THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu lũ lụt, xói mòn đất trong điều kiện tác động kép của biến đổi khí hậu và thay đổi loại hình sử dụng đất tại lưu vực sông Cầu bằng mô hình số và hệ thống thông tin địa lý.
- Mã số: B2024-TNA-15
- Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Ngọc Anh
- Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
- Thời gian thực hiện: 01/2024 - 12/2025
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Thu thập, tổng hợp và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu khí tượng – thủy văn, địa hình, thổ nhưỡng, sử dụng đất và ảnh viễn thám cho lưu vực sông Cầu.
- Xây dựng mô hình thủy văn – xói mòn đất (SWAT) tích hợp GIS cho lưu vực sông Cầu.
- Mô phỏng và dự báo sự thay đổi lưu lượng dòng chảy, nguy cơ lũ lụt và xói mòn đất dưới các kịch bản biến đổi khí hậu và thay đổi sử dụng đất.
- Đề xuất các giải pháp quản lý, quy hoạch sử dụng đất bền vững, thích ứng với BĐKH dựa trên kết quả mô hình.
3. Tính mới và sáng tạo
- Tích hợp mô hình SWAT với GIS, viễn thám và thuật toán Random Forest nhằm mô phỏng đồng bộ các quá trình thủy văn, xói mòn đất và nguy cơ ngập lụt theo không gian - thời gian.
- Đánh giá định lượng tác động kép của biến đổi khí hậu theo kịch bản CMIP6/SSP2-4.5 và thay đổi sử dụng đất đến dòng chảy, bùn cát và nguy cơ thiên tai tại lưu vực sông Cầu.
4. Kết quả nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu cho thấy các mô hình được thiết lập đảm bảo độ tin cậy trong mô phỏng thủy văn, bùn cát và nguy cơ ngập lụt tại lưu vực sông Cầu. Mô hình SWAT đạt hiệu suất rất tốt đối với mô phỏng dòng chảy với chỉ số NSE đạt 0,95 trong giai đoạn hiệu chỉnh và 0,90 trong giai đoạn kiểm định. Đối với mô phỏng bùn cát, mô hình đạt mức khá với NSE dao động từ 0,62–0,76, đáp ứng yêu cầu đánh giá xói mòn đất và vận chuyển bùn cát theo các kịch bản nghiên cứu. Đồng thời, mô hình Random Forest cho kết quả phân loại nguy cơ ngập lụt rất cao với giá trị AUC lớn hơn 0,95.
Kết quả mô phỏng hiện trạng cho thấy sự phân hóa không gian rõ rệt của dòng chảy và xói mòn đất trong lưu vực. Dòng chảy mặt tập trung lớn ở khu vực hạ lưu với giá trị trên 60 mm/năm. Mặc dù phần lớn diện tích lưu vực thuộc nhóm xói mòn thấp đến trung bình, nhưng các khu vực xói mòn cao và rất cao lại tập trung tại một số “điểm nóng” như tiểu lưu vực 38, 50 và 62, đóng góp phần lớn lượng đất mất hàng năm. Nghiên cứu cũng khẳng định vai trò quan trọng của thảm phủ rừng trong giảm thiểu xói mòn đất, khi hiện tượng mất rừng giải thích khoảng 42% biến động lượng đất mất tại các khu vực trọng điểm.
Dưới tác động kép của biến đổi khí hậu và thay đổi sử dụng đất theo kịch bản S4 đến năm 2050, các đặc trưng thủy văn và xói mòn đất có xu hướng gia tăng đáng kể. Lưu lượng dòng chảy trung bình dự báo tăng khoảng 44,95%, trong khi đỉnh lũ có thể đạt tới 581,4 m³/s. Đặc biệt, lượng xói mòn đất trung bình toàn lưu vực dự báo tăng khoảng 380%, từ 2,62 lên 12,57 tấn/ha/năm, kéo theo sự mở rộng mạnh của các khu vực xói mòn rất cao. Nguy cơ ngập lụt cũng gia tăng rõ rệt với diện tích vùng nguy cơ cao và rất cao tăng thêm khoảng 72 km², tập trung chủ yếu tại thành phố Thái Nguyên và khu vực hạ lưu.
Những kết quả này là cơ sở khoa học quan trọng cho việc đề xuất các giải pháp bảo vệ rừng đầu nguồn, quản lý sử dụng đất, nâng cấp hệ thống quan trắc và tích hợp bản đồ rủi ro thiên tai vào quy hoạch phát triển bền vững của địa phương.
