Ứng dụng Gis và mô hình Swat đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến lưu lượng dòng chảy lưu vực sông Vu Gia

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
 80
Ứng dụng GIS và mô hình SWAT đánh giá ảnh hưởng 
thay đổi sử dụng đất đến lưu lượng dòng chảy lưu vực sông Vu Gia 
Nguyễn Thị Hồng1,*, Nguyễn Duy Liêm2, Nguyễn Thị Bích3, Lê Duy Bảo Hiếu2, 
Lê Hoàng Tú2, Nguyễn Kim Lợi2 
1Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 
2Trường Đại học Nông lâm TP. Hồ Chí Minh 
3Trường Đại học Lâm Nghiệp 
Nhận ngày 16 tháng 6 năm 2014 
Chỉnh sửa ngày 14 tháng 8 năm 2014; Chấp nhận đăng ngày 27 tháng 8 năm 2014 
Tóm tắt: Một trong những nguyên nhân chính gây nên hiện tượng biến đổi dòng chảy, ảnh hưởng 
đến lưu lượng dòng chảy trên lưu vực sông là do tác động của con người thông qua hoạt động sử 
dụng đất. Nghiên cứu này ứng dụng GIS, mô hình SWAT đánh giá tác động của thay đổi sử dụng đất 
năm 2005 và năm 2010 đến lưu lượng dòng chảy trên lưu vực sông Vu Gia. Sự gia tăng về lớp phủ 
thảm thực vật đã làm lưu lượng dòng chảy trong giai đoạn này giảm 5,7%, dòng chảy ngầm (GW_Q) 
tăng 30,69%, lượng nước trong kênh (WYLD) tăng 26,48%, các thành phần dòng chảy trễ (LAT_Q) 
và lượng nước trong đất (SW) tăng khoảng 24%, thành phần dòng chảy mặt (SUR_Q) giảm 9,39%. 
Kết quả nghiên cứu đã chứng minh việc tích hợp GIS và mô hình SWAT trong đánh giá tác động của 
thay đổi sử dụng đất đến lưu lượng dòng chảy trên lưu vực sông Vu Gia, tỉnh Quảng Nam là phù 
hợp. Nhờ đó, có thể hỗ trợ hữu hiệu cho công tác quản lý, quy hoạch sử dụng đất trên phạm vi lưu 
vực sông vừa đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội, vừa cân bằng yêu cầu bảo vệ nguồn tài 
nguyên thiên nhiên (đất, nước, rừng). 
Từ khóa: GIS, SWAT, thay đổi sử dụng đất, lưu vực sông Vu Gia 
1. Mở đầu* 
Trên thế giới, việc nghiên cứu về tác động 
của sự thay đổi sử dụng đất đến chu trình thủy 
văn của lưu vực đã trở thành chủ đề được quan 
tâm trong những năm qua. Nhiều nghiên cứu đã 
được thực hiện nhằm định lượng tác động của 
nạn phá rừng [1], chuyển đổi diện tích rừng 
sang đất nông nghiệp [2], xây dựng đường giao 
_______ 
* Tác giả liên hệ. ĐT 84-(0)4-38585097 
email: nthong@vnu.edu.vn 
thông trong rừng [3, 4], và quá trình đô thị hóa 
của vùng hạ lưu [5] đến dòng chảy lưu vực. Đối 
với lưu vực vùng nhiệt đới, Costa et al. (2003) 
phát hiện ra rằng nếu tỉ lệ phá rừng chiếm 
khoảng 30% diện tích lưu vực sẽ làm gia tăng 
lưu lượng trung bình năm khoảng 24% [6]. Đối 
với điều kiện tự nhiên ở Việt Nam, một số 
nghiên cứu với các chỉ tiêu được hiệu chỉnh cho 
phù hợp nhằm đánh giá tác động của thay đổi 
sử dụng đất, thảm phủ đối với dòng chảy [7-9]. 
N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
81
Lưu vực sông Vu Gia thuộc địa phận các 
huyện Đông Giang, Tây Giang, Nam Giang, 
Đại Lộc, Phước Sơn tỉnh Quảng Nam. Đây 
được xem là lưu vực có vai trò rất quan trọng 
đối với sự phát triển kinh tế của tỉnh Quảng 
Nam. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sự 
thay đổi dòng chảy cũng như gia tăng lượng xói 
mòn đất, bồi lắng trong lòng sông trên lưu vực 
diễn biến ngày càng phức tạp, đe dọa đến dân 
sinh và môi trường. Chính vì vậy, vấn đề cấp 
bách cần đặt ra là cần thiết phải tiến hành những 
nghiên cứu đánh giá một cách định lượng, chi 
tiết và cụ thể mức độ ảnh hưởng của hoạt động 
khai thác, sử dụng tài nguyên đất đai trên lưu vực 
ở thời điểm hiện tại cũng như định hướng quy 
hoạch trong tương lai đến tài nguyên đất và nước 
trên lưu vực sông Vu Gia. Nhờ đó, tạo cơ sở 
khoa học quan trọng hỗ trợ cho công tác quy 
hoạch sử dụng đất trên lưu vực hướng đến sự 
phát triển bền vững. Nghiên cứu này sử dụng 
công cụ Đánh giá Đất và Nước (Soil and Water 
Assessment Tool - SWAT) tích hợp với công 
nghệ GIS qua đó tìm hiểu bản chất, quy luật của 
các quá trình thủy văn diễn ra trên lưu vực. 
