để đánh giá hạn thủy văn với những nhân
tố ảnh hưởng đến hạn thủy văn là mưa, dòng
chảy mặt và hồ chứa như sau:
SWSI = aP

+ bP

+ cP

+ dP

− 50
12 (1)
Trong đó: a, b, c, d là các trọng số đối với các
thành phần tuyết, mưa, dòng chảy mặt và dung
tích hồ chứa trong cân bằng nước lưu vực (a + b +
c + d = 1); P
snow
, P
rain
, P
strm
và P
resv
là xác suất (%)
không vượt quá của các thành phần cân bằng nước
tương ứng (P(X≤A)).
Chỉ số SWSI tính toán được thực hiện với bước
thời gian 1 tháng. Trong những tháng mùa đông,
SWSI được tính toán sử dụng trữ lượng tuyết (ở
lưu vực sông Sedone bỏ qua trữ lượng tuyết),
giáng thuỷ và dung tích hồ chứa. Trong mùa hè -
số liệu dòng chảy, giáng thuỷ và dung tích hồ
chứa được tính toán. Hàng tháng, giá trị của mỗi
thành phần đo tại trạm được lấy tổng. Mỗi tổng
được chuẩn hoá và xác định xác suất không vượt
quá giới hạn của nó.
Tiếp đó, trừ đi 50 (%) và chia cho 12 (12
tháng) là những thủ tục chuẩn hoá để làm cho giá
trị chỉ số SWSI chạy từ - 4,2 đến 4,2. Giá trị âm (-
) thể hiện mức độ thiếu nước, giá trị càng nhỏ mức
độ khô hạn càng khốc liệt. Giá trị dương thể hiện
tình trạng dư thừa nước. Bảng phân cấp hạn theo
chỉ số SWSI được trình bày ở bảng 1.
Chỉ số cấp nước mặt (SWSI) đã được sử dụng
trong nhiều nghiên cứu về hạn thủy văn ở Việt
Nam (Nguyễn Quang Kim, 2005).
Các nghiên cứu ở vùng Đồng bằng sông
Hồng, vùng Trung Bộ và Tây Nguyên cho thấy
chỉ số SWSI đã nắm bắt tốt các đợt hạn điển
hình đã xảy ra.
Nghiên cứu lựa chọn mô hình MIKE HYDRO
BASIN để tính toán. Mô hình MIKE HYDRO
BASIN do Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) xây
dựng nhằm mô phỏng mạng lưới sông suối trong
không gian và các yếu tố thủy văn (X.Q.H.Z) theo
thời gian dựa trên phương trình cân bằng nước
tổng quát. Ưu điểm nổi bật của mô hình ngoài
việc giải quyết bài toán cân bằng nước, mô hình
còn có thể kết nối, sử dụng mô hình mưa-dòng
chảy MIKE NAM như một mô đun tích hợp trong
mô hình.
Bảng 1. Phân cấp hạn thuỷ văn theo chỉ số
SWSI (Nguyễn Văn Thắng, 2007)
TT
Phân cấp hạn thủy văn Giá trị SWSI
4 Cực ẩm ≥ 4,0
3 Rất ẩm 3,0 ÷ 4,0
2 Ẩm vừa 2,0 ÷ 2,9
1 Hơi ẩm 1,0 ÷ 1,9
0 Bình thường -0,9 ÷ 0,9
1 Hơi khô -1,9 ÷ -1,0
2 Hạn vừa -2,9÷-2,0
3 Hạn nặng -4,0 ÷ -3,0
4 Hạn rất nặng ≤ - 4,0
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ
THẢO LUẬN
3.1. Xây dựng mô hình tính toán
Nghiên cứu sử dụng phần mềm ArcMap để
phân chia lưu vực dựa trên các sông nhánh của
sông Sedone. Lưu vực sông Sedone được chia ra
làm 14 lưu vực như sau:
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
83
Bảng 2. Diện tích tiểu lưu vực được thống kê
TT Lưu vực Vị trí Diện tích lưu
vực (km
2
)
1 Lưu vực 1 Trạm thủy văn Saravane, thượng nguồn sông Sedone 1182.6
2 Lưu vực 2 Thượng nguồn sông Sedone 474.52
3 Lưu vực 3 Thượng nguồn sông Selabam 546.63
4 Lưu vực 4 Thượng nguồn sông Sedone 214.51
5 Lưu vực 5 Thượng nguồn sông Sedone 261.1
6 Lưu vực 6 Thượng nguồn sông Sedone 829.51
7 Lưu vực 7 Thượng nguồn sông Sedone 710.28
8 Lưu vực 8 Thượng nguồn sông Sedone 619.33
9 Lưu vực 9 Huoysok 352.96
10 Lưu vực 10 Sông Sedone 354.26
11 Lưu vực 11 Sông Sedone 627.62
12 Lưu vực 12 Huoykaphurn 626.42
13 Lưu vực 13 Sông Sedone 404.95
14 Lưu vực 14 Sông Sedone 68.7
Hình 2. Lưu vực sông Sedone trong mô hình MIKE HYDR
3.2. Kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình
Nghiên cứu sử dụng dữ liệu mưa dòng chảy từ
năm 2001 đến 2020 để tính toán hiệu chỉnh kiểm
định mô hình. Nghiên cứu chọn giai đoạn từ năm
2012 đến 2016 để hiệu chỉnh mô hình. Kết quả
tính toán mô hình cho thấy dòng chảy tại trạm
Kongsedone tính toán phù hợp với thực đo. Hệ số
tương quan đạt 0.6-0.8, chỉ số Nash đạt 0.65-0.8.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
84
Nghiên cứu kiểm định mô hình MIKE
HYDRO cho giai đoạn từ 2017-2018. Kết quả
kiểm định mô hình cho thấy mô hình tại trạm
thủy văn Kongsedone cho thấy đường quá
trình dòng chảy tính toán phù hợp với thực
đo. Hệ số tương quan đạt 0.6-0.82, chỉ số
Nash đạt 0.6-0.8.
3.3. Kết quả tính toán chỉ số hạn thuỷ văn
SWSI trên lưu vực sông Sedone
Các trọng số đối với các thành phần nguồn
nước được ước tính dựa theo so sánh phân phối
mưa và dòng chảy cũng như tỷ trọng các thành
phần này đối với nguồn cấp nước trong các tháng.
Trên lưu vực có tám hồ chứa thủy lợi từ 1-3,3
Hình 3. Kết quả hiệu chỉnh mô hình năm 2013
tại trạm Kongsedone
Hình 4. Kết quả hiệu chỉnh mô hình năm 2014
tại trạm Kongsedone
Hình 5. Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mô hình
năm 2015 tại trạm Kongsedone
Hình 6. Kết quả hiệu chỉnh mô hình năm 2016
tại trạm Kongsedone
Hình 7. Kết quả kiểm định mô hình năm 2017
tại trạm Kongsedone
Hình 8. Kết quả kiểm định mô hình năm 2018
tại trạm Kongsedone