bước đầu thử nghiệm ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (gis) để quản lý chất lượng nước nuôi tôm tại tỉnh ninh thuận

Nội dung của đề tài Nghiên cứu khả năng ứng dụng của GIS để quản lý chất lượng nước nuôi tôm thông qua việc thiết lập các loại bản đồ sau: - Bản đồ về thông số môi trường ao nuôi.. Sử d

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ninh Thuận là một tỉnh duyên hải cực nam trung bộ được tách ra từ tỉnh Thuận Hải cũ tháng 4/1992 với tổng diện tích tự nhiên khoảng 3360,06 km2 Điều kiện tự nhiên khắc nghiệt, Ninh Thuận không có điều kiện phát triển nông nghiệp, nhưng bù lại Ninh Thuận lại có điều kiện để hoạt động nuôi trồng thủy sản (NTTS), đặc biêït là nuôi tôm thương phẩm và sản xuất tôm giống

Với bờ biển dài 105 km, dọc bờ biển có nhiều đầm vịnh, vùng cửa sông, bãi triều, Ninh Thuận có nhiều lợi thế để phát triển nuôi các đối tượng có giá trị kinh tế cao Nghị quyết tỉnh Đảng bộ lần thứ X đã xác định trong 5 - 10 năm nữa ngành thủy sản là ngành kinh tế mũi nhọn của tỉnh, trong đó nuôi trồng thủy sản được xem là khâu mang tính đột phá Vì vậy chủ trương của ngành trong giai đoạn 2000 - 2005 và 2010 là tiếp tục đầu tư phát triển NTTS trong đó con tôm là đối tượng chính nhằm tạo ra nguồn nguyên liệu cho chế biến xuất khẩu

Song trong những năm qua hoạt động NTTS của tỉnh gặp phải một số sức ép môi trường gây ra những điều kiện bất lợi cho nuôi tôm sú, bên cạnh đó một số bệnh mới xuất hiện xảy ra trên diện rộng và liên tục, nguyên nhân chính của dịch bệnh là do môi trường một số vùng nuôi bị ô nhiễm và chất lượng nguồn nước cấp không đảm bảo

Việc quản lý chất lượng nước ao nuôi tôm một cách khoa học, các dữ liệu về chất lượng nước có thể lưu trữ, cập nhật và phân tích hiển thị là một nhu cầu cấp thiết của Ninh Thuận

Nhận thức được việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất và đời

sống, đặc biệt là công tác quản lý, trong đó có hệ thống thông tin địa lý (GIS

-Geographic Information Systems), đây là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu khoa học

giúp cho việc thu thập, xử lý, phân tích, lưu trữ và hiển thị dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính một cách nhanh chóng, chính xác Vì vậy nó có thể đáp ứng được nhu cầu cấp bách trên của tỉnh

Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi thực hiện đề tài : “Bước đầu thử nghiệm ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để quản lý chất lượng nước nuôi tôm tại tỉnh Ninh Thuận”

Trong thời gian thực tập tốt nghiệp và hoàn thành báo cáo, em đã nhận được sự động viên, giúp đở của gia đình, thầy cô, bạn bè, các cô chú cán bộ Trung tâm Khuyến Ngư, Sở Thủy Sản, Sở Tài Nguyên và Môi Trường, Đài KTTV Tỉnh Ninh Thuận, các Thầy ở Viện Hải Dương Học Nha Trang, đặc biệt là hai Thầy giáo trực tiếp hướng dẫn đề tài tốt nghiệp PGS - TS Lại Văn Hùng, TS Nguyễn Thạch Qua đây em xin được tỏ lòng biết ơn chân thành nhất!

2 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, NỘI DUNG ĐỀ TÀI

2.3 Nội dung của đề tài

Nghiên cứu khả năng ứng dụng của GIS để quản lý chất lượng nước nuôi tôm thông qua việc thiết lập các loại bản đồ sau:

- Bản đồ về thông số môi trường ao nuôi

- Bản đồ phân vùng chất lượng nước nuôi tôm

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Việc ứng công nghệ thông tin nói chung và GIS nói riêng là giải pháp khoa học trong công tác quản lý chất lượng nước nuôi tôm của tỉnh Ninh Thuận

Hệ thống thông tin địa lý GIS là kỹ thuật ứng dụng hệ thống vi tính số (Digital

computer system) để lưu trữ, xử lý, quản lý, trình bày, mô hình hóa và phân tích những

số liệu, thông tin có liên quan đến tính địa lý của một khu vực, những dữ liệu này mô tả các thuộc tính gắn liền với vị trí địa lý nhất định Hệ thống dữ liệu được lưu trữ và xử lý trong GIS gồm những các thông tin về môi trường ao nuôi vì vậy nó còn có thể giúp ích cho các nhà quy hoạch, các nhà hoạch định chính sách trong việc ra quyết định

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ

CHẤT LƯỢNG NƯỚC

1 HIỆN TRẠNG NUÔI TÔM Ở NINH THUẬN

Bờ biển Ninh Thuận dài 105 km dọc theo biển Ninh Thuận có nhiều đầm vịnh, vùng cửa sông, bãi triều có thể sử dụng cho nuôi trồng thủy sản Với đặc điểm là một tỉnh ít mưa nhất trong cả nước (trung bình 750 mm), ít sông ngòi, độ mặn nước biển luôn cao và ổn định (32- 35%o), môi trường biển trong sạch lại có thêm hệ thống điều tiết nước ngọt từ đập Nha Trinh - Lâm Cấm, nên có thể nói Ninh thuận có nhiều lợi thế để nuôi các đối tượng thủy sản có giá trị kinh tế cao [17]

Thực tế các năm qua cho thấy NTTS ở Ninh Thuận thực sự là thế mạnh của ngành thủy sản Ninh Thuận và phát triển với tốc độ cao, trở thành ngành sản xuất hàng hóa quan trọng của địa phương Nuôi tôm thương phẩm và sản xuất tôm giống là hai ngành nghề mang lại hiệu quả cao nhất [17]

Nghề nuôi tôm ở Ninh Thuận đã có từ lâu đời với hình thức ăn nuôi quảng canh, nguồn giống chủ yếu được lấy từ tự nhiên, không bổ sung thức ăn, nuôi kết hợp với các loài hải sản khác, năng suất chỉ đạt 150 - 300 kg/năm Nuôi tôm theo hình thức bán thâm canh có đầu tư chiều sâu về giống, thức ăn, trang thiết bị với các mô hình nuôi tiên tiến chỉ mới bắt đầu vào những năm 1990 Tuy chỉ mới hơn 10 năm nhưng nuôi tôm ở Ninh Thuận phát triển khá nhanh cả về diện tích lẫn năng suất, sản lượng và hiệu quả, xứng đáng là ngành kinh tế quan trọng trong cơ cấu kinh tế của ngành thủy sản nói riêng và của tỉnh Ninh Thuận nói chung [17]

Sản lượng tôm hàng năm tăng đều tăng nhanh so với việc tăng diện tích Năm

1992 sản lượng 633 tấn nhưng đến năm 2000 sản lượng đạt 1.800 tấn tăng 2,84 lần trong khi diện tích chỉ tăng 1,68 lần là do việc áp dụng những khoa học kỹ thuật để tăng năng suất nuôi Nhiều mô hình nuôi tiên tiến đã được áp dụng với năng suất đạt khá cao 3,5 - 4,0 tấn/ha/vụ, thậm chí có những mô hình đạt đến 7 - 8 tấn/ha/vụ [17]

Do tiềm năng diện tích mở rộng mở rộng hạn chế nên chủ trương của ngành đối với việc nuôi tôm là đầu tư theo chiều sâu, áp dụng khoa học kỹ thuật để nâng cao năng suất nuôi Vì vậy nhiều mô hình nuôi tiên tiến như mô hình nuôi theo phương pháp U.K, mô hình nuôi bán thâm canh theo phương pháp ít thay nước, mô hình nuôi khép kín tuần hoàn đã lần lượt được áp dụng phổ biến cho nghề nuôi tôm Ninh Thuận nên năng suất bình quân không ngừng tăng lên, đến năm 2000 năng suất đã đạt 2,22 tấn/ha/năm gấp 1,18 lần so với năm 1995 Đây là thành công rõ nét nhất đối với nghề

nuôi tôm của Ninh Thuận trong những năm qua, với kết quả này nuôi tôm của Ninh Thuận được đánh giá là một trong những tỉnh có năng suất bình quân cao trong cả nước

Bảng 1.1: Năng suất tôm sú bình quân tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 1992- 2000 [17]

Bảng 1.2: Thống kê diện tích và sản lượng nuôi tôm Đầm Nại qua các năm [8]

Năm Diện tích (ha) Sản lượng (tấn) Năng suất (tấn/ha)

Ninh Thuận là tỉnh khởi xướng việc nuôi tôm trên cát đầu tiên trong cả nước, tuy việc nuôi tôm trên cát còn nhiều cơ hội và thách thức Mô hình nuôi tôm đầu tiên được xây dựng từ năm 1999 tại thôn Từ Thiện, xã Phước Dinh (Ninh Phước) Mô hình thành công, diện tích được mở rộng (tự phát) một cách nhanh chóng