Mô hình SWAT có nhiều ưu điểm so với 
các mô hình tiền thân – nó cho phép mô hình 
hóa các lưu vực không có mạng lưới quan trắc, 
mô phỏng tác động của thay đổi dữ liệu đầu vào 
như sử dụng đất, thực hành quản lý đất đai và 
khí hậu [10]. 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 [11]. Trong trường 
hợp dữ liệu đầu vào hạn chế, SWAT vẫn có thể 
mô phỏng được. Ngoài ra, với khả năng tính 
toán hiệu quả, SWAT có thể mô phỏng các lưu 
vực rộng lớn với nhiều dạng thực hành quản lý 
đất đai mà không tốn nhiều thời gian và tài 
nguyên máy tính. Cuối cùng, SWAT là mô hình 
theo thời gian liên tục nên có thểm ô phỏng tác 
động lâu dài của sử dụng đất, thực hành quản lý 
đất đai và sự tích tụ của các chất ô nhiễm [10]. 
SWAT cho phép mô hình hóa nhiều quá trình 
vật lý trên cùng một lưu vực. Một lưu vực được 
phân chia thành các tiểu lưu vực liên kết với 
nhau bởi một mạng lưới sông suối. Mỗi tiểu lưu 
vực sau đó được chia thành các đơn vị thủy văn 
(Hydrologic Response Unit - HRU) dựa trên 
những đặc trưng đồng nhất về sử dụng đất, thổ 
nhưỡng, độ dốc và thực hành quản lý đất đai. 
2. Sơ lược về vùng nghiên cứu 
Lưu vực sông Vu Gia nằm về phía Bắc sông 
Thu Bồn, bắt nguồn từ vùng núi phía Tây tỉnh 
Quảng Nam và phía Bắc tỉnh Kon Tum. Là con 
sông lớn của hai tỉnh Quảng Nam và Đà Nẵng 
[12], diện tích lưu vực tính đến xã Đại Hòa, huyện 
Đại Lộc vào khoảng 4661,28 km2, chiều dài 163 
km với lưu lượng dòng chảy 400 m3/s thuộc địa 
phận các huyện Đông Giang, Tây Giang, Nam 
Giang, Phước Sơn, Đại Lộc tỉnh Quảng Nam. 
Địa hình của khu vực phân hóa khá rõ nét, 
bị chia cắt mạnh bởi các sông: Vu Gia, Thu 
Bồn, Tam Kỳ có hướng nghiêng địa hình từ 
tây sang đông, vùng thượng nguồn có nhiều dãy 
núi cao. Địa hình lưu vực gồm có vùng trung 
du, vùng đồng bằng, vùng ven biển. Lưu vực 
sông nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới có hai 
mùa: mùa mưa và mùa khô chịu ảnh hưởng của 
không khí lạnh từ vùng núi Bạch Mã. Độ ẩm 
trung bình 84%. 
Mưa có sự phân hóa rõ rệt theo từng khu vực 
và theo mùa. Tổng lượng mưa hàng năm thay đổi 
từ 2.000 mm ở đồng bằng đến 4.000 mm ở vùng 
núi. Mùa mưa thường kéo dài bốn tháng, từ 
tháng 9 đến hết tháng 12. Lượng mưa trong 
mùa mưa chiếm 65-80% tổng lượng mưa hàng 
năm, 40-50% lượng mưa hàng năm rơi vào 
tháng 10 và 11. Trong khi đó, mùa khô kéo dài 
từ tháng 1 đến tháng 8 với lượng mưa chỉ chiếm 
có 3-5% tổng lượng mưa cả năm (tập trung từ 
tháng 2 đến tháng 4). Tháng 5 và 6 là thời gian 
mưa lớn thứ hai trong năm, xuất hiện ở phần 
Tây Bắc lưu vực nên gây ra lũ Tiểu Mãn ở lưu 
vực sông Bung. 
 N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
82
Hình 1. Ranh giới lưu vực sông Vu Gia 
2. Phương pháp nghiên cứu 
3.1. Phương pháp GIS 
GIS nâng cao khả năng tính toán về các đặc 
tính lưu vực, tạo điều kiện cho việc phân định lưu 
vực bằng cách sử dụng các "Mô hình số độ cao”- 
DEM. Nó cung cấp một phương pháp nhất quán 
để phân tích lưu vực sử dụng DEMs và các bộ dữ 
liệu chuẩn như lớp phủ bề mặt, tính chất đất, vị trí 
trạm đo, và các biến số của thời tiết. 
Nghiên cứu này ứng dụng GIS để đánh giá 
sự thay đổi sử dụng đất ở hai thời điểm (2005 
và 2010), sau đó sử dụng mô hình SWAT chạy 
hai kịnh bản ứng với hai thời điểm sử dụng đất 
khác nhau (hình 2). 
3.2. Phương pháp xác định sự thay đổi các kiểu 
sử dụng đất 
Ứng dụng GIS để xác định khả năng thay 
đổi các kiểu sử dụng đất dựa trên sự tiến triển 
các kiểu sử dụng đất và các nhân tố ảnh hưởng 
đến sự thay đổi. 
