Mô hỏng chất lượng nước sông Vàm cỏ

Luận văn về mô hỏng chất lượng nước sông Vàm cỏ

LỜI CÁM ƠN

Đứng trước tình hình trên, việc thực hiện một chương trình nghiên cứu bài bản, thực sự nghiêm túc, có cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định được các nguyên nhân gây ô nhiễm là hết sức cần thiết

Để có thể đề xuất các giải pháp tổng hợp và khả thi để bảo vệ nguồn nước sông Vàm Cỏ Đông phục vụ an toàn cho cấp nước đồng thời phục vụ cho các mục đích quản

lý môi trường địa bàn Huyện Cần Đước cũng như phát triển bền vững trên toàn lưu vực sông cần phải áp dụng nhiều phương pháp khác nhau trong đó có phương pháp mô hình hóa và GIS

Đề tài đã bước đầu ứng dụng QUAL2K và MIKE 11 để mô phỏng chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông và đề xuất một số biện pháp quản lý lưu vực sông hợp lý hơn trong thời gian tới Tính toán được thực hiện dựa trên theo các kịch bản phát triển kinh

tế xã hội khác nhau cho phép làm sáng tỏ vai trò khác nhau của các vị trí thải, yếu tố thuỷ văn từ đó có thể đưa ra các biện pháp ngăn ngừa ở tầm vĩ mô So sánh bước đầu kết quả tính toán bằng mô hình và số liệu thực cho thấy hai mô hình cho độ tin cậy khá cao, nhất là khi ứng dụng cho vùng sông chịu ảnh hưởng mạnh của triều Kết quả này

sẽ được áp dụng trong việc tính toán lan truyền chất ô nhiễm cho sông Vàm Cỏ Đông nhằm phục vụ giám sát và quản lý môi trường nước sông

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ENVIM ENVironmental Information Management software – phần

mềm quản lý môi trường

ENVIMAP (ENVironmental Information Management and Air

Pollution estimation)

GIS Geographic Information System – Hệ thống thông tin địa lý

HTTTMT Hệ thống thông tin môi trường

KTTĐPN Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam

KCN Khu công nghiệp

CSSX Cơ sở sản xuất

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2-1 Các module cơ bản trong khối xử lý bản đồ số trong ENVIM 23

Bảng 2-2 Mô tả các chức năng quản lý các đối tượng thông tin địa lý trong ENVIM 24

Bảng 3-1 Các đơn vị hành chính của huyện Cần Đước (năm 2006) .31

Bảng 3-2 Phân loại và thống kê diện tích các loại đất của huyện 40

Bảng 3-3 Thống kê tình hình sử dụng đất đến năm 2005 và quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010, định hướng đến năm 2020 tại huyện Cần Đước 46

Bảng 3-4 Các vị trí lấy mẫu quan trắc trên sông Vàm Cỏ Đông .64

Bảng 3-5 : Các vị trí lấy mẫu quan trắc nước thải từ 10 KCN và 3 vị trí gần chợ cá Tân An 73 Bảng 3-6 Chỉ tiêu và phưong pháp lấy mẫu được áp dụng 87

Bảng 4-1 Danh mục các nguồn thải đổ vào Sông Vàm Cỏ Đông 100

Bảng 4-2 Các khu dân sống dọc theo Sông Vàm Cỏ Đông 104

Bảng 4-3 Danh sách nhà máy, khu công nghiệp xả thải xuống sông Vàm Cỏ Đông 105

Bảng 4-4 Danh mục các vị trí được lựa chọn trên sông Vàm Cỏ Đông 106

Bảng 4-5 Thông số chất lượng nước thượng nguồn 107

Bảng 4-6 Thông số tỷ lệ thất thoát và bị phân hủy 108

Bảng 4-7 Tải trọng chất bẩn (hệ số phát thải chất ô nhiễm) tính theo đầu người 108

Bảng 4-8 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trên bể tự hoại hoặc công trình tương tự 109

Bảng 4-9 Chi tiết kịch bản 1 và 2 110

Bảng 4-10 Chi tiết kịch bản 3 và 4 111

Bảng 4-11 Các kịch bản phát triển kinh tế xã hội lưu vực sông Vàm Cỏ Đông 111

Bảng 4-12 Mức thải trung bình công nghiệp (m3/ha.ngày) 112

Bảng 4-13 Nồng độ chất thải công nghiệp 112

Bảng 4-14 Lưu lượng thải kênh rạch 120

Bảng 4-15 Số liệu nguồn thải kênh rạch 121

Bảng 4-16 Danh sách điểm nhạy cảm 139

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2-1 Xu thế phát triển công nghệ GIS hiện tại và tương lai gần 16

Hình 2-2 Công nghệ tích hợp ENVIM 18

Hình 2-3 Mô hình lý luận của ENVIM 19

Hình 2-4 Sơ đồ hoạt động Khối Môi trường trong công nghệ ENVIM 21

Hình 2-5 Sơ đồ tích hợp mô hình toán môi trường trong ENVIM 25

Hình 2-6 Tạo lớp bờ sông bằng phần mềm Mapinfo 27

Hình 2-7 Các bước chuyển đổi dữ liệu không gian sang format của ENVIM 28

Hình 2-8 Xây dựng kịch bản tính toán cho QUAL2K 29

Hình 2-9 Dữ liệu môi trường kết hợp mô hình toán và dữ liệu không gian thể hiện chất lượng nước 29

Hình 3-1 Bản đồ địa giới hành chính huyện Cần Đước, Long An 33

Hình 3-2 Sơ đồ các điểm lấy mẫu quan trắc trên Sông Vàm Cỏ 66

Hình 3-3 Đồ thị thể hiện diễn biến độ pH trên Sông Vàm Cỏ Đông 67

Hình 3-4 Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng DO trên Sông Vàm Cỏ Đông 68

Hình 3-5 Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng SS trên Sông Vàm Cỏ Đông 68

Hình 3-6 Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng BOD trên Sông Vàm Cỏ Đông 70

Hình 3-7 Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng COD trên Sông Vàm Cỏ Đông 71

Hình 3-8 Sơ đồ các vị trí lấy mẫu quan trắc KCN – Chợ trên địa bàn Tỉnh Long An 74

Hình 3-9 Đồ thị thể hiện diễn biến độ pH khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 75

Hình 3-10 Đồ thị thể hiện diễn biến độ pH khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 75

Hình 3-11 Đồ thị thể hiện diễn biến độ pH khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 76

Hình 3-12 Đồ thị thể hiện diễn biến COD khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 77

Hình 3-13 Đồ thị thể hiện diễn biến tổng Nitơ khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 78

Hình 3-14 Đồ thị thể hiện diễn biến tổng Photpho khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 78

Hình 3-15 Tóm tắt các bước thực hiện Luận văn 84

Hình 3-16 Sơ đồ lấy mẫu trên lưu vực sông Vàm Cỏ Đông, tại Cần Đước 87

Hình 3-17 Giao diện của Google Earth 89

Hình 3-18 Ảnh vệ tinh khu vực sông Vàm Cỏ Đông 90

Hình 3-19 Các bước kết nối dữ liệu không gian với QUAL2K 94

Hình 3-21 Các lớp bản đồ nền Huyện Cần Đước .95

Hình 3-22 Trang mở đầu phần mềm kết nối dữ liệu không gian với QUAL2K 96

Hình 3-23 Dữ liệu không gian đã được tích hợp với QUAL2K thông qua ENVIM 96

Hình 3-24 Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do sinh hoạt 97

Hình 3-25 Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do nguồn công nghiệp 97

Hình 3-26 Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do nguồn phân tán .98

Hình 3-27 Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do kênh rạch 98

Hình 4-1 Vị trí các nguồn thải trên sông Vàm Cỏ Đông trong phạm vi xem xét của đề tài 100 Hình 4-2 Giao diện vận hành mô hình trong ENVIMQ2K 128