5. Sản phẩm:
5.1. Sản phẩm khoa học
5.1.1. Bài báo quốc tế
- Nguyen, N. A., Chu, V. T., Nguyen, L. H., Ha, A. T., & Nguyen, T. H. (2025). Streamflow Simulation in the Cau River Basin, Northeast Vietnam, Using SWAT-Based Hydrological Modelling. Geographies, 5(3), 41. (SCIE, Q2)
https://doi.org/10.3390/geographies5030041
- Nguyen, N. A., Chu, V. T., Nguyen, T. H., & Nguyen, T. H. (2026). Spatio-temporal dynamics of soil erosion and its relationship with forest loss in the Upper Cau River Basin, northern Vietnam. Hydrological Sciences Journal, 1–17. (SCIE, Q1)
https://doi.org/10.1080/02626667.2026.2641056
- Ngoc Anh, N., Van Trung, C., Hong Gam, N., Duc Vinh, H., & Trung, N. (2026). Impacts of Climate Change and Land-Use Change on Hydrological Processes and Sediment Load in the Upper Cau River Basin, Northern Vietnam. International Journal of Geoinformatics, 22(4), 91–109. (Scopus, Q2)
https://doi.org/10.52939/ijg.v22i4.4941
- Machaya Tafadzwa Milton, Dang Van Minh, Nguyen Ngoc Anh, Chu Van Trung* (2026). GIS-Based Modeling and Analysis of Vegetation Cover Change Using Multi-Temporal Satellite Imagery in Võ Nhai District, Vietnam period (2000–2025) with Predictions to 2050. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. (Scopus).
https://doi:10.1088/1755-1315/1633/1/012003
- Keith Daniel Tizon, Truong Thi Anh Tuyet, Nguyen Ngoc Anh, Chu Van Trung* (2026). Integration of GIS and Remote Sensing-based Spatiotemporal Analysis of Urban Livability Dynamics in Thai Nguyen, Vietnam (1994 – 2024). IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. (Scopus).
https://doi:10.1088/1755-1315/1633/1/012005
5.1.2. Bài báo trong nước
- Nguyễn Ngọc Anh, Chu Văn Trung, Ngô Thị Hồng Gấm, Hà Anh Tuấn, Nguyễn Thanh Hải, Nguyễn Lan Hương, Hoàng Trọng Thiện, Hoàng Đức Vinh, Nguyễn Hoài Nam (2025) Tích hợp mô hình Swat và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đánh giá sự thay đổi lưu lượng dòng chảy và xói mòn đất lưu vực sông Nghinh Tường, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên. Tạp chí Khoa học đất, số 77, năm 2025, trang 7 – 12.
- Nguyễn Ngọc Anh*, Hoàng Nhật Ánh, Chu Văn Trung, Phạm Văn Tuấn, Nguyễn Thanh Hải, Nguyễn Huy Trung (2026). Đánh giá diễn biến dòng chảy lưu vực sông Chợ Chu. Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Thái Nguyên 230 (14). trang 291-299.
https://doi.org/10.34238/tnu-jst.13131
- Nguyễn Ngọc Anh*, Hoàng Nhật Ánh, Nguyễn Lan Hương, Chu Văn Trung,
Nguyễn Huy Trung, Nguyễn Đức Nhuận (2026). Tích hợp mô hình Swat (Soil and Water Assessment Tool) và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) mô phỏng xói mòn đất và vận chuyển bùn cát lưu vực sông Chợ Chu (phụ lưu sông cầu). Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nông nghiệp, trường Đại học Nông lâm, Đại học Huế Tập 10(1)-2026. trang 5391-5403.
DOI:10.46826/huaf-jasat.v10n1y2026.1292
5.2. Sản phẩm đào tạo: 01 luận văn thạc sỹ và 03 đề tài sinh viên
- Tống Minh Tuấn (2025). Ứng dụng GIS đánh giá biến động sử dụng đất trên địa bàn lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2020 - 2025. Luận văn Thạc sỹ, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.
- Hoàng Trọng Thiện (2024). Ứng dụng GIS và mô hình SWAT hỗ trợ công tác đề xuất quy hoạch sử dụng đất cho lưu vực sông Cầu, tỉnh Thái Nguyên. Đề tài đại học, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.