Bảng 1.3: Kết qủa nuôi tôm trên cát qua các năm tại tỉnh Ninh Thuận [8]

Năm Diện tích (ha) Sản lượng (tấn) Năng suất bình quân (tấn/ha/vụ)

Tuy nhiên, hoạt động nuôi trồng thủy sản tỉnh Ninh Thuận trong những năm gần đây gặp một số sức ép môi trường Do tình hình thời tiết gió mùa Đông Bắc mang hơi lạnh kéo dài, hạn hán, thiếu nước ngọt, lũ lụt đã gây nên điều kiện bất lợi cho nuôi tôm sú Bên cạnh đó, một số bệnh mới xuất hiện như bệnh teo gan, phân trắng, thân đỏ, đốm trắng xảy ra trên diện rộng và liên tục Nguyên nhân chính gây ra dịch bệnh là do môi trường một số vùng ao nuôi bị ô nhiễm, hệ thống kênh mương cấp thoát nước chưa độc lập, kiên cố và thường xuyên bị lấn chiếm làm thu hẹp dòng chảy, cùng với việc nuôi thả thiếu kỹ thuật và trang thiết bị, điều kiện thời tiết nắng nóng, làm mầm bệnh tồn đọng, phát triển mạnh trong khu vực Bên cạnh đó chất lượng nước biển không được đảm bảo, nhiều thời điểm đã xuất hiện thủy triều đỏ, mầm bệnh trong nước biển nhiều hơn làm tăng khả năng nhiễm bệnh cho tôm [8]

Bảng 1.4: Thống kê dịch bệnh hàng năm tại Đầm Nại [8]

Năm Diện tích đìa nuôi tôm bị bệnh (lượt ha)

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng dich bệnh trên diện rộng khu vực Đầm Nại là

do tình trạng NTTS phát triển ồ ạt mang tính tự phát không có sự quản lý của nhà nước Hầu hết các khu vực nuôi tôm quanh Đầm Nại không đáp ứng những điều kiện để sản xuất Ao lắng, ao xử lý nước thải, hệ thống kênh mương cấp thoát nước hầu như không có, quy mô sản xuất nhỏ lẻ…[10]

Trong năm 2003, nuôi tôm trên cát đã xảy ra dịch bệnh khá nhiều trong vụ 1, các loại bệnh đốm trắng, đỏ thân, phân trắng, teo gan, một số đìa nuôi tôm còi cọc, chậm lớn Nguyên nhân theo đánh giá sơ bộ bệnh tôm là do diện tích phát triển tôm trên các quá nhanh, khai thác triệt để nguồn nước ngầm tại chỗ, thả mật độ cao, nhưng các biện pháp quản lý môi trường không có, kỹ thuật, công nghệ chưa được thay đổi phù hợp

Tuy vậy ngành thủy sản Ninh Thuận đã xác định nuôi trồng thủy sản mà trọng tâm là nghề nuôi tôm sú thương phẩm là một ngành sản xuất hàng hóa quan trọng chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu kinh tế của ngành Trong quy hoạch tổng thể phát triển ngành thủy sản tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 2001 - 2010, chỉ tiêu đến năm 2010 Ninh Thuận sản lượng tôm sú là 10.000 tấn

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC NUÔI TÔM 2.1 Phương pháp luận quản lý nguồn lợi nước

Quản lý chất lượng môi trường nước là vấn đề phức tạp Tiếp cận theo quan điểm sinh thái, những nhà quản lý phải có hiểu biết, có nhận thức và điều khiển được quá trình tự làm sạch của vực nước theo các nguyên lý sinh thái học Điều đó có nghĩa phục hồi lại chất lượng và thành phần của nước về những thay đổi do chịu những tác động khác nhau, giữ cho thủy vực có chất lượng phù hợp với sinh vật

Hiện nay, để bảo vệ các nguồn nước, người ta sử dụng các chỉ tiêu vật lý hóa học Các chỉ tiêu sinh thái như biến động sức sản xuất sinh học, số lượng vi sinh vật, sinh vật nổi sinh vật đáy sự biến động thành phần loài ở các vực nước khác nhau còn chưa được quan tâm sử dụng đúng mức để đánh giá chất lượng các vực nước

Thông thường ở các vực nước, quần xã vi sinh vật phát triển rất phức tạp Đối với từng cấp nhiễm bẩn hữu cơ, có những tập đoàn vi sinh vật nhất định phát triển Do đó, có thể dùng vi sinh vật để đánh gia chất lượng môi trường hay mức độ ô nhiễm các vực nước Theo các dấu hiệu phát triển của vi sinh vật, sinh thái học quản lý các nguồn nước phân biệt ba loại thủy vực: vùng nhiễm bẩn nặng, vùng nhiễm bẩn trung bình, vùng nước sạch

Cũng như trong tự nhiên, các ao đầm nuôi trồng thủy sản, sinh vật phát triển trong giới hạn của hệ sinh thái và phụ thuộc hoàn toàn vào sự vận động của chính hệ đó Do đó, để tăng sản xuất, nâng cao sản lượng, con người cần phải can thiệp, quản lý, cần tác động để thay đổi dòng vật chất và năng lượng tự nhiên của hệ Để đạt được kết quả tối ưu, chúng ta phải sử dụng các học thuyết và phương pháp luận củùa sinh thái học Việc quy hoạch vùng nuôi, bổ sung dinh dưỡng, kiểm soát chất lượng môi trường, phòng chống bệnh tật cho vật nuôi, và dự báo khả năng nhiễm bẩn… đều phải thực hiện trong khuôn khổ vận động của hệ sinh thái

Trong nghề NTTS, nỗi lo lắng băn khoăn thường xuyên là việc cung cấp nước có chất lượng để tạo môi trường thuận lợi cho tôm phát triển Nguồn nước phục vụ cho NTTS rất phong phú, bao gồm cả nước mặt, nước ngầm, và nước biển Chất lượng của các nguồn nước này được xác định bằng các đặc tính sau:

- Tính chất lý học : màu sắc, độ đục, vị…

- Tính chất hóa học : thành phần muối khoáng, chất hữu cơ, chất khí hòa tan

- Tính chất sinh học : các vi sinh vật, phiêu sinh vật,…

Nước tự nhiên vốn có bản chất sạch về mặt sinh thái học nghĩa là luôn có khả năng thỏa mãn các tiêu chuẩn để thực hiện 3 chức năng sinh thái của mình (thúc đẩy các quá trình năng suất sinh học; duy trì những tối ưu của môi trường; khả năng tự làm

sạch) Nhưng đó là những vấn đề về mặt lý luận và nguyên tắc Trên thực tế chất lượng các nguồn nước đang bị suy thoái do sự quản lý kém hiệu quả của con người

Xử lý nâng cao chất lượng nước phải được phải được triển khai theo quan điểm kế hoạch hóa bằng phép phân tích hệ thống dựa vào các nguyên lý sinh thái trên một phạm vi cỡ lớn Kinh nghiệm thực tế cho thấy, dù có gặp khó khăn về tài chính và kỹ thuật cũng phải cố gắng giải quyết và xử lý nguồn ô nhiễm ngay khi nó mới xuất hiện Chính vì vậy vấn đề chẩn đoán nhanh hiện trạng chất lượng môi trường và sự biến động của nó trong tương lai là một việc làm rất có ý nghĩa thực tiễn Có thể sử dụng các biện pháp vật lý, hóa học, sinh thái học để chuẩn đoán, cũng có thể sử dụng một số phương pháp mang tính tư duy trừu tượng Ví dụ có thể sử dụng phương trình cân bằng năng lượng và sinh dưỡng… Về mặt nguyên lý các loài thủy sinh trong vực nước không những có khả năng hấp thụ và chuyển hóa vật chất mà còn đóng những vai trò mang tính chức năng để hình thành chất lượng thủy vực [1]

2.2 Các biện pháp quản lý chất lượng nước nuôi tôm

Quản lý chất lượng nước nuôi thủy sản nói chung và quản lý chất lượng nước nuôi tôm nói riêng đã được triển khai từ trung ương tới người nuôi tôm

Căn cứ vào tiêu chuẩn giá trị giới hạn cho phép về nồng độ chất ô nhiễm trong nước mặt và nước biển ven bờ do Bộ KHCN và MT ban hành, Bộ Thủy Sản đã ban hành tiêu chuẩn quy định giới hạn cho phép về nồng độ các chất ô nhiễm trong nước biển vùng nuôi trồng thủy sản và vùng nước ngọt nuôi thủy sản Trong chỉ thị Bộ trưởng Bộ Thủy Sản số 3/2005/CT - BTS ngày 7/3/2005 tại điểm 9 quy định về kiểm soát dư lượng hóa chất kháng sinh có hại trong hoạt động thủy sản: sử dụng hóa chất phải đúng mục đích, nghiêm cấm sử dụng hóa chất trong danh mục cấm của Bộ Thủy Sản; phải có sổ ghi chép quá trình nuôi (Con Tôm số115, 8/2005) Như vậy bằng những chỉ thị, quy định, Bộ Thủy Sản đã thực hiện quản lý chất lượng nước nuôi thủy sản ở tầm vĩ mô