Hình 4-3 Giao diện lựa chọn nguồn thải để tính toán 128

Hình 4-4 Bảng tổng hợp kết quả tính toán 129

Hình 4-5 Thông tin khu công nghiệp tương ứng với kịch bản 1 129

Hình 4-6 Thông tin kênh rạch tương ứng với kịch bản 1 130

Hình 4-7 Thông tin khu dân cư tương ứng với kịch bản 1 130

Hình 4-8 Kết quả xuất ra của mô hình ENVIMQ2K 131

Hình 4-9 Bản đồ phân bố Chất rắn lơ lửng (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 1) 132

Hình 4-10 Bản đồ phân bố BOD5 (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 1) 132

Hình 4-11.Bản đồ phân bố Chất rắn lơ lửng (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 2) 133

Hình 4-12 Bản đồ phân bố BOD5 (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 2) 133

Hình 4-13 Bản đồ phân bố DO (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 2) 134

Hình 4-14 Bản đồ phân bố Nitơ hữu cơ (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 2) 134

Hình 4-15.Bản đồ phân bố Chất rắn lơ lửng (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 3) 135

Hình 4-16 Bản đồ phân bố BOD5 (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 3) 135

Hình 4-17 Bản đồ phân bố DO (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 3) 136

Hình 4-18 Bản đồ phân bố Nitơ hữu cơ (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 3) 136

Hình 4-19 Bản đồ phân bố Chất rắn lơ lửng (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 4) 137

Hình 4-20 Bản đồ phân bố BOD5 (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 4) 137

Hình 4-21 Bản đồ phân bố DO (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 4) 138

Hình 4-22 Bản đồ phân bố Nitơ hữu cơ (mg/l) sông Vàm Cỏ Đông (kịch bản 4) 138

Hình 4-23 Nồng độ BOD tại điểm nhạy cảm vào mùa khô theo kịch bản 140

Hình 4-24 Nồng độ BOD tại điểm nhạy cảm vào mùa mưa theo kịch bản 140

Hình 4-25 Nồng độ TSS tại điểm nhạy cảm vào mùa khô theo kịch bản 140

Hình 4-26 Nồng độ TSS tại điểm nhạy cảm vào mùa mưa theo kịch bản 140

Hình 4-27 Nồng độ DO tại điểm nhạy cảm vào mùa khô theo kịch bản 140

Hình 4-28 Nồng độ DO tại điểm nhạy cảm vào mùa mưa theo kịch bản 140

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 1

1 MỞ ĐẦU 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 4

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 4

1.4 CÁC NỘI DUNG THỰC HIỆN 4

CHƯƠNG 2 6

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

2.1 CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC 6

2.2 XỬ LÝ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VÀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 12

2.3 CÔNG NGHỆ LIÊN KẾT MÔ HÌNH MÔI TRƯỜNG VỚI GIS 17

2.4 TÍCH HỢP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VỚI MÔ HÌNH QUAL2K 27

CHƯƠNG 3 31

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN HUYỆN CẦN ĐƯỚC 31

3.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI HUYỆN CẦN ĐƯỚC 54 3.3 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG VÀM CỎ - HUYỆN CẦN ĐƯỚC TRONG NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY 63

3.4. HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT SÔNG VÀM CỎ - HUYỆN CẦN ĐƯỚC 79

3.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 83

CHƯƠNG 4 99

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 99

4.1 MÔ TẢ KỊCH BẢN 100

4.2 KẾT QUẢ CHẠY MÔ HÌNH QUAL2K 131

4.3 THẢO LUẬN 141

CHƯƠNG 5 144

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 144

CHƯƠNG 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Huyện Cần Đước cách Tp Hồ Chí Minh 30 km về phía Nam và cách Thị xã Tân An 45 km về phía Đông, nằm kẹp giữa sông Vàm Cỏ và sông Rạch Cát tiếp giáp với cửa Soài Rạp thông ra biển Đông và nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam của tỉnh, liền kề với những KCN lớn của Tp Hồ Chí Minh và Long An như : KCN Bến Lức, KCN Soài Rạp, KCN Hiệp Phước,… Ở một vị trí như vậy, huyện Cần Đước có những lợi thế như sau :

Huyện Cần Đước là cửa ngõ giao thông giữa Tp Hồ Chí Minh với các tỉnh miền Đông Nam Bộ và miền Tây Nam Bộ, với sự giao lưu thuận tiện bằng các tuyến giao thông quan trọng như quốc lộ 50, tỉnh lộ 826, 835 chạy qua, cộng với hệ thống giao thông đường thủy qua kênh Nước mặn, sông Vàm Cỏ, cửa Soài Rạp và sông Nhà

Bè Trong tương lai sẽ xây dựng tuyến đường tắt quốc lộ 50 Cần Đước (Long An) – Chợ Gạo (Tiền Giang) là trục giao thông quan trọng cho phát triển kinh tế của huyện

Hệ thống Sông Vàm Cỏ đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội, lưu thông vận chuyển hàng hóa trên địa bàn Huyện Cần Đước Người dân sống trên lưu vực chủ yếu dựa vào các nghề truyền thống như nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, chăn nuôi gia súc, gia cầm, nuôi trồng thủy sản, dệt nhuộm và phát triển công nghiệp Vì vậy việc khai thác và sử dụng nguồn nước trên địa bàn đều ảnh hưởng đến môi trường xung quanh khu vực

Hiện nay sông Vàm Cỏ đang được quan tâm đặc biệt bởi những diễn biến có xu hướng xấu đi về chất lượng nước của dòng sông đe dọa nghiêm trọng đến đời sống xã

hội và trước hết đe dọa trực tiếp về nhu cầu cấp nước cho cụm dân cư thuộc tỉnh Long

An, giáp giới với thành phố Hồ Chí Minh

Đã có nhiều đề tài khoa học các cấp, nhiều Luận văn đại học, cao học nghiên cứu về con sông này Kết quả của các nghiên cứu trên cho thấy đã đến lúc cần phải thực hiện một chương trình nghiên cứu bài bản và thực sự nghiêm túc, có cơ sở khoa học và thực tiễn xác định chính xác được các nguyên nhân gây ô nhiễm và mục tiêu cuối cùng cần phải đạt được là xây dựng kịch bản phát triển bền vững cho lưu vực sông Vàm Cỏ

Để có thể đề xuất các giải pháp tổng hợp và khả thi để bảo vệ nguồn nước sông Vàm Cỏ phục vụ an toàn cho cấp nước đồng thời phục vụ cho các mục đích phát triển bền vững trên toàn lưu vực sông cần phải áp dụng nhiều phương pháp khác nhau như

mô hình hóa, GIS, kết hợp với đo đạc thực địa để lấy số liệu Tính phức tạp của bài toán ở đây là ở chỗ sông Vàm Cỏ trải rất dài và đi qua nhiều cụm dân cư, các khu công nghiệp cũng như có nhiều nguồn kênh rạch đổ vào do vậy từng phương pháp riêng rẽ ở trên dù có mạnh tới đâu cũng không thể cho một bức tranh tổng thể Chính vì vậy nghiên cứu kết hợp GIS, mô hình toán và các dữ liệu thu thập được thành một công nghệ tích hợp giúp các nhà quản lý có thể ra được các quyết định có cơ sở vẫn còn là một bài toán cần nghiên cứu trong khuôn khổ bài toán bảo vệ môi trường và phát triển bền vững đối với sông Vàm Cỏ

Trước tình hình đó đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán và GIS đánh

giá chất lượng nước sông Vàm Cỏ phục vụ công tác quản lý môi trường Huyện Cần Đước – tỉnh Long An” được đưa ra nhằm ứng dụng phương pháp tích hợp mô

hình, GIS vào cơ sở dữ liệu (CSDL) môi trường phục vụ công tác quản lý môi trường trong việc đánh giá và dự báo ô nhiễm nước sông trong thời gian sắp tới