Bản đồ sử dụng đất năm 2005 và 2010 của 
lưu vực sông Vu Gia với 14 loại hình sử dụng 
đất, được phân loại lại thành 9 loại sử dụng đất 
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 đô thị cùng với 
thuộc tính của chúng, làm cơ sở cho quá trình 
mô phỏng sự phát triển cây trồng, mô phỏng 
khu vực đô thị. 
N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
83
Hình 2. Sơ đồ nội dung phương pháp nghiên cứu 
3.3. Mô hình SWAT 
Nghiên cứu này sẽ tập trung sử dụng dữ 
liệu đã xử lý khi đưa vào mô hình SWAT trên 
hai kịch bản sử dụng đất của lưu vực sông Vu 
Gia năm 2005 và năm 2010 (hình 3). Dựa trên 
hai kịch bản này so sánh sự khác nhau về sử 
dụng đất, dữ liệu về thời tiết và thủy văn, kết 
hợp với lý thuyết về chuỗi Markov để đánh giá 
tác động của thay đổi sử dụng đất đến lưu lượng 
dòng chảy. Mô hình SWAT tổng hợp dòng 
chảy, bồi lắng và tải lượng dưỡng chất từ mỗi 
tiểu lưu vực, HRU và sau đó dẫn kết quả này 
vào các kênh dẫn, ao, hồ chứa đến cửa xả lưu 
vực [13]. SWAT mô hình hóa chu trình thủy 
văn dựa trên phương trình cân bằng nước sau 
[14]: 
 
1
1i
igwseepasurfdayot
QWEQRSWSW
Trong đó, 
- SWt: lượng nước trong đất tại thời điểm t (mm 
H2O) 
- SWo: lượng nước trong đất tại thời điểm ban 
đầu trong ngày thứ i (mm H2O) 
- t: thời gian (ngày) 
- Rday: lượng nước mưa trong ngày thứ i (mm 
H2O) 
- Qsurf: lượng dòng chảy bề mặt trong ngày thứ i 
(mm H2O) 
- Ea: lượng nước bốc hơi trong ngày thứ i (mm H2O) 
- Wseep: lượng nước thấm vào vùng chưa bão 
hòa trong ngày thứ i (mm H2O) 
- Qgw: lượng nước ngầm (mm) chảy ra sông 
trong ngày thứ i 
ĐẦU VÀO 
- Bản đồ địa hình 
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 
- Bản đồ đất 
- Số liệu khí tượng, thủy văn 
Số liệu về thay đổi diện 
tích, phân bố các loại hình 
sử dụng đất 
SWAT 
GIS 
Các thông số về lưu lượng 
dòng chảy) 
GIS 
Điều kiện tự nhiên, 
kinh tế xã hội 
Cơ sở dữ liệu Tài nguyên – Môi trường 
Phân tích biến động sử dụng đất
Mô phỏng dòng chảy 
ĐẦU RA
Đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến lưu 
lượng dòng chảy lưu vực sông
 N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
84
SWAT yêu cầu nhiều lớp dữ liệu đầu vào 
theo không gian và thời gian. Để hỗ trợ quá 
trình xử lý, phân tích những dữ liệu này, SWAT 
sử dụng những công cụ của GIS. Vì vậy, để tạo 
thuận lợi cho việc sử dụng các mô hình, hiện 
nay SWAT được tích hợp vào hai phần mềm 
GIS dưới dạng phần mở rộng miễn phí là 
ArcSWAT cho ArcGIS và MWSWAT cho 
MapWindow. 
3.4. Biên tập và xử lý số liệu đầu vào 
Các dữ liệu sau khi thu thập sẽ được sử lý 
theo định dạng chuẩn của mô hình SWAT, chi 
tiết về dữ liệu thu thập được mô tả ở bảng 1. 
Hình 3. Sơ đồ phương pháp luận của mô hình SWAT 
Bảng 1. Nguồn dữ liệu thu thập 
Loại dữ liệu Sau khi xử lý Nguồn dữ liệu 
Bản đồ địa hình (*.dgn) 
(khoảng cao đều: 20m) 
Dữ liệu được chuyển thành DEM, 
định dạng shap file (*shp) 
Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh 
Quảng Nam 
Bản đồ hiện trạng SDĐ (2005-
2010), 14 loại hình SDĐ 
Phân chia thành 9 loại hìnhSDĐ 
theo bảng mã SWAT 
Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh 
Quảng Nam 
Bản đồ đất (năm 2010) Phân chia thành 4 nhóm đất Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh 
Quảng Nam 
Số liệu khí tượng (giai đoạn 
1990-2010) 
Lượng mưa, nhiệt độ không khí lớn 
nhất, nhỏ nhất, độ ẩm tương đối 
Đài Khí tượng Thủy văn Trung Trung Bộ, 
Climate Forecast System Reanalysis 
Chấp 
 nhận 
Đánh giá ảnh hưởng thay đổi 
sử dụng dụng đất đến bồi 
lắng và lưu lượng dòng chảy 
Xử lý DEM
Định nghĩa mạng lưới sông 
Chọn cửa xả lưu vực 
Tính toán các thông số 
Mục tiêu nghiên cứu
Phân định lưu vực
Định nghĩa đơn vị thủy văn 
Chỉnh sửa cơ sở dữ liệu
Hiệu chỉnh mô hình
Kiểm định mô hình
Kết quả
Xử lý DEM Dữ liệu đầu vào 
Bản đồ sử dụng đất 
Bản đồ thổ nhưỡng 
Độ dốc 
Dữ liệu 
đầu vào
Trạm thời tiết 
Lượng mưa 
Nhiệt độ 
Độ ẩm 
Bức xạ mặt trời 
Tốc độ gió 
Dữ liệu 
Đầu vào 
Dữ liệu 
đầu vào Hồ chứa thủy điện 
Chạy SWAT
Không chấp 
nhận 
Không chấp 
nhận 
Chấp 
nhận 
Số lượng 
quan trắc 
thủy văn 
Dữ liệu 
đầu vào 
N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
85
 Mô hình độ cao DEM 
Dữ liệu DEM của lưu vực sông Vu Gia được 
đăng ký hệ tọa độ UTM WGS 84 múi 48 tương 
ứng với vị trí của lưu vực sông Vu Gia (hình 4). 