Tại các cấp địa phương đều thực hiện quy hoạch NTTS để xác định vùng thích hợp cho nuôi trồng thủy sản Ninh Thuận đã tiến hành quy hoạch sử dụng đất và mặt nước cho NTTS nước lợ giai đoạn 2001 - 2010 nhằm tận dụng tối đa lợi thế về mặt nước Thông qua đó để lập các dự án đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng như hệ thống đê bao phòng lũ, hệ thống kênh cấp thoát nước, đường giao thông, điện,… cho từng vùng nuôi Vì thế đã hạn chế sự thiệt hại do lũ hàng năm gây ra, giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường

Các trạm quan trắc môi trường nuôi thủy sản đã cung cấp thông tin dữ liệu về môi trường nuôi cho người nuôi cũng như các nhà quản lý để có biện pháp xử lý phù hợp, kịp thời Trung tâm Khuyến Ngư tỉnh Bến Tre đã hình thành trạm quan trắc môi trường từ năm 2003, thu mẫu nước định kỳ 2 lần/ tháng nên có thể đánh giá và báo cáo kịp thời cho ngành thủy sản cũng như người nuôi tôm trước những biến động của môi trường, dịch bệnh (Con Tôm số 100, 5/2004)

Phổ biến kiến thức kỹ thuật cho các hộ nuôi tôm, nhằm nâng cao hiểu biết của người nuôi tôm thông qua các lớp tập huấn và đài truyền hình tỉnh Ninh Thuận của Trung tâm Khuyến Ngư tỉnh Ninh Thuận đã nâng cao trình độ kỹ thuật và ý thức bảo vệ nguồn nước nuôi tôm cho người nuôi

Quản lý chất lượng nước nuôi tôm còn được thực hiện bởi cộng đồng những người nuôi thông qua các chi hội Mục đích của hội là tập trung bà con nông dân nuôi tôm vào hoạt động có tổ chức thông qua các chương trình khuyến ngư, các hoạt động khoa học kỹ thuật

Đối với người nuôi tôm, chọn địa điểm để xây dựng ao nuôi tôm là công việc phải lưu ý trước khi lập trại nuôi tôm Việc chọn địa điểm tốt sẽ tránh được những vùng không phù hợp để nuôi tôm Việc chọn vị trí xây dựng trại nuôi thích hợp sẽ đảm bảo viếc cấp nước đủ về chất và lượng cũng như biện pháp kỹ thuật nuôi

Việc thiết kế và xây dựng, tu dưỡng ao nuôi hợp lý cũng là biện pháp để quản lý chất lượng nước Việc thiết kế phải đảm bảo việc lấy nước nhanh chóng (trong vòng một con triều) và lấy được nguồn nước tốt; xã thải nhanh chóng và quản lý được nguồn thải, đãm bảo không gian cho tôm sống và hoạt động Hóa dược, các thiết bị máy sục khí, quạt nước được sử dụng và phải sử dụng có hiệu quả Công việc chuẩn bị ao nuôi là khâu đòi hỏi phải thực hiện trước khi đưa vào sử dụng lần đầu cũng như trước vụ nuôi Mục đích chính của việc chuẩn bị ao là tạo cho tôm có một nền đáy sạch, chất lượng nước thích hợp và ổn định

Thả giống với mật độ phù hợp với trình độ kỹ thuật nuôi, điều kiện môi trường

ao nuôi và nguồn nước cấp, điều kiện khí hậu thời tiết, lượng thức ăn và trình độ quản là một trong những khâu quan trọng trong nuôi tôm thành công và mang lại hiệu quả [27]

Điều hành trại nuôi là công việc hết sức quan trọng, để điều hành trại nuôi có hiệu quả đòi hỏi sự hiểu biết về mối quan hệ giữa tôm và môi trường sống của nó Nội dung của phần này là những thông tin có liên quan đến các yếu tố tác động lẫn nhau để tạo nên môi trường ao nuôi Các yếu tố này bao gồm ôxy hòa tan, độ kiềm, pH, các chất dinh dưỡng hòa tan và các chất thải Hiểu biết về môi trường ao nuôi sẽ giúp ích cho người nuôi khi đánh giá môi trường ao nuôi để có những quyết định phù hợp.Trong

ao nuôi tôm, những điều kiện bất lợi thường thấy phổ biến hơn là các tác nhân gây tôm chất trực tiếp Do vậy nguyên tắc chính của việc quản lý ao nuôi là giữ các điều kiện nuôi sao cho phù hợp chứ không phải tránh những nguyên nhân gây tôm chết [27]

3 GIS TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Ở nước ta công nghệ GIS đã được sử dụng tương đối phổ biến đặc biệt tại các viện nghiên cứu và một số trường đại học trong lĩnh vực quản lý môi trường, hệ sinh thái, quản lý đất đai, quản lý đô thị… và nó nhanh chóng trở thành công cụ đắc lực trong công tác đánh giá hiện trạng và dự báo xu hướng diễn ra trong tương lai nhờ vào những phép phân tích thích hợp

Bản đồ phân vùng chất lượng môi trường vùng ven bờ vịnh Nha Trang và đánh gía hiện trạng chất môi trường vùng này được thực hiện nhờ công nghệ GIS bởi các tác giả Viện Hải dương học Nha Trang Trong công trình này các tác giả đã sử dụng một số tham số môi trường như: Coliform, DO, COD, BOD5, NO3- N, PO4- P, Fe, Pb, Cu, Zn và được phân làm ba nhóm: Nhóm đặc trưng cho nhiễm bẩn do con người (Coliform, COD, BOD5 ), nhóm các muối dinh dưỡng (NO3- N, PO4- P ) và nhóm kim loại nặng (Fe, Pb,

Cu, Zn) Sử dụng ngôn ngữ SQL và các phép toán số học, đại số và các phép toán logic để chồng lớp, phân tích thông tin để xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước dưới dạng bản đồ raster và vector Để xác đinh mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường và xác định yếu tố chính làm chỉ tiêu sinh thái cho môi trường vinh Nha Trang, các tác giả

đa sử dụng kỹ thuật phân tích nhân tố R - Q mod kết hợp [3] (phân tích thành phần chính - Priciple Component Analysis) Kỹ thuật phân tích nhân tố R - Q mod là công cụ rất hữu hiệu trong xử lý GIS, đặc biệt là khi điều tra, thu thập một lượng lớn các dữ liệu về thông số môi trường trong khu vực nước

Việc tìm hiểu mối quan hệ giữa các thông số chất lượng môi trường là vô cùng quan trọng, nó giúp ta định hướng trong việc bố trí mạng lưới khảo sát thu thập số liệu, những thông tin nào là cần thiết và hiệu quả nhất, tìm hiểu ảnh hưởng của các thông số môi trường lên một số đối tượng cụ thể [2]

Sử dụng GIS để xây dựng bản đồ nhạy cảm môi trường không những được thực hiện ở vùng ven bờ vịnh Nha Trang [3], mà còn được thực hiện tại vùng ven bờ tỉnh Đình Định [2] Trong báo cáo chuyên đề “Xây dựng cơ sở dữ liệu - bản đồ vùng ven bờ Bình Định phục vụ quản lý tổng hợp dải ven bờ” thuộc dự án “xây dựng các phương án quản lý tổng hợp đới ven bờ biển Bình Đinh” Ở đây các tác giả đã sử dụng phương pháp đánh giá đa chỉ tiêu (Multiple Criteria Evaluation - MCE) có sử dụng trọng số cho các yếu tố được xác định từ mà trận Saaty để thành lập bản đồ nhạy cảm môi trường

Việc đánh giá đa chỉ tiêu có sử dụng trọng số cho các yếu tố (đây chính là phương pháp đánh giá đa chỉ tiêu bằng trung bình trọng số tuyến tính theo bậc - Multi criteria evaluation and Ordered weighted averaging, MCE - OWA) vừa giải quyết được yêu cầu việc ra quyết định không chỉ thỏa mãn một chỉ tiêu riêng lẻ mà cùng lúc phải thỏa mãn nhiều tiêu chuẩn vừa khắc phục được nhược điểm khi cho các yếu tố có tầm quan trọng như nhau (Đánh giá đa chỉ tiêu theo tổ hợp tuyến tính trọng lượng - Multi criteria evaluation - Weighted linear combination, MCE - WLC)

Đánh giá đa chỉ tiêu có sử dụng trọng số cho các yếu còn được sử dụng để đánh giá phân vùng chức năng và quy hoạch phát triển du lịch bền vững vùng ven biển vịnh Phan Thiết bằng công nghệ GIS trong dự án “Hiện trạng và định hướng chính trong quản lý và phát triển bền vững ven bờ vinh Phan Thiết” (Bùi Hồng Long, 1997) [2] Ở đây các tác giả cũng dùng ma trận Saaty để tính trọng số cho các yếu tố