Các vấn đề thể hiện tính cấp thiết của đề tài bao gồm:

a Đáp ứng trước nhu cầu phát triển kinh tế xã hội

- Tốc độ phát triển vượt bậc của các tỉnh thuộc khu vực giáp ranh với Tp Hồ Chí

Minh như Long An

- Mức độ công nghiệp hóa, đô thị hóa tại các tỉnh trong lưu vực Sông Vàm Cỏ ngày

càng nhanh chóng

- Trang bị, nâng cấp hạ tầng cơ sở lưu trữ thông tin trước nhu cầu phát triển vượt

bậc của thế giới

- Đảm bảo mức độ tin cậy của thông tin, dữ liệu trong việc hỗ trợ công tác xây

dựng chính sách, quyết định liên quan đến môi trường

b Để phát triển bền vững cần phải lưu ý giải quyết các bài toán sau đối với sông Vàm Cỏ

1 Xác định chính xác về các nguyên nhân gây ô nhiễm đặc thù nguồn nước sông Vàm Cỏ ảnh hưởng trực tiếp đến mục đích cấp nước Việc ô nhiễm này rõ ràng liên quan chặt chẽ đến việc xả thải nước thải sinh hoạt từ khu dân cư và từ nước thải của hoạt động công nghiệp dọc sông Vàm Cỏ, từ nuôi trồng thủy sản trên sông… Từ đó cho thấy, việc xử lý nước thải từ nguồn đạt tiêu chuẩn quy định có

ý nghĩa quyết định đến việc bảo vệ chất lượng của nguồn tiếp nhận - sông Vàm

Cỏ

2 Về lâu dài cần đánh giá được hiện trạng và dự báo diễn biến ô nhiễm nước sông Vàm Cỏ trong những năm tới đến 2015 và định hướng đến 2020 - để làm việc này cần thiết điều tra, khảo sát đồng bộ về nguồn xả nước thải, tải lượng nước thải vào sông Vàm Cỏ

3 Đánh giá quá trình phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông Sài Gòn tác động

và ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Vàm Cỏ, điều chỉnh hợp lý kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội trong những năm tới

4 Ứng dụng mô hình toán quản lý chất lượng nước sông Vàm Cỏ với các mô hình toán lựa chọn thích hợp trong điều kiện cụ thể của sông Vàm Cỏ (như QUAL2K, MIKE )

1.2 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

1 Kết hợp giữa hệ thống thông tin môi trường và dữ liệu môi trường để nâng cao hiệu quả quản lý môi trường

2 Sản phẩm tạo ra có thể ứng dụng trong thực tế, giúp cơ quan quản lý môi trường Huyện Cần Đước có thể kiểm soát, đánh giá và dự báo được mức độ ô nhiễm nước Sông Vàm Cỏ trong thời gian dài

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1 Đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Vàm Cỏ;

2 Ứng dụng mô hình toán dự báo diễn biến chất lượng nước sông Vàm Cỏ từ nay đến năm 2010 –hướng đến năm 2020 dưới những áp lực kinh tế - xã hội và môi trường

1.4 CÁC NỘI DUNG THỰC HIỆN

− Khái quát một số đặc trưng, tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội Huyện Cần Đước – Tỉnh Long An

− Thu thập, đo đạc, phân tích số liệu liên quan đến chất lượng nước sông Vàm Cỏ Làm rõ các nguồn xả thải từ các khu công nghiệp và cơ sở sản xuất, sinh hoạt vào khúc sông được xem xét

− Xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu quản lý ô nhiễm nguồn nước mặt sông Vàm Cỏ

− Tính toán dự báo nhu cầu phát thải dựa trên qui hoạch phát triển kinh tế-xã hội huyện Cần Đước đến năm 2020

− Ứng dụng các mô hình chất lượng nước (Qual2k, Mike 11), tính toán dự báo ô nhiễm nước mặt Sông Vàm Cỏ

− Biểu diễn kết quả chạy mô hình với kỹ thuật Geoinformatics

− Đề xuất chương trình quan trắc, giám sát, dự báo phục vụ công tác quản lý chất lượng môi trường

CHƯƠNG 2

Mô hình hóa với sự trợ giúp của công nghệ GIS trong thời đại ngày nay đã trở thành một công cụ rất mạnh để nghiên cứu và quản lý môi trường Ứng dụng các mô hình môi trường và GIS đã mở ra những chân trời mới để giải quyết nhiều bài toán về môi trường, trong đó có bài toán mô phỏng chất lượng nước kênh sông Sự lan truyền các chất ô nhiễm trên kênh sông diễn ra trên một phạm vi rộng lớn Ngay cả những nơi cách xa nguồn thải vẫn có thể chịu ảnh hưởng và có thể gây ra tổn thất nặng nề Vấn đề được quan tâm nhiều nhất là:

− Mối liên hệ giữa mức xả thải ở thượng nguồn với mức ô nhiễm tại các vùng

2.1 CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Hiện nay, các tính toán quá trình truyền các chất ô nhiễm có ý nghĩa lớn đối với việc lập kế hoạch và phát triển hệ thống bảo vệ nước Tuy nhiên, việc tính toán mô

trường hợp là không thể thực hiện được bằng tay vì tính phức tạp cồng kềnh Hơn nữa

số lượng tham số và phương trình mô tả rất lớn khiến việc tìm kiếm lời giải gặp nhiều khó khăn Đây là lý do rất nhiều công cụ mạnh ra đời cho phép tự động hoá tính toán Dưới đây là một số mô hình chất lượng nước được sử dụng rộng rãi trong bài toán bảo

vệ môi trường

QUAL2E do Brown và Barnwell xây dựng năm 1987, QUAL2K là bản cải tiến

ra đời 3/2006 Những công trình đầu tiên về QUAL2 được trình bày trong tài liệu Qual

I & II, Stream Water Quality, Texas Water Development Board, Environmental Protection Agency; (1971, 1973) và sau này được trình bày trong công trình Qual2E, Enhanced Stream Water Quality Model; EPA, Center for Exposure Assessment Modeling (1985) QUAL2E-UNCAS là một phiên bản nâng cao của QUAL2E nó cung cấp những khả năng để phân tích tính không chắc chắn Sự ra đời của QUAL2E đã thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng các công cụ mô hình trong bài toán mô phỏng chất lượng nước cho hệ thống kênh sông QUAL2K là phiên bản mới nhất ra đời vào tháng 3/2006

Mô hình QUAL2K là mô hình chất lượng nước sông tổng hợp và toàn diện được phát triển do sự hợp tác giữa trường Đại Học Tufts University và Trung tâm mô hình chất lượng nước của Cục Môi Trường Mỹ Mô hình này được sử dụng rộng rãi để

dự đoán hàm lượng tải trọng của các chất thải cho phép thải vào sông Mô hình cho phép mô phỏng 15 thành phần thông số chất lượng nước sông bao gồm nhiệt độ, BOD5,DO, tảo dưới dạng chlorophyl, nitơ hữu cơ (Norg), nitrit ( N-NO2), nitrat (N-NO3

hình QUAL2E cũng có thể tính toán lưu lượng cần thiết thêm vào để đạt được giá trị ôxy hoà tan theo tiêu chuẩn

Về mặt thuỷ lực mô hình QUAL2K có thể tính toán được ở 2 chế độ là trạng thái ổn định và trạng thái động Ở trạng thái ổn định, mô hình có thể được sử dụng để tính toán nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng chất thải (cường độ, chất lượng và vị trí) đối với chất lượng nước sông và cũng có thể sử dụng liên kết với chương trình lấy mẫu thực địa để nhận diện các đặc tính cường độ và chất lượng của tải trọng từ các nguồn diện (non-point sources) Ở trạng thái động, mô hình QUAL2E có thể được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng do sự thay đổi khí hậu hằng ngày đối với chất lượng nước (ôxy hoà tan nhiệt độ) và cũng có thể nghiên cứu sự thay đổi oxy hoà tan hằng ngày do sự

hô hấp và tăng trưởng của tảo

Từ năm 1983 Cục bảo vệ môi trường Mỹ dưới sự lãnh đạo của DiToro đã phát triển phần mềm mới có tên là WASP (Water Quality Analysis Simulation; EPA) với các phiên bản tiếp theo là: WASP4 (1988), WASP5 (1993), WASP6 (2001), WASP7 (2006)

