Luận văn thạc sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Xây dựng bản đồ trạng thái dinh dưỡng bằng phương pháp viễn thám: Nghiên cứu cho hồ Dầu Tiếng

TÓM TẮT LUẬN VĂN Ô nhiễm dinh dưỡng hay phú dưỡng hóa là một trong những nguyên nhân chính làm suy giảm chất lượng nước, gây ra hiện tượng tảo nở hoa và ảnh hưởng nguy hại đến hệ sin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -oOo -

NGUYỄN HOÀNG THÔNG

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM, NGHIÊN CỨU CHO HỒ DẦU

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THỊ VÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lâm Đạo Nguyên

3 Cán bộ nhận xét 2: TS Phạm Thị Mai Thy 4 Ủy viên hội đồng: PGS.TS Trần Thị Vân 5 Thư ký hội đồng: TS Võ Nguyễn Xuân Quế Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG

VÀ TÀI NGUYÊN

PGS.TS Trương Thanh Cảnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC

Họ và tên: NGUYỄN HOÀNG THÔNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/12/1999 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường Khóa: 2021

I TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG BẰNG

PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM, NGHIÊN CỨU CHO HỒ DẦU TIẾNG (Mapping trophic state using remote sensing, case study on Dau Tieng reservoir)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1 Nhiệm vụ: Thành lập bản đồ và đánh giá trạng thái dinh dưỡng hồ Dầu Tiếng

bằng kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh để hỗ trợ công tác quản lý chất lượng nước hồ

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/05/2024 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Trần Thị Vân

LỜI CẢM ƠN

Sau một khoảng thời gian dài tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với những nỗ lực của bản thân, cuối cùng em đã có thể hoàn thành được luận văn Thạc sĩ với đề tài “Xây dựng bản đồ trạng thái dinh dưỡng bằng phương pháp viễn thám, nghiên cứu cho hồ Dầu Tiếng” Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa Môi Trường và Tài Nguyên, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM Sau đây em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

Cô PGS.TS Trần Thị Vân, là giảng viên hướng dẫn của em trong quá trình thực hiện đề tài này Trong suốt thời gian làm đề tài, cô luôn tận tâm, nhiệt tình và giúp đỡ em rất nhiều Nhờ vào những kiến thức, chỉ dẫn, lời khuyên của cô mà em có thể hoàn thành được đề tài nghiên cứu của mình

Em xin cảm ơn thầy PGS.TS Đào Thanh Sơn đã cho em sử dụng bộ dữ liệu quan trắc các thông số tại hồ Dầu Tiếng của thầy Những số liệu quan trắc mà thầy cung cấp là dữ liệu vô cùng quý giá giúp em có thể thực hiện được đề tài nghiên cứu

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến cô Bùi Thị Như Phượng ở Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP.HCM, đã hướng dẫn và hỗ trợ em phương pháp phân tích các mẫu nước được thu thập trong quá trình khảo sát thực địa

Bên cạnh đó, con cũng xin cảm ơn ba mẹ, những người đã luôn bên cạnh, động viên con cố gắng trong những lúc con gặp khó khăn

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn tất cả!

Học viên

Nguyễn Hoàng Thông

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ô nhiễm dinh dưỡng hay phú dưỡng hóa là một trong những nguyên nhân chính làm suy giảm chất lượng nước, gây ra hiện tượng tảo nở hoa và ảnh hưởng nguy hại đến hệ sinh thái ở các thủy vực Hồ Dầu Tiếng, nguồn cấp nước quan trọng cho các tỉnh Tây Ninh, Bình Dương, Bình Phước, Long An và Thành phố Hồ Chí Minh, đang đứng trước nguy cơ bị ô nhiễm dinh dưỡng nghiêm trọng do các tác động của con người Luận văn trình bày kết quả đánh giá và giám sát trạng thái dinh dưỡng khu vực hồ Dầu Tiếng theo chỉ số trạng thái dinh dưỡng (TSI) bằng phương pháp viễn thám kết hợp với các dữ liệu đo đạc thực địa trong giai đoạn cuối mùa mưa đến đầu mùa khô 2012 – 2013 và tháng 5 năm 2023 Kết quả phân tích tương quan giữa các giá trị đo đạc thực địa và 15 thuật toán định tính cho thấy hai thông số độ sâu Secchi và tổng phốt pho có mức độ tương quan tốt nhất với thuật toán NIR/BLUE, trong khi thông số Chl-a có mức độ tương quan tốt nhất với thuật toán NIR/RED (R > 0,8) Từ đó, luận văn tiến hành thành lập bản đồ phân bố không gian giá trị các thông số và trạng thái dinh dưỡng theo TSI cho toàn khu vực hồ Dầu Tiếng dựa trên các mô hình hồi quy được xây dựng từ các thuật toán định tính và giá trị đo đạc thực địa Kết quả phân tích chỉ ra rằng, tại thời điểm tháng 5 năm 2023, hồ Dầu Tiếng đang có dấu hiệu phú dưỡng trên phần lớn các khu vực hồ, một số khu vực còn có dấu hiệu siêu phú dưỡng, làm gia tăng nguy cơ xảy ra hiện tượng tảo nở hoa gây hại nghiêm trọng Kết quả đạt được trong nghiên cứu này sẽ là nguồn tham vấn hữu ích, góp phần hỗ trợ cho công tác quản lí để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm dinh dưỡng môi trường nước hồ Dầu Tiếng

ABSTRACT

Nutrient pollution, also known as eutrophication, is one of the main causes of water quality deterioration, causing algal blooms and harmful effects on ecosystems in water bodies Dau Tieng Reservoir, an important water supply for the provinces of Tay Ninh, Binh Duong, Binh Phuoc, Long An and Ho Chi Minh City, is at risk of serious nutrient pollution due to human impacts The thesis presents results of assessing and monitoring trophic state in the Dau Tieng Reservoir area according to the Trophic State Index (TSI) using remote sensing methods combined with ground monitoring for the late rainy season to early dry season 2012 – 2013 and May 2023 The results of correlation analysis between field measurement values and 15 qualitative algorithms show that the two parameters, Secchi depth and total phosphorus, correlate best with the NIR/BLUE algorithm, while the Chl-a parameter correlates best with the NIR/RED algorithm (R > 0.8) From there, the thesis proceeds to establish spatial distribution maps of parameters and trophic state according to TSI for the entire Dau Tieng reservoir area based on regression models built from quanlitative algorithms and ground monitoring data at sampling points Analysis results show that, as of May 2023, the Dau Tieng Reservoir shows signs of eutrophication in most areas; some areas also show signs of hypereutrophication, causing the risk of harmful severe algal blooms The results achieved in this study will be a valuable source of consultation, supporting environmental management to

minimize nutrient pollution in the Dau Tieng Reservoir water source

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ



Tôi xin cam đoan đề tài Luận văn Thạc sĩ “Xây dựng bản đồ trạng thái dinh dưỡng bằng phương pháp viễn thám, nghiên cứu cho hồ Dầu Tiếng” là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của bản thân Các số liệu được sử dụng trong luận văn này được thu thập từ thực tế, có nguồn gốc rõ ràng, đáng tin cậy, được trình bày rõ ràng trong phần tài liệu tham khảo và phụ lục Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 06 năm 2024

Học viên

Nguyễn Hoàng Thông

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

ABSTRACT iii

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 3

5.1 Ý nghĩa khoa học 3

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM DINH DƯỠNG 5

1.1.1 Khái niệm ô nhiễm dinh dưỡng 5

1.1.2 Nguyên nhân gây ra ô nhiễm dinh dưỡng 5

1.1.3 Tác hại của ô nhiễm dinh dưỡng 6

1.2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 8

1.2.1 Khái niệm 8

1.2.2 Ảnh viễn thám 9

1.2.3 Thông tin viễn thám 10

1.2.4 Vệ tinh viễn thám 12

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 14

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 14

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 18

1.4 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 20

1.4.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 20

1.4.2 Đặc điểm kinh tế, xã hội và môi trường 23

1.4.3 Chính sách quản lí 28

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC 31

2.1.1 Cơ sở viễn thám giám sát môi trường nước 31

2.1.2 Cơ sở thống kê và xử lý số liệu 33

2.1.3 Cơ sở pháp lý về chất lượng nước 35

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.2.1 Dữ liệu đầu vào 37

2.2.2 Phương pháp xác định trạng thái dinh dưỡng 42

3.1.4 Nắn chỉnh hình học 51

3.2 TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG TỪ BỘ DỮ LIỆU QUAN TRẮC 52

3.3 TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG TỪ PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM KẾT HỢP QUAN TRẮC MẶT ĐẤT 54

3.3.1 Phân tích tương quan và xây dựng mô hình hồi quy 54

3.3.2 Đánh giá độ chính xác mô hình hồi quy 56

3.3.3 Bản đồ phân bố không gian trạng thái dinh dưỡng 57

3.4 TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG LIÊN KẾT HIỆN TƯỢNG TẢO NỞ HOA VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 64

3.5 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 69

3.5.1 Phân tích nguyên nhân 69

2.2 Kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 83

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường CDOM : Chất hữu cơ hòa tan có màu (Colored Dissolved Organic Matter) Chl-a : Chlorophyll-a

CSDL : Cơ sở dữ liệu DBMS : Hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu (DataBase Management System) NAP : Các hạt không phải tảo (Non-Algal Particles)

NASA : Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (National Aeronautics and

Space Administration) QCVN : Quy chuẩn Việt Nam SD : Độ sâu Secchi

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TP : Tổng Phốt pho

TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh TSI : Chỉ số trạng thái dinh dưỡng (Trophic State Index) UBND : Uỷ Ban Nhân Dân

