Ứng dụng GIS đánh giá sự thay đổi mực nước ngầm tại TP. Pleiku, Gia Lai

Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng GIS đánh giá sự thay đổi mực nước ngầm tại TP. Pleiku, Gia Lai” được tiến hành tại TP.Pleiku, tỉnh Gia Lai, thời gian thực hiện đề tài từ tháng 01 đến nay. Mục tiêu của nghiên cứu là điều tra, thu thập, thống kê số liệu thủy văn, hiện trạng khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên nước ngầm trên địa bàn thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai; Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ mực nước ngầm thông qua giếng đào và phân tích xu thế thay đổi mực nước ngầm; Đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng nước ngầm và đề xuất các giải pháp quản lý nước ngầm phù hợp tại khu vực nghiên cứu.Đề tài sử dụng phương pháp khảo sát thực địa, điều tra bảng hỏi, tổng hợp và phân tích số liệu, tài liệu. Đề tài sử dụng phương pháp GIS để thành lập các bản đồ mực nước ngầm và các chỉ số RMSE và R2 để đánh giá, lựa chọn bản đồ có ĐPG phù hợp, chính xác.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG GIS ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI MỰC NƯỚC NGẦM TẠI THÀNH PHỐ PLEIKU, GIA LAI

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THANH TÂM Ngành: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

Niên khóa: 2013 – 2017

Gia Lai, tháng 08/2017

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy hướng dẫn – Thạc sĩDương Công Vinh, người đã tận tình giúp đỡ, khuyến khích và hướng dẫn tôi từ nhữnghướng đi đầu tiên cho đến lúc hoàn chỉnh khóa luận này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các hộ dân trên địa bàn thành phố Pleiku, tỉnhGia Lai đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc cung cấp các thông tin, số liệu và triển khainghiên cứu tại địa bàn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, cùng tập thể lớp ĐH13QMGL

đã động viên, hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luậntốt nghiệp

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng GIS đánh giá sự thay đổi mực nước ngầm tại TP.Pleiku, Gia Lai” được tiến hành tại TP.Pleiku, tỉnh Gia Lai, thời gian thực hiện đề tàitừ tháng 01 đến nay

Mục tiêu của nghiên cứu là điều tra, thu thập, thống kê số liệu thủy văn, hiệntrạng khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên nước ngầm trên địa bàn thành phố Pleiku,tỉnh Gia Lai; Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ mực nước ngầm thông qua giếng đào vàphân tích xu thế thay đổi mực nước ngầm; Đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng nướcngầm và đề xuất các giải pháp quản lý nước ngầm phù hợp tại khu vực nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp khảo sát thực địa, điều tra bảng hỏi, tổng hợp vàphân tích số liệu, tài liệu Đề tài sử dụng phương pháp GIS để thành lập các bản đồmực nước ngầm và các chỉ số RMSE và R2 để đánh giá, lựa chọn bản đồ có ĐPG phùhợp, chính xác

Kết quả nghiên cứu cho thấy nước ngầm phục vụ cho tất cả các nhu cầu củangười dân trong đó chủ yếu cho sinh hoạt, tưới tiêu và chăn nuôi Các hoạt động này

có ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi mực nước ngầm trên địa bàn TP Pleiku Mựcnước ngầm tại khu vực nghiên cứu phân bố theo khu vực và theo mùa: mùa khô, nhìnchung mực nước trên toàn TP tương đối thấp; mùa mưa mực nước có xu hướng tăng sovới mùa khô Tại khu vực phía Bắc và Đông TP Pleiku, mực nước tương đối cao và có

xu hướng thấp dần khi đi về phía Nam và Tây thành phố Qua đó, đề tài đã đề xuất cácgiải pháp quản lý nước ngầm góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý và sửdụng nước ngầm khu vực TP Pleiku, Gia Lai

MỤC LỤC

IDW : Inverse Distance Weight

UBND : Ủy ban nhân dân

TP : Thành phố

TN&MT : Tài nguyên và Môi trường

RMSE : Root mean squared error

R2 : Squared root

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước ngọt là tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, là điều kiện tất yếu để tồntại sự sống trên trái đất Theo tính toán về nước trên Trái đất thì nước bao phủ 71%diện tích của bề mặt Trái Đất; trong đó, 97% là nước ở biển và đại dương, còn lại 3%

là nước ngọt Trong 3% lượng nước ngọt, hơn 3/4 lượng nước không sử dụng được donằm sâu trong đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển hoặc ở dạng tuyết trên lụcđiạ; chỉ có 0,5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ có thể sử dụng Tuy nhiên,nếu trừ phần nước bị ô nhiễm, thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt có thể sử dụng được(Miller, 1988) Hiện nay, việc ô nhiễm nguồn nước và thiếu nước sạch là vấn đề đã vàđang được quan tâm Theo đánh giá của Liên hiệp quốc (2016), trong năm 2016 cókhoảng 1/3 số quốc gia trên thế giới bị thiếu nước và đến 2025 con số này sẽ là 2/3, vớikhoảng 35% dân số thế giới sẽ rơi vào tình cảnh thiếu nước nghiêm trọng Mỗi ngày trênthế giới cũng có hàng trăm người chết vì những nguyên nhân liên quan đến nước như đói,khát, dịch bệnh