- Hoàng Nhật Anh (2025). Ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu biến đổi dòng chảy, bùn cát lưu vực sông Chợ Chu (phụ lưu sông Cầu), tỉnh Thái Nguyên. Đề tài đại học, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.
- Dương Thị Ánh (2025). Ứng dụng viễn thám trong đánh giá biến động sử dụng đất trên địa bàn huyện Phú Lương thuộc lưu vực sông Cầu, tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2015 - 2025. Đề tài đại học, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.
5.3. Sản phẩm ứng dụng
- Bộ cơ sở dữ liệu hiện trạng (cơ sở dữ liệu thuộc tính và cơ sở dữ liệu không gian) và dự báo lũ lụt và xói mòn đất trong phạm vi lưu vực sông Cầu.
- 01 thiết kế mô hình dữ liệu không gian cho lưu vực sông Cầu và hướng dẫn sử dụng.
- 01 mô hình dự báo lũ lụt và xói mòn đất trong phạm vi lưu vực sông Cầu, ứng dụng thuật toán và hệ thống thông tin địa lý, độ chính xác >90%.
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu.
6.1. Phương thức chuyển giao
Sau khi kết thúc đề tài, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên sẽ chuyển giao công nghệ trọn gói kết hợp bồi dưỡng, hướng dẫn đơn vị thụ hưởng có thể tự cập nhật dữ liệu và điều chỉnh nội dung quản lý theo yêu cầu thực tế tại lưu vực sông Cầu bao gồm Thái Nguyên, Bắc Kạn và Định Hóa. Gồm các sản phẩm sau: Báo cáo thuyết minh tổng hợp đề tài; Bộ cơ sở dữ liệu hiện trạng (cơ sở dữ liệu thuộc tính và cơ sở dữ liệu không gian); Mô hình dự báo lũ lụt và xói mòn đất trong phạm vi lưu vực sông Cầu, ứng dụng thuật toán và hệ thống thông tin địa lý.
6.2. Địa chỉ ứng dụng
- Là tài liệu quan trọng cho chính quyền địa phương các cấp trong việc hoạch định quy hoạch phát triển KT-XH, quản lý không gian, xây dựng kế hoạch sơ tán, di dân bảo đảm an toàn tối đa cho người dân trong các khu vực có nguy cơ cao về lũ lụt, xói mòn.
- Là công cụ quan trọng phục vụ cho công tác quản lý, khai thác, sử dụng TNMT tại sở TNMT, sở NN&PTNT, sở Xây dựng, sở Giao thông Thái Nguyên.
- Là công cụ cung cấp thông tin, dự báo vị trí không gian nơi có nguy cơ cao xảy ra lũ lụt và sạt lở đất cho người dân và XH.
- Kết quả nghiên cứu còn là tài liệu phục vụ giảng dạy và NCKH tại một số đơn vị ở ĐHTN như khoa Quản lý Tài nguyên, khoa Môi trường - Trường ĐH Nông lâm; khoa Khoa học trái đất và Môi trường - Trường ĐH Khoa học thuộc ĐHTN.
6.3. Tác động và lợi ích mang lại
Đề tài được thực hiện đã hỗ trợ đào tạo được 01 thạc sĩ, 03 cử nhân, công bố 03 bài báo quốc tế, 02 bài trên kỷ yếu thội thảo quốc tế và 03 bài báo trong nước. Kết quả đề tài sẽ góp phần nâng cao chất lượng, hiệu quả đào tạo và nghiên cứu khoa học trong Đại học Thái Nguyên.
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Project title: Research on Flooding and Soil Erosion under the Combined Impacts of Climate Change and Land Use Change in the Cau River Basin Using Numerical Modeling and Geographic Information Systems
Code number: B2024-TNA-15
Coordinator: Dr. Nguyen Ngoc Anh
Implementing institution: Thai Nguyen University
Duration: 01/2024 - 12/2025
2. Objective(s)
- Collect, compile, and standardize meteorological–hydrological, topographic, soil, land use, and remote sensing datasets for the Cau River Basin.
- Develop a GIS-integrated SWAT hydrological and soil erosion model for the Cau River Basin.
- Simulate and predict changes in streamflow, flood risk, and soil erosion under climate change and land use change scenarios.
- Propose sustainable land-use planning and management solutions for climate change adaptation based on model results.