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: So sánh các kênh phổ ảnh Landsat-7, Landsat-8 và Landsat-9 14Bảng 2.1: Giá trị giới hạn các thông số trong nước mặt phục vụ cho việc phân loại chất lượng nước hồ, ao, đầm và bảo vệ môi trường sống dưới nước 37Bảng 2.2: Thời gian quan trắc và tọa độ các điểm quan trắc 39Bảng 2.3: Trạng thái dinh dưỡng tương ứng với giá trị TSI, độ sâu Secchi, tổng phốt pho và chlorophyll-a 43Bảng 2.4: Các thuật toán định tính được sử dụng trong nghiên cứu 45Bảng 3.1: Giá trị SD, TP, Chl-a, TSI và trạng thái dinh dưỡng tại các điểm quan trắc 53Bảng 3.2: Tương quan giữa giá trị quan trắc thực địa của các thông số và các thuật toán định tính 55Bảng 3.3: Đánh giá độ chính xác kết quả định lượng từ mô hình hồi quy theo các sai số dự báo 56Bảng 3.4: Giá trị min-max định lượng các thông số tại các thời điểm ảnh vệ tinh 62

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Nguyên lí hoạt động của viễn thám 9

Hình 1.2 Phản xạ phổ của đất, nước và thực vật 11

Hình 1.3 Vị trí địa lí hồ Dầu Tiếng 21

Hình 1.4 Hoạt động khai thác cát khu vực thượng lưu hồ Dầu Tiếng 24

Hình 1.5 Điểm tập kết cát khai thác khu vực thượng lưu hồ Dầu Tiếng 24

Hình 1.6 Hoạt động nuôi cá lồng nhánh hồ vùng thượng lưu tỉnh Tây Ninh 25

Hình 1.7 Hoạt động nuôi cá lồng nhánh hồ vùng thượng lưu tỉnh Bình Dương 25

Hình 1.8 Hoạt động san lấp trái phép khu vực bờ hồ Dầu Tiếng 26

Hình 1.9 Các điểm du lịch tự phát ven bờ hồ Dầu Tiếng 27

Hình 1.10 Hoạt động canh tác nông nghiệp vùng bán ngập hồ Dầu Tiếng 28

Hình 1.11 Hoạt động chăn nuôi gia súc vùng bán ngập hồ Dầu Tiếng 28

Hình 2.1 Sự tương tác của ánh sáng với mặt nước 32

Hình 2.2 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 33

Hình 2.3 Khả năng phản xạ phổ của một số loại nước 33

Hình 2.4 Vị trí các điểm quan trắc 39

Hình 2.5 Ảnh Landsat-7 (a) toàn cảnh có chứa hồ Dầu Tiếng ở tâm ảnh và (b) cắt nhỏ ngay khu vực 41

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình thực hiện luận văn 48

Hình 3.1 Kết quả xử lí lỗi mất tín hiệu (a) trước khi xử lí và (b) sau khi xử lí 50

Hình 3.2 Kết quả nắn chỉnh ảnh (a) trước khi nắn chỉnh và (b) sau khi nắn chỉnh 52 Hình 3.3 Phương trình hồi quy giữa giá trị thực địa và giá trị từ các thuật toán định tính cho các tham số: (a) SD, (b) TP, (c) Chl-a 55

Hình 3.4 Bản đồ phân bố không gian thông số SD các thời điểm thu ảnh vệ tinh 58

Hình 3.5 Bản đồ phân bố không gian thông số TP các thời điểm thu ảnh vệ tinh 59 Hình 3.6 Bản đồ phân bố không gian thông số Chl-a các thời điểm thu ảnh vệ tinh 60 Hình 3.7 Bản đồ phân bố không gian giá trị TSI các thời điểm thu ảnh vệ tinh 61 Hình 3.8 Mối tương quan giữa tảo nở hoa và hiện trạng dinh dưỡng khu vực hồ Dầu Tiếng vào thời điểm ảnh vệ tinh thu chụp ngày 26/03/2021 65 Hình 3.9 Mối tương quan giữa chất lượng nước, tảo nở hoa và hiện trạng dinh dưỡng khu vực hồ Dầu Tiếng vào thời điểm ảnh vệ tinh thu chụp ngày 06/05/2023 67 Hình 3.10 Một số hoạt động nhân sinh được ghi nhận tại khu vực hồ Dầu Tiếng 71 Hình 3.11 Các hoạt động nhân sinh được ghi nhận từ dữ liệu ảnh trên Google Earth 71

MỞ ĐẦU1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những thập kỉ gần đây, bùng nổ dân số thế giới đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các khu đô thị, kết hợp với xu thế công nghiệp hóa, đẩy mạnh sản xuất và phát triển kinh tế toàn cầu đã gây ra không ít những tác động tiêu cực đến môi trường Một trong những tác động lớn nhất của xu thế công nghiệp hóa, đô thị hóa là hoạt động phát thải các chất ô nhiễm Ô nhiễm dinh dưỡng là một trong những vấn đề ô nhiễm đang được quan tâm hiện nay Hiện tuợng này còn được biết đến với tên gọi khác là phú dưỡng hóa Ô nhiễm dinh dưỡng xảy ra khi nguồn nước tại các thủy vực trở nên dư thừa các chất dinh dưỡng và khoáng chất, đặc biệt là nitơ và phốt pho Bên cạnh đó, hiện tượng này cũng được định nghĩa là sự gia tăng năng suất thực vật phù du do chất dinh dưỡng gây ra (Chapin et al., 2011) Bởi vì dinh dưỡng từ nguồn nước sẽ thúc đẩy cho quá trình sinh trưởng và phát triển của các loài thực vật phù du, đặc biệt là các loài tảo Tảo nở hoa là tác hại phổ biến nhất của hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng và gây ra những tác động vô cùng nghiêm trọng đối với môi trường sống của các loài sinh vật dưới nước Tảo nở hoa và chết đi sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxy trong nước, chúng làm suy kiệt nồng độ oxi hòa tan, làm thiếu hụt nghiêm trọng nguồn oxi cho các sinh vật sống trong môi trường nước hô hấp (Watson et al., 2015) Một số loài tảo còn có khả năng phát sinh ra các loại độc tố, điển hình là loài tảo lam (hay còn gọi là vi khuẩn lam) Các loại độc tố này có thể gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe của con người và các loài sinh vật, thậm chí dẫn đến tử vong, thông qua việc tiếp xúc hoặc tiêu thụ nguồn nước và chuỗi thức ăn (Trung et al., 2018; Watson et al., 2015)

Các tác hại nghiêm trọng do hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng gây ra đã đặt ra yêu cầu cấp thiết trong việc theo dõi và giám sát hiện tượng này nhằm đưa ra các cảnh báo nhanh chóng và kịp thời đến người dân Tuy nhiên, việc giám sát mức độ ô nhiễm dinh dưỡng trên một khu vực rộng lớn bằng các phương pháp đo đạc truyền thống là vô cùng khó khăn và tốn kém Hơn thế nữa, việc đánh giá trạng thái dinh dưỡng cần phụ thuộc vào nhiều thông số môi trường nước, vì vậy để có thể giám sát

theo các phương pháp truyền thống cho một khu vực nghiên cứu có không gian rộng lớn và trong một chuỗi thời gian dài đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều công sức Phương pháp viễn thám có ưu điểm vượt trội trong việc giám theo sát theo không gian và thời gian đối với các vùng nghiên cứu rộng lớn dựa trên dữ liệu ảnh vệ tinh Bằng cách kết hợp với những dữ liệu đo đạc mặt đất, dữ liệu ảnh viễn thám và các thuật toán xử lí ảnh, phương pháp viễn thám có thể phát hiện đối tượng bề mặt đã và đang thể hiện những ưu thế nổi trội và ước tính giá trị định lượng của đối tượng đó Qua đó, giúp việc theo dõi, giám sát đối tượng nghiên cứu trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn, như trong luận văn là trạng thái dinh dưỡng của nguồn nước khu vực hồ Dầu Tiếng Vì vậy, với mong muốn nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát hiện tượng ô

nhiễm dinh dưỡng, đề tài luận văn Thạc sĩ đã tập trung “Xây dựng bản đồ trạng thái

dinh dưỡng bằng phương pháp viễn thám, nghiên cứu cho hồ Dầu Tiếng”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Thành lập bản đồ và đánh giá trạng thái dinh dưỡng hồ Dầu Tiếng bằng kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh để hỗ trợ công tác quản lý chất lượng nước hồ

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

(1) Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về ứng dụng phương pháp viễn thám trong giám sát trạng thái dinh dưỡng tại các thủy vực

(2) Đánh giá hiện trạng dinh dưỡng hồ Dầu Tiếng từ các điểm quan trắc mặt đất theo chỉ số trạng thái dinh dưỡng TSI

(3) Phân tích tương quan và xây dựng mô hình hồi quy giữa các giá trị đo đạc thực địa của các thông số dinh dưỡng và các thuật toán định tính từ giá trị bức xạ của ảnh vệ tinh để định lượng giá trị các thông số

(4) Lập bản đồ phân bố không gian các thông số và trạng thái dinh dưỡng hồ Dầu Tiếng cho các giai đoạn nghiên cứu

(5) Phân tích kết quả và đánh giá trạng thái dinh dưỡng môi trường nước ảnh hưởng đến chất lượng nước hồ và hiện tượng tảo nở hoa Từ đó, đề xuất giải pháp quản lý và giảm thiểu ô nhiễm dinh dưỡng