Việt Nam được đánh giá là nước có nguồn tài nguyên nước khá phong phú.Trong đó, tài nguyên nước dưới đất (nước ngầm) ở hầu hết các vùng đều có trữ lượng vàchất lượng khá tốt, được xem là nguồn dự trữ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất củanhân dân Tuy nhiên, trong vài thập niên gần đây với sự phát triển kinh tế, quá trình đôthị hoá, sự khai thác không có quy hoạch… dẫn đến một số vùng nguồn nước ngầm bịsuy thoái Sự thâm canh tăng vụ trong sản xuất nông nghiệp cũng góp phần làm tăngnhu cầu sử dụng nước, trong khi chưa kiểm soát được chặt chẽ về số lượng và chấtlượng nước cho nông nghiệp Theo thống kê của công ty cổ phần cấp nước Sài Gòn -Pleiku (2015), TP Pleiku hiện có trên 35% dân số nội thị được sử dụng nước sạch, sốcòn lại sử dụng bằng nhiều nguồn nước khác như nước giếng đào, giếng khoan, nước

giọt tự nhiên… Là một thành phố đang phát triển, tốc độ gia tăng dân số nhanh chóngcùng với sự hình thành các khu công nghiệp lớn, chắc chắn nhu cầu cấp nước sẽ ngàycàng lớn

Do đặc trưng về đất đai, khí hậu, TP Pleiku có lợi thế canh tác các loại câycông nghiệp lâu năm như cao su, cà phê, hồ tiêu, điều, bông vải nhu cầu sử dụngnước ngọt đặc biệt là nước ngầm tăng cao và dẫn tới việc khai thác quá mức Bên cạnh

đó, dưới tác động của biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng gián tiếp đến nguồn nước ngầm,hạn hán những năm gần đây cũng ảnh hưởng đến trữ lượng nước ngầm tại TP Pleikugây nên tình trạng thiếu nước trầm trọng ở một số khu vực trên địa bàn Vì vậy, việcđánh giá sự thay đổi mực nước và thực trạng sử dụng nước ngầm sẽ hỗ trợ cho côngtác quản lý và sử dụng nguồn nước ngầm một cách hiệu quả và hợp lý hơn

Hiện nay có nhiều phương pháp để đánh giá sự thay đổi mực nước ngầm Trong

đó, GIS có nhiều lợi thế trong việc mô hình hóa, phân tích không gian, xác định cácbiến đổi một cách trực quan và dễ dàng thực hiện ở quy mô rộng lớn Đó cũng chính là

lý do tôi chọn đề tài: “Ứng dụng GIS đánh giá sự thay đổi mực nước ngầm tại

Thành phố Pleiku” làm Khóa luận tốt nghiệp, để góp phần đánh giá sự thay đổi mực

nước ngầm thông qua các giếng đào trên địa bàn TP Pleiku, cũng như làm dữ liệu choviệc quản lý sử dụng tài nguyên nước ngầm hợp lý

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu tổng quát

Ứng dụng GIS nhằm đánh giá sự thay đổi mực nước ngầm từ các giếng đào trênđịa bàn TP Pleiku, tỉnh Gia Lai

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

- Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ mực nước ngầm thông qua giếng đào (gọi chung là mực

nước ngầm) và phân tích xu thế thay đổi mực nước ngầm tại khu vực nghiên cứu;

- Đánh giá hiện trạng khai thác và sử dụng nước ngầm tại vùng nghiên cứu;

- Đề xuất các giải pháp quản lý nước nước ngầm phù hợp

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập tài liệu và tổng quan vấn đề nghiên cứu, thu thập số liệu về thủy văn ở vùngnghiên cứu;

- Thiết kế các câu hỏi phỏng vấn;

- Khảo sát thực địa, lấy mẫu về mực nước ngầm theo 02 đợt trong tháng 3 và tháng 6năm 2017 tại các hộ gia đình có giếng đào trên địa bàn TP Pleiku, kết hợp với phỏngvấn xác định thông tin sử dụng nước ngầm của các hộ gia đình khảo sát;

- Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ mực nước ngầm và đánh giá sự thay đổi mực nướcqua mỗi đợt khảo sát nhằm xác định được xu thế diễn biến của mực nước ngầm tạivùng nghiên cứu;

- Đánh giá độ tin cậy của phương pháp GIS;

- Phân tích sơ bộ nguyên nhân dẫn đến sự biến động nguồn nước ngầm tại vùng nghiêncứu;

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đánh giá được sự thay đổi mực nước ngầm trên địa bàn TP Pleiku;

- Đề xuất các giải pháp quản lý nhằm khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên nước ngầmtại TP Pleiku;

- Kết quả nghiên cứu là tài liệu có thể sử dụng để định hướng khai thác, sử dụng tàinguyên nước ngầm và hỗ trợ công tác quy hoạch cấp nước các khu vực thiếu nước tại