Sau đó được đưa vào dữ liệu SWAT, dựa trên 
DEM mô hình sẽ xác định hướng dòng chảy, 
mô phỏng mạng lưới dòng chảy, tạo cửa xả. 
 Thổ nhưỡng 
Dữ liệu thổ nhưỡng liên quan đến dữ liệu đầu 
vào khi chạy mô hình SWAT, do có sự khác nhau 
giữa hệ thống phân loại thổ nhưỡng giữa Mỹ và 
Việt Nam, mỗi mã sử dụng đất trong quá trình 
chuyển đổi dữ liệu sẽ được mã hóa theo quy 
định của SWAT. Sự chuyển đổi này căn cứ 
vào tên loại đất, tính chất đất (bảng 2, hình 5). 
Bảng 2. Thống kê diện tích các loại đất lưu vực sông 
Vu Gia 
TT Tên đất 
Việt Nam 
Tên đất 
theo FAO
Tỷ lệ 
(%) 
Diện tích 
(ha)
1 Đất phù sa Dystric 
Fluvisols
1,13 5.244,27
2 Đất xám 
feralit 
Ferralic 
Acrisols 
77,77 360.829,19
3 Đất mùn 
vàng đỏ 
trên núi cao 
Humic 
Acrisols 
18,11 84.045,60
4 Đất xám có 
tầng loang lổ 
Plinthic 
Acrisols 
2,31 10.728,30
5 Mặt nước Water 0,67 3.102,07
Tổng 100,00 463.959,35
 Sử dụng đất 
Dữ liệu sử dụng đất trên lưu vực sông Vu 
Gia được thu thập vào năm 2005 và 2010 dưới 
dạng Microstation (*.dgn) với 14 loại hình sử 
dụng đất, được phân loại lại thành 9 loại sử 
dụng đất theo bảng mã sử dụng đất trong 
SWAT (bảng 3, hình 6, hình 7). Trong mô hình 
SWAT dữ liệu này yêu cầu được chuyển về 
định dạng shap file (*.shp). 
 Thời tiết 
Dữ liệu thời tiết trong mô hình SWAT là một 
phần quan trọng trong vòng tuần hoàn thủy văn. 
Dữ liệu thời tiết cần thiết cho SWAT được thu thập 
trong nghiên cứu bao gồm lượng mưa, nhiệt độ 
không khí lớn nhất, nhỏ nhất và độ ẩm tương đối 
theo ngày. Dựa trên vị trí phân bố, thời gian đo đạc 
và chất lượng dữ liệu của các trạm quan trắc khí 
tượng trên lưu vực sông Vu Gia và phụ cận, nghiên 
cứu đã lựa chọn và sử dụng dữ liệu của Đài Khí 
tượng Thủy văn Trung Trung Bộ trong khoảng thời 
gian 1990-2010 tại 9 trạm đo phân bố trên cũng 
như bao quanh lưu vực sông Vu Gia (hình 8). 
Ngoài ra, nghiên cứu còn sử dụng thêm 16 
trạm dữ liệu khí hậu (hình 9) từ hệ thống dự báo 
khí hậu (Climate Forecast System Reanalysis - 
CFSR) thuộc Trung tâm Quốc gia về Dự báo 
Môi trường (The National Centers for 
Environmental Prediction - NCEP) của Hoa Kỳ 
( 
Hình 4. Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) lưu vực sông Vu Gia Hình 5. Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Vu Gia 
 N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
86
Bảng 3. Các loại hình sử dụng đất năm 2005 và 2010 trên lưu vực sông Vu Gia 
TT Tên theo Việt Nam Tên theo SWAT Diện tích (ha) 
2005 2010 
1 Đất sản xuất nông nghiệp (SXN) 17.700,79 33.414,96
1.1 Đất trồng cây hàng năm (CHN) Agricultural Land-Row Crops (AGRR) 14.369,71 28.804,00
1.2 Đất trồng cây lâu năm (CLN) Agricultural Land-Generic (AGRL) 3.331,08 4.610,96
2 Đất lâm nghiệp (LNP) Forest-Evergreen (FRSE) 296.065,89 385.333,63
3 Đất ở (OTC) 12.290,37 9.208,97
3.1 Đất ở tại nông thôn (ONT) Residential-Low Density (URLD) 11.910,64 76,67
3.2 Đất ở tại đô thị (ODT) Residential-Medium Density (URMD) 379,73 9.132,30
4 Đất chuyên dùng (CDG) 219,56 742,90
4.1 Đất sản xuất, kinh doanh phi nông nghiệp (CSK) Industrial (UIDU) 65,53 542,00
4.2 Đất trụ sở cơ quan, công trình sự nghiệp (CTS) Institutional (UINS) 154,0 ... ,97 385.333,66 9.208,90 742,93 1.620,26 33.638,63 463.959,35
N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
87
4. Kết quả thảo luận 
4.1. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2010 
Loại hình sử dụng đất trên toàn lưu vực sông 
Vu Gia bao gồm 6 nhóm sử dụng đất chính: Đất 
sản xuất nông nghiệp (SXN), Đất lâm nghiệp 
(LNP), Đất ở (OTC), Đất chuyên dùng (CDG), 
Đất sông suối, mặt nước chuyên dùng (SMN) và 
Đất chưa sử dụng (CSD). 