4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

• Đối tượng nghiên cứu: trạng thái dinh dưỡng môi trường nước theo chỉ số

TSI được tính toán từ 3 thông số dinh dưỡng: độ sâu Secchi, tổng phốt pho và chlorophyll-a từ dữ liệu bức xạ được thu nhận trên ảnh vệ tinh

• Phạm vi nghiên cứu: hồ Dầu Tiếng, diện tích lưu vực 2.700 km2, nằm trên địa phận 03 tỉnh Tây Ninh, Bình Dương, Bình Phước

• Dữ liệu nghiên cứu: dữ liệu quan trắc mặt đất các thông số dinh dưỡng, ảnh

vệ tinh Landsat-7 và Landsat-8 • Thời gian nghiên cứu: khảo sát giai đoạn 2012 – 2013 theo bộ dữ liệu thu thập

và dữ liệu quan trắc năm 2023

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 5.1 Ý nghĩa khoa học

Cơ sở lý thuyết của luận văn là tính toán giá trị các thông số dinh dưỡng và đánh giá hiện trạng dinh dưỡng cho hồ Dầu Tiếng dựa vào chỉ số trạng thái dinh dưỡng TSI Kết quả của luận văn nhằm xây dựng bản đồ phân bố không gian trạng thái dinh dưỡng môi trường nước hồ Dầu Tiếng bằng phương pháp viễn thám thông qua việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat và các kỹ thuật xử lí ảnh Các kết quả tính toán được đánh giá độ chính xác bằng cách so sánh với tập số liệu quan trắc thực địa được thu thập và phân tích từ đề tài luận văn Thạc sĩ

Kết quả của luận văn góp phần đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát chất lượng nước nói chung, cũng như hiện trạng ô nhiễm dinh dưỡng môi trường nước hồ Dầu Tiếng Từ đó, tạo bước đệm cho các nghiên cứu tiếp theo phát triển công nghệ này phục vụ công tác giám sát và đánh giá chất lượng nước tại các thủy vực

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả luận văn góp phần định tính và định lượng một số thông số dinh dưỡng môi trường nước, cung cấp dữ liệu liên tục theo không gian và thời gian cho khu vực hồ Dầu Tiếng, vấn đề mà các phương pháp quan trắc truyền thống hiện nay chưa giải quyết được Điều này giúp phát hiện sớm hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng hay tảo nở hoa, từ đó có các cảnh báo kịp thời cho cộng đồng địa phương

Việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát môi trường nước hồ Dầu Tiếng cũng giúp tối ưu về chi phí và thời gian, giảm thiểu các công việc thu thập mẫu nước truyền thống So với việc thu thập mẫu nước và phân tích trong phòng thí nghiệm, viễn thám giúp giảm đáng kể chi phí nhân lực và trang thiết bị Việc thu thập dữ liệu từ vệ tinh cũng ít tốn kém hơn và có thể bao quát diện rộng mà không cần nhiều nguồn lực

Kết quả luận văn đã thành lập bản đồ trạng dinh dưỡng của hồ Dầu Tiếng bằng phương pháp viễn thám và từ đó đánh giá hiện trạng dinh dưỡng của hồ Ngoài ra, các kết quả đánh giá từ luận văn cũng góp phần hỗ trợ công tác giám sát và đề xuất các giải pháp thích hợp trong việc quản lý và quan trắc môi trường nước hồ Dầu Tiếng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM DINH DƯỠNG

1.1.1 Khái niệm ô nhiễm dinh dưỡng

Ô nhiễm dinh dưỡng hay phú dưỡng hóa là hiện tượng nguồn nước trở nên dư thừa các chất dinh dưỡng và khoáng chất, đặc biệt là nitơ và phốt pho (Smith et al., 2006) Bên cạnh đó, hiện tượng này cũng được định nghĩa là sự gia tăng năng suất thực vật phù du do chất dinh dưỡng gây ra (Chapin et al., 2011) Bởi vì dinh dưỡng từ nguồn nước sẽ thúc đẩy cho quá trình sinh trưởng và phát triển của các loài thực vật phù du, đặc biệt là các loài tảo

1.1.2 Nguyên nhân gây ra ô nhiễm dinh dưỡng

Nguyên nhân gây ra hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng có thể đến từ các quá trình tự nhiên như sự phong hóa của đá và các khoáng vật, cháy rừng, hoạt động phát thải của động vật hoang dã hay sự trộn lẫn các dòng chảy bề mặt, tuy nhiên nguyên nhân chủ yếu vẫn là do các tác động từ hoạt động sinh hoạt và sản xuất nông - công nghiệp của con người (Vitousek et al., 1997; Schindler, 2006) Quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa cùng với việc bùng nổ dân số đã dẫn đến nhu cầu ngày càng lớn về nơi ở và mở rộng sản xuất Do đó, các khu đô thị, khu công nghiệp ven các thủy vực xuất hiện ngày càng nhiều và càng phát triển về quy mô Các khu vực này là nguồn phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư, nhà hàng, quán ăn sau khi thải ra sẽ theo các hệ thống kênh, rạch chảy vào các thủy vực gần đó, cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho vào trong môi trường nước (Smith el al., 2006)

Nói đến nước thải sinh hoạt thì cũng phải nói đến nước thải công nghiệp Trên thực tế, hàm lượng dinh dưỡng có trong nước thải công nghiệp là lớn hơn rất nhiều so với nước thải sinh hoạt, nhất là nước thải từ các ngành công nghiệp như sản xuất phân bón và chế biến thực phẩm (Javier et al., 2017) Cùng với tốc độ phát triển của đô thị và quá trình công nghiệp hóa hiện nay, việc các nhà máy công nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều hơn là điều đã được dự báo Nước thải từ các nhà máy dù đã qua xử

lí tuy nhiên vẫn cung cấp một lượng đáng kể dinh dưỡng cho môi trường nước Đó là chưa kể đến việc một số nhà máy còn xả thải trái phép các chất thải, nước thải chưa qua xử lí ra môi trường, gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Ngoài hoạt động công nghiệp, sự phát triển của các vùng canh tác nông nghiệp gần các thủy vực cũng là một trong các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng Vào giai đoạn mùa mưa, dưới tác động rửa trôi của nước mưa chảy tràn trên bề mặt, các chất thải, hóa chất, đặc biệt là phân bón được sử dụng trong nông nghiệp sẽ theo dòng chảy đổ vào các thủy vực gần đó (Carpenter et al., 1998) Phân bón nông nghiệp chứa hàm lượng rất lớn các chất dinh dưỡng, khi đổ vào các thủy vực sẽ làm tăng cao nồng độ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước Ngoài ra, các hoạt động nuôi trồng thủy sản tại các thủy vực cũng góp phần đáng kể vào việc nguồn nước bị phú dưỡng Thức ăn thừa và chất thải trong quá trình nuôi trồng tôm, cá từ các khu nuôi trồng sẽ khuếch tán ra môi trường nước, gây ra sự gia tăng nồng độ các chất dinh dưỡng

Tại Việt Nam, ô nhiễm dinh dưỡng chủ yếu phát sinh do việc quản lý chất thải chăn nuôi và sử dụng phân bón không hiệu quả Mỗi năm, nguồn thải từ ngành chăn nuôi lên trên 80 triệu tấn, tuy nhiên, chỉ có khoảng 40-50% được xử lý, số còn lại được thải trực tiếp ra các ao, hồ, kênh, rạch Bên cạnh đó, hiệu suất sử dụng phân bón ở nước ta cũng chỉ đạt trung bình 45-50% với phân đạm, 25-35% với lân, 60% với kali, trong khi phần còn lại bị thất thoát vào môi trường (Phạm, 2020)

1.1.3 Tác hại của ô nhiễm dinh dưỡng

Khi một tải lượng các chất ô nhiễm hữu cơ được thải vào môi trường nước, nó sẽ bị loại bỏ dần dần bởi hoạt động phân hủy của các vi sinh vật Hoạt động này làm giảm đáng kể lượng oxy hòa tan trong nước, làm các sinh vật trong nước thiếu oxy để hô hấp (Carpenter et al., 1998) Trong trường hợp một tải lượng lớn các chất ô nhiễm được thải ra, hoạt động phân hủy chất dinh dưỡng của các vi sinh vật càng diễn ra mạnh mẽ hơn, dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng nồng độ oxy hòa tan trong môi trường nước do sự tiêu thụ oxy trong quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật Khi lượng oxy bị tiêu thụ lớn, đặc biệt là trong các khu vực yếm khí (thiếu oxy), quá

trình phân hủy kỵ khí sẽ diễn ra, làm sản sinh ra các chất khí như methane và hydrogen sulfide, gây ra mùi hôi và làm suy giảm chất lượng nước (Horne & Goldman, 1994)