TP Pleiku cũng như các vùng khác có điều kiện tương tự

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về nước ngầm

2.1.1 Khái niệm chung

Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích

bở rời như cặn, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái đất, cóthể khai thác cho các hoạt động sống của con người (Vũ Minh Cát và cs, 2002)

Cần phân biệt nước dưới đất với nước ngầm mà chúng ta hay dùng để chỉ chungcác loại nước không tồn tại trên mặt đất Nước ngầm chỉ là một loại trong nước dướiđất Nước ngầm được sử dụng cho khoảng 2 tỷ người trên thế giới Nó được coi lànguồn tài nguyên thiên nhiên sử dụng đơn giản nhất Nước dưới đất có thể chứa mộtlượng muối có lợi cho sức khoẻ (Bạch Thái Toàn, 2010)

Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành hai dạng, nước ngầm tầngmặt và nước ngầm tầng sâu Đặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyểnnhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình Nước ngầm tầngmặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt Do vậy, thành phần và mựcnước biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt Loại nước ngầm tầng mặtrất dễ bị ô nhiễm Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp, được ngăncách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước Theo không gian phân bố,một lớp nước ngầm tầng sâu thường có ba vùng chức năng: Vùng thu nhận nước, vùngchuyển tải nước và vùng khai thác nước có áp lực

Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác nước thường khá xa, từ vài chụcđến vài trăm km Các lỗ khoan nước ở vùng khai thác thường có áp lực Đây là loại nướcngầm có chất lượng tốt và lưu lượng ổn định Trong các khu vực phát triển đá cacbonat,thường tồn tại loại nước ngầm caxtơ di chuyển theo các khe nứt caxtơ Trong các dải cồncát vùng ven biển, thường có các thấu kính nước ngọt nằm trên mực nước biển

2.1.2 Cân bằng nước ngầm

Xem xét các thành phần dòng chảy và dòng chảy khác nhau trong một khu vựcnghiên cứu nhất định, phương trình cân bằng nước ngầm có thể được viết như sau(Kumar, 2005):

Rr + Rc + Ri + Rt + Si + Ig = Et + Tp + Se + Og + ΔS

Trong đó:

Dòng vào: Rr - Lượng mưa; Rc - Kênh thấm; Ri - Từ hoạt động tưới tiêu; Rt - Từ các

bể chứa; Si - Lượng dòng chảy thấm từ các sông; Ig - Lượng dòng chảy từ các lưu vực khác

Dòng ra: Et - lượng bốc hơi từ nước ngầm; Tp - Lượng dòng chảy ngầm đi; Se Lượng dòng chảy thấm ra sông; Og - Lượng thoát ra các lưu vực khác; ΔS - Sự thayđổi trữ lượng nước ngầm

-Các thành phần của cân bằng nước ngầm rất phức tạp để tính toán đầy đủ, đôikhi ước lượng không chuẩn xác, cho nên phương trình cân bằng nước ngầm thườngkhông cân bằng

Sự cân bằng nước ngầm có thể được tính cho bất kỳ khoảng thời gian nào Sựphức tạp của tính toán cân bằng nước có xu hướng tăng lên cùng với sự gia tăng diệntích Điều này là do sự gia tăng liên quan đến khó khăn kỹ thuật của việc tính chínhxác rất nhiều thành phần cân bằng nước quan trọng

2.1.3 Phân loại hệ tầng chứa nước

Dựa trên tính chứa nước (trữ nước) và tính chuyển nước của đất đá có thể phâncác loại đất đá thành các hệ tầng chứa nước như sau (Vũ Minh Cát và cs, 2002):

a) Hệ tầng chứa nước (Aquifer): Đó là một thành tạo địa chất, trong đó nước có thể chứa

và chuyển động, ví dụ như cát cuội sỏi, đá cát… Hiện nay, theo một số nhà khoa họctrên thế giới, một thành tạo địa chất ngoài việc có thuộc tính chứa và chuyển nước chỉđược gọi là tầng chứa nước khi nước ở trong tầng này được khai thác

b) Hệ tầng chứa nước yếu (Aquitard): Là một thành tạo địa chất có tính chứa nước và dẫnnước kém Đất thịt, đất sét pha cát là loại đất chứa nước yếu

c) Hệ tầng chứa nước nhưng không chuyển nước (Aquiclude): Là một thành tạo địa chất

có khả năng chứa nước mà không có khả năng dẫn nước, ví dụ như đất sét

d) Hệ tầng không chứa nước và không dẫn nước (Aquifuge): Là thành tạo địa chất không

có khả năng chứa nước và dẫn nước, ví dụ như đá hoa cương

Trong bốn loại trên, hệ tầng chứa nước (Aquifer) có ý nghĩa nhất đối với nướcngầm Nó đóng vai trò như một kho chứa nước ngầm và điều tiết dẫn cho nước mặt.Hầu hết các tầng chứa nước là một vùng rộng, kéo dài Có thể xem là một kho chứanước dưới đất Nước vào kho chứa này từ lượng nước bổ sung ngầm (lượng bổ cập)của tự nhiên (mưa, dòng chảy ngầm) hay nhân tạo (giếng bơm) Nước ngầm chảy rangoài bề mặt đất dưới tác dụng của trọng lực hoặc bơm hút Thông thường tổng lượnghàng năm của nước ngầm biến đổi rất ít Tầng chứa nước có thể được phân loại thành

tầng chứa nước có áp và tầng chứa nước không áp Tầng chứa nước bán áp là tầngtrung gian giữa hai loại trên.