Nhìn dưới góc độ động thái thay đổi trong 
giai đoạn trên, các nhóm sử dụng đất đã có sự 
chuyển hóa qua lại với nhau như trình bày trong 
bảng 4, bảng 5 và hình 10. Theo đó, có thể rút ra 
một số điểm nổi bật sau: 
- SXN: khoảng 54% diện tích đất nông 
nghiệp chuyển sang đất lâm nghiệp, chỉ có 
khoảng 27% được giữ lại, phần còn lại được 
chuyển qua các nhóm khác. 
- LNP: gần như toàn bộ diện tích đất lâm 
nghiệp được giữ lại (khoảng 90%), số ít diện 
tích còn lại được chuyển thành các nhóm sử 
dụng đất khác như đất nông nghiệp hoặc chưa 
sử dụng. 
- OTC: phần lớn diện tích đất ở được chuyển 
sang đất lâm nghiệp (69%), đất nông nghiệp 
(18%), chỉ có 9% diện tích đất ở được giữ lại. 
- CDG: có đến 82% diện tích đất chuyên 
dùng chuyển sang đất lâm nghiệp, đất ở và đất 
nông nghiệp, chỉ có 3% diện tích đất chuyên 
dùng được giữ lại. 
- SMN: 50% diện tích mặt nước được giữ 
lại, phần còn lại chuyển sang các nhóm khác, 
chủ yếu là đất ở, đất lâm nghiệp và đất nông 
nghiệp. 
- CSD: đa số diện tích đất chưa sử dụng 
được đưa vào sử dụng với 75% diện tích 
chuyển thành đất lâm nghiệp, 11% thành đất 
nông nghiệp, chỉ còn khoảng 10% vẫn chưa 
được sử dụng. 
Bảng 5. Mức độ thay đổi các loại hình sử dụng đất 
trong giai đoạn 2005-2010 
Nhóm 
sử dụng 
đất 
Năm 2005 Năm 2010 Mức độ thay đổi 
Diện tích 
(ha) 
Diện tích 
(ha) 
Diện tích 
(ha) 
Tỷ lệ 
(%) 
SXN 17.700,77 33.414,97 ↑15.714,20 ↑88,78
LNP 296.065,88 385.333,66 ↑89.267,78 ↑30,15
OTC 12.290,39 9.208,9 ↓3.081,49 ↓25,07
CDG 219,51 742,93 ↑523,42 ↑238,45
SMN 2.281,61 1.620,26 ↓661,35 ↓28,99
CSD 135.401,19 33.638,63 ↓101.762,56 ↓75,16
Chú dẫn: mũi tên đi lên (↑) tương ứng với tăng, mũi tên đi 
xuống (↓) tương ứng với giảm. 
Hình 8. Vị trí phân bố các trạm đo khí tượng thủy văn Hình 9. Vị trí 16 trạm dữ liệu khí hậu của CFSR 
 N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
88
Hình 10. Tỉ lệ chuyển đổi sử dụng đất giai đoạn 
2005-2010 lưu vực sông Vu Gia 
Kết quả của sự chuyển đổi qua lại về diện 
tích giữa các nhóm sử dụng đất trong giai đoạn 
2005-2010 dẫn đến diện tích đất nông nghiệp, 
đất lâm nghiệp và đất chuyên dùng đã có sự gia 
tăng, trong đó đất chuyên dùng tăng mạnh nhất 
với 238,45%, tiếp đến là đất nông nghiệp và đất 
lâm nghiệp. Điều này phản ánh định hướng phát 
triển kinh tế của vùng: ưu tiên nông nghiệp, 
công nghiệp đi đôi với bảo vệ tài nguyên rừng. 
Để đạt được mục tiêu trên, diện tích đất 
chưa sử dụng, mặt nước và đất ở đã thu hẹp 
đáng kể. So với năm 2005, diện tích hoang hóa, 
chưa sử dụng năm 2010 chỉ bằng 25%, hai 
nhóm đất còn lại được quy hoạch, bố trí lại theo 
hướng tập trung, sử dụng hợp lý, hiệu quả và 
tiết kiệm nguồn tài nguyên đất đai hơn. 