Ô nhiễm dinh dưỡng cũng là nguyên nhân dẫn đến các vấn đề môi trường khác, trong đó tảo nở hoa được xem là tác động phổ biến nhất của ô nhiễm dinh dưỡng (Smith et al., 2006) Sự nở hoa ở tảo được định nghĩa là khi mật độ tế bào tảo gia tăng một cách nhanh chóng trong các thủy vực và gây ra các tác động xấu cho các sinh vật sống dưới nước (Anderson et al., 2002) Sự tác động và gây hại của tảo đến hệ sinh thái và các loài sinh vật chủ yếu được thể hiện qua hai hình thái là tạo ra độc tố và làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong môi trường nước Một số loài tảo có khả năng phát sinh ra các loại độc tố, làm ngộ độc hệ sinh thái tại các thủy vực và gây chết hàng loạt các loài sinh vật sống trong môi trường nước Các độc chất này còn có thể tích lũy bên trong những loài sinh vật, lan truyền theo chuỗi thức ăn, từ động vật phù du, các loài cá nhỏ, cá lớn, lan truyền đến con người qua đường ăn uống, gây ngộ độc hoặc thậm chí tử vong (Paerl & Otten, 2013) Khi tảo nở hoa, sự phát triển dày đặc của các tế bào tảo sẽ phủ kín hết mặt nước, điều này gây cản trở việc oxy từ không khí khuếch tán vào môi trường nước (Smith et al., 2006) Hơn nữa, hoạt động hô hấp của tảo vào ban đêm với một mật độ tảo dày đặc cũng sẽ làm nồng độ oxy hòa tan trong nước sụt giảm nghiêm trọng, khiến cho sinh vật sống trong thủy vực không đủ oxy để hô hấp (Watzel, 2001) Nồng độ oxy trong nước vốn đã ít, lại không được bổ sung, dẫn đến việc thiếu oxy trầm trọng Khi tảo chết đi thì quá trình phân hủy xác tảo lại tiêu tốn một lượng lớn oxy hòa tan, và với một mật độ tảo lớn chết đi thì lượng oxy tiêu tốn là rất lớn, dẫn đến việc hình thành các vùng chết vì cạn kiệt hoàn toàn oxy hòa tan trong nước (Carpenter et al., 1998)

Ô nhiễm dinh dưỡng còn làm cho độ đục của nước tăng lên và làm giảm ánh sáng cho các thực vật thủy sinh quang hợp (Smith et al., 2006) Các chất thải hữu cơ cũng lắng xuống làm thay đổi đặc tính và cấu trúc của nền đáy Sự tích tụ chất hữu cơ và thay đổi nền đáy có thể ảnh hưởng đến các loài sinh vật sống ở đây, chẳng hạn như động vật không xương sống, cá đáy và các loại thực vật thủy sinh khác (Dodds & Whiles, 2010) Các loài sinh vật này có thể bị thiếu oxy hoặc mất nơi cư trú do sự

thay đổi cấu trúc và chất lượng của nền đáy Bên cạnh đó, quá trình phân hủy của chất hữu cơ đã lắng xuống nền đáy cũng có thể phóng thích các chất dinh dưỡng như nitrat và photphat trở lại môi trường nước, góp phần gây ra hiện tượng phú dưỡng và nở hoa của tảo, tạo ra một vòng luẩn quẩn của ô nhiễm dinh dưỡng (Wetzel, 2001)

Tóm lại, ô nhiễm dinh dưỡng là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng vì nó góp phần làm suy giảm chất lượng nước, phá hủy hệ sinh thái và môi trường sống của nhiều loài động-thực vật Lượng nitơ và phốt pho dư thừa sẽ kích thích tảo phát triển mạnh hơn nhiều so với mức môi trường có thể tiếp nhận, từ đó gây ra hiện tượng tảo nở hoa gây hại và hình thành nên các vùng chết - nơi mà hầu hết các loài sinh vật thủy sinh không thể tồn tại

1.2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 1.2.1 Khái niệm

Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời, nghiên cứu thông tin về các sự vật, hiện tượng gián tiếp dựa trên các nguồn dữ liệu thu thập được bằng các phương pháp chụp ảnh như hàng không, ảnh radar, ảnh vệ tinh Trên thực tế có nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, tuy nhiên mọi định nghĩa đều có nét chung cho rằng viễn thám là một ngành khoa học thu thập các thông tin về các sự vật, hiện tượng trên Trái Đất một cách gián tiếp từ một khoảng cách nhất định (Lê, 2015)

Cơ sở tư liệu của viễn thám là sóng điện từ được phát xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, các đối tượng trên bề mặt trái đất, trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng Sóng điện từ có 4 tính chất cơ bản bao gồm: bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực Mỗi một thuộc tính cơ bản này sẽ phản ánh nội dung thông tin khác nhau của vật thể, phụ thuộc vào thành phần vật chất và cấu trúc của chúng, làm cho mỗi đối tượng được xác định và nhận biết một cách duy nhất Sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể trên bề mặt trái đất sẽ được thu nhận bằng các hệ thống thu ảnh coi là bộ cảm (sensor) (Hình 1.1) Các bộ cảm được lắn đặt trên các phương tiện (platform) như kinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh Xử lý, phân tích, giải đoán (interpretation)

các dữ liệu ảnh viễn thám sẽ cho ra các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu (Lê, 2015)

Khi vệ tinh Landsat-1 được phóng không gian vào năm 1972, những ứng dụng của kỹ thuật viễn thám trong lĩnh vực giám sát môi trường và quản lý tài nguyên thiên nhiên đã bắt đầu được nghiên và trở thành một phương pháp hiệu quả trong việc giám sát, theo dõi và cập nhật thông tin của các đối tượng trên các khu vực nghiên cứu hay toàn bộ lãnh thổ Các kết quả giám sát và đánh giá từ công nghệ viễn pháp giúp phục vụ và hỗ trợ cho công tác khai thác và quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát biến động, nghiên cứu môi trường, nghiên cứu hệ sinh thái và thành lập bản đồ lớp phủ cũng như bản đồ hiện trạng sử dụng đất Do các tính chất của vật thể như công trình, đất, thực vật, nước có thể được xác định thông qua năng lượng bức xạ hay phản xạ được thu thập từ dữ liệu ảnh viễn thám Vì vậy, công nghệ viễn thám có thể xác định và nhận biết thông tin đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ

Hình 1.1 Nguyên lí hoạt động của viễn thám (Nguồn: Lê Văn Trung, 2015)

1.2.2 Ảnh viễn thám

Ảnh viễn thám (còn gọi là ảnh vệ tinh) là ảnh số thể hiện các vật thể trên bề mặt trái đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh (Lê, 2015) Tùy thuộc vào vùng bước sóng được sử dụng để thu nhận, ảnh viễn thám có thể được phân thành ba loại cơ bản:

• Ảnh quang học: Nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời • Ảnh nhiệt: Nguồn năng lượng chính là bức xạ nhiệt của các vật thể • Ảnh rada: Nguồn năng lượng chính là sóng rada tán xạ (phản xạ) từ các vật

thể do vệ tinh tự phát xuống theo những bước sóng đã được xác định Dữ liệu ảnh viễn thám thường được lưu trữ dưới dạng dữ liệu raster Mô hình dữ liệu raster được cấu tạo từ các pixel hay còn gọi là các điểm ảnh, mỗi điểm ảnh sẽ có một màu riêng, khi nhìn tổng thể chúng sẽ kết hợp lại để tạo thành một hình ảnh nhất quán Các pixel trong dữ liệu raster được sắp xếp thành các hàng và cột có kích thước bằng nhau để tạo thành một bề mặt phẳng Một khái niệm liên quan đến dữ liệu Raster đó chính là độ phân giải không gian hay còn gọi là độ phân giải mặt đất Độ phân giải không gian được xác định bằng cách đo một cạnh của điểm ảnh vuông Lấy ví dụ một mô hình raster với điểm ảnh diện tích 900 mét vuông trong thế giới thực sẽ có độ phân giải không gian là 30m Tùy thuộc vào loại vệ tinh và thiết kế độ phân giải của cảm biến sẽ cho ra các bức ảnh viễn thám có độ phân giải khác nhau

Để lưu trữ, xử lí và hiển thị ảnh vệ tinh trong máy tính kiểu Raster, tùy thuộc vào số bit dùng để ghi nhận thông tin, mỗi pixel sẽ có giá trị hữu hạn ứng với từng cấp độ xám (giá trị cấp độ sáng của từng pixel: BV- Brighteness Value) Ví dụ, 7 bits cho 128 cấp độ xám (0 - 127) và 8 bits cho 266 cấp độ xám (0 - 255), giá trị 0 tương ứng với màu đen và 255 là trắng Số bit dùng để ghi nhận thông tin (thang cấp độ xám được gọi là độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh, độ phân giải bức xạ thể hiện sự thay đổi nhỏ nhất của cường độ phản xạ sóng từ các vật thể được xác định bởi bộ cảm biến (Lê, 2015)

1.2.3 Thông tin viễn thám

Thông tin viễn thám trong dải phổ phản xạ có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng nhờ sự phân dị bức xạ của các đối tượng khác nhau trên ảnh vệ tinh Nhìn chung, các thông tin này phản ảnh 3 nhóm đối tượng là đất, nước và thực vật ở các trạng thái khác nhau tùy thuộc vào thời điểm bay chụp của vệ tinh Mỗi loại đối tượng có hành vi phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại các bước sóng khác nhau Hình 1.2 biểu diễn đường cong khái quát phản xạ phổ của các loại

lớp phủ mặt đất Thực vật có phản xạ phổ cao nhất ở bước sóng màu lục (0,5 - 0,6μm) trong vùng nhìn thấy, do đó có màu xanh lục Nhưng các đặc trưng phản xạ phổ của thực vật lại nổi bật nhất ở vùng hồng ngoại gần (0,7 - 1,4μm), là vùng bước sóng mà thực vật có phản xạ cao nhất Mức độ phản xạ của thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, có thể kể đến là lượng chlorophyll (chất diệp lục), độ dày tán lá và cấu trúc tán lá Nước có phản xạ chủ yếu nằm trong vùng nhìn thấy (0,4 - 0,7μm) và phản xạ mạnh ở dải sóng xanh lam (0,4 - 0,5μm) và xanh lục (0,5 - 0,6μm) Giá trị phản xạ của nước phụ thuộc chủ yếu vào thành phần, độ đục và độ rối Ở các vùng nước trong, nước thường có màu xanh lam (blue) hay blue-green do phản xạ mạnh ở các vùng có bước sóng ngắn hơn, ở những vùng ánh sáng đỏ và hồng ngoại (IR) nước có tạp chất trên lớp mặt (phù sa) sẽ phản xạ tốt hơn, nhưng cũng dễ gây nhầm lẫn đối với vùng nước cạn nhưng trong (Lê, 2015) Ðất có phần trăm phản xạ tăng dần theo chiều tăng của chiều dài bước sóng Phần trăm phản xạ của đất chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm và màu của đất