Tầng chứa nước không áp: là loại tầng chứa nước trong đó có mực nước ngầm

biến đổi dưới dạng sóng và dưới dạng dốc Nó phụ thuộc vào diện tích của vùng bổsung nước ngầm, lưu lượng thoát ra và tính thấm nước của tầng chứa nước Sự nânglên và hạ xuống của mực nước ngầm tương ứng với sự thay đổi tổng lượng nước trữtrong tầng chứa nước (Hình 2.1)

Hình 2.1 Sơ đồ mô tả các loại tầng chứa nước

Để xây dựng bản đồ mực nước ngầm hoặc mặt cắt dọc mực nước ngầm người ta

có thể dựa vào các số liệu điều tra mực nước giếng trong vùng

Trường hợp đặc biệt, một tầng chứa nước không có áp có thể bao gồm nhiều bộphận nước ngầm treo (túi nước ngầm) (Hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ mô tả nước ngầm treo

Nước ngầm treo (túi nước ngầm) xuất hiện bất kỳ ở đâu khi bộ phận chứa nướcngầm bị tách biệt với vùng nước ngầm chính do các địa tầng không thấm nước có diệntích nhỏ Nước ngầm treo thường có ở vùng trầm tích cuội sỏi, phía dưới là dải sét.Nhưng nguồn nước ngầm ở các túi nước ngầm thường nhỏ và chỉ là tạm thời

- Tầng chứa nước có áp: xuất hiện ở những nơi nước ngầm bị nén ép dưới áp suất khá

lớn (lớn hơn áp suất khí quyển Pa) (Hình 2.1) Sự thay đổi mực nước trong giếng có áptrước hết phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất (mực thủy áp) Có thể coi như là mộtđường ống dẫn nước từ vùng nhận cấp nước đến vùng khác

Đường thủy áp là đường tưởng tượng trùng với cột nước thủy tĩnh của tầngchứa nước Tầng chứa nước có áp sẽ trở thành tầng chứa nước không áp khi mực thủy

áp hạ thấp hơn đáy trên của tầng chứa nước có áp

- Tầng chứa nước bán áp: là tầng chưa nước có áp nhưng địa tầng phía trên của nó không

hoàn toàn là tầng không thấm Nước trong tầng bán áp có thể trao đổi với bên ngoài, tùythuộc vào tương quan giữa mực nước ngầm và bề mặt thủy áp (Hình 2.3)

Hinh 2.3 Sơ đồ tầng chứa nước bán áp 2.1.4 Đặc điểm nước ngầm và giếng đào

2.1.4.1 Đặc điểm nước ngầm

Bảng 2.1 Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt

Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa

Chất rắn lơ lửng Rất thấp, hầu như không có Thường cao và thay đổi theo mùa

Chất khoáng hòa tan Ít thay đổi, cao hơn so với

Khí CO 2 hòa tan Có nồng độ cao Rất thấp hoặc bằng 0

Khí O 2 hòa tan Thường không tồn tại Gần như bão hòa

Khí NH 3 Thường có Có khi nguồn nước bị nhiễm bẩn

Sio 2 Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình

NO 3- Có ở nồng độ cao, do bị

nhiễm bởi phân bón hóa học Thường rất thấp

Vi sinh vật Chủ yếu là các vi trùng do

sắt gây ra

Nhiều loại vi trùng, vi rút gây bệnh

và tảo

(Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thủy, 2000)

Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá

tốt về chất lượng Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm là

nguồn nước được ưa thích Bởi vì, các nguồn nước mặt thường hay bị ô nhiễm và lưulượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa Nguồn nước ngầm ít chịuảnh hưởng bởi các tác động của con người do đó chất lượng nước ngầm thường tốt

hơn chất lượng nước mặt (Bảng 2.1) Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keohay các hạt lơ lửng, vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp và không chứa rong tảo, một trongnhững nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước Thành phần đáng quan tâm trong nướcngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa,các quá trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực Ở những vùng có điều kiện phonghóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễmbởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa thấm vàođất (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2000)

Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người Cácchất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hóa học và việc

sử dụng phân bón hóa học… tất cả những loại chất đó theo thời gian sẽ ngấm vàonguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Đã có không ít nguồn nướcngầm do tác động của con người bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy,các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hóa chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượngthuốc trừ sâu và không loại trừ các chất phóng xạ

2.1.4.2 Đặc điểm giếng đào

Giếng đào hay còn gọi là giếng khơi chủ yếu phục vụ cấp nước cho sinh hoạtgia đình và phục vụ tưới với quy mô nhỏ Khả năng phục vụ 1 đến 2 hộ gia đình, dụng

cụ lấy nước là gầu kéo tay, tời quay tay và bơm điện để khai thác nước Giếng đàothường được sử dụng ở các tầng chứa nước nằm nông, thường được đào thủ công Cácgiếng thường có đường kính từ 0,8 - 1,2 m, chiều sâu từ 3 - 5 m (đối với vùng cát venbiển), 6 - 8 m (đối với vùng đồng bằng), 12 - 18 m (đối với vùng gò, đồi), 18 - 25 m(đối với vùng núi) (UBND Tỉnh Quảng Trị, 2009)