WASP7 là phiên bản nâng cấp mới nhất trong họ WASP chạy trong môi trường Windows của Bộ Chương trình mô phỏng phân tích chất lượng nước Phiên bản WASP7 được phát triển nhằm giúp đỡ các nhà lập mô hình thực hiện Chương trình mô phỏng phân tích chất lượng nước WASP có 3 đặc trưng như sau: phần tiền xử lý, phần

xử lý dữ liệu nhanh, và phần hậu xử lý biểu diễn đồ họa giúp nhà lập mô hình sử dụng WASP nhanh hơn một cách dễ dàng, ngoài ra còn có thể đánh giá các kết quả từ mô hình dưới dạng số và đồ họa Với WASP6 việc thực hiện chương trình có thể nhanh hơn 10 lần so với phiên bản WASP của Cục bảo vệ môi trường Mỹ trong môi trường DOS Mặc dù WASP6 sử dụng cùng các thuật toán như WASP trong môi trường DOS

WASP7 bao gồm:1) giao diện dựa trên các cửa sổ dễ dùng, 2) một bộ tiền xử lý giúp nhà lập mô hình chuyển dữ liệu về dạng thích hợp cho WASP, các phần xử lý mô hình phú dưỡng hóa và chất hữu cơ có tốc độ cao, và 4) phần hậu xử lý – biểu diễn đồ

Do kiến trúc được thiết kế của WASP7 làm cho người sử dụng dễ dàng phát triển các môđun động lực cho WASP Hiện tại USEPA đang dự định phát triển mô hình phú dưỡng hóa nâng cao bao gồm thêm một số biến trạng thái: 2 nhóm tảo, độ mặn, cân bằng nhiệt đầy đủ, coliform, nhóm BOD thứ 2, mô hình chất lắng,

Hệ thống WASP bao gồm 2 chương trình tính toán độc lập: DYNHYD và WASP6; chúng có thể chạy riêng rẽ hoặc kết hợp với nhau Chương trình thủy động lực – DYNHYD – mô phỏng sự chuyển động của nước trong khi đó chương trình chất lượng nước – WASP – mô phỏng sự chuyển động và tương tác của các chất ô nhiễm trong nước Ngoài DYNHYD kết hợp cùng với WASP còn có các chương trình thủy động lực khác cũng có thể được liên kết WASP

Trong đó WASP7 bao gồm 2 mô hình động lực con mô phỏng 2 nhóm chính về các vấn đề chất lượng nước: phần ô nhiễm thông thường (như ôxy hòa tan, nhu cầu ôxy sinh hóa, chất dinh dưỡng và phú dưỡng hóa) và phần ô nhiễm chất độc (như các chất hữu cơ, kim loại, và chất lắng), lần lược là EUTRO và TOXI /nguồn [44]/

Gần đây, trong công trình [17] ứng dụng phần mềm ANSYS mô phỏng chất lượng nước trên kênh sông ANSYS được phát triển bắt đầu từ năm 1970 do nhóm nghiên cứu của Dr.Jonh Swanson, hệ thống tính toán Swanson (Swanson Analysis System, Inc), ở tại Mỹ Từ đó ANSYS đã nhanh chóng phát triển ra các nước khác trên thế giới như CHLB Đức, Anh, Áo, Thuỵ Sĩ, Nhật, Trung Quốc,

ANSYS là phần mềm thiết kế phân tích đa chức năng uyển chuyển và đáng tin cậy Các công cụ tính toán của nó phát triển liên tục với hệ thống các menu hỗ trợ nhập

số liệu, chọn các hành động với sự trợ giúp các hộp hội thoại, các menu xổ xuống và các cửa sổ trợ giúp người sử dụng

Các phương tiện mô phỏng các thực thể là hình học lý tưởng, dựa trên kỹ thuật Spline, các phép toán Boolean …

Phân tích qua chương trình ANSYS bao gồm ba giai đoạn: tiền xử lý, giải để tìm nghiệm và hậu xử lý Trình tự các bước ứng dụng ANSYS giải bài toán lan truyền

ô nhiễm gồm:

• Bước 1: Xác định miền bài toán

Người giải cần xác định miền thích hợp cho mỗi bài toán Xác định vị trí các điều kiện biên đã biết của bài toán

• Bước 3: tạo mạng lưới phần tử hữu hạn

Ở nơi biến thiên nhanh lưới cần mịn hơn nơi biến thiên chậm

• Bước 4: đặt các điều kiện biên

Điều kiện biên có thể được định nghĩa trước hay sau khi mạng lưới được tạo ra Điều kiện biên có thể thay đổi giữa những lần khởi tạo lại, nhưng thông thường chỉ thay đổi khi có sự bất ổn trong quá trình giải

• Bước 5: thiết lập các thông số tính toán

Sử dụng mô hình chảy rối hay giải phương trình nhiệt đồng thời, người sử dụng cần kích hoạt chúng các đối tượng cụ thể được thiết lập như các đặc trưng lưu chất, là 1 chức năng của bài toán

• Bước 6: Giải bài toán

Người sử dụng có thể giám sát sự hội tụ và ổn định lời giải bài toán bằng cách quan sát tốc độ thay đổi lời giải và các ứng xử biến phụ thuộc thích hợp Các biến nầy bao gồm vận tốc, áp suất và nhiệt độ, các đại lượng rối, tốc độ tiêu hao động năng, độ nhớt tương đương

• Bước 7: Phân tích kết quả

Các kết quả xuất ra có thể được hậu xử lý và phân tích trong những file xuất Người giải sử dụng khả năng đánh giá kỹ thuật của mình để phân tích kết quả, ước

lượng độ tin cậy của toàn bộ phép giải, cách thức và các đặc tính riêng được sử dụng

và các điều kiện áp đặt

Ngày nay, MIKE được biết tới như một phần mềm thương mại nổi tiếng trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước MIKE có rất nhiều module nhưng có lẽ MIKE11 đang được sử dụng nhiều hơn cả ở Việt Nam

MIKE11 – là một phần mềm đóng gói thuộc bản quyền của hãng DHI Water & Environment (DHI là cụm từ viết tắt của 3 chữ Danish Hydraulic Institute) Công ty DHI có khoảng 560 nhân viên, trong số này 35% có bằng tiến sĩ với nhiều kinh nghiệm thực hiện các dự án nghiên cứu triển khai công nghệ DHI có trụ sở chính tại Hørsholm, Đan Mạch và văn phòng đại diện tại nhiều nước trên thế giới như Úc, Bungari, Chi lê, Trung Quốc, Pháp, Đức, Italy, Malaysia, Nauy, Tây Ban Nha, … và gần đây là tại Thái lan và Việt Nam

MIKE11 được xây dựng cho máy tính cá nhân và từ 1996 chương trình được viết để chạy trên hệ thống Window 95/98/2000/NT Chương trình này là sản phẩm công nghệ máy tính cao (với bộ nhớ động và CSDL) Chương trình được tích hợp rất nhiều mô hình toán được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước

Việc công bố sự ra đời của MIKE 11 phiên bản 4 năm 1997 đã mở ra một bước nhảy trong việc ứng dụng rộng rãi công cụ lập mô hình thủy động lực học cho sông và kênh dẫn Dựa trên khái niệm của MIKE Zero bao gồm: giao diện người dùng, đồ họa tích hợp trong Windows Tuy nhiên phần tính toán trọng tâm được biết đến và đã được kiểm chứng trong các phiên bản của thế hệ trước (phiên bản cổ điển) vẫn còn được duy trì

MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch

MIKE 11 bao gồm các module chính:

− Mô hình thủy động lực học (Hydrodynamics – module HD)

− Mô hình tải – phân tán (Advection – Dispersion – module AD)

− Mô hình chất lượng nước (Water Quality – module WQ)

Module mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập

mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các module bao gồm: dự báo lũ, tải khuếch tán, chất lượng nước và các module vận chuyển bùn lắng không có cố kết Module MIKE 11 HD giải các phương trình tích phân theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint - Venant

Với mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đã được xác định ở trên trong nghiên cứu này này việc ứng dụng các module HD và AD để mô phỏng chế độ thuỷ lực và diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ du Sài Gòn là phù hợp