3. Creativeness and innovativeness
- Integrate the SWAT model with GIS, remote sensing, and the Random Forest algorithm to comprehensively simulate hydrological processes, soil erosion, and flood risk across spatial and temporal scales.
- Quantitatively assess the combined impacts of climate change under the CMIP6/SSP2-4.5 scenario and land use change on streamflow, sediment yield, and natural hazard risk in the Cau River Basin.
4. Research results
The research results demonstrate that the developed models achieved high reliability in simulating hydrological processes, sediment yield, and flood risk in the Cau River Basin. The SWAT model showed excellent performance in streamflow simulation, with NSE values of 0.95 during the calibration period and 0.90 during the validation period. For sediment simulation, the model achieved satisfactory performance with NSE values ranging from 0.62 to 0.76, meeting the requirements for assessing soil erosion and sediment transport under the proposed scenarios. In addition, the Random Forest model exhibited excellent flood risk classification performance, with AUC values greater than 0.95.
The baseline simulation results revealed clear spatial differentiation in streamflow and soil erosion across the basin. Surface runoff was highly concentrated in downstream areas, exceeding 60 mm/year. Although most of the basin area was classified as having low to moderate erosion risk, areas with high and very high erosion were concentrated in several “hotspots,” particularly sub-basins 38, 50, and 62, which contributed the majority of annual soil loss. The study also confirmed the critical role of forest cover in mitigating soil erosion, with forest loss explaining approximately 42% of the variation in soil loss within key areas.
Under the combined impacts of climate change and land use change (Scenario S4) projected to 2050, hydrological characteristics and soil erosion are expected to increase significantly. Average streamflow is projected to rise by approximately 44.95%, while peak discharge may reach 581.4 m³/s. Notably, the average soil erosion rate across the basin is projected to increase by about 380%, from 2.62 to 12.57 tons/ha/year, accompanied by a substantial expansion of areas classified as having very high erosion risk. Flood risk is also projected to intensify considerably, with the area of high and very high flood risk increasing by approximately 72 km², mainly concentrated in Thai Nguyen City and downstream regions.
These findings provide an important scientific basis for proposing solutions related to upstream forest protection, sustainable land-use management, upgrading monitoring systems, and integrating natural hazard risk maps into local sustainable development planning.
5. Products
5.1. Scientific articles
5.1.1. International articles
- Nguyen, N. A., Chu, V. T., Nguyen, L. H., Ha, A. T., & Nguyen, T. H. (2025). Streamflow Simulation in the Cau River Basin, Northeast Vietnam, Using SWAT-Based Hydrological Modelling. Geographies, 5(3), 41. (SCIE, Q2)
https://doi.org/10.3390/geographies5030041
- Nguyen, N. A., Chu, V. T., Nguyen, T. H., & Nguyen, T. H. (2026). Spatio-temporal dynamics of soil erosion and its relationship with forest loss in the Upper Cau River Basin, northern Vietnam. Hydrological Sciences Journal, 1–17. (SCIE, Q1)
https://doi.org/10.1080/02626667.2026.2641056
- Ngoc Anh, N., Van Trung, C., Hong Gam, N., Duc Vinh, H., & Trung, N. (2026). Impacts of Climate Change and Land-Use Change on Hydrological Processes and Sediment Load in the Upper Cau River Basin, Northern Vietnam. International Journal of Geoinformatics, 22(4), 91–109. (Scopus, Q2)
https://doi.org/10.52939/ijg.v22i4.4941
- Machaya Tafadzwa Milton, Dang Van Minh, Nguyen Ngoc Anh, Chu Van Trung* (2026). GIS-Based Modeling and Analysis of Vegetation Cover Change Using Multi-Temporal Satellite Imagery in Võ Nhai District, Vietnam period (2000–2025) with Predictions to 2050. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. (Scopus).
https://doi:10.1088/1755-1315/1633/1/012003
- Keith Daniel Tizon, Truong Thi Anh Tuyet, Nguyen Ngoc Anh, Chu Van Trung* (2026). Integration of GIS and Remote Sensing-based Spatiotemporal Analysis of Urban Livability Dynamics in Thai Nguyen, Vietnam (1994 – 2024). IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. (Scopus).
https://doi:10.1088/1755-1315/1633/1/012005
5.1.2. National articles
- Nguyen Ngoc Anh, Chu Van Trung, Ngo Thi Hong Gam, Ha Anh Tuan, Nguyen Thanh Hai, Nguyen Lan Huong, Hoang Trong Thien, Hoang Duc Vinh, Nguyen Hoai Nam (2025). Integration of the SWAT Model and Geographic Information System (GIS) for Assessing Streamflow Changes and Soil Erosion in the Nghinh Tuong River Basin, Vo Nhai District, Thai Nguyen Province. Journal of Soil Science, No. 77, 2025, pp. 7–12.