Hệ thống 20 mảnh bản đồ quy hoach NTTS vùng ven biển tỉnh Khánh Hòa do Viện Hai dương học Nha Trang xây dựng đã thực hiện qua các giai đoạn: chọn yếu tố, chọn chỉ tiêu và sử dựng GIS trong phân vùng và quy hoạch Các yếu tố và chỉ tiêu được các tác giả chọn và phân ra làm các nhóm yếu tố sau:

- Nhóm chỉ tiêu khai thác ưu thế không gian mặt bằng (đất, nước, không khí) rộng lớn và đa dạng về các điều kiện sinh thái trong vùng dự án quy hoạch theo quan điểm nuôi đa canh, đa dạng vật nuôi và đa hình thức nuôi

- Nhóm chỉ chỉ tiêu khai thác tối ưu những điều kiện tự nhiên, môi trường, đặc tính sinh học vật nuôi và nguồn lợi thủy sản vốn có của vùng

- Nhóm chỉ tiêu nhằm giảm tải nguồn chất thải nguồn chất thải tự sinh và nguồn thải từ các hoạt động kinh tế ven biển

- Nhóm chỉ tiêu về mặt kinh tế xã hội nhằm khai thác tốt phong tục tập quán sản xuất của ngư dân, trình độ kỹ thuật, thị trường, nguồn giống… để đưa vào giải pháp khả thi khi thực hiện quy hoạch nuôi biển

Dựa trên đặc điểm chi tiết của các nhóm chỉ tiêu cần quy hoạch như trên, một loạt các bản đồ được thành lập, sau đó raster hóa chúng và tiến hành chồng lớp để phân tích vùng thích nghi và quy hoạch các vùng nuôi theo vật nuôi ở các tiểu vùng sinh thái khác nhau [2]

Một trong những kỹ thuật cao của công nghệ thông tin được ứng dụng vào GIS là kỹ thuật viễn thám Công nghệ viễn thám đã nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng GIS trong quản lý môi trường biển và ngành thủy sản [20]

Một trong những nội dung của các đề tài thuộc chương trình cơ bản cấp nhà nước mang mã số 6.1.14 và 622.101 là việc ứng dụng ảnh viễn thám và GIS trong việc ước lượng năng suất sinh học sơ cấp [2]

Định lượng năng suất sinh học sơ cấp là cơ sở để xem xét đánh giá nguồn lợi nguồn lợi sinh vật đặc biệt là nguồn lợi cá biển, ngoài ra nó còn là chỉ thị về chất lượng môi trường, là chỉ thị hoạt động của các loài tảo đơn bào và các điều kiện sinh thái trong vùng biển [2]

Ngoài những những đặc điểm mang tính đặc thù, điểm tương đồng của GIS và viễn thám là quản lý thông tin dạng raster, các lớp thông tin này cũng có thể chồng lớp, tính toán và phân tích thông tin như các lớp thông tin của GIS thông thường [2]

GIS trong quản lý môi trường nuôi trồng thủy sản bền vững đã cũng được thực hiện ở nước ta Ứng dụng GIS để quản lý phát triển nghề nuôi thủy sản bền vững được thực hiện trong dự án “Môi trường nuôi tôm bền vững ở đồng bằng sông Mekông, Việt

Nam” (Environmental sustainability of brackish water aquaculture in Mekong delta, Vietnam”)

Để hỗ trợ cho việc ra các quyết định liên quan đến quản lý, phát triển bền vững cho nghề nuôi trồng thủy sản ven bờ ở Cà Mau và Trà Vinh, các tác giả đã lập hồ sơ về tài nguyên môi trường Chủ yếu là: đánh giá điều kiện sinh thái môi trường và sinh thái đất ở các vùng trọng điểm của nghề nuôi thủy sản, từ đó phân tích tính phù hợp, tương thích giữa các điều kiện tự nhiên và kỹ thuật nuôi và cấu trúc của các trại nuôi phù hợp dựa trên quan điểm tổng hợp về kinh tế xã hội và sinh thái môi trường Quá trình tiếp cận trên được tiến hành qua các bước sau:

- Tập trung tổng quan các đặc điểm môi trường, sinh thái và và xác định một số chỉ thị môi trường tiêu biểu cho các phân vùng sinh thái

- Tổng quan các đặc điểm kinh tế kỹ thuật nuôi và liên kết các đặc điểm này vào các phân đới môi trường dựa trên nguồn tài liệu và các phép phân tích tổng hợp về môi trường, sinh thái đất, kỹ thuật nuôi và các số liệu điều tra về kinh tế nuôi có liên quan Các khía cạnh về chính sách phát triển, về mặt xã hội cũng được khảo sát và đánh giá

- Xây dựng cơ sở dữ liệu, thiết kế phần “mềm” quản lý, dựa vào các thành tựu của công nghệ GIS, máy tính các thuật toán và mô hình hóa

Để xác định đặc điểm sinh thái môi trường, các tác giả đã sử dụng chỉ số “nước tù” (Confinement Index - CI), đây là một công cụ ứng dụng đơn giản, trong chỉ thị môi trường nuôi CI được định nghĩa khá đơn giản, nó là tỷ số của khoảng cách từ biển và căn bậc hai diện tích mặt cắt ướt qua trạm khảo sát [2]

CI = D/ S

D : khoảng cách từ trạm thu mẫu đến bờ biển

S : thiết diện mặt cắt của sông kênh

Việc nghiên cứu các đặc điểm sinh thái môi trường là một hoạt đôïng tốn nhiều thời gian và tiền của, đặc biệt là ở đồng bằng sông Cửu Long, nơi mà có chế độ thủy văn cực kỳ phức tạp [18] Việc sử dụng chỉ số CI có thể đo đạc, biểu thị gần đúng các đặc điểm sinh thái môi trường của khu vực cần quan tâm Ý nghĩa của CI trong sinh thái nuôi thể hiện qua khả năng thay nước ở một vị trí cho trước bằng các hệ thống dòng chảy và điều kiện thủy động ở khu vực liền kề Chỉ số này bao hàm cả ý nghĩa về mặt vật lý (về khả năng thay nước) cũng như cả về ý nghĩa sinh thái (thực vật phù du, Chlorophyll, DO, vi sinh vật dị dưỡng…)

Ý nghĩa vật lý của CI: Sự tù đọng là một bất lợi khi muốn loại trừ các chất thải, đặc biệt trong nuôi tôm thâm canh Mặc dù vậy nó có ý nghĩa tích cực trong việc giảm đôï rối và sự xáo trộn là ánh sáng có thể xâm nhập vào môi trường nước tốt hơn, đặc biệt trong các ao nuôi quảng canh và sinh thái Về mặt sinh thái môi trường, các phân tích thống kê cho thấy chỉ số nước tù liên quan tới khả năng xáo trộn nước, ở những nơi

xa biển CI cao, dẫn đến hàm lượng TSS thấp và năng suât sinh học cao tương ứng Có thể cho CI như một chỉ số sinh thái “đại diện” theo ý nghĩa tích cực dể đo đạc, khảo sát nhưng vẫn có mối quan hệ tốt với các tham số môi trường và cả sản lượng tôm nuôi

Ý nghĩa sinh thái của của CI: Việc phân chia ra thành các hình thức nuôi khác nhau (quảng canh, quảng canh cải tiến, bán thâm canh, thâm canh…) được thực hiện dựa trên mức độ thâm canh hóa Có sự khác biệt nhau giữa hai hình thức nuôi: nuôi quảng canh lấy vật chất từ môi trường nước bên ngoài; nuôi thâm canh lại thải các chất thải vào môi trường (thông qua phân, chất thải, thức ăn thừa…) Đối với các nuôi quảng canh, môi trường môi trường phải tạo đủ “năng lượng” cho sự phát triển của chuỗi thức ăn, cung cấp đủ mồi tự nhiên cho ao nuôi tôm Trong trường hợp này CI có ý nghĩa gián tiếp thông qua viêïc tạo “năng lượng cơ sở” và các nguồn dinh dưỡng cho hệ sinh thái

Chương 2

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG

NƯỚC NUÔI TÔM

1 CƠ SỞ ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC NUÔI TÔM

GIS là công cụ hội tụ các lĩnh vực công nghệ với các ngành truyền thống Đặc biệt với sự phát triển của các ngành công nghệ cao, công nghệ thông tin, viễn thám, siêu máy tính, trí tuệ nhân tạo (artificial intelligent), toán học… GIS đã trở thành công nghệï có tính “xúc tác” đầy tiềm năng và có triển vọng ứng dụng to lớn trong hầu hết các lĩnh vực phát triển của xã hội loài người [2]

Khoa học công nghệ phát triển dẫn đến hiện tượng giao thoa giữa các ngành đặc biệt là khoa học kỹ thuật GIS cũng là sự đan xen của nhiều ngành: địa lý, địa chất, công nghiệp, lâm nghiệp, giao thông, thủy văn, đô thị kinh tế, quốc phòng,… Kết quả của sự phát triển giao thoa này lại quay lại phục vụ chính bản thân từng ngành đó [13], GIS trong quản lý chất lượng nước nuôi tôm cũng là sản phẩm của quá trình này