Hiện nay với sự tài trợ của chính phủ Đan Mạch dự án DANIDA đã có chương trình hỗ trợ nâng cao năng lực cho các Viện ngành nước tại Việt Nam Trong quá trình đào tạo của dự án các thành viên tham dự được tiếp cận và sử dụng các mô hình thuộc

họ MIKE của Viện nghiên cứu thủy lực Đan Mạch (DHI) một cách hợp pháp và dưới

sự giúp đỡ của các chuyên gia mô hình Mike 11 đã được ứng dụng ở một số khu vực điển hình của Việt Nam như lưu vực sông Hồng, sông Thu Bồn, sông Sài Gòn - Đồng Nai và vùng Đồng Bằng sông Cửu Long và bước đầu đã mang lại kết quả tương đối tốt /nguồn [10]- [11], [32]/

2.2 XỬ LÝ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VÀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

Vào thế kỷ XX, khi mà việc nghiên cứu địa lí phát triển mạnh theo xu hướng định lượng, đã nảy sinh những vấn đề về dữ liệu không gian Nghiên cứu các chuyên

đề riêng biệt đòi hỏi quá trình điều tra, khảo sát, đo đạc thực địa ở những mức độ khác nhau, nhưng có chung đặc điểm là rất tỉ mỉ, để xác định các đặc điểm định tính và định lượng của các thực thể địa lí không chỉ ở một thời điểm, mà còn trong những chu kì thời gian khác nhau Những phương pháp truyền thống trong quá trình thu thập thông

tiên tiến trong thu thập và xử lí thông tin không gian như: công nghệ định vị toàn cầu (GPS – Global Positioning System), trắc địa ảnh, viễn thám (bao gồm cả thông tin mặt đất và thông tin khí quyển),… đã cho phép trong một thời gian ngắn thu thập về một khối lượng thông tin rất lớn … Máy tính điện tử là tiền đề để phát triển công nghệ tự động hoá thành lập bản đồ Sự tham gia của máy tính đã cho ra đời những mô hình bản

đồ mới có nhiều ưu việt hơn: bản đồ số, cơ sở dữ liệu bản đồ, hệ thống thông tin địa lí /nguồn [4], [5]/

Trong đã đưa ra những điểm mạnh của bản đồ điện toán so với phương pháp truyền thống, thể hiện ở các khía cạnh sau:

− Lập ra những bản đồ có chất lượng cao cả về nội dung và phương pháp thể hiện, chất lượng đồ hoạ, màu sắc

− Rút ngắn thời gian làm bản đồ ở mọi công đoạn: biên tập – thiết kế, biên vẽ,

in bản đồ

− Thông tin bản đồ chứa trong máy tính điện tử luôn luôn được cập nhật, hiệu chỉnh, chế biến, xử lí linh hoạt, cho phép bất cứ lúc nào cũng có thể lập ra những sản phẩm bản đồ theo ý muốn và có tính thời sự cao

− Tạo ra một số dạng sản phẩm bản đồ mới: bản đồ số, cơ sở dữ liệu bản đồ lưu trữ trong đĩa cứng hay đĩa CD

− Cho phép ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học khác, nhất là các phương pháp

mô hình hoá toán học nhằm phân tích, chế biến dữ liệu bản đồ và bổ sung thông tin phi bản đồ để tạo ra các sản phẩm mới: bản đồ chủ đề mới, bản thiết kế, quy hoạch, thống kê, dự báo, các quyết định…

− Xây dựng các cơ sở dữ liệu bản đồ (thay thế các xêri bản đồ) với nội dung thông tin không hạn chế, sử dụng cho chuyên ngành hoặc đa ngành, đa mục đích, không bị hạn chế khắt khe về không gian, tỉ lệ, kích thước…

− Có các quy tắc bảo mật dữ liệu và cung cấp cho người sử dụng với những mức độ khác nhau

− Tạo điều kiện cho các quá trình tiếp theo: sử dụng bản đồ, tự động hoá chế bản và in bản đồ

Sự hình thành hệ thống thông tin địa lý như một hướng khoa học của ngành bản

đồ học diễn ra cách đây không lâu Theo ý kiến khá thống nhất của các chuyên gia, năm 1964, ở Canađa ra đời hệ thống CGIS (Canadian Geographic Information System), được coi là hệ thống thông tin địa lí đầu tiên trên thế giới Đến năm 1990 đã

có khoảng 4000 hệ thống GIS GIS phát triển mạnh và có định hướng rõ rệt kể từ đầu thập kỉ 90 trở lại đây và rất hoàn chỉnh vào năm 2000 Đã có nhiều định nghĩa về GIS xuất phát từ những quan điểm khác nhau, nhưng định nghĩa có lẽ hợp lý nhất ESRI:

”GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lí

và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất tất cả những dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lí”

Theo giáo sư khoa địa lý trường Đại học tổng hợp quốc gia Lômônôxốp của nước Nga Berliant A.M, chuyên gia hàng đầu về hệ thống thông tin địa lý (GIS), GIS phát triển như một sự tiếp nối trực tiếp phương pháp tiếp cận tổng hợp và hệ thống trong một môi trường thông tin địa lý GIS được đặc trưng bởi mức độ tự động hóa cao, dựa trên nền tảng các dữ liệu bản đồ đã được số hóa và dựa trên cơ sở tri thức, phương pháp tiếp cận hệ thống trong biểu diễn và phân tích các hệ thống địa vật lý Dạng bản đồ đặc biệt này đặc trưng bởi tính tác vụ, đối thoại và sử dụng các phương tiện mới trong xây dựng, thiết kế bản đồ Đặc tính đầu tiên của GIS là tính đa phương

án cho phép đánh giá nhiều khía cạnh khác nhau của tình huống va các giải pháp đa dạng Đặc tính tiếp theo của GIS là tính đa môi trường (multimedia) nhờ đó có thể kết hợp các biểu diễn văn bản, âm thanh và các ký hiệu Nhưng có lẽ đặc điểm lớn nhất của các công nghệ mới là chúng đưa chúng ta tới nhiều dạng biểu diễn mới: bản đồ điện tử, các mô hình máy tính 3 chiều và mô hình động dạng phim,…

Hệ thống thông tin địa lý hiện nay có sự liên hệ chặt chẽ với viễn thám và các phương pháp mô phỏng toán học, các hệ thống vệ tinh Một trong những hướng chuyên

nghĩa là gắn với bài toán mô phỏng hóa bản đồ trong chế độ thời gian thực hoặc gần với thời gian thực với mục tiêu nhanh chóng nhận được kết quả nhằm thông báo cho người sử dụng và nhanh chóng can thiệp vào quá trình đang diễn ra Thời gian thực ở đây là tốc độ đảm bảo xử lý thông tin nhanh chóng đối với những thông tin thu nhận được, nghĩa là phải nhanh chóng thể hiện bằng bản đồ để đánh giá, quản lý, kiểm soát các quá trình và các hiện tượng (cũng đang thay đổi với tốc độ nhanh)

Tầm quan trọng của công nghệ GIS được khẳng định trong phát biểu của cựu tổng thống Mỹ Bill Clinton “Hệ thống thông tin địa lý đã trở thành khâu đột phá trong bài toán hỗ trợ cho sự phát triển kinh tế, sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên và bảo

vệ môi trường Các công nghệ hiện đại cho phép giải quyết một cách có hiệu quả bài toán thu nhận, truyền, phân tích, trực giác hóa các dữ liệu gắn kết với không gian, thiết lập các dữ liệu bản đồ” (trích đoạn trong công lệnh năm 1994 “Về việc xây dựng cơ sở

hạ tầng quốc gia các dữ liệu gắn kết với không gian”)