Phương pháp truyền thống để thu thập nước ngầm ở nhiều nơi trên thế giớiđang phát triển và vẫn phổ biến nhất là phương pháp đào giếng bằng tay Tuy nhiên, vìchúng được đào bằng tay, nên việc khai thác chúng chỉ giới hạn cho các loại đất phùhợp như đất sét, cát, sỏi và đất hỗn hợp mà chỉ gặp những tảng đá nhỏ Một số cộngđồng sử dụng kỹ năng và kiến thức của những người đào giếng tại địa phương nhưngthường thì việc đào giếng được tiến hành dưới sự giám sát của người dân Lượng nướctrong giếng dưới đáy nước đóng vai trò như một hồ chứa có thể đáp ứng được nhu cầutrong ngày và nên tự bù lại trong thời gian không được sử dụng Giếng đào bằng tay có

thể sâu khoảng 5 m, hoặc hơn 20 m Giếng có độ sâu trên 30 m đôi khi được xây dựng

để khai thác một tầng nước ngầm đã biết (WaterAid, 2013)

Ưu điểm của giếng đào là dễ xây dựng, người dân có thể tự làm và có thể sửdụng vật liệu xây dựng và nhân công lao động của địa phương Tuy nhiên, hạn chế củagiếng đào là không phù hợp với vùng dân cư hay bị lũ lụt, dễ bị nhiễm bẩn do cácnguồn ô nhiễm từ trên ngấm xuống Chất lượng và lưu lượng giếng đào thường không

ổn định, hay thay đổi theo mùa

Bởi các ưu nhược điểm nói trên, khi sử dụng giếng đào cần lưu ý thường xuyênkiểm tra chất lượng nước, đặc biệt về mùa mưa và khi xây dựng giếng phải chọn vị trícách xa khu vệ sinh và chuồng trại ít nhất 10 m để đảm bảo vệ sinh Cần nạo vét và bổsung lớp cát lọc đáy giếng 2 - 3 năm/lần và tốt nhất nên có bể lọc nước đi kèm

Theo số liệu khảo sát, điều tra của Trung tâm Nước sinh hoạt và Vệ sinh Môitrường Nông thôn (được trích dẫn bởi Nguyễn Ngọc Sinh, 2014), thì toàn tỉnh Gia Lainăm 2014 có 54.181 giếng đào đang được sử dụng đảm bảo vệ sinh và nước đạt chấtlượng cho ăn uống, sinh hoạt Trong đó, khu vực TP Pleiku có tổng số giếng đào là8.739 giếng, giếng đào do Trung tâm Nước sinh hoạt và Vệ sinh môi trường nông thônthực hiện 99 giếng (chiếm 1.1%), giếng đào do nhân dân thực hiện 8.640 giếng (chiếm98,9%), trữ lượng khai thác tính toán toàn thành phố là 2.621,7 m3/ngày

2.1.5 Hiện trạng suy giảm trữ lượng nước ngầm trên thế giới

Nước ngầm là một phần không thể tách rời của chu trình nước, liên kết khôngthể tách rời với nước mặt và các hệ sinh thái Nó phổ biến và chiếm 99% tổng lượngnước ngọt trên trái đất Nó đang được khai thác mạnh mẽ ở nhiều vùng trên thế giới vàtrong một số trường hợp, nó là nguồn nước ngọt duy nhất có sẵn cho người sử dụng.Nếu không có kiến thức và quản lý phù hợp, nguồn tài nguyên khổng lồ này có thểnhanh chóng và không thể phục hồi được Ô nhiễm nước ngầm rất khó đảo ngược;khai thác quá mức có thể có tác động lâu dài đối với tầng nước ngầm và các hệ thốngphụ thuộc nước dưới đất Giảm nước ngầm qua các lưu vực và cảnh quan, duy trì hệsinh thái và đa dạng sinh học, giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu và đóng gópquan trọng cho sức khoẻ con người và phát triển kinh tế xã hội (UNESCO - IHP,UNEP, 2016)

Nhu cầu nước ngày càng tăng, nguồn nước mặt cạn kiệt dẫn tới việc khai thácnguồn nước dưới đất ngày một nhiều hơn Theo sự ước tính, bình quân trên toàn thếgiới có chừng khoảng 40% lượng nước cung cấp được sử dụng cho công nghiệp, 50%

cho nông nghiệp và 10% cho sinh hoạt Tuy nhiên, nhu cầu nước sử dụng lại thay đổitùy thuộc vào sự phát triển của mỗi quốc gia Ví dụ: Ở Hoa Kỳ, khoảng 44% nướcđược sử dụng cho công nghiệp, 47% sử dụng cho nông nghiệp và 9% cho sinh hoạt vàgiải trí Ở Trung Quốc thì 7% nước được dùng cho công nghiệp, 87% cho công nghiệp,6% sử dụng cho sinh hoạt và giải trí (Chiras, 1991).