1.1 Xây dựng và phân tích CSDL trong GIS

Hầu hết các dữ liệu về thông số về chất lượng nước nuôi tôm với thông tin không gian đưa vào được hiển thị dưới dạng điểm, đường, vùng với các thuộc tính gắn với các dạng này Phép phân tích của GIS là sự biến đổi các dữ liệu và thuộc tính địa lý thành dạng bản đồ hoặc liên quan đến bản đồ

GIS cung cấp những công cụ tiện lợi để đánh gía, quản lý môi trường, nguồn lợi

vì nó có chức năng phân tích, có tính tích hợp và có thể cập nhật GIS có tính tích hợp vì nó có thể lấy dữ liệu dưới nhiều dạng khác nhau từ nhiều nguồn khác nhau Những dữ liệu này được chuyển thành một một kiểu định dạng và theo những tỷ lệ phù hợp với có sẳn trong GIS Các lớp bản đồ khác nhau cho một vùng cụ thể được hiệu chỉnh hình học với nhau trên một bản đồ nền

GIS tạo điều kiện cho sự chồng lớp bản đồ Ví dụ bản đồ vùng nuôi chồng lớp với bản đồ hệ thống thủy lợi sẽ cho thấy vùng đầm hồ bị lấn chiếm để làm ao nuôi, hoặc chồng lớp bản đồ hiện trạng vùng nuôi tôm qua các năm có thể thấy phần diện tích được vùng diện tích tăng thêm hoặc vùng diện tích không nuôi nữa

Tính toán diện tích, khoảng cách cũng là đặc trưng của hầu hết các phần mềm GIS, việc tính diện tích các ao, khoảng các từ ao nuôi tới nguồn nước cấp, tới vùng trồng lúa, vùng làm muối,… đây là một việc rất vất vả tốn kém nếu thực hiện bằng tay

GIS cũng có thể được sử dụng để xác định những vùng phù hợp với cho một mục đích sử dụng cụ thể Ví dụ các chuyên gia sẽ lập ra một loạt các bản đồ nhiều lớp các tiêu chuẩn xác định tính chất của vùng nước phù hợp với tiêu chí nuôi tôm Tiến hành chồng lớp những bản đồø này, tùy theo tiêu chuẩn do các chuyên gia đưa ra Những kỹ

thuật “rây” (“sieving” techniques) được sử dụng để chỉ ra vùng nước nào phù hợp với việc nuôi tôm về mặt môi trường có thể là: hoặc a) chồng lớp bản đồ theo chỉ số, nhờ đó các lớp bản đồ riêng lẻ và các chỉ số phân lớp được phân hạng hoặc là theo điều kiện tuyệt đối hoặc là tải trọng riêng; hoặc b) những bản đồ chồng lớp phức tạp hơn bằng tổ hợp theo toán tử Boolean (Boolean operator) hay các số học giữa các lớp đầu vào Việc phân vùng chức năng thường được tiến hành trên CSDL đã được chuyển đổi về dạng raster Đối với các số liệu định lượng, các phép nội suy thường được sử dụng cho việc raster hóa bản đồ Đối với các tài liệu định tính như khoanh vùng hệ sinh thái chúng được vẽ sơ bộ trên bản đồ giấy, sau đó đăng ký tọa độ vào một hệ phép chiếu chuẩn, nắn chỉnh hình học, số hóa, xây dựng topo, tạo vùng và cuối cùng kết nối thông tin với CSDL

1.2 Phép nội suy trong GIS

Phương pháp nội suy không gian trong GIS được chia làm 3 nhóm chính, nội suy cục bộ, nội suy toàn cục và nội suy Kriging Nội suy cục bộ chỉ tính tới những điểm được quan sát lân cân, ngược lại nội suy toàn cục sử dụng toàn bộ tập hợp điểm đã biết Kriging là tổ hợp của hai phương pháp trên và nó hay được sử dụng nhất

Phương pháp nội suy Kriging đã được sử dụng rộng rãi trong nhiêu lĩnh vực: tính trữ lượng các mỏ đá [12]; xây dựng các mô hình trọng lực và GEOID ở Mỹ, Australia, Thụy Điển, Việt Nam [27]; xác định các thông số môi trường vùng ven bờ vịnh Nha Trang [3] Nó thường cho kết quả raster hóa khả quan nhất [3]

1.3 Một số kỹ thuật phân tích thường được sử dụng trong phân vùng chức năng

1.3.1 Kỹ thuật chồng lớp raster thông qua các phép toán phân tích trên ma trận

Nhờ việc chia nhỏ bề mặt không gian thành các ô vuông cơ sở, việc sử dụng các phép toán đại số được thực hiện dễ dàng trên các lớp thông tin raster Kỹ thuật này đã được sử dụng trong việc đánh giá tải lượng ô nhiễm và sức tải sinh thái vùng ven bờ biển tỉnh Bình Định do Viện Hải dương học Nha Trang xây dựng thông qua việc chồng các lớp thông tin dạng raster [2] Các phương pháp phân tích thống kê trên các lớp raster thường được sử dụng phân tích ma trận phức tạp hơn Mục tiêu của phương pháp này là chọn các yếu tố “đại diện” đặc trưng cho môi trường từ một tập hợp các yếu tố phân tích, hoặc phân thành các nhóm đối tượng Các phương pháp thường sử dụng: Phân tích thành phần chính (Principle Component Analysic PCA) thường dùng cho đối tượng định lượng Phương pháp phân tích này đã được sử dụng để xác định nhân tố sinh thái chính cho môi trường vịnh Nha Trang thông qua việc phân tích mối quan hệ của các yếu tố môi trường bằng kỹ thuật phân tích tích nhân tố R - Q mod (PCA, Factor Analysis) [2]; phân tích độ tương hợp đa chiều (Multiple Corespondence Analysic MCA) thường được dùng bổ sung khi có đối tượng định tính; Phân tích phân lớp (Cluster Analysic CA) thường được dùng để phân lớp các nhóm đối tượng [2]

1.3.2 Kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu (Multiple Criteria evalution MCE)

Kỹ thuật này thực chất là sử dụng các phép tím kiếm “query” AND, OR trên các lớp thông tin bản đồ đã chuyển thành dạng nhị phân (0 và 1) Kỹ thuật này đã được sử dụng để phân vùng thích nghi nuôi trồng thủy sản bền vững tỉnh Khánh Hòa [2]

1.3.3 Kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu theo tổ hợp tuyến tính trọng lượng (Multi

criteria evaluation - Weighted linear combination MCE - WLC)

Các yếu tố khi đưa vào phân vùng chất lượng nước không chỉ tồn tại ở hai trạng thái 0 và 1 mà mức độ biến đổi dần từ thấp đến cao, trong việc này không tiếp cận theo theo Bolean theo dạng nhị phân mà chuyển sang dạng tiếp cận chuẩn hóa phi - Bolean (non - bolean standardization) và chuyển bản đồ raster sang dạng byte (0 - 255) Hạn chế của MCE - WLC là cho tất cả các yếu tố có ý nghĩa như nhau đối với quá trình phân vùng chức năng Kỹ thuật này đã được sử dụng để phân vùng chức năng phục vụ

du lịch ở Phan Thiết (Bình Thuận) [2]

1.3.4 Kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu bằng trung bình tuyến tính theo bậc (Multi

criteria evaluation and Ordered weighted averaging, MCE - OWA)

MCE - OWA là kỹ thuật khắc phục các nhược điểm và phát triển kỹ thuật MCE -WLC khi xác định tầm quan trọng của từng yếu tố môi trường (trọng số) Trọng số của các yếu tố có thể được cố định bằng các kỹ thuật thống kê khác nhau hoặc bằng các phép đo Ma trận Saaty thường được sử dụng rộng rãi để hổ trợ cho việc xác định điểm yếu tố Nguyên lý vector riêng (egeint vector) luôn được sử dụng để xác đinh trọng số cho từng yếu tố Bản đồ các chỉ số nhạy cảm môi trường vùng ven bờ tỉnh Bình Định đã được xây dựng theo phương pháp này [2]

1.3.5 Ứng dụng kết hợp công nghệ viễn thám và GIS

Có thể nói viễn thám không thể như một phần đặc biệt không thể thiếu trong GIS vì chúng liên quan đến các phần mềm xử lý GIS vừa liên quan đến CSDL thông qua các lớp thông tin dạng raster [2]

1.4 Khả năng ứng dụng GIS trong quản lý chất lượng nước nuôi tôm

GIS là công nghệ mới, nó xâm nhập vào Việt Nam trong một số chuyên ngành đã làm nảy sinh hàng loạt vấn đề xung quanh bản chất, chức năng và khả năng ứng dụng trong điều kiện nước ta Việc tổ chức các vấn đề có liên quan đến GIS đã được thực hiện ở nhiều cơ quan, tuy nhiên kết quả ứng dụng công nghệ mới vào thực tế chưa nhiều, có nơi còn lầm giữa hệ thống thông tin bản đồ với GIS và hệ quản trị cơ sở dữ liệu với GIS Việc ứng dụng GIS trong quản lý chất lượng nước nuôi tôm hầu như chưa được thực hiện ở nước ta