Theo công trình [34], công nghệ xử lý dữ liệu không gian địa lý đang trải qua một sự biến đổi chưa từng có Hiện nay đã có sự thừa nhận rộng rãi rằng không gian địa lý không còn xa lạ và tách biệt nữa mà đã gia nhập và trở thành xu hướng chủ đạo của ngành công nghệ thông tin Các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực đã thừa nhận rằng công nghệ xử lý không gian địa lý đã trở thành một trong những ngành công nghệ nòng cốt không chỉ giành cho các chuyên gia Hệ thống thông tin địa lý (GIS) mà mọi người trong ngành IT cũng có thể sử dụng được Trước đây các Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (Relational Database Management Systems - DBMSs) thường chỉ được hạn chế bởi loại dữ liệu số và chữ Ngày nay, hầu như mỗi RDBMSs bao gồm Oracle, Post GIS/PostgeSQL, MySQL, DB2, Infomix, và trong tương lai gần đây, SQL Server

sẽ là mở rộng sang dữ liệu không gian

Ngày nay, rất nhiều người đang sử dụng dữ liệu không gian địa lý trong đời sống, mặc dù hầu hết không biết được các chữ GIS nghĩa là gì Những ví dụ được nhiều người biết đến như là MapQuest, YahooMaps, Google Earth & Maps, Windows

Live Local, A9 và nhiều thiết bị khác mà con người đã thiết lập trong phạm vi này Đặc biệt nhất là Google Earth đã có 100 triệu lượt tải xuống trong vòn 12 tháng đầu tiên

Theo công trình [34] một điểm đáng chú ý hiện nay của thời kì phát triển dữ liệu không gian địa lý là sự hoàn thiện của cộng đồng mã nguồn mở không gian địa lý (the open source geospatial community) Đây là một sự so sánh những gì xảy ra giữa sự suất hiện của internet ở cuối thập niên 90 và tình hình hiện nay của công nghệ không gian địa lý

Siêu GIS để bàn

Phân Tích Không Gian

Phân Tích Thống Kê Không

Công Cụ Siêu GIS

Đối Tượng Không Gian

Phân Tích Thống Kê Không Gian

Phân Tích Đa Dạng Sinh Học

Đối Tượng 3 Chiều

Hệ thống siêu bộ đệm (Super Pad Suite)

GIS Để Bàn Phát Triển GIS

GIS Di Động

Công Cụ Siêu GIS Di Động

Trình Duyệt Siêu GIS

Cache Mở Rộng

Chỉnh Sửa Mở Rộng Trực Tuyến

Đồ Thị Mở Rộng

Mở Rộng

Khách hàng dùng GIS mỏng (GIS Thin Client)

Siêu Web GIS

Máy Chủ Anh Siêu GIS

Máy Chủ Mạng Siêu GIS

Siêu GIS với máy chủ Tracking

Máy Chủ Siêu GIS Máy Chủ GIS

Trình Duyệt Siêu GIS

Khách hàng dùng GIS mỏng (GIS Thin Client)

2.3 CÔNG NGHỆ LIÊN KẾT MÔ HÌNH MÔI TRƯỜNG VỚI GIS

Trong khoa học, thuật ngữ hệ thống thông tin tự động (Automatic Information System - AIS) được sử dụng rộng rãi Mục tiêu của AIS là để tích hợp các loại thông tin có bản chất khác nhau Nếu AIS được kết hợp với mô hình (model) thì khi đó hệ này được gọi là các Hệ thống thông tin - mô hình tự động (Automaitic Informational – Model System) Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của GIS đã mở đường cho nhiều ứng dụng GIS trong nhiều lĩnh vực, trong đó có AIMS Về mặt thực tiễn, việc gắn số liệu

đo đạc với bản đồ địa lý và mô hình tạo thành một hệ thống mà GS V.F.Krapivin, người Nga trong nhiều công trình của mình gọi là GIMS (Geographical Information Monitoring System) để phân biệt với thuật ngữ đã trở nên rất quen thuộc là GIS Một trong những chức năng quan trọng của GIMS là khả năng dự báo tình trạng môi trường dưới những tác động do hoạt động kinh tế của con người Tùy thuộc vào các mô hình

và mục tiêu sử dụng của mô hình mà cấu trúc của GIMS và CSDL của chúng sẽ khác nhau (ví dụ như bài toán đánh giá chất lượng môi trường không khí, đánh giá chất lượng nước mặt của con sông, đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông, của nước ngầm dẫn tới các hệ GIMS khác nhau) Về ý tưởng GIMS là sự kết hợp GIS, ngân hàng dữ liệu và tri thức (các hệ thống chuyên gia) và các hệ thống mô phỏng GIMS được xem là công cụ có triển vọng để giải quyết các bài toán môi trường trong phạm vi vùng hay lớn hơn, cũng như giúp nâng cao chất lượng môi trường /nguồn [4]/

Trên thế giới đã đưa ra nhiều cách tiếp cận tích hợp mô hình, CSDL với GIS thành một công cụ thống nhất Từ năm 1995, nhóm nghiên cứu ENVIM (nguồn web site: www.envim.com.vn ) thuộc Phòng Tin học Môi trường,Viện Môi trường và Tài nguyên đã nghiên cứu công nghệ tích hợp GIS, mô hình toán và CSDL môi trường Các kết quả nghiên cứu này được thể hiện trong [4]- [6]

Trong công nghệ ENVIM kết quả của mô hình được tích hợp trên GIS, GIS cung cấp dữ liệu và sau đó nhận kết quả của mô hình cho việc biểu diễn và xử lý Mô hình môi trường được phát triển theo các nhóm về khí, nước, chất thải rắn và được tính

toán kiểm nghiệm trước khi tích hợp với GIS Trên Hình 2-2 thể hiện mô hình tích hợp GIS với mô hình môi trường Trên hình này khối GIS và mô hình cũng độc lập nhau, nhưng cùng được thể hiện trên cùng một khối giao tiếp với người dùng

ENVIMGIS

- Khối Môi trường quản lý toàn bộ các dữ liệu của tất cả đối tượng môi trường

mà hệ thống cần quản lý, từ các đối tượng hành chính (như nhân viên, cơ quan, thông tin hành chính của tỉnh,…) cho đến các đối tượng có ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường (như nhà máy, cơ sở sản xuất, bãi rác, ống khói, các trạm quan trắc,…)

- Khối Mô hình chịu trách nhiệm tính toán sự phân bố, lan truyền ô nhiễm theo các mô hình và kịch bản Khối Mô hình còn có chức năng dự báo ô nhiễm

Ba khối này không hoạt động độc lập mà chúng có mối liên hệ lẫn nhau Khối GIS không chỉ vẽ các lớp bản đồ địa lý mà còn vẽ các lớp đối tượng môi trường từ dữ liệu của khối Môi trường Nhờ đó chúng ta có thể mô phỏng các đối tượng môi trường một cách trực quan và sát với thực tế nhất (các đối tượng nằm trên lớp bản đồ ở tọa độ

liệu để khối Mô hình tạo ra các kịch bản và có dữ liệu để tính toán theo mô hình Sau khi tính toán xong, để hiển thị kết quả, khối Mô hình cần liên kết với khối GIS để thể hiện kết quả một cách trực quan lên bản đồ, giúp người dùng có thể nhanh chóng và dễ dàng đánh giá được mức độ ô nhiễm và phạm vi ô nhiễm Ngoài ra, từ các số liệu được lưu trữ theo thời gian của khối Môi trường, khối Mô hình sẽ dự báo được sự ô nhiễm trong một khoảng thời gian ngắn trong tương lai

Trong công trình [6] đã trình bày chi tiết hơn mô hình lý luận của công nghệ ENVIM

Chương trình điều khiển

Hình 2-3 Mô hình lý luận của ENVIM

Trên Hình 2-3, hệ thống ENVIM gồm có 3 lớp chính:

Lớp cơ sở dữ liệu: tương ứng với 3 khối sẽ có ba nhóm CSDL tương ứng Tuy

phân ra làm ba nhóm CSDL nhưng thực chất cả ba nhóm CSDL này được tích hợp vào một CSDLduy nhất trên máy tính Mặc dù tách ra làm ba nhóm CSDL để dễ quản lý hơn nhưng giữa ba nhóm CSDL này có sự liên quan mật thiết và tương tác qua lại với nhau Khi hiện thực trên máy tính, các nhóm CSDL được lưu trữ trên hệ quản trị CSDL Microsoft Access hoặc Microsoft SQL Server