Theo các nghiên cứu gần đây, tiêu thụ của con người có thể làm triệt tiêu nướcngầm ở các vùng Ấn Độ, Nam Âu và Mỹ trong những thập kỷ tới Các mô hình mới

dự báo về mực nước ngầm trên thế giới tìm thấy các lớp đất ngập nước, đất hoặc cáctảng đá xốp có chứa nước ngầm, ở vùng lưu vực thượng lưu sông Ấn của Ấn Độ, miềnnam Tây Ban Nha và Italy có thể bị cạn kiệt trong khoảng từ năm 2040 đến năm 2060

Tại Mỹ, các tầng chứa nước ở thung lũng Trung tâm California, Thung lũngTulare và Thung lũng Nam San Joaquin, có thể bị cạn kiệt trong những năm

2030 Theo nghiên cứu mới, các bể chứa ở vùng High Plains phía Nam cung cấp nướcngầm cho các vùng ở Texas, Oklahoma và New Mexico có thể đạt đến giới hạn củachúng trong những năm 2050 và 2070

2.1.6 Đặc điểm và hiện trạng suy giảm nước ngầm tại Việt Nam

Cùng với sự gia tăng các đô thị trên toàn quốc là sự gia tăng dân số đô thị Theo

đó, nhu cầu sử dụng nước không ngừng tăng Thống kê sơ bộ của Bộ TN&MT (2011)cho thấy, lượng nước khai thác sử dụng cho các đô thị từ vài trăm đến hàng triệu

m3/năm, trong đó khoảng 50% nguồn nước cung cấp cho các đô thị được khai thác từnguồn nước ngầm Các nguồn nước ngầm được khai thác nằm ngay trong đô thị hoặcven đô thị Thế nên, theo thời gian, nhiều nguồn nước đã cạn kiệt hoặc đang bị ônhiễm bởi sự xâm lấn quá nhanh của đô thị Chỉ tính riêng Hà Nội, hiện mỗi ngày khaithác khoảng 800.000 m3 (khoảng 300 triệu m3/năm); TP Hồ Chí Minh khai tháckhoảng 500.000 m3 (khoảng 200 triệu m3/năm); Các đô thị khu vực đồng bằng Nam bộcũng đang khai thác khoảng 300.000 m3/ngày (110 triệu m3/năm)

Các kết quả nghiên cứu quan trắc hàng năm cho thấy, tại một số thành phố như

Hà Nội, Hồ Chí Mình, Hải Phòng, Hòn Gai, Vinh, Cà Mau, Sóc Trăng, Bạc Liêu…nguồn nước ngầm đang có những dấu hiệu cạn kiệt, ô nhiễm, nhiễm mặn Mực nướccủa các tầng chứa nước khai thác bị hạ thấp liên tục theo thời gian Điển hình như HàNội, mực nước tầng chứa Pleistocen hạ thấp với tốc độ 0,4 m/năm; TP Hồ Chí Minh là0,6 m/năm; Cà Mau là 1 m/năm,…Sự nhiễm bẩn nguồn nước ngầm quan sát được ởthành phố Hà Nội, Lạng Sơn, Đồng Hới, Hồ Chí Minh,… lún sụt nền đất ở Hà Nội, TP HồChí Minh, Cam Lộ (Quảng Trị),… (Bộ TN&MT, 2011)

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới ẩm có lượng mưa tương đối lớn trung bìnhtừ 1.800 mm - 2.000 mm, nhưng lại phân bố không đồng đều mà tập trung chủ yếu vàomùa mưa từ tháng 4 - 5 đến tháng 10, riêng vùng duyên hải Trung bộ thì mùa mưa bắtđầu và kết thúc chậm hơn vài ba tháng Sự phân bố không đồng đều lượng mưa và daođộng phức tạp theo thời gian là nguyên nhân gây nên nạn lũ lụt và hạn hán thất thườnggây nhiều thiệt hại lớn đến mùa màng và tài sản ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc gia,ngoài ra còn gây nhiều trở ngại cho việc trị thủy, khai thác dòng sông Theo sự ướctính thì lượng nước mưa hằng năm trên toàn lãnh thổ khoảng 640 km3, tạo ra mộtlượng dòng chảy của các sông hồ khoảng 313 km3 Nếu tính cả lượng nước từ bênngoài chảy vào lãnh thổ nước ta qua hai con sông lớn là sông Cửu long (550 km3) vàsông Hồng (50 km3) thì tổng lượng nước mưa nhận được hằng năm khoảng 1.240 km3

và lượng nước mà các con sông đổ ra biển hằng năm khoảng 900 km3 Như vậy so vớinhiều nước, Việt nam có nguồn nước ngọt khá dồi dào lượng nước bình quân cho mỗiđầu người đạt tới 17.000 m3/người/năm Do nền kinh tế nước ta chưa phát triển nênnhu cầu về lượng nước sử dụng chưa cao, hiện nay mới chỉ khai thác được 500

m3/người/năm nghĩa là chỉ khai thác được 3% lượng nước được tự nhiên cung cấp vàchủ yếu là chỉ khai thác lớp nước mặt của các dòng sông và phần lớn tập trung cho sảnxuất nông nghiệp (Cao Liêm và cs, 1990)