Phản xạ phổ của cùng một loại đối tượng cũng có thể được thể hiện khác nhau trên cùng một ảnh do có nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau, chủ yếu là do các sai biệt về không gian khi các sai biệt này khiến đối tượng được chiếu sáng khác nhau hoặc có cấu trúc khác nhau so với nguồn sáng

Hình 1.2 Phản xạ phổ của đất, nước và thực vật (Nguồn: Gupta, 1991)

1.2.4 Vệ tinh viễn thám

Trong hơn 3 thập kỉ gần đây, viễn thám trở thành một ngành khoa học phát triển mạnh mẽ nhờ vào sự phát triển của ngành công nghệ vũ trụ Khi mà ngày càng nhiều các vệ tinh nhân tạo được phóng vào không gian cung cấp những bức ảnh vệ tinh có chất lượng ngày càng cải tiến, phục vụ cho nhiều lĩnh vực trong cuộc sống Hiện nay có rất nhiều vệ tinh nghiên cứu Trái đất trên thế giới được phóng lên không gian như hệ thống vệ tinh Landsat của Hoa Kì, SPOT của Pháp, MOS-1 của Nhật Bản hay Sentinel của Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA) Trong đề tài luận văn, các ảnh viễn thám từ hệ thống vệ tinh Landsat được sử dụng trong đánh giá trạng thái dinh dưỡng tại hồ Dầu Tiếng Landsat là một chương trình vệ tinh quan sát Trái Đất được triển khai bởi NASA (National Aeronautics and Space Administration - Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Hoa Kỳ) và USGS (United States Geological Survey - Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ) Chương trình này đã liên tục cung cấp dữ liệu quan sát Trái Đất từ năm 1972 đến nay Lịch sử phát triển của thế hệ vệ tinh Landsat như sau:

Vào năm 1972, thế hệ vệ tinh Landsat-1, thế hệ vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Landsat, đã được NASA phóng vào không gian, mở ra một kỉ nguyên phát triển của ngành công nghệ vũ trụ Vệ tinh Landsat-1 được trang bị 2 cảm biến là cảm biến Return Beam Vidicon (RBV) và Multispectral Scanner (MSS) Ban đầu cảm biến RBV được xác định là cảm biến chính được sử dụng trên vệ tinh Landsat-1, tuy nhiên trong quá trình sử dụng cảm biến MSS thể hiện sự vượt trội hơn so với cảm biến RBV, khi thu được dữ liệu từ bốn dải quang phồ: xanh lam, xanh lục, đỏ, cận hồng ngoại Trong các thế hệ Landsat-2 và Landsat-3 được phóng năm 1975 và 1978 thì cảm biến MSS vẫn được sử dụng làm cảm biến chính mặc dù có nhiều sự cải tiến từ cảm biến RBV trong thế hệ Landsat-3 (NASA, 2024)

Năm 1982, NASA tiếp tục phóng vào quỹ đạo không gian thế hệ thứ tư của vệ tinh Landsat Lần này vệ tinh Landsat-4 vẫn được trang bị cảm biến MSS, tuy nhiên vệ tinh còn được trang bị thêm cảm biến Thematic Mappper (TM) với nhiều vượt trội hơn hẳn so với cảm biến MSS khi mở rộng dải phản xạ phổ lên 7 kênh và cho chất

lượng hình ảnh mặt đất chi tiết hơn hẳn Tuy nhiên, một năm sau khi phóng vào không gian thì Landsat-4 gặp vấn đề về đường truyền dữ liệu Vì vậy, năm 1984, NASA tiếp tục phóng vệ tinh Landsat-5 lên vũ trụ, đây là vệ tinh được sử dụng lâu nhất tính đến thời điểm hiện tại trong các thế hệ Landsat với 23 năm hoạt động từ 1984 đến 2013 Landsat-5 vẫn được duy trì hai cảm biến MSS và TM như Landsat-4, tuy nhiên vào năm 1995 thì cảm biến MSS đã được tắt, Landsat-5 từ đó hoạt động chỉ với cảm biến TM (NASA, 2024)

Năm 1999, thế hệ thứ bảy của Landsat ra đời với một số cải tiến so với Landsat- 5 Vệ tinh Landsat-7 được trang bị cảm biến Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) với chất lượng ảnh được đánh giá là rất tốt, với các phép đo có độ chính xác rất cao so với thực tế Về mặt dải quang phổ thì dải quang phổ Landsat-7 vẫn giữ nguyên so với thế hệ trước, chỉ thêm một dải quang phổ thứ 8 có bước sóng từ 0,5 µm đến 0,9 µm

Năm 2013, NASA tiếp tục phóng vào không gian vệ tinh Landsat-8, với rất nhiều thay đổi so với Landsat-7 Cảm biến được sử dụng trên Landsat-8 là Operational Land Imager (OLI) phục vụ lấy ảnh trên mặt đất và Thermal Infrared Sensor (TIRS) là cảm biến hồng ngoại nhiệt của Landsat-8 Chính vì sự thay đổi cảm biến nên dải quang phổ trên Landsat-8 cũng thay đổi so với các thế hệ Landsat-5 và Landsat-7

Năm 2021, thế hệ vệ tinh Landsat-9 được phòng vào không gian và là thế hệ mới nhất của chương trình vệ tinh Landsat Khi so sánh với các thế hệ trước đó, đặc biệt là với Landsat-8, Landsat-9 thể hiện nhiều cải tiến đáng kể Cảm biến của Landsat 9 bao gồm Operational Land Imager-2 (OLI-2) và Thermal Infrared Sensor-2 (TIRS-2), gần như tương tự như các cảm biến trên Landsat-8 nhưng đã được cải tiến để tăng cường độ tin cậy và chất lượng dữ liệu Độ phân giải của cả hai vệ tinh là tương đương, với dải phổ panchromatic có độ phân giải 15 mét, các dải phổ đa sắc 30 mét, và các dải phổ nhiệt hồng ngoại 100 mét (hiệu chỉnh xuống còn 30 mét) Landsat-8 và Landsat-9 đều bay trên quỹ đạo đồng bộ mặt trời ở độ cao khoảng 705 km và có chu kỳ quét lại mỗi 16 ngày Khi kết hợp, chu kỳ quét lại cho mỗi địa điểm trên Trái

Đất là 8 ngày, giúp cung cấp dữ liệu liên tục và chi tiết Các thông số kênh phổ được trình bày trong Bảng 1.1

Bảng 1.1: So sánh các kênh phổ ảnh Landsat-7, Landsat-8 và Landsat-9

Landsat-7 ETM+ Bands (𝝁m)

8 (OLI and TIRS) and 9 (OLI-2 and TIRS-2) Bands (𝝁m)

Landsat-0,435 - 0,451 30 m Band 1 - Aerosol Band 1 - Blue 30 m 0,441 - 0,514 0,452 - 0,512 30 m Band 2 - Blue Band 2 - Green 30 m 0,519 - 0,601 0,533 - 0,590 30 m Band 3 - Green Band 3 - Red 30 m 0,631 - 0,692 0,636 - 0,673 30 m Band 4 - Red Band 4 - NIR 30 m 0,772 - 0,898 0,851 - 0,879 30 m Band 5 - NIR Band 5 - SWIR1 30 m 1,547 - 1,749 1,566 - 1,651 30 m Band 6 - SWIR1

Band 6 - TIR 60 m 10,31 - 12,36 10,60 - 11,19 100 m Band 10 - TIR1

11,50 - 12,51 100 m Band 11 - TIR2 Band 7 - SWIR2 30 m 2,064 - 2,345 2,107 - 2,294 30 m Band 7 - SWIR2 Band 8 - Pan 15 m 0,515 - 0,896 0,503 - 0,676 15 m Band 8 - Pan

Năm 1978, các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan và các tổ chức liên quan đã ứng dụng chỉ số TSI và phương pháp mô hình hóa để đánh giá tình trạng dinh

dưỡng của hồ Erie, một trong những hồ lớn nhất ở Bắc Mỹ Các tác giả đã thu thập dữ liệu đo đạc hiện trường của các thông số SD, TP và Chl-a, từ đó tính toán giá trị TSI và kết hợp với các mô hình toán học để đánh giá hiện trạng dinh dưỡng cho hồ Erie Kết quả đánh giá từ nghiên cứu cho thấy hồ Erie bị ảnh hưởng nặng nề bởi phú dưỡng vào thời điểm khảo sát, với nồng độ TP và Chl-a ở mức cao, là nguyên nhân bùng phát của tảo độc và giảm thiểu đa dạng sinh học trong hồ (Burns & Ross, 1979)