Lớp chương trình điều khiển: là phần cốt lõi của hệ thống, ba khối chính sẽ

được cấu thành bởi nhiều module như module Chuyển đổi (chuyển đổi bản đồ từ các

chương trình bản đồ như MapInfo, ArcView, vào CSDL GIS), module Đồ họa (vẽ

các lớp bản đồ, các lớp đối tượng môi trường, kết quả mô phỏng mô hình), module

Xuất nhập (quản lý xuất nhập dữ liệu cho các đối tượng môi trường vào CSDL Môi

trường), module Thống kê (cung cấp chức năng truy vấn CSDL môi trường, vẽ biểu

đồ, xuất file truy vấn, …), module Báo cáo (tạo báo cáo tự động dạng bảng biểu, dạng báo cáo web, biều đồ,…), module Tính toán mô hình (tính toán theo mô hình dựa trên

dữ liệu từ CSDL và kịch bản) Các module chính này gồm nhiều module con khác, tất

cả các module được hiện thực bằng ngôn ngữ lập trình C# trên nền Windows Các module được xây dựng theo phong cách hướng đối tượng nên có tính bao đóng, dễ sửa đổi, có tính kế thừa và tính sử dụng lại rất cao

Lớp giao diện: là phần giao tiếp với người dùng của hệ thống Tất cả các chức

năng của hệ thống đều được cung cấp cho người sử dụng thông qua giao diện thân thiện, đơn giản và dễ dùng Người dùng ở đây có phân biệt người quản trị và người dùng bình thường Đối với mỗi loại người dùng sẽ được phân quyền sử dụng các chức năng của hệ thống khác nhau, người dùng bình thường sẽ bị hạn chế một số chức năng quan trọng (ví dụ chỉ được xem, không được quyền thêm, xóa, chỉnh sửa dữ liệu,…)

Khối GIS hoạt động như sau:

Đầu tiên, dữ liệu bản đồ từ các chương trình số hóa bản đồ như MapInfo, ArcView,… sẽ được đưa qua module Chuyển đổi để chuyển thành dạng file theo format của hệ thống ENVIM Đầu vào sẽ là các file bản đồ dạng *.tab, *.map, *.dat,… đầu ra sẽ là các file CSDL dạng *.mdb của MS Access hay MS SQL Server

Các file sau khi chuyển đổi sẽ được đưa vào CSDL GIS của hệ thống ENVIM

Module Đồ họa sẽ dùng các dữ liệu trong CSDL GIS để vẽ bản đồ và thể hiện bản đồ

lên lớp giao diện của hệ thống

Khối Môi trường hoạt động như sau:

Dữ liệu của các đối tượng môi trường từ nhiều nguồn khác nhau như dữ liệu văn bản thô, dữ liệu từ file Word, Excel hay từ các cơ sở dữ liệu có sẵn,… sẽ được đưa qua

CSDL Môi trường là nguồn cung cấp dữ liệu cho nhiều module khác như Thống

kê, Báo cáo, Mô hình, Đồ họa Kết quả xử lý của module Thống kê và module Báo cáo được xuất ra dạng text, dạng web, dạng file word, excel,… và nếu người dùng có nhu cầu thì các kết quả đó được lưu trở lại vào CSDL Môi trường và người sử dụng có thể xuất các kết quả đó ra các dạng file Word, Excel, dạng Text, dạng Web, hình ảnh nhờ

vào module Xuất nhập Sơ đồ hoạt động của Khối môi trường được thể hiện trên Hình

CSDL Môi trường Đồ họa

Thống kê Báo cáo

Mô hình

Hình 2-4 Sơ đồ hoạt động Khối Môi trường trong công nghệ ENVIM

Khối Mô hình trong ENVIM hoạt động như sau:

- Từ dữ liệu của các đối tượng môi trường trong CSDL môi trường, lớp giao diện của

hệ thống ENVIM cung cấp một công cụ để người dùng xây dựng nên các kịch bản

Các kịch bản này được lưu trữ vào CSDL Mô hình

- Phần cốt lõi của khối Mô hình là module Tính toán theo các mô hình đã được

nghiên cứu độc lập từ các đề tài khácnhau, module này nhận dữ liệu từ CSDL Mô hình và tiến hành tính toán theo một mô hình nào đó (mô hình Qual2K, Berliand,

Hana-Gifford,Gauss,…) cho một kịch bản được xây dựng trước Sau khi tính toán

xong, kết quả sẽ được lưu vào CSDL Mô hình đồng thời đưa qua module Đồ họa để

thể hiện kết quả lên màn hình

- Các kết quả mô hình đã được tính toán có thể được vẽ lại mà không cần tính toán lại kịch bản bằng cách cung cấp dữ liệu kết quả đã lưu trữ trong CSDL Mô hình

trực tiếp cho module Đồ họa Module Đồ họa sẽ thể hiện lại kết quả mô hình trên

bản đồ

Module mô hình trong ENVIM cho phép người sử dụng :

- Tự xây dựng kịch bản tính toán : người dùng có thể chọn dữ liệu từ CSDL đã có sẵn hay tự tạo mới một CSDL khác Người sử dụng được phép đưa vào một kịch bản những nguồn thải mà anh ta mong muốn;

- Chức năng vẽ đường đồng mức được tự động hóa Với việc đưa ra các ngưỡng max, min, chương trình sẽ tự đồng vẽ ra các đường đồng mức Trên đường đồng mức có ghi giá trị để người sử dụng tiện theo dõi và nhất là in ra làm báo cáo trong trường hợp không có máy in mầu

Các tác giả trong nhóm ENVIM đã xây dựng công nghệ tích hợp GIS, CSDL môi trường và mô hình toán dựa trên cơ sở nghiên cứu cơ bản về công nghệ GIS /nguồn [4] [5]/ Theo công trình [6], nhóm tác giả này dựa trên nghiệp vụ chuyên môn

mà một hệ GIS thực thụ cần phải có gồm:

- Lựa chọn một phần bất kỳ của bản đồ số

- Chọn các lớp đối tượng môi trường khác nhau

- Truy cập giao tiếp giữa người và máy tới dữ liệu của đối tượng môi trường bất kỳ

- Các dạng giao tiếp khác nhau (menu, lệnh, các nhóm phím chính)

- Lưu trữ trung gian của các đối tượng vào vùng đệm tạm (clipboard)

- Khả năng so sánh các đối tượng và copy một phần dữ liệu vào các đối tượng khác

Từ đó các module xử lý dữ liệu không gian được nghiên cứu xây dựng Các module này được trình bày trong Bảng 2-1

Bảng 2-1 Các module cơ bản trong khối xử lý bản đồ số trong ENVIM

MODULE

NộI DUNG

1 ENVIM1 Tìm giao điểm của hai vector cho trước

2 ENVIM2 Tìm giao điểm của hai đường cho trước

3 ENVIM3 Xác định xem điểm có nằm trên một vector hay không

4 ENVIM4 Xác định xem điểm có nằm trên đường hay không

5 ENVIM5 Chọn đoạn đường từ đoạn đường cho trước nằm giữa

hai điểm

6 ENVIM6 Xác định giao của vùng cho trước với đường cho trước

7 ENVIM7 Xác định xem điểm có nằm trong vùng đã cho hay

không ?