4.2. Ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến lưu 
lượng dòng chảy lưu vực sông Vu Gia 
Trong nghiên cứu này, lưu vực sông Vu Gia 
được phân chia thành 78 tiểu lưu vực khác nhau 
như hình 11. Mô hình SWAT mô phỏng dòng 
chảy lưu vực theo hai kịch bản, kịch bản 1 (KB1) 
ứng với bản đồ sử dụng đất năm 2005, kịch bản 2 
(KB2) ứng với bản đồ sử dụng đất năm 2010. Hai 
kịch bản trên chỉ khác nhau về dữ liệu sử dụng 
đất, các dữ liệu còn lại như thổ nhưỡng, thời tiết là 
như nhau. Sau đó, kết quả đầu ra của SWAT liên 
quan đến dòng chảy, bồi lắng sẽ được xem xét, so 
sánh giữa hai kịch bản. Sử dụng đất năm 2005 và 
2010 sử dụng chuỗi số liệu khí tượng chung từ 
năm 1990 - 2010, qua đó cho phép đánh giá định 
lượng tác động của thay đổi sử dụng đất đến dòng 
chảy. Khoảng thời gian đánh giá là giai đoạn 
2005-2010 (15 năm đầu được xác lập là thời kì 
“warm up” cho quá trình mô phỏng). 
Hình 11. Lưu vực sông Vu Gia và các tiểu lưu vực 
 a. Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đến các 
thành phần cân bằng nước 
Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đến các 
thành phần cân bằng nước trên lưu vực được thể 
hiện như trong hình 12. Theo đó, trong giai đoạn 
2005-2010, lưu lượng dòng chảy giảm 5,7%, 
dòng chảy ngầm (GW_Q) tăng 30,69%, lượng 
nước trong kênh (WYLD) tăng 26,48%, các thành 
phần dòng chảy trễ (LAT_Q) và lượng nước trong 
đất (SW) gia tăng khoảng 24%, thành phần dòng 
chảy mặt (SUR_Q) giảm 9,39%. Nguyên nhân 
gây nên sự thay đổi trên có thể là do việc mở rộng 
diện tích đất nông nghiệp, đất ở, đất chuyên dùng 
cùng với hoạt động bảo vệ và phát triển rừng. 
Với phạm vi phân bố rộng (tỉ lệ che phủ rừng 
83%), tầng đất sâu, hệ thống rễ chằng chịt, tán 
cây lớn, khả năng thấm hút cao, đất lâm nghiệp 
giữ vai trò điều tiết nước quan trọng trên lưu vực, 
khiến cho GW_Q, LAT_Q, SW tăng, SUR_Q 
giảm. Trong khi đó, để đáp ứng nhu cầu phát 
triển kinh tế - xã hội, một phần diện tích rừng đã 
chuyển đổi sang đất nông nghiệp, đất ở và đất 
chuyên dùng (khu công nghiệp, công trình thủy 
điện,), kết quả tạo nên sự gia tăng WYLD. 
N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
89
Hình 12. Sự thay đổi các thành phần cân bằng 
nước giữa hai kịch bản 
b. Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đến lưu 
lượng dòng chảy 
Lưu lượng dòng chảy là đại lượng thể hiện 
lượng nước chảy qua một mặt cắt bất kỳ (sông, 
suối) trong thời gian một giây. Nghiên cứu này 
sử dụng các số liệu về lưu lượng dòng chảy tại 
cửa xả của lưu vực. Lưu lượng dòng chảy bề 
mặt phụ thuộc vào lượng mưa, độ che phủ của 
rừng trong lưu vực. Ở thời gian đầu hoàn toàn 
không sinh dòng chảy, khi mưa xuất hiện và 
cường độ tăng dần thì trên mặt đất xuất hiện 
dòng chảy bề mặt. Cả hai kịch bản, vào những 
tháng mùa khô dòng chảy thấp, khi lượng mưa 
tăng (các tháng 9, 10, 11, 12) thì lưu lượng 
dòng chảy tăng, đặc biệt là các tháng cao điểm 
trong mùa mưa. Về độ lớn của dòng chảy qua 
hai kịch bản cho thấy sự khác biệt mà nguyên 
nhân là do độ che phủ rừng tăng nên lưu lượng 
của dòng chảy ở kịch bản 2 giảm. 
Bảng 6 thể hiện lưu lượng dòng chảy tại cửa 
ra của lưu vực. Theo đó, lưu lượng dòng chảy 
trung bình ứng với kịch bản 1 là 174,4 m3/s, ứng 
với kịch bản 2 là 164,9 m3/s; lưu lượng dòng 
chảy thấp nhất là 5,6 m3/s (tháng 2/2005), lưu 
lượng lớn nhất vào tháng 09/2009 (927,7 m3/s). 
Có sự thay đổi này bởi vì ở Quảng Nam mùa 
mưa bắt đầu vào tháng 9, đến tháng 10 thường 
có lũ nên lưu lượng dòng chảy tại thời điểm này 
tăng cao. Đến tháng 2 mùa khô bắt đầu, do đó 
có sự giảm mạnh về dòng chảy. 