Năm 1979, tác giả Goldman đã thực hiện một nghiên cứu đánh giá mức độ dinh dưỡng tại hồ Tahoe, Hoa Kỳ bằng chỉ số TSI từ dữ liệu phân tích các thông số SD, TP và Chl-a tại những điểm quan trắc Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng, hồ Tahoe là hồ dinh dưỡng thấp, với độ trong của nước cao, nồng độ TP và Chl-a ở mức thấp Nguyên nhân là do khu vực này chưa bị tác động bởi sự phát triển đô thị và các hoạt động du lịch xung quanh hồ Tuy nhiên, tác giả cũng nhấn mạnh rằng, hiện trạng dinh dưỡng của hồ có thể thay đổi theo chiều hướng xấu hơn khi các hoạt động này có xu hướng gia tăng tại thời điểm thực hiện nghiên cứu (Goldman, 1979) Cho đến nay, phương pháp đánh giá trạng thái dinh dưỡng tại những điểm quan trắc vẫn là một trong những phương pháp được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp truyền thống này là việc chỉ đánh giá được hiện trạng dinh dưỡng tại những vị trí quan trắc mà không thể đánh giá toàn diện cho tất cả khu vực của thủy vực Chính vì vậy, những phương pháp khác đã được phát triển và sử dụng kết hợp với các dữ liệu quan trắc để có để đánh giá tổng quan hơn về hiện trạng dinh dưỡng cho toàn bộ khu vực nghiên cứu

Từ những năm 1980, với sự ra đời của các thế hệ vệ tinh 4 và 5 đã đem lại những bức ảnh vệ tinh với chất lượng được cải tiến vượt trội so với thế hệ trước đó Đây được xem bước ngoặt cho sự phát triển và ứng dụng phương pháp viễn thám trong việc giải quyết các vấn đề về môi trường Như đã trình bày, hiện tượng ô nhiễm từ trước đến nay luôn là một trong những vấn đề môi trường được quan tâm bởi các nhà nghiên cứu do các tác hại mà nó gây ra là vô cùng lớn đối với các loài sinh vật sống trong môi trường nước và con người Mặc dù phương pháp viễn thám đã được phát triển từ khá sớm, tuy nhiên việc ứng dụng phương pháp này trong

Landsat-đánh giá mức độ dinh dưỡng của các thủy vực chỉ mới được quan tâm và ứng dụng rộng rãi trong khoảng hai thập kỉ gần đây Cùng sự ra đời của các vệ tinh khác được trang bị các cảm biến hiện đại hơn, chính xác hơn như Landsat-7, 8, 9; các thế hệ vệ tinh Sentinel; PlanetScope… đã giúp cho việc theo dõi, giám sát các thông số dinh dưỡng trong các thủy vực bằng phương pháp viễn thám trở nên dễ dàng và chính xác hơn Sau đây là tổng hợp một số nghiên cứu nổi bật đã được thực hiện trên thế giới:

Đầu tiên là nghiên cứu của Duan và cộng sự năm 2007 nhằm đánh giá hiện trạng dinh dưỡng tại hồ Chagan, Trung Quốc bằng thông số Chl-a Nghiên cứu sử dụng tỷ số kênh ảnh NIR/RED, tỷ số kênh thường được sử dụng trong các nghiên cứu theo dõi hiện tượng tảo nở hoa (Augusto-Silva et al., 2014; Richard et al., 2014; Buma & Lee, 2020), của ảnh vệ tinh Landsat-5, kết hợp với các giá trị đo đạc thực địa Chl-a từ các mẫu nước để xây dựng mô hình hồi quy ước tính nồng độ Chl-a và giá trị TSI Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng mô hình hồi quy trong nghiên cứu có thể sử dụng một cách hiệu quả để xác định nồng độ Chl-a và đánh giá trạng thái dinh dưỡng của hồ (Duan et al., 2007)

Năm 2014, một nghiên cứu của Papoutsa và cộng sự được tiến hành ở bốn vùng biển khác nhau ở Địa Trung Hải, Síp và Hy Lạp Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra tỷ số kênh ảnh vệ tinh và dạng mô hình hồi quy tốt nhất để ước tính giá trị TSI, bằng cách sử dụng thông số SD, một trong ba thông số thường được sử dụng để tính giá trị TSI Ảnh vệ tinh Landsat-5 và Landsat-7 được thu thập vào các thời điểm tương tự như các ngày quan trắc dữ liệu mặt đất từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2010 Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình hồi quy hàm mũ xây dựng từ tỷ lệ dải GREEN/RED có mối tương quan tốt nhất giữa các giá trị phản xạ từ dữ liệu ảnh vệ tinh và giá trị SD, với hệ số tương quan R2 = 0,89; trong khi mô hình hồi quy tuyến tính cho thấy mối tương quan kém giữa giá trị phản xạ hình ảnh vệ tinh và giá trị SD (Papoutsa et al., 2014)

Năm 2016, Membrillo và cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu lập bản đồ trạng thái dinh dưỡng theo TSI tại hồ cấp nước Chapala, Mexico, khu vực có dấu hiệu sự suy giảm chất lượng nước đáng kể do ô nhiễm các chất dinh dưỡng đến từ hệ thống

thoát nước từ các khu đô thị, canh tác nông nghiệp và hoạt động chăn nuôi Nghiên cứu này dựa trên cơ sở sự thay đổi tính chất quang học của nước do tăng giá trị độ đục và Chl-a Nghiên cứu ước tính độ đục trên cơ sở mối quan hệ tương quan giữa dữ liệu phản xạ của kênh RED với giá trị độ đục thực nghiệm và giá trị nồng độ Chl-a từ mối quan hệ tương quan giữa tỷ lệ NIR/RED với nồng độ Chl-a trong các mẫu nước hiện trường Giá trị của Chl-a và độ đục được tính toán cho hồ Chapala bằng cách sử dụng các mô hình hồi quy tuyến tính kết hợp với dữ liệu phản xạ quang phổ từ ảnh vệ tinh Các mô hình hồi quy tốt nhất ước tính giá trị độ đục và Chl-a với sai số lần lượt là 11% và 27% và mức độ tin cậy thu được từ mô hình hồi quy là 95% cho cả hai trường hợp (Membrillo et al., 2016)

Năm 2019, Shi và cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu với quy mô rất lớn với mục tiêu ước tính trạng thái dinh dưỡng tại hồ Qiandaohu, Trung Quốc với bốn thông số SD, tổng Nitơ (TN), TP và Chl-a bằng phương pháp viễn thám Nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp bán phân tích để ước tính TSI từ xa dựa trên dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat-8 cho vùng nước nội địa và được tiếp cận theo hai bước chính: (i) ước tính tổng hệ số hấp thụ quang học của các phần tử trong nước ở bước sóng 440 nm; (ii) xây dựng mối quan hệ giữa tổng hệ số hấp thụ và giá trị TSI được tính toán từ giá trị các thông số dinh dưỡng theo đề xuất của Carlson và cộng sự in 1977 Mô hình hồi quy trong nghiên cứu này được xây dựng từ 812 mẫu quan trắc nước ở 27 hồ tại Trung Quốc từ năm 2004 đến 2018 Kết quả ước tính giá trị TSI tại hồ Qiandaohu thể hiện mức độ tương quan tốt giữa hệ số hấp thụ bước sóng 440 nm với các thông số SD, TN, TP và Chl-a (R2 > 0.7) Ưu điểm lớn nhất của nghiên cứu này là bộ dữ liệu lớn giúp tăng độ chính xác và chặt chẽ của mô hình hồi quy Tuy nhiên, do nghiên cứu chỉ sử dụng bước sóng 440 nm thay vì các công thức kênh ảnh nên không thể áp dụng được với những hồ có nồng độ các chất hữu cơ hòa tan có màu cao bởi vì sẽ làm sai lệch lượng năng lượng bức xạ thu thập (Shi et al., 2019)

Vào năm 2022, Lyu và cộng sự cũng đã thực hiện một nghiên cứu khác để ước tính trạng thái dinh dưỡng tại 7 hồ ở Đông Bắc Trung Quốc bằng công nghệ viễn thám Tuy nhiên, khác với những nghiên cứu trước đó, nguồn dữ liệu viễn thám được

thu thập trong nghiên cứu là từ máy đo quang phổ cầm tay thay vì dữ liệu từ ảnh viễn thám Năng lượng bức xạ phản xạ sẽ được thu thập thông qua máy đo quang phổ cầm tay, điều này giúp hạn chế tối đa nhược điểm lớn nhất của viễn thám quang học là phụ thuộc điều kiện thời tiết Bộ dữ liệu trong nghiên cứu bao gồm các mẫu SD, TP và Chl-a được thu thập vào tháng 10 năm 2010 Bằng việc xây dựng mô hình hồi quy giữa các giá trị quan trắc các thông số và giá trị năng lượng phản xạ ghi nhận, nghiên cứu tiến hành định lượng giá trị các thông số và tính toán giá trị TSI theo công thức đề xuất bởi Carlson Kết quả ước tính TSI từ nghiên cứu là khá tốt với mức độ tương quan giữa dữ liệu đo đạc hiện trường với giá trị phản xạ thu nhận từ máy quang phổ cầm có hệ số tương quan R2 = 0.88 và các sai số giữa kết quả định lượng từ phương pháp viễn thám với dữ liệu thực tế là tương đối thấp (Lyu et al., 2022)

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, việc sử dụng chỉ số TSI để đánh giá hiện trạng dinh dưỡng ở các thủy vực đã và đang được triển khai nghiên cứu trong những năm trở lại đây Việc theo dõi hiện trạng dinh dưỡng nguồn nước có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc đưa ra các cảnh báo kịp thời đối với người dân khi hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng xảy ra, nhất là đối với những hộ sinh sống nhờ vào việc nuôi trồng thủy hải sản tại các thủy vực tự nhiên như sông, hồ Phần lớn các nghiên cứu sử dụng chỉ số TSI để đánh giá hiện trạng dinh dưỡng các thủy vực tại Việt Nam được thực hiện theo hai phương pháp: (i) đánh giá dựa trên một số điểm quan trắc mang tính đại diện; điều này chỉ thể hiện tình trạng dinh dưỡng tại những điểm đó thay vì đánh giá toàn bộ khu vực nghiên cứu; và (ii) đánh giá cho toàn bộ khu vực nghiên cứu bằng phương pháp viễn thám nhưng chỉ dựa trên thông số Chl-a Sau đây là một số nghiên cứu nổi bật tại Việt Nam:

Đầu tiên là nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu Hà và cộng sự năm 2017, sử dụng ảnh vệ tinh Landsat-8 để đánh giá hiện trạng dinh dưỡng hồ Linh Đàm, Hà Nội Nghiên cứu đã đề xuất việc đánh giá hiện trạng dinh dưỡng dựa trên giá trị TSI thông số Chl-a thay vì giá trị trung bình TSI của ba thông số SD, TP và Chl-a theo đề xuất trong nghiên cứu của Carlson năm 1977 Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng tỷ lệ

kênh GREEN/BLUE cung cấp mô hình hồi quy phù hợp nhất với để tính toán nồng độ Chl-a và giá trị TSI với R2 là 0,78 (Nguyen et al., 2017)

Cũng vào năm 2017, các nghiên cứu của Đỗ Hữu Tuấn và cộng sự; Nguyễn Thị Bích Ngọc và cộng sự tại hồ Xanh, Hải Phòng và một số hồ nội thành tại Hà Nội với mục tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm dinh dưỡng theo chỉ số TSI cũng đã được thực hiện Cả hai nghiên cứu trên đều được thực hiện theo phương pháp lấy mẫu đại diện, với ba thông số SD, TP và Chl-a Sau đó, giá trị TSI được tính toán dựa trên công thức theo đề xuất của Carlson (Đỗ et al., 2017; Nguyễn et al., 2017)

Năm 2018, Trần Đức Hạ đã thực hiện nghiên cứu đánh giá trạng thái dinh dưỡng hồ cấp nước Cao Vân, Hà Nội theo chỉ số TSI của Carlson Nghiên cứu này cũng được thực hiện dựa theo phương pháp lấy mẫu đại diện như các nghiên cứu của Tuấn và cộng sự, Ngọc và cộng sự trước đó Tuy nhiên, mẫu nước phân tích các thông số trong nghiên cứu này được lấy liên tục trong 10 ngày vào thời điểm tháng 3 và tháng 9 năm 2017 tại 3 vị trí để đảm bảo có thể đánh giá chính xác sự thay đổi trạng thái dinh dưỡng của hồ theo thời gian (Trần, 2018) Mặc dù vậy, việc đánh giá này chỉ chính xác tại các vị trí quan trắc và khó có thể đại diện cho toàn bộ khu vực hồ

Năm 2021, Nguyễn Thiên Phương Thảo và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu giám sát biến thiên mức độ phú dưỡng của hồ Hoàn Kiếm dựa vào hàm lượng Chl-a tính toán từ ảnh Sentinel–2A, được thu thập từ tháng 9 năm 2019 đến tháng 8 năm 2020 Kết quả khảo sát từ 50 điểm đo tại hồ Hoàn Kiếm vào 5 thời điểm khác biệt trong năm cho thấy hàm lượng Chl-a có tương quan cao với tỷ số phản xạ mặt nước ứng với kênh NIR và RED của ảnh Sentinel-2A (R2= 0,82) Nghiên cứu chỉ ra rằng có thể tính toán định lượng nồng độ Chl-a từ tỷ số này bằng phương trình hàm mũ với sai số trung bình đã được kiểm chứng (Nguyễn et al., 2021)

Kết luận: Nhìn chung các nghiên cứu về ứng dụng công nghệ viễn thám trong

đánh giá trạng thái dinh dưỡng tại các thủy vực theo chỉ số TSI tại Việt Nam vẫn còn khá hạn chế Hơn nữa, phần lớn các nghiên cứu chỉ đánh giá trạng thái dinh dưỡng dựa trên thông số Chl-a Trên thực tế, việc tính toán giá trị TSI chỉ dựa trên 1 thông

số cũng đã được Carlson đề cập Theo Carlson, việc tính toán giá trị TSI có thể dựa trên 1 thông số thay vì cả ba thông số độ SD, TP và Chl-a; trong đó thông số Chl-a được xem là thông số quan trọng và phản ánh tốt nhất hiện trạng dinh dưỡng của nguồn nước (Carlson, 1977) Bên cạnh đó, các kết quả từ các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, tỷ số kênh NIR/RED là tỷ số kênh có thể sử dụng để theo dõi hàm lượng Chl-a trong các thủy vực nghiên cứu

1.4 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.4.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

1.4.1.1 Vị trí địa lí

Khu vực nghiên cứu là hồ Dầu Tiếng, có vị trí địa lý trải dài qua địa phận ba tỉnh Tây Ninh, Bình Dương và Bình Phước, thuộc địa bàn 4 huyện Tân Châu và Dương Minh Châu (tỉnh Tây Ninh), Dầu Tiếng (tỉnh Bình Dương) và Bình Long (tỉnh Bình Phước) Hồ được hình thành do quá trình chặn dòng thượng nguồn sông Sài Gòn Hồ được bắt đầu khởi công xây dựng vào năm 1981, sau khi bắt đầu được thực hiện khảo sát từ năm 1976 và được đưa vào khai thác vào năm 1985 Cho đến nay, hồ Dầu Tiếng vẫn là công trình thủy lợi nhân tạo lớn nhất Việt Nam và khu vực Đông Nam Á

Hồ có toạ độ địa lí từ 11°29'07'' đến 11°36'15'' vĩ độ Bắc và từ 106°10'49'' đến 106°29'07'' kinh độ Đông, cách thị xã Tây Ninh 25 km về phía Đông Bắc và cách TP.HCM 70 km về phía Tây Bắc Hồ Dầu Tiếng có hình chữ V, cao dần về phía Bắc Hai bên nhánh của hồ, hướng về phía Tây Bắc có núi Bà Đen cao 986 m - núi cao nhất vùng Đông Nam Bộ, phía Đông Bắc có dãy núi Cậu cao 350 - 500 m (Tống, 2007) Vùng đáy hồ trước khi trữ nước là vùng đất rừng và khu vực đất dân cư chủ yếu thuộc xã Tân Lập, Lộc Ninh thuộc huyện Dương Minh Châu, trong đó có nhiều đồi thấp với độ cao 20-30m trở thành vùng bán ngập theo mùa (Nguyễn, 2011)

Hình 1.3 Vị trí địa lí hồ Dầu Tiếng

1.4.1.2 Đặc điểm địa hình và địa chất

Hồ Dầu Tiếng nằm trong khu vực có địa hình đồi núi thấp và trung bình, với độ cao dao động từ 50 đến 200 m so với mực nước biển Địa hình này phù hợp cho việc xây dựng hồ chứa lớn nhờ khả năng tạo ra một lưu vực rộng và sâu Hướng dốc địa hình là Đông Bắc-Tây Nam với độ cao trung bình so với mực nước biển 25-27 m Phần thượng lưu của lưu vực về phía Campuchia có cao độ so với mặt nước biển từ 50-100 m, khu vực lòng hồ có độ cao 5-15 m, có nơi <5 m (Nguyễn, 2011)

Khu vực xung quanh hồ Dầu Tiếng có địa chất đa dạng, bao gồm các loại đất pha cát và đất sét, đặc biệt là các loại đất đỏ bazan phong hóa từ đá núi lửa Những loại đất này có khả năng giữ nước tốt, góp phần vào việc duy trì mực nước hồ ổn định Đất nền xung quanh hồ chủ yếu là các lớp đất phù sa, đá trầm tích và đá bazan

Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng các công trình hồ chứa và kiểm soát lũ

1.4.1.3 Đặc điểm khí hậu và thủy văn

Hồ Dầu Tiếng nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa, được phân thành hai mùa rõ rệt: mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến hết tháng 04, mùa mưa từ tháng 05 đến hết tháng 11 Khí hậu khu vực này nóng ẩm, ôn hòa quanh năm Do nằm sâu trong lục địa nên hồ ít chịu ảnh hưởng của bão và những yếu tố bất lợi khác Nhiệt độ trung bình năm 27,4°C Nhiệt độ cao nhất rơi vào các tháng 4 và 5, nhiệt độ thấp nhất là vào các tháng 11 và 12 Độ ẩm trung bình năm vào khoảng 70 - 80% Lượng mưa trung bình năm là 1.800 - 2.200mm Lượng sáng quanh năm dồi dào, mỗi ngày trung bình có đến 6 giờ nắng (Tống, 2007)

Hồ có dung tích hữu hiệu khoảng 1,45 - 1,5 tỉ m3 với diện tích mặt nước là 27.000 ha, trong đó có 5.000 ha đất bán ngập triều, có khả năng tưới cho 175.000 ha đất canh tác của tỉnh Tây Ninh, TP.HCM và Long An Mực nước dao động từ 17 - 24 m (Tống, 2007) Hồ Dầu Tiếng lấy nước từ một số sông, suối bao gồm sông Tha La, các dòng suối Ngô, Tà Ôn, Tà Ly, Xa Cách và các kênh Đông, Tây, Tân Hưng, Phước Hòa chảy vào