- Nguyen Ngoc Anh*, Hoang Nhat Anh, Chu Van Trung, Pham Van Tuan, Nguyen Thanh Hai, Nguyen Huy Trung (2026). Assessment of Streamflow Variations in the Cho Chu River Basin. TNU Journal of Science and Technology, 230(14), 291–299.
https://doi.org/10.34238/tnu-jst.13131
- Nguyen Ngoc Anh*, Hoang Nhat Anh, Nguyen Lan Huong, Chu Van Trung, Nguyen Huy Trung, Nguyen Duc Nhuan (2026). Integration of the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) Model and Geographic Information System (GIS) for Simulating Soil Erosion and Sediment Transport in the Cho Chu River Basin (a Tributary of the Cau River). HUAF Journal of Agricultural Science and Technology, Hue University of Agriculture and Forestry, 10(1), 2026, pp. 5391–5403.
DOI:10.46826/huaf-jasat.v10n1y2026.1292
5.2. Training products: 01 Master’s Thesis and 03 Undergraduate Research Projects
Tong Minh Tuan (2025). Application of GIS for Assessing Land Use Change in the Cau River Basin Section Flowing Through Thai Nguyen City, Thai Nguyen Province, during the Period 2020–2025. Master’s Thesis, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.
Hoang Trong Thien (2024). Application of GIS and the SWAT Model to Support Land Use Planning in the Cau River Basin, Thai Nguyen Province. Undergraduate Research Project, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.
Hoang Nhat Anh (2025). Application of the SWAT Model for Studying Streamflow and Sediment Variations in the Cho Chu River Basin (a Tributary of the Cau River), Thai Nguyen Province. Undergraduate Research Project, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.
Duong Thi Anh (2025). Application of Remote Sensing in Assessing Land Use Change in Phu Luong District within the Cau River Basin, Thai Nguyen Province, during the Period 2015–2025. Undergraduate Research Project, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry.
5.3. Application products
- A baseline database system (attribute database and spatial database) and forecasting datasets for flooding and soil erosion within the Cau River Basin.
- One spatial database model design for the Cau River Basin, together with a user guideline.
- One flood and soil erosion prediction model for the Cau River Basin integrating machine learning algorithms and Geographic Information Systems (GIS), with an accuracy greater than 90%.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results
6.1. Transfer alternatives
Upon completion of the project, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry will provide a comprehensive technology transfer package, including training and technical guidance, enabling beneficiary agencies to independently update data and adjust management contents according to practical requirements within the Cau River Basin, including Thai Nguyen, Bac Kan, and Dinh Hoa areas. The transferred products include: A comprehensive project summary report; A baseline database system (attribute database and spatial database); A flood and soil erosion prediction model for the Cau River Basin integrating algorithms and Geographic Information Systems (GIS).
6.2. Application institutions
- Serve as an important reference for local authorities at different levels in socio-economic development planning, spatial management, and the development of evacuation and resettlement plans to ensure maximum safety for people in areas at high risk of flooding and soil erosion.
- Function as an important tool supporting the management, exploitation, and utilization of natural resources and the environment for the Departments of Natural Resources and Environment, Agriculture and Rural Development, Construction, and Transport in Thai Nguyen Province.
- Provide information and spatial forecasts of areas at high risk of flooding and landslides for local communities and society.
- The research results also serve as teaching and scientific research materials for several units of Thai Nguyen University, including the Faculty of Natural Resources Management and the Faculty of Environment at Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry, as well as the Faculty of Earth and Environmental Sciences at Thai Nguyen University of Sciences.
6.3. Impacts and benefits of research results
The project has supported the training of 01 master’s student and 03 undergraduate students, and resulted in the publication of 03 international journal articles, 02 papers in international conference proceedings, and 03 domestic journal articles. The project outcomes are expected to contribute to improving the quality and effectiveness of education and scientific research at Thai Nguyen University.