Nước ngầm là nước tàng trữ trong lòng đất cũng là một bộ phận quan trọng củanguồn tài nguyên nước ở Việt Nam Mặc dù nước ngầm được khai thác để sử dụng chosinh hoạt đã có từ lâu đời nay; tuy nhiên việc điều tra nghiên cứu nguồn tài nguyên nàymột cách toàn diện và có hệ thống chỉ mới được tiến hành trong chừng chục năm gầnđây Hiện nay phong trào đào giếng để khai thác nước ngầm được thực hiện ở nhiều

nơi nhất là ở vùng nông thôn bằng các phương tiện thủ công, còn sự khai thác bằngcác phương tiện hiện đại cũng đã được tiến hành nhưng còn rất hạn chế chỉ nhằm phục

vụ cho sản xuất và sinh hoạt ở các trung tâm công nghiệp và khu dân cư lớn mà thôi

Suy thoái nguồn nước theo giải thích của Luật Tài nguyên Nước là sự suy giảm

về chất và lượng của nguồn nước so với trạng thái tự nhiên hoặc so với trạng thái củanguồn nước đã được quan trắc trong các thời kỳ trước đó (Quốc hội, 2012) Suy giảm

về lượng của nguồn nước được thể hiện bằng sự hạ thấp dần theo thời gian của mựcnước, sự giảm dần công suất khai thác theo thời gian, đối với nước dưới đất còn thểhiện ở sự mở rộng phễu hạ thấp mực nước Suy giảm về chất thể hiện ở sự nhiễm bẩn,nhiễm mặn tức là sự tăng dần các thông số đánh giá chất lượng nước dẫn đến vi phạmtiêu chuẩn cho phép (Nguyễn Văn Đản, 2010)

Theo Nguyễn Văn Đản, Liên đoàn trưởng Liên đoàn Quy hoạch & Điều tra Tàinguyên Nước miền Bắc trả lời trên diễn đàn các nhà báo môi trường Việt Nam (2010):

“Sự suy thoái tài nguyên nước ở nước ta thể hiện tương đối rõ đối với nước dưới đất.Kết quả quan trắc nước dưới đất trên 20 năm qua đã ghi nhận sự suy giảm liên tục mựcnước dưới đất ở các vùng khai thác với tốc độ bình quân 0,4 - 0,6 cm ở các vùng HàNội, Vĩnh Yên, Nam Định thuộc đồng bằng Bắc Bộ và 0,6 - 1,0 cm ở các vùng TP HồChí Minh, Cà Mau, Cần Thơ, Sóc Trăng thuộc đồng bằng Nam Bộ”

2.2 Sơ lược về GIS

Theo Goodchild (1985) là một hệ thống sử dụng CSDL để trả lời các câu hỏi vềbản chất địa lý của các thực thể địa lý

Theo Burough (1986) định nghĩa, GIS là một công cụ mạnh dùng để lưu trữ vàtruy vấn, biến đổi và hiển thị dữ liệu (DL) không gian từ thế giới thực cho những mụctiêu khác nhau.

Theo Aronoff (1993) định nghĩa, GIS là một hệ thống gồm các chức năng: Nhập

DL, quản lý và lưu trữ DL, phân tích DL, xuất DL

Định nghĩa được nhiều người chấp nhận là định nghĩa của Viện nghiên cứu môitrường Mỹ (1994): “HTTTĐL (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: Phầncứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và con người điều hành được thiết bị hoạtđộng một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thịtoàn bộ các dạng DL địa lý HTTĐL có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống DL trongmôi trường không gian địa lý”

Qua các định nghĩa trên, chúng ta nhận thấy rằng GIS là một hệ thống máy tính

và các thiết bị ngoại vi dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích, hiển thị hoặcxuất DL CSDL của GIS chứa DL của các đối tượng, các hoạt động, các sự kiện phânbố theo không gian và thời gian

Tóm lại, HTTTĐL (Geograraphic Information System, GIS) được định nghĩa

như là một hệ thống thông tin mà nó sử dụng DL đầu vào, các thao tác phân tích, CSDL đầu ra liên quan về mặt địa lý không gian, địa thống kê (geographically or geospatial), nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra, chẳng hạn như: Để hổ trợ việc ra các quyết định cho việc quy hoạch (planning) và quản lý (management), sử dụng đất (land use), tài nguyên thiên nhiên (natural resources), môi trường (environment), giao thông (transportation), dễ dàng trong việc quy hoạch phát triển đô thị và những việc lưu trữ

- Phần cứng của GIS được xem là phần cố định mà bằng mắt thường ta có thể dễ dàngthấy được Nó bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi (thiết bị lưu trữ, thiết bị đồhọa, máy scan, máy in…) Chúng được kết nối với nhau để thực hiện việc nhập vàxuất DL.