Các thông tin về chất lượng nước nuôi tôm, các biện pháp kỹ thuật, công trình nuôi, điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội,…là những yếu tố dữ liệu Trong hàng loạt các dữ liệu như vậy, có những dữ liệu chỉ cần nêu ra là chúng ta đã biết vị trí của chúng (vùng nuôi, sông, suối,…), nhưng cũng có những loại dữ liệu không mang yếu tố địa lý (chất lượng nước, năng suất từng vùng nuôi tôm,…) Thông qua nhận xét trên, chúng ta

chia thông tin quản lý chất lượng nước nuôi tôm thành hai loại thông tin không gian và thông tin phi không gian

Những thông tin này được lưu trữ trong hệ quản lý CSDL của GIS, hệ quản lý CSDL của GIS có thể được thiết kế riêng cho chính phần mềm GIS và có các module đểû kết nối và khai thác dữ liệu có sẵn trong các hệ quản lý CSDL khác hoặc có thể thiết kế tuân theo một hệ quản lý CSDL đã có sẵn Việc truy vấn (tìm kiếm) dữ liệu được thực hiện nhờ ngôn ngữ truy vấn SQL (Structure Query Language) và có thể nhận lấy các dữ liêu chọn lọc bằng nhiều cách, cách chung nhất là việc sử dụng các toán tử Bolean (AND, OR, XOR, NOT) để phân tích và hiển thị kết quả cho những mục đích cụ thể

Các lớp thông tin về từng thông số môi trường tại các vùng nuôi có thể được mô hình hóa dựa vào số liệu thu được ở một số vị trí lấy mẫu nước phân tích và từ nguồn số liệu này dùng phép nội suy thích hợp để xác định giá trị định lượng cho những vị trí không được thu mẫu Mỗi mức giá trị của từng thông số môi trường được mã hóa theo theo sắc cầu vồng

Nội suy để xác định giá trị định lượng của các tham số môi trường bằng cách chia nhỏ diện tích vùng nuôi thành các lưới hình vuông hoặc chữ nhật theo trục tọa độ

x, y sau đó dùng giá trị đã đo đạc để nội suy giá trị đinh lượng cho các ô lưới đã được chia nhỏ Như vậy toàn bộ bề mặt diện tích vùng nuôi được thay bằng một mạng lưới ô vuông hay chữ nhật mà mỗi ô lưới được đặc trưng bằng thông số x, y, z (z là giá trị của thông số chất lượng nước)

Phần mềm Surfer cung cấp cho chúng ta 7 phương pháp nội suy chuẩn như: Tỷ lệ nghịch đảo khoảng cách (inverse distance to a power), kriging, độ cong tối thiểu (minimum curvature), hồi quy đa thức (polynominal regression), hàm số tia cơ bản (radial based function), phương pháp Shepard (Shepard’s method), và nội suy đa thức

Sử dụng các kỹ thuật phân tích trong GIS (Kỹ thuật chồng lớp raster thông qua các phép toán phân tích trên ma trận; phân tích nhân tố R - Q mod; phân tích thành phần chính; đánh giá đa chỉ tiêu; phân tích phân lớp; đánh giá đa chỉ tiêu theo tổ hợp tuyến tính trọng lượng; đánh giá đa chỉ tiêu bằng trọng số tuyến tính theo bậc,…) để phân vùng chất lượng nước phù hợp cho nuôi tôm tùy thuộc vào tiêu chí đưa ra của các chuyên gia, và xác định mối quan hệ giữa các yêu tố môi trường, yếu tố môi trường chính làm chỉ tiêu sinh thái cho vùng nuôi tôm

Phần mềm Statistica có thể sử dung để phân tích thành phần chính; phân tích đa chỉ tiêu; phân tích phân lớp; … nhằm thực hiện các mục đích đã phân tích trên

Vai trò của GIS là một công cụ nghiên cứu nguồn lợi, môi trường vẫn đang được tiếp tục và hoàn thiện GIS không hạn chế và rất linh hoạt, nên có thể dể dàng tiếp nhận những cải tiến và những bổ sung mới về mặt kỹ thuật và công nghệ [2]

Chương 3

TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

I THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

Thời gian nghiên cứu : Từ ngày 8/8 năm 2005 đến ngày 19/11 năm 2005 Địa điểm nghiên cứu : Khu vực nuôi tôm tỉnh Ninh Thuận

Tại các vùng nuôi tôm và Đầm Nại đều được chúng tôi thu mẫu và phân tích và chúng đại diện cho các vùng nuôi tôm của Ninh Thuận Theo cán bộ kỹ thuật Sở Thủy Sản tỉnh Ninh Thuận, khu vực nuôi đạt hiệu quả kinh tế nhất của Tỉnh là khu vực Lương Cách (Hộ Hải); khá: Tân Hải, Hộ Hải, Phương Hải, Đông Hải, An Hải, Phước Dinh; trung bình: Tri Hải và kém hiệu quả kinh tế nhất là khu vực Thôn Thủy lợi xã Hộ Hải

Khu vực Tân Hải : Vùng không chủ động được nguồn nước ngọt, nguồn nước

ngọt được cung cấp qua hệ thống kênh nông nghiệp

Khu vực Hộ Hải : Vùng nước mặn được lấy từ Đầm Nại qua các kênh dẫn nước,

và nước giếng; nguồn nước ngọt được lấy từ nguồn nước nông nghiệp

Khu vực Khánh Hải : Nguồn nước mặn khan hiếm, song nước ngọt lại dồi dào, được

lấy từ nguồn nước nông nghiệp qua kênh dẫn nước

Khu vực Tri Hải : Vùng này nguồn nước ngọt hạn chế, nguồn nước biển được

cấp qua kênh Đầm Vua

Khu vực Phương Hải : Nguồn nước ngọt cung cấp dễ dàng từ hệ thống kênh Bắc,

nguồn nước mặn được cung cấp từ khu vực Tri Hải

Khu vực Vĩnh Hải : Vùng có nguồn nước ngọt tương đối dồi dào

Khu vực Nhơn Hải : Vùng nguồn nước ngọt bị hạn chế cung cấp từ đập Ông Kính

Khu vực Đông Hải : Nguồn nước mặn bị ảnh hưởng bởi chất thải của cảng cá

Đông Hải

Khu vực An Hải -

Phước Dinh : Đáy ao chủ yếu là cát, nguồn nước mạn bơm từ biển, nước ngọt chủ yếu là nước ngầm

Hình 3.1: Vò trí thu maãu

II TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

Để thực hiện việc xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ các thông số môi trường, và phân vùng chất lượng nước nuôi tôm, chúng tôi đã tiến hành thu thập các tư liệu tại các

cơ quan, trước, số liệu đo đạc tại các vùng nuôi tôm (Phạm Thi Thu Thủy 43MT) trong quá trình thực tập và được phân thành các nhóm sau:

- Nhóm số liệu phục vụ xây dựng bản đồ GIS: Gồm các bản đồ và thuộc tính của chúng đi kèm

§ Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 2000 tỉnh Ninh Thuận (lưới chiếu Non - Earth tỷ lệ 1/100.000 do Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Ninh Thuận xây dựng và cung cấp

§ Bản đồ mạng lưới thủy văn tỉnh Ninh Thuận (lưới chiếu Non - Earth tỷ lệ 1/100.000 do Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Ninh Thuận xây dựng

§ Bản đồ hiện trạng nuôi trồng thủy sản tỉnh Ninh Thuận năm 2000 tại Sở Thủy Sản tỉnh Ninh Thuận, tỷ lệ 1/100000

§ Bản đồ quy hoạch nuôi trồng thủy sản tỉnh Ninh Thuận năm 2001

- 2010 tại Sở Thủy Sản tỉnh Ninh Thuận, tỷ lệ 1/100000

§ Bản đồ hành chính tỉnh Ninh Thuận 1/300.000 (lưới chiếu Non - Earth tỷ lệ 1/50.000 do Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Ninh Thuận xây và cung cấp

§ Bản đồ đường đẳêng mưa trung bình mùa khô tỉnh Ninh Thuận do Trung tâm khí tượng thủy văn phía Nam - đài KTTV Ninh Thuận xây dưng và cung cấp

§ Bản đồ đường đẳng nhiệt độ trung bình năm Ninh Thuận do Trung tâm khí tượng thủy văn phía Nam - đài KTTV Ninh Thuận xây dưng và cung cấp

§ Bản đồ hành chính Viêt Nam tỷ lệ 1/6000.000 do Tổng Cục Địa Chính xây dựng

- Nhóm dữ liệu có được từ khảo sát thực tế: Các thông số về chất lượng môi trường ao nuôi và trạng thái sức khỏe của tôm tại các ao đó (khỏe mạnh, nhiễm

bệnh)

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 KHÁI QUÁT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHUNG

Cơ sở dữ liệu phục vụ cho quản lý chất lượng nước nuôi tôm được xây dựng theo các bước sau:

- Chuyển các bản đồ giấy thành các file ảnh bằng kỹ thuật quét ảnh và tiến hành vector hóa bằng phần mềm DolvectorB, đăng ký lại tọa độ cho các file ảnh đã được vector hóa, sau đó xuất (export) chúng sang Mapinfo thông qua file dạng

*.MIF Ở môi trường Mapinfo các file ảnh này (bản đồ) được chiếu lên hệ lưới chiếu chuẩn Longitude/ Latitude (Indian for Thailand, Vietnam) và được biên tập để xây dựng bản đồ dẫn xuất hoặc bản đồ thành phẩm

- Đăng ký lại tọa độ, phép chiếu cho các bản đồ Non - Earth Phép chiếu được chọn ở đây là phép chiếu chuẩn Longitude/ Latitude (Indian for Thailand, Vietnam)

Ưu điểm của các bản đồ vector là hiển thị tốt và rõ ràng đặc điểm phân bố của từng yếu tố chất lượng nước nên được chúng tôi sử dụng để thể hiện phông chất lượng nước theo từng yếu tố, theo vùng chất lượng nước và tạo nên các lớp thông tin bản đồ đơn tính Kết quả chi tiết của từng bản đồ được lưu trữ trong CSDL và là cơ sở tính toán để xây dựng các bản đồ chuyên đề phục vụ mục đích cụ thể

Tuy nhiên, các bản đồ dạng vector quản lý các đối tượng trên bản đồ dạng đường (suối, ranh giới hành chính, đường đẳng trị,…) hoặc dạng vùng (vùng nuôi tôm, vùng sản xuất muối, vùng trồng lúa, sông,…) Cách quản lý đối tượng bản đồ này chỉ giúp tính toán được độ dài (đường) hoặc diện tích, chu vi (vùng) mà không thể chồng lớp phân tích, xử lý thông tin bản đồ trên toàn CSDL

Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi tiếp tục tiến hành xử lý chuyển đổi các bản đồ GIS dạng vector sang bản đồ GIS dạng raster Cơ sở quản lý của các bản đồ dạng raster là các ô vuông cơ sở Trên từng ô vuông cơ sở sẽ chứa các giá trị của các yếu tố môi trường tại các ô vuông nhờ phép nội suy thích hợp Ở đây chúng tôi chọn phép nội suy Kriging trên phần mềm Surfer 6.0 để quy định giá trị đo đạc (các yếu tố định lượng) tại các ô vuông cơ sở Kích thước mỗi ô vuông trong phép chọn của chúng tôi là

100 m x 100 m (tương ứng với tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất) để cập nhật thông tin

Ưu điểm của các bản đồ GIS dạng raster là có thể xử lý linh hoạt trong việc tích hợp thông tin, chồng lớp bản đồ, xây dựng các bản đồ dẫn xuất,…

Từ kết quả của các bản đồ rasrer và vector, chúng tôi tiếp tục tiến hành phân tích thông tin để xây dựng các bản đồ phân vùng chất lượng nước nuôi tôm theo phương pháp chồng lớp raster bằng các phép toán đại số, phép toán logic

Sử dụng kỹ thuật phân tích thành phần chính (Principle Component Analysic PCA) trên phần mềm Statistica 6.0 để xác định mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường và xác định yếu tố làm chỉ tiêu chất lượng nước cho vùng nuôi tôm tại Ninh Thuận

2 ỨÙNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA LÝ CHUNG

Bản đồ địa lý chung là loại bản đồ được phân loại theo nội dung (bản đồ địa lý chung và bản đồ chuyên đề) Trên bản đồ địa lý chung cho ta thấy đặc điểm của lãnh thổ về mặt địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội [11]

Hình 3.2: Các bước tiến hành xây dựng bản đồ địa lý chung

Thu thập số liệu, tài liệu bản đồ

Thiết kế mô hình dữ liệu phi không gian

Nhập dữ liệu không gian

Số hoá bản đồ

Nhập dữ liệu phi không gian

Liên kết dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian

Chồng xếp các lớp bản đồ Xây dựng bản đồ thành phẩm Xây dựng bản đồ đơn tính

Thiết kế mô hình dữ liệu

không gian

Sửa lỗi, tạo vùng, đường,

điểm

2.1 Tạo lập dữ liệu không gian

2.1.1 Số hóa bản đồ dạng raster

Phương pháp chung: Bằng phương pháp quét ảnh bản đồ (Scanner), máy quét A4 tạo nguồn dữ liệu đầu vào Sử dụng phần mềm DOLVectorB để số hóa, đăng ký tọa độ bản đồ

Bước 1: Quét ảnh bản đồ :

Quét ảnh là quá trình chuyển hình ảnh bản đồ trên nền giấy thành những file ảnh bản đồ trên máy tính dưới dạng ảnh raster

Bước 2: Số hóa bản đồ:

Đây là quá trình chuyển các file ảnh từ dạng raster sang dạng vector:

- Khởi động Dolvector, mở file ảnh cần vector hóa

- Xác định vùng cần xử lý

- Thực hiện các công đoạn tiền xử lý ảnh: Chuyển ảnh sang chế độ màu khác, điều chỉnh màu, chỉnh sửa các yếu tố trên ảnh…

- Sau đó tiến hành xử lý ảnh: Tách màu (group colors), lọc nhiễu (clear noise), trích xương (find skeleton),…)

Qua các công đoạn xử lý các đường nét trên ảnh đã đủ mảnh, chúng ta sẽ tiến hành vector hóa tự động (vectorize)

Hình 3.3: Vector hóa tự động sau khi đã tiến hành tiền xử lý và xử lý ảnh

Sau khi vector hóa hoàn thành, tiến hành đăng ký tọa độ cho file ảnh: Các bản đồ sau khi vector hóa vẫn ở đơn vị pixel như trên ảnh DOLVectorB có thể chuyển tọa

độ bản đồ về đúng tọa độ thực thế thông qua 3 hay 4 điểm mốc không quan tâm đến tỉ lệ xích

Hình 3.4: Đăng ký tọa độ cho file ảnh đã được vector hóa

Để file ảnh này có thể xuất sang (export) Mapinfo nó phải được lưu dưới dạng (save as type) Mapinfo interchange file (*.MIF) Mapinfo có thể nhập (import) file ảnh dạng *MIF từ Dolvector Sau đó file ảnh này lại được lưu dưới dạng file ảnh của Mapinfo (*.tab)

2.1.2 Chuyển đổi tọa độ từ Non – Earth về tọa độ trái đất

Tất cả các bản đồ số (đã được vector hóa) thu thập từ Ninh Thuận và các bản đồ nhập từ file dạng *.MIF đều ở dạng Non - Earth Do vậy phải chuyển tọa độ từ dạng Non - Earth về tọa độ trái đất

Đối với các bản đồ số thu thập từ Ninh Thuận phải đăng ký lại tọa độ và xác định phép chiếu Chúng được thực hiêïn như sau:

Xuất file cần chuyển tọa độ và phép chiếu sang file dạng *.DXF, sau đó nhập lại các file.DXF này và đăng ký tọa độ lại và hệ lưới chiếu Longitude/ Latitude (Indian for Thailand, Vietnam)

Đăng ký lại tọa độ và xác đinh phép chiếu cho các bản đồ này nhằm mục đích chuyển chúng về đúng với vị trí thực trong thực tế

Hình 3.5: Xác định phép chiếu cho bản đồ số của Ninh Thuận

Hình 3.6: Đăng ký lại tọa độ cho bản đồ số của tỉnh Ninh Thuận

Đối với các bản đồ được số hóa và nhập từ DolvectorB, cũng có thể thực hiện tương tự như trên Hoặc đơn giản hơn chúng được tiến hành theo cách sau:

Mở File cần chuyển đổi tọa độ à SAVE COPY AS à PROJECTION và chọn hệ lưới chiếu Longitude/ Latitude (Indian for Thailand, Vietnam)

Vì các bản đồ này đã được đăng ký tọa độ thực tế ở giai đoạn vector hóa nên chúng chỉ cần chuyển tọa độ từ Non - Earth về tọa độ trái đất thông qua xác định phép chiếu mà không cần đăng ký lại tọa độ

Hình 3.7: Xác định phép chiếu cho bản đồ nhập từ DolvectorB

2.1.3 Biên tập bản đồ và xây dựng bản đồ đơn tính

Quá trình biên tập bản đồ và xây dựng bản đồ đơn tính được thực hiện hoàn toàn bằng phần mềm Mapinfo

Để biên tập bản đồ, các bản đồ phải ở trạng thái biên tập được (editable) Tuy phần mềm DOLVectorB chuyển dữ liêïu dạng ảnh thành dạng vector với độ chính xác cao (các đối tượng đường dạng vector bảo toàn hình dáng, các mối quan hệ giữa chúng như giao nhau, khép kín… vốn có trên ảnh), nhưng vì quá trình vector hóa là quá trình

nhận diện các đường nét, trích chúng ra khỏi ảnh và xem chúng như dạng đường nên bắt buộc phải biên tập lại bản đồ vì trên bản đồ còn có đối tượng vùng, điểm