Bảng 6. Bảng thống kê lưu lượng dòng chảy tại cửa ra của lưu vực ứng với 2 kịch bản (đơn vị tính: m3/s) 
Tháng 
KB 1 KB 2 KB1 KB 2 KB 1 KB 2 KB 1 KB 2 KB 1 KB 2 KB 1 KB 2 
Năm 2005 Năm 2006 Năm 2007 Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010 
1 35,16 33,43 160,6 139,9 80,15 73,62 124,5 110,4 209,6 185,3 89,63 81,23
2 5,912 5,639 56,21 50,03 27,8 25,24 56,85 52,59 68,98 60,56 36,86 31,94
3 12,52 12,49 28,96 26,76 19,46 18,68 65,81 61,92 39,77 36,66 8,611 7,436
4 27,06 27,14 21,07 20,47 19,77 19,51 50,37 48,34 131,6 126,7 23,5 23,1
5 102,5 104,5 39,16 38,87 41,44 41,24 76,37 75,66 206,7 196,2 33,77 33,73
6 33,33 32,99 24,85 24,61 45,33 46,95 44,54 43,39 91,79 86,82 49,39 49,92
7 226,6 226,3 30,21 30,96 52,77 51,26 28,24 28,63 35,61 32,92 73,46 72,38
8 185,6 176 82,01 83,31 225,5 221,1 123,2 119,8 84,02 80,4 377,9 371
9 347,3 330 236,1 229,2 269,7 255,7 286,5 276,4 927,7 920,7 571,2 549,2
10 281,7 260,8 255,4 237,1 688,3 663,5 521,9 501 412,9 388,2 384,7 351,4
11 278,1 257,3 113 101,3 661,8 629 495,4 466,4 361,6 334,5 440,4 404,4
12 248,6 224,4 113 106,7 281,4 251 278,5 251,2 159,7 139,4 228,6 200,9
4.3. Đánh giá mô hình 
Trong mô hình SWAT để đánh giá kết quả 
mô phỏng, độ tin cậy người ta dựa trên giá trị lưu 
lượng dòng chảy thực đo và dựa vào các chỉ số: 
giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, hệ số xác định 
R2 (Krause, 2005) và chỉ số Nash-Sutcliffe 
(NSI) (Nash & Sutcliffe, 1970). Giá trị R2 nằm 
trong khoảng từ 0 đến 1, thể hiện mối tương 
quan giữa giá trị thực đo và giá trị mô phỏng. 
Chỉ số NSI có giá trị (-∞, 1) để đo lường sự phù 
hợp giữa giá trị thực đo và giá trị mô phỏng trên 
đường thẳng 1:1. 
 N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
90
2
__ __
2 1
2 2__ __
1 1
n
i i
i
n n
i i
i i
O O P P
R
O O P P

 
 2
1
2__
1
1
n
i i
i
n
i
i
O P
NSI
O O


Trong đó, O là giá trị thực đo; 
__
O là giá trị thực 
đo trung bình; n là số lượng giá trị tính toán; P là giá 
trị mô phỏng; và 
__
P là giá trị mô phỏng trung bình. 
Trong nghiên cứu này, đánh giá lưu lượng 
dòng chảy trên lưu vực sông Vu Gia đã sử dụng 
số liệu quan trắc hàng tháng tại trạm thủy văn 
Thạnh Mỹ. Giữa giá trị thực đo và mô phỏng trên 
tiểu lưu vực 16 (đoạn qua trạm thủy văn Thạnh 
Mỹ) cho thấy kết quả mô phỏng tương đối tốt, 
giá trị mô phỏng nhìn chung cao hơn giá trị 
thực đo (bảng 7, hình 13, hình 14). 
Bảng 7. Thống kê so sánh lưu lượng dòng chảy tháng 
tại tiểu lưu vực số 16 theo hai kịch bản 2005, 2010 
Thông số 
Tiểu lưu vực số 16 
(105°50'0"E, 15°46'0"N) 
KB1 (2005) KB2 (2010) 
Giá trị thực đo 
trung bình 
155.367 155.37
Giá trị mô 
phỏng trung bình
26.6405 31.4156
Hệ số xác định 
(R2) 
0.72212244 0.72116179
Chỉ số Nash-
Sutcliffe (NSI) 
-0.419711858 -0.338701738
Hình 13. Phân bố lưu lượng dòng chảy thực đo và 
mô phỏng tại tiểu lưu vực 16 theo KB1 
Hình 14. Phân bố lưu lượng dòng chảy thực đo và mô 
phỏng tại tiểu lưu vực 16 theo KB2 
5. Kết luận 
Trong giai đoạn 2005-2010, sự thay đổi sử 
dụng đất đã làm lưu lượng dòng chảy giảm 5,7%, 
dòng chảy ngầm (GW_Q) tăng 30,69%, lượng 
nước trong kênh (WYLD) tăng 26,48%, các 
thành phần dòng chảy trễ (LAT_Q) và lượng 
nước trong đất (SW) gia tăng khoảng 24%, thành 
phần dòng chảy mặt (SUR_Q) giảm 9,39%. 
Như vậy với hệ thống tán che phủ của các 
loại rừng tăng sẽ làm lưu lượng dòng chảy giảm, 
từ đó lượng xói mòn của đất, lượng đất cuốn 
xuống lòng sông trong lưu vực cũng giảm. Thêm 
vào đó, dòng chảy mặt giảm, lượng nước hút 
xuống đất tăng làm lượng nước trong kênh và 
dòng chảy ngầm tăng. 