Vùng lưu vực Dầu Tiếng có hai mùa rõ rệt, mùa lũ thường bắt đầu chậm hơn từ một đến hai tháng so với các nơi khác, và vì vậy cũng kết thúc muộn hơn Mùa lũ bắt đầu từ tháng 9 tới cuối tháng 12, mùa khô kéo dài từ 8-9 tháng còn lại trong năm Tương tự như sự phân bố lượng mưa, có 70-80% tổng lượng dòng chảy trong năm tập trung vào 3-5 tháng mùa mưa và chỉ có 20-30% lượng dòng chảy tập trung vào mùa kiệt Mođuyn dòng chảy năm đạt từ 20-25 l/s-km2, điều đó cho thấy lưu lượng nước trong trong hồ thấp hơn so với những hồ khác và chứng tỏ tiềm năng nguồn nước của khu vực này không lớn Ngoài ra, chế độ thủy văn của hồ hồ cũng chịu ảnh hưởng của nguồn nước mạch (nước ngầm) từ lòng đất chảy ra Mặc dù vậy, lượng nước này ít hơn nguồn nước trên mặt, nó biến động theo mùa và ngược với dòng nước mặt Mùa cạn dòng nước rất mạnh, khi vào mùa mưa nước ngầm ít đi (Nguyễn, 2011)

1.4.2 Đặc điểm kinh tế, xã hội và môi trường

Hồ Dầu Tiếng là một hồ chứa đa chức năng, với nhiều chức năng quan trọng phục vụ cho các mục đích kinh tế, xã hội và môi trường đối với các tỉnh Tây Ninh, Bình Dương, Bình Phước và các vùng lân cận như Long An và TP.HCM Hồ là nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho hàng triệu người dân tại các tỉnh Tây Ninh, Bình Dương, Bình Dương, Long An và TP.HCM thông qua các hệ thống kênh rạch, sông ngòi Đồng thời, hồ còn là nguồn cung cấp nước cho các khu công nghiệp và nhà máy trong khu vực, đảm bảo nguồn nước ổn định cho các hoạt động sản xuất Hồ Dầu Tiếng cũng đóng vai trò quan trọng trong tưới tiêu nông nghiệp, cung cấp nước tưới cho hàng chục nghìn hecta đất nông nghiệp, giúp đảm bảo năng suất cây trồng và hỗ trợ phát triển nông nghiệp bền vững (Tống, 2007) Bên cạnh đó, hồ còn có công năng điều tiết dòng chảy, giúp kiểm soát lũ lụt trong mùa mưa Bằng cách tích trữ nước trong mùa mưa và xả nước trong mùa khô, hồ giúp giảm thiểu nguy cơ lũ lụt cho các khu vực hạ lưu bảo vệ an toàn cho các cộng đồng dân cư và cơ sở hạ tầng (Nguyễn, 2011) Ngoài ra, hồ Dầu Tiếng còn có tiềm năng phát triển du lịch và các hoạt động giải trí Khu vực quanh hồ với cảnh quan đẹp và môi trường trong lành thu hút nhiều du khách đến tham quan, cắm trại, câu cá và tham gia các hoạt động ngoài trời khác

Về mặt môi trường, hồ Dầu Tiếng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì, bảo vệ môi trường nước và hệ sinh thái trong khu vực Việc điều tiết dòng chảy và kiểm soát lũ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của thiên tai lên môi trường Hồ cũng là môi trường sống của nhiều loài động thực vật, bao gồm nhiều loài cá nước ngọt, chim và các loài thực vật thủy sinh, góp phần bảo vệ đa dạng sinh học và duy trì cân bằng sinh thái Tuy nhiên, hiện nay chất lượng nước của hồ Dầu Tiếng đang có dấu hiệu suy giảm do các tác động từ hoạt động nhân sinh như khai cát thác, nuôi trồng cá lồng, sử dụng phân bón trong canh tác nông nghiệp Những hoạt động này đã và đang góp phần gây ảnh hưởng trực tiếp và làm suy giảm chất lượng môi trường nước hồ (Thong et al., 2023; Van et al., 2023)

1.4.2.1 Vùng thượng lưu

Với đặc điểm hướng nghiêng địa hình theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, vùng thượng lưu của hồ Dầu Tiếng là nơi có lưu lượng nước và độ dốc cao nên lượng phù sa bồi lắng ở vùng này là khá lớn Vì vậy, hoạt động khai thác cát ở đây diễn ra rất mạnh mẽ, trong đó có nhiều tàu khai thác trái phép Mặc dù hoạt động khai thác cát được UBND tỉnh Bình Dương và Tây Ninh cấp giấy phép cho một số tàu khai thác, nhưng trên thực tế, số lượng tàu hoạt động tại khu vực này lớn hơn nhiều lần so với số giấy phép được cấp

Hình 1.4 Hoạt động khai thác cát khu vực thượng lưu hồ Dầu Tiếng

Hình 1.5 Điểm tập kết cát khai thác khu vực thượng lưu hồ Dầu Tiếng

Khai thác cát làm gia tăng lượng bùn và các hạt lơ lửng trong nước, làm tăng độ đục và giảm chất lượng môi trường nước Hoạt động này làm khuấy trộn mạnh cả tầng đáy nên làm cho các chất chất dinh dưỡng lắng ở tầng đáy bị xáo trộn và trồi lên, dẫn đến việc nồng độ chất dinh dưỡng trong môi trường nước tăng cao, đặc biệt là nồng độ TP Điều này gây ra nguy cơ rất lớn dẫn đến hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng môi trường nước trong khu vực Khi nồng độ TP lan truyền tới các vùng ổn định thì sẽ tạo điều kiện cho các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là các loài tảo, gây nguy cơ xảy ra hiện tượng tảo nở hoa gây hại

Khai thác cát còn làm thay đổi cấu trúc địa hình đáy hồ, dẫn đến sự mất ổn định của bờ hồ và gây sạt lở Khi cát bị lấy đi, nền đất dọc theo bờ hồ trở nên yếu và dễ bị sạt lở, làm mất đất và ảnh hưởng đến cấu trúc bờ hồ Ngoài ra, khai thác cát còn làm xáo trộn môi trường sống tự nhiên của các loài thủy sinh, bao gồm cá và các loài

động vật khác Sự thay đổi trong môi trường nước và bùn lắng còn có thể gây ra sự thay đổi về sinh cảnh, làm giảm số lượng và đa dạng các loài sinh vật

Ngoài hoạt động khai thác cát thì vùng thượng lưu hồ Dầu Tiếng cũng là nơi diễn ra sôi nổi hoạt động nuôi trồng cá lồng ở cả hai nhánh hồ thuộc địa phận tỉnh Tây Ninh và tỉnh Bình Dương Mặc dù hoạt động nuôi cá lồng đã bị cấm do các tác động nghiêm trọng đến môi trường nước nhưng các hộ dân vẫn không nghiêm chỉnh chấp hành gây nên tình trạng ô nhiễm cho nước hồ từ chất thải của các bè cá

Hình 1.6 Hoạt động nuôi cá lồng nhánh hồ vùng thượng lưu thuộc địa bàn tỉnh

Tây Ninh

Hình 1.7 Hoạt động nuôi cá lồng nhánh hồ vùng thượng lưu thuộc địa bàn tỉnh

Bình Dương

1.4.2.2 Vùng trung lưu

Vùng trung lưu hồ Dầu Tiếng là khu vực có mực nước lớn, vì vậy hoạt động khai thác cát tại khu vực này không diễn ra mạnh bằng vùng thượng lưu, chỉ có một số ít tàu khai thác cát hoạt động trong mùa khô Tuy nhiên, hoạt động đánh bắt thủy sản và nuôi trồng cá lồng lại được ghi nhận tại khu vực này Phần lớn những hộ nuôi cá sống và sinh hoạt trên bè, vì thế hầu hết các chất thải sinh hoạt của họ thải thẳng xuống hồ làm mất vệ sinh và gây ô nhiễm cho nước hồ Ngoài chất thải sinh hoạt thải ra trên hồ thì thức ăn dư thừa của cá là một trong những nguồn góp phần gây ra tình trạng ô nhiễm dinh dưỡng cho môi trường nước hồ Nguyên nhân là do trong các loại thức ăn có chứa hàm lượng lớn nitơ và phốt pho, khi người dân cho cá ăn, thức ăn được thả trực tiếp vào môi trường nước hồ, lượng thức ăn thừa chưa được cá tiêu thụ

sẽ phân hủy thành các chất hữu cơ hòa tan, gây nguy cơ phú dưỡng cho hồ Đó là chưa kể đến việc cá chết nhưng không được vớt xử lí và sử dụng thuốc tăng trưởng trong quá trình nuôi trồng Một số hộ vì lợi ích mà sử dụng các các loại thuốc với đủ chủng loại cho cá ăn kể cả các loại thuốc chỉ dùng cho gia súc gia cầm Với đặc điểm của các loại thuốc phòng và chữa bệnh cho cá là rất dễ tan trong nước nên khi thả trực tiếp xuống lồng cho cá ăn thì lập tức bị phân tán vào nguồn nước gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước hồ

Trong những năm gần đây, hoạt động san lấp trái phép đất tại khu vục bờ phía Đông vùng trung lưu hồ Dầu Tiếng (thuộc địa bàn xã Minh Hòa, huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương) đang có diễn biến phức tạp Nguyên nhân là do nhu cầu phát triển ngành dịch vụ, du lịch tại đây Nhiều cá nhân đến đẩy để đầu tư khu du lịch, tự ý san lấp, lấn chiếm trái phép diện tích đất ven hồ để làm hàng quán và đào ao Hoạt động san lấp làm gia tăng tăng lượng chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho trong nước Quá trình này thường xảy ra do sự phân huỷ của các vật liệu hữu cơ bị chôn lấp và rửa trôi chất dinh dưỡng do nước mưa chảy tràn Đặc biệt là trong giai đoạn ban đầu của quá trình san lấp khi thảm thực vật chưa kịp phục hồi và bảo vệ mặt đất

Hình 1.8 Hoạt động san lấp trái phép khu vực bờ hồ Dầu Tiếng (Nguồn: Thông tấn xã

Việt Nam, 2022)