Các bản đồ thu thập có tỷ lệ khác nhau nên có những sai lệch nhất định, việc biên tập nhằm hạn chế những sai lệch do những bản đồ dạng này gây ra

Biên tập bản đồ để chỉnh sửa các vùng không được đóng kín, Slivers (một khoanh

vi thừa trên bản đồ) Thêm và xóa bỏ những đường nét do chất lượng bản đồ giấy kém làm ảnh quét kém chất lượng làm quá trình vector hóa phát sinh nhiều lỗi

Hình 3.8: Bản đồ nhiệt độ trung bình năm – Ninh Thuận đã được biên tập

Để xây dựng bản đồ hiện trạng nuôi tôm tỉnh Ninh Thuận, phải chọn (selection)

tất cả các vùng (polygon) sử dụng cho nuôi tôm từ Bản đồ hiện trạng sử dụng đất để

xây dựng một lớp bản đồ (layer) mới Sử dụng ngôn ngữ SQL để tìm ra (truy xuất) các vùng đất sử dụng cho mục đích nuôi tôm

Hình 3.9: Quá trình tìm các vùng sử dụng đất cho mục đích nuôi tôm

Bản đồ địa lý chung

Các đối tượng tìm ra sẽ được sao chép (copy) vào lớp bản đồ đang ở trạng thái biên tập được (editing) thông qua lệnh Paste

Quá trình xây dựng bản đồ hiện trạng trồng lúa, sản xuất muối cũng được tiến hành tương tự

2.2 Tạo lập dữ liệu phi không gian

Tùy theo đặc điểm của các lớp đối tượng thể hiện chúng ta tiến hành thiết lập

cơ sở dữ liệu thuộc tính cho các lớp thông tin, bao gồm:

- Hệ thống thủy văn: Thể hiện hệ thống sông ngòi, kênh mương theo tỷ lệ bản đồ Tên kênh mương, sông suối chính được đưa vào quản lý

- Lớp điều kiện khí hậu: Thể hiện đường đẳng nhiệt độ và đẳng mưa

- Lớp thửa đất nuôi tôm: Thể hiện diện tích, lập mã theo xã, theo huyện từng giải thửa nuôi tôm

2.3 Chồng lớp bản đồ

Từ các lớp bản đồ đơn tính đã được tạo ra trên, ta tiến hành chồng xếp hệ thống các lớp bản đồ với nhau (overlay) Theo các thứ tự ưu tiên từ trên xuống dưới: Điểm (point), Chữ ghi chú (text), đường (line, linestring), vùng (Regon) theo thứ tự như sau:

Hình 3.10: Mô hình chồng lớp bản đồ

Các lớp liên quan Vùng nuôi tôm Hệ thống thủy lợi Lớp khí hậu Lớp địa giới Lớp địa danh

3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ THÔNG SỐ

CHẤT LƯỢNG NƯỚC NUÔI TÔM

Bản đồ thông số môi trường chính là việc xác định các thông số môi trường tại các vùng nuôi tôm và mô hình hóa chúng lên các lớp bản đồ đơn tính

Hình 3.11: Các bước tiến hành xây dựng bản đồ thông số môi trường

Trong cơ cấu tổ chức và quản lý CSDL của Mapinfo được chia làm 2 thành phần cơ bản : Các đối tượng và cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu phi không gian liên kết với nhau thông qua chỉ số ID, được lưu giữ và quản lý bên trong của các đối tượng bản đồ và có thể truy cập tìm kiếm thông tin cần thiết thông qua cả 2 loại dữ liệu bản đồ

3.1 Raster hóa bản đồ

Quá trình Raster hóa bản đồ là quá trình chuyển bản đồ từ dạng vector sang dạng raster Kết quả quá trình này cho chúng ta hệ thống lưới ô vuông thông qua việc

Thiết lập CSDL không gian CSDL phi không gian Thiết lập, cập nhật

Lớp hiện trạng nuôi tôm

Liên kết CSDL không gian và CSDL phi không gian Xây dựng lớp thông số chất lượng nước

Biên tập và hoàn chỉnh bản đồ thông số chất lượng nước đơn tính Raster hóa bản đồ vùng nuôi tôm

chia nhỏ diện tích vùng nuôi tôm thành các ô lưới hình vuông Giá trị các thông số môi trường tại các ô lưới này được xác định qua phép nội suy

Hình 3.12: Các bước raster hóa bản đồ

3.1.1 Xây dựng ô lưới

Xây dựng lưới ô vuông được thực hiện trên phần mềm Mapinfo thông qua ứng dụng Gridmakr Ở đây kích thước của mỗi ô lưới là 100 m x 100 m

Lớp lưới ô vuông được tạo ra cũng phải được xác định tọa độ và phải được chiếu lên hệ lưới chiếu Longitude/ Latitude (Indian for Thailand, Vietnam) trong quá trình tạo lưới

Hình 3.13: Xây dựng ô lưới để raster hóa bản đồ

Xây dựng lưới ô vuông Nội suy giá trị thông số chất lượng nước

Nhập giá trị các thông chất lượng nước vào ô lưới Biên tập bản đồ

Bản đồ thông số môi trường dạng raster Bản đồ hiện trạng

vùng nuôi tôm Thông số chất lượng nước ao nuôi tôm

3.1.2 Xác định giá trị cho từng ô lưới

Dùng các giá trị thông số môi trường ở một số vị trí thu mẫu phân tích để nội suy giá trị thông số môi trương cho các ô lưới đã được chia nhỏ

Quá trình nội suy bằng phương pháp Kriging được thực hiện trên phần mềm Surfer Sử dụng hộp thoại để nội suy sẽ đơn giản rất nhiều, song quá trình nội suy phải thực hiện lần lượt cho từng thông số chất lượng nước và phải chuyển đổi tọa độ từ đơn

vị đơn vị đo góc (độ - degree) sang đơn vị đo chiều dài vì vậy sẽ tốn rất nhiều thời gian

1o latitude = 110,6 Km

1o longitude = 111,3 Km x COS(latitude (rad))

Hình 3.14: Nội suy Kriging các thông số chất lượng nước bằng hộp hội thoại

Ở đây chúng tôi sử dụng công cụ hổ trợ cho phần mềm Surfer là GS Cripter để tạo Macro phục vụ cho nội suy tự động một lúc nhiều thông số chất lượng nước nuôi tôm

3.1.3 Nhập giá trị cho từng ô lưới

Giá trị của các ô lưới chính là các giá trị được nội suy do vậy phải chuyển file nội suy ở Surfer sang dạng file mà Mapinfo có thể đọc được bằng cách lưu lại file này dưới dạng file Delimited ASCII (*.txt)

Quá trình nhập dữ liệu được thực hiện tự động thông qua một mã chung được tạo

ra cho file các ô lưới và file các giá trị nội suy

Hình 3.15: Cập nhật giá trị cho các ô lưới

3.2 Xây dựng dữ liệu không gian

Các lớp thông tin về các thông số chất lượng nước được xây dựng như nhau cụ thể như sau:

Đối tượng vùng: Các vùng xác định từng khoảng giá trị thông số chất lượng nước được thể hiện theo màu sắc

Đối tượng chữ: Các chú thích

3.3 Xây dựng dữ liệu phi không gian

3.3.1 Lớp dữ liệu nguồn (Database)

Bảng 3.1: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu nguồn

3.3.2 Lớp oxy hòa tan (DO)

Tô màu giá trị DO chi tiết đến 0,1 mg

Bảng 3.2: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp oxy hòa tan

3.3.3 Lớp độ mặn

Tô màu giá trị độ mặn chi tiết đến 1‰

Bảng 3.3: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp độ mặn

3.3.4 Lớp độ kiềm

Tô màu giá trị độ kiềm chi tiết đến 5 mgCaCO3

Bảng 3.4: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp độ kiềm

3.3.5 Lớp độ trong nước ao

Tô màu giá trị Độ trong nước ao chi tiết đến 2 cm

Bảng 3.5: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp độ trong nước ao

3.3.6 Lớp hữu cơ đáy

Tô màu giá trị hữu cơ đáy chi tiết đến 0,1%

Bảng 3.6: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp hữu cơ đáy

3.3.7 Lớp Mực nước ao

Tô màu giá trị mực nước ao chi tiết đến 3 cm

Bảng 3.7: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp mực nước ao

3.3.8 Lớp Nhiệt độ nước ao

Tô màu giá trị nhiệt độ nước ao chi tiết đến 1oC

Bảng 3.8: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính nhiệt độ nước ao

3.3.9 Lớp pH nước ao

Tô màu giá trị pH nước ao chi tiết đến 0,1

Bảng 3.9: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp pH nước ao

3.3.10 Lớp NH 3

Tô màu giá trị NH3 chi tiết đến 0,05 mg

Bảng 3.10: Bảng mô tả dữ liệu thuộc tính lớp NH 3