Kết quả trên cho thấy, mô hình SWAT là mô 
hình tích hợp, có thể mô phỏng các quá trình diễn 
ra trong môi trường đất và nước. SWAT xem xét 
nhiều mối quan hệ, nhiều biến khi giải quyết bài 
toán môi trường. Điều này giúp người sử dụng có 
thế đánh giá chất lượng nước và đất trong thời 
gian dài trên khu vực rộng lớn và phức tạp. 
Tài liệu tham khảo 
[1] Bosch J.M. and Hewlett J.D., 1982. A review of 
catchment experiments to determine the effect of 
vegetation changes on water yield and 
évapotranspiration. J. Hydrol. 55: 3-23. 
[2] Peck A.J. and Williamson D.R., 1987. Effects of forest 
clearing on groundwater. J. Hydrol. 94, 47–65. 
[3] Luft G., Morgenschweis G. and Vogelbacher A., 
1982. The effects of large-scale terracing on 
N.T. Hồng và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2S (2014) 80-91 
91
hydrological processes. Presentation of first results of 
a study comparing two small experimental basins on 
the Kaiserstuhl-Mountain. Proc. Symp. Hydrol. Res. 
Basins, Sonderheft Landeshydrologie, Bern, 543-553 
[4] Ranzi R., Bochicchio M. and Bacchi B., 2002. 
Effects on floods of recent afforestation and 
urbanisation in the Mella River (Italian Alps). 
Hydrol. Earth Syst. Sci. 6, 239-253 
[5] Beighley R.E and Moglen G.E., 2002. Trend 
assessment in rainfall-runoff behavior in urbanizing 
watersheds. J. Hydrol. Eng. ASCE 7, 27–34 
[6] Costa M.H., Botta A. and Cardille J.A., 2003. 
Effects of large-scale changes in land cover on the 
discharge of the Tocantins River. Southeastern 
Amazonia. J.Hydrol. 283, 206–217. 
[7] Nguyễn Ý Như, Nguyễn Thanh Sơn, 2009. Ứng 
dụng mô hình SWAT khảo sát ảnh hưởng của các 
kịch bản sử dụng đất đối với dòng chảy lưu vực 
sông Bến Hải. Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia 
Hà Nội số 3S (2009): 492 – 498. 
[8] Tô Kiều Trang, 2009. Ứng dụng GIS và mô hình 
SWAT đánh giá tác động của thay đổi sử dụng đất tác 
động đến môi trường huyện Dĩ An tỉnh Bình Dương. 
Luận văn tốt nghiệp. Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM. 
[9] Huỳnh Thị Thanh Hạnh, 2010. Ứng dụng GIS và mô 
hình SWAT đánh giá tài nguyên đất và nước tại 
thượng nguồn lưu vực sông Srêpok tỉnh Đắklắk. Luận 
văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh. 
[10] Neitsch S.L., Arnold J.G., Kiniry J.R. and Williams 
J.R., 2005. Soil and Water Assessment Tool, 
Theoretical Documentation: Version 2005. 
Agricultural Research Service and Texas A & M 
Blackland Research Center, Temple, TX, USDA. 
[11] Luzio M.D., Srinivasan R. and Arnold J.G., 2002. 
Integration of Watershed Tools and the SWAT 
Model into BASINS. J. Am. Water Resour. Assoc., 
38(4), 1127-1141. 
[12] Ban quản lý dự án rủi ro thiên tai, Bộ NN&PTNT, 2012 
[13] Arnold J.G., Allen P.M. and Morgan D.S., 2001. 
Hydrologic Model for Design and Constructed 
Wetlands. Wetlands 21 (2), 167-178. 
[14] Neitsch S.L. 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, 3-23. 
Effect of Land Use Change on Water Discharge 
in Vu Gia Watershed, Viet Nam using GIS and SWAT 
Nguyễn Thị Hồng1,*, Nguyễn Duy Liêm2, Nguyễn Thị Bích3, Lê Duy Bảo Hiếu2, 
Lê Hoàng Tú2, Nguyễn Kim Lợi2 
1Faculty of Geology, VNU University of Science, Vietnam National University, Hanoi 
2Ho Chi Minh City University of Agriculture and Forestry; 3Viet Nam Forestry University 
Abstract: The human impact via land-use activities is one of the main reasons which affect water 
discharge in watershed. The change of plant-canopy system caused by land-use activities makes a great 
contribution to change of surface flow, ground water as well as sedimentation in the watershed. The GIS 
and SWAT model was applied in this research to simulate water discharge using 2 scenarios of land use in 
2005 and 2010 for Vu Gia watershed. The result shown that the increase area covered by plant-canopy in 
the watershed made a decrease about 5,7% of surface flow and 9,39% of SUR_Q in the period of 2005 to 
2010. The change also increased 30,69% of GW_Q, 26,48% of WYLD, 24% of LAT_Q and SW in the 
period. The research result demonstrates that it is suitable to integrate of SWAT model in GIS for impact 
assessment of the land-use change to flow quantity in the Vugia watershed, Quangnam province. The 
integration can support effectively for management, land-use planning in the watershed for the need of 
socio-economic development as well as the requirement of natural-resources protection (soil, water, forest). 
Keywords: GIS, SWAT, Land use change, Vu Gia Watershed