8 ENVIM8 Xây dựng đường với khoảng cách bé nhất từ điểm cho

trước đến một vector cho trước

9 ENVIM9 Xây dựng đường với khoảng cách bé nhất từ điểm cho

trước đến một đường cho trước

10 ENVIM10 Xây dựng đường với khoảng cách bé nhất từ điểm cho

trước đến một vùng cho trước

11 ENVIM11 Xác định độ dài của một đường

12 ENVIM12 Xác định diện tích của một vùng

13 ENVIM13 Xác định tâm của một đường

14 ENVIM14 Xác định tâm của một vùng

15 ENVIM15 Xác định vùng là vùng giao của hai vùng cho trước

16 ENVIM16 Xác định vùng là vùng hội của hai vùng cho trước

17 ENVIM17 Xác định vùng là vùng hiệu của hai vùng cho trước

18 ENVIM18 Xác định vùng đệm của một vector cho trước

19 ENVIM19 Xác định vùng đệm của một đường cho trước

20 ENVIM20 Xác định vùng đệm của một vùng cho trước

Các module trên được xây dựng với việc sử dụng ngôn ngữ lập trình C# Phần mềm được thực hiện theo công nghệ ENVIM cho phép thực hiện các thao tác cơ bản đặc trưng của một hệ GIS như: phóng to-thu nhỏ, kích hoạt các đối tượng không gian theo điểm hay theo vùng, thêm-xoá-sửa các đối tượng không gian, thực hiện các phép chồng lớp thông tin giữa các đối tượng hay giữa các lớp thông tin… Các chức năng chính của module GIS trong ENVIM được trình bày trong Bảng 2-2 /nguồn [6]/

Bảng 2-2 Mô tả các chức năng quản lý các đối tượng thông tin địa lý trong ENVIM Thứ

tự

Chức năng

2 Phóng to

(Zoom in)

Nếu người sử dụng một khu vực hình chữ nhật trên bản đồ, chương trình sẽ phóng to vùng này lên toàn màn hình, nếu không, chương trình sẽ phóng to bản đồ lên gấp đôi

3 Phóng nhỏ

(Zoom out)

Nếu người sử dụng một khu vực hình chữ nhật trên bản đồ, chương trình sẽ thu vùng này lại, nếu không, chương trình sẽ thu bản đồ còn một nửa

4 Làm vừa khít

Fit

Xem toàn bộ bản đồ địa lý trên màn hình hiện thời

5 Cuộn Pan Cuộn bản đồ địa lý theo đoạn thẳng

Các phần mềm GIS thông dụng trên thế giới như Mapinfo, ArcView, … rất mạnh về xử lý các dữ liệu không gian nhưng không mạnh khi tích hợp với mô hình toán cũng như hiển thị thông tin thay đổi theo thời gian Đây là lý do thúc đẩy nhiều nhóm, Trung tâm nghiên cứu trên thế giới xây dựng các phần mềm tích hợp mô hình toán và GIS để giải quyết nhiều bài toán ứng dụng

ENVIM cho phép tích hợp các mô hình toán khác nhau Các CSDL cần thiết để

chạy mô hình toán trong ENVIM được xây dựng riêng cho từng ứng dụng cụ thể nhưng có lưu ý tới khả năng tích hợp thông tin

Giao diện tùy chọn thông số và điều chỉnh hiển thị

Thể hiện kết quả trên GIS

Xử lý dữ liệu, Tính toán kết quả

Điều kiện khí tượng

Thông sồ nguồn thải

Mô hình không khì

Mô hình lan truyền chất

Điều kiện thủy văn

Thông sồ nguồn xả thải

Mô hình chất lượng nước

Bề rộng

Độ sâu Lưu lương

…

Hình 2-5 Sơ đồ tích hợp mô hình toán môi trường trong ENVIM

Trong các tài liệu [4] [5] đã trình bày một số kết quả liên quan tới vấn đề này Mối liên hệ giữa module mô hình và CSDL khác trong ENVIM được thể hiện trên hình 2.4

Theo [6] khối module mô hình trong ENVIM hướng tới các mục tiêu:

- quản lý tổng hợp và thống nhất các thông tin liên quan tới các phát thải, xả thải;

- tính toán theo mô hình sự lan truyền và khuyếch tán tác nhân ô nhiễm trong môi trường không khí và nước bề mặt;

- cung cấp công cụ trong việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng các nguồn điểm theo các hoạt cảnh khác nhau

Theo công trình [6] ENVIM đã đưa ra hướng tiếp cận sau:

- Tổ chức dữ liệu thông tin địa lý theo mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ vì bản thân phần dữ liệu không gian của hệ thống thông tin địa lý cũng chỉ là các dữ liệu hình học với các mối quan hệ không gian nào đó

- Sử dụng một khuôn dạng cơ sở dữ liệu chuẩn là Microsoft SQL Server để tận dụng sức mạnh của các công cụ thao tác trên cơ sở dữ liệu đó như cơ sở nền để phát triển các ứng dụng Hướng tiếp cận này có tính mở cho các ứng dụng trong tương lai vì tính dễ chuyển đổi dữ liệu và tận dụng được các thế mạnh của các hệ quản trị cơ sở

dữ liệu trong các môi trường đa người sử dụng và có thể dễ dàng phát triển và nâng cấp các ứng dụng trong thời gian nhanh chóng

Chương trình được viết trên công cụ là Microsoft C#, kết hợp với hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu SQL server 2000 nhằm hướng tới sự hỗ trợ lâu dài và phân bổ dữ liệu trên diện rộng SQL server cung cấp các tính năng tương thích cho việc truy cập dữ liệu từ xa, bảo mật dữ liệu và phân tán dữ liệu

Công nghệ ENVIM có những ưu điểmchính sau đây:

− Dễ dàng chuyển đổi định dạng file từ ENVIM qua các phần mềm GIS chuyên dụng khác như MAPINFO, ARCGIS, MICROSTATION, và ngược lại

− Người dùng không cần mua các mềm hổ trợ như: MAPINFO, ARCGIS

2.4 TÍCH HỢP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VỚI MÔ HÌNH QUAL2K

Trong công trình [6] tích hợp cơ sở dữ liệu không gian với phần mềm mô phỏng chất lượng nước kênh sông QUAL2K Các bước được tóm tắt như sau:

Bước thứ nhất: Sử dụng phần mềm Mapinfo tạo ra lớp mới liên quan tới bờ

sông Nếu sử dụng phần mềm ENVIM bạn cũng có thể thực hiện được nhiệm vụ này Sau bước này sẽ nhận được file của đuôi *.tab

Hình 2-6 Tạo lớp bờ sông bằng phần mềm Mapinfo

Bước thứ hai: Chuyển đổi file có đuôi là *.tab sang format của ENVIM theo

công cụ chuyển đổi của ENVIM (chức năng hỗ trợ trên ENVIM) Qui trình thực hiện bước này được thể hiện trên Hình 2.6

*.tab, *.map, *.dat

CSDLGIS

Hình 2-7 Các bước chuyển đổi dữ liệu không gian sang format của ENVIM

Bước thứ 3: Xây dựng kịch bản tính toán cho QUAL2K Qui trình thực hiện

bước này được thể hiện trên Hình 2-8

Bước thứ 4: Sau khi QUAL2K tính toán xong ENVIM sẽ xử lý số liệu và gắn

kết quả tính toán với lớp dữ liệu không gian được thực hiện ở bước 1 Qui trình thực hiện bước này được thể hiện trên Hình 2-9

CSDL Môi trường

CSDL Môi trường

Hình 2-8 Xây dựng kịch bản tính toán cho QUAL2K

Hình 2-9 Dữ liệu môi trường kết hợp mô hình toán và dữ liệu không gian thể hiện chất lượng

nước Trong công trình [5] mô tả chi tiết cách thức vận hành chương trình ENVIMQ2K như : cách thức nhập thông tin cho các đối tượng cần quản lý, cách tạo ra

điểm tự động trên bản đồ số (ví dụ như: tạo ra nguồn thải), cách nhập số liệu cho kịch bản tính toán, cách chạy mô hình ENVIMQ2K và xây dựng báo cáo tự động

CHƯƠNG 3

Trong chương này của Luận văn trình bày tổng quan về huyện Cần Đước, Long

An, những vấn đề liên quan tới mục tiêu của đề tài Từ đó đưa ra phương pháp nghiên cứu của Luận văn

3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN HUYỆN CẦN ĐƯỚC

3.1.1 Vị trí địa lý

Theo số liệu niên giám thống kê năm 2006 của huyện Cần Đước, thì huyện có diện tích đất tự nhiên là 217,934 km2, dân số là 174.662 người và mật độ dân số trung bình là 801 người/km2 Phân bố về diện tích, dân số và mật độ dân số trung bình theo các đơn vị hành chính của huyện tính đến hết năm 2006 như được tổng hợp trình bày trong Bảng 3-1

Bảng 3-1 Các đơn vị hành chính của huyện Cần Đước (năm 2006)

Stt Đơn vị hành chính Diện tích (km 2 ) Dân số (người) Mật độ dân số (người/km 2 )