- Phần mềm GIS rất đa dạng và do nhiều hãng khác nhau sản xuất Các phần mềm GIS có thểgiống nhau ở chức năng, song khác nhau về tên gọi, hệ điều hành hay môi trường hoạtđộng, giao diện, khuôn dạng DL không gian và hệ quản trị CSDL Trong đó phải kể đến các

hệ thống GIS hàng đầu hiện nay như: ARCGIS cung cấp một giải pháp toàn diện từ thuthập/nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp

độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp; MAPINFO cungcấp một giải pháp toàn diện từ thu thập/nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thôngtin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL củacác doanh nghiệp; QGIS là một phần mềm GIS mã nguồn mở được bắt đầu xây dựng từnăm 2002 và được phát triển nhanh chóng với một cộng đồng phát triển lớn trên cơ sở tựnguyện Đây là phần mềm tương đối mạnh mẽ và dễ sử dụng

- Phần dữ liệu GIS bao gồm DL không gian và phi không gian (còn gọi là DL thuộctính) DL không gian là dữ liệu về vị trí của các đối tượng trên mặt đất theo một hệ quychiếu nào đó Nó có thể được biểu diễn dưới dạng các ô lưới (cấu trúc DL Raster) haycác cặp tọa độ (cấu trúc DL vector) hay cả hai, tùy thuộc vào khả năng của từng phầnmềm cụ thể DL phi không gian là DL thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng địa

lý DL thuộc tính thường được trình bày dưới dạng bảng Sự kết nối giữa DL khônggian và phi không gian trong GIS là cơ sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý

và thực hiện phân tích tổng hợp GIS (Hình 2.4)

Hình 2.4 Cơ sở dữ liệu vector và raster

- Phần chuyên gia (Phần con người): Trong GIS, phần con người còn được biết đến dướicác tên gọi khác như phần não hay phần sống của hệ thống Con người tham gia vàoviệc thiết lập, khai thác và bảo trì hệ thống một cách gián tiếp hay trực tiếp Có hainhóm người quan trọng trực tiếp quyết định sự tồn tại và phát triển của GIS là người

sử dụng và người quản lý sử dụng GIS

Đội ngũ những người sử dụng GIS bao gồm các thao tác viên, kỹ thuật viên hỗtrợ kỹ thuật và các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau có sử dụng thông tin địa lý.Người sử dụng trở thành một thành phần của GIS khi tiến hành những phép phân tíchphức tạp, các thao tác phân tích không gian và mô hình hóa Công việc này yêu cầucác kỹ năng để chọn lựa và sử dụng các công cụ từ hộp công cụ của GIS và có kiếnthức về các DL đang được sử dụng

2.2.3 Chức năng của GIS

Một phần mềm GIS có chức năng cơ bản như sau: Thu thập, lưu trữ và quản lý

DL, phục hồi, phân tích và hiển thị DL, mô hình hóa DL Một mô hình của thế giớithực được gọi là một mô hình địa lý

- Nhập DL là một chức năng của GIS qua đó DL dưới dạng tương tự hay dạng số đượcbiến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS Việc nhập DL được thực hiệnnhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chương trình hay mô-đun nhập và chuyển đổi DL của GIS

- Quản lý DL: Việc xây dựng một CSDL GIS lớn bằng các phương pháp nhập DL khácnhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc Số chi phí bằng tiền choviệc xây dựng CSDL có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và phần mềm GIS Điều đóphần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý DL, một chức năng quan trọng của tất cả cácHTTTĐL Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập DL sao cho hiệuquả nhất

- Phân tích DL là chức năng quan trọng nhất của GIS GIS cung cấp các công cụ cần thiết

để phân tích DL không gian, DL thuộc tính và phân tích tổng hợp cả hai loại DL đó ởtrong CSDL để tạo ra thông tin mới trợ giúp các quyết định mang tính không gian

- Xuất DL: chức năng xuất DL hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiểnthị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian bằng GIS dưới dạngbản đồ, bảng thuộc tính hay văn bản trên màn hình hay trên các vật liệu truyền thống

khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng và khảnăng của các thiết bị xuất DL như màn hình, máy in và máy vẽ.

2.2.4 Ứng dụng GIS trong đánh giá nước ngầm

GIS có thể hỗ trợ đánh giá mực nước ngầm, mô phỏng hệ thống sông hồ vànhiều ứng dụng liên quan đến quản lý tài nguyên nước ngầm khác Công nghệ GIS làphương pháp chủ yếu được sử dụng trong đề tài, từ việc xây dựng, trình bày, hỏi đápđến truy xuất DL Sử dụng các phần mềm tương thích nhằm xây dựng CSDLvà phântích tổng hợp DL theo các nguyên tắc tổ hợp không gian địa lý Xây dựng các trường

DL trong phần mềm QGIS Cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng theo 4 chuẩn: chuần hệquy chiếu, chuẩn tổ chức DL (Geodatabase), chuẩn topology và chuẩn DL thuộc tính

Trong GIS, có các công cụ để tạo ra các bề mặt từ các tính năng vector hoặc từcác bề mặt khác Có một số cách để tạo ra bề mặt, bao gồm các giá trị nội suy đượclưu trữ tại vị trí điểm đo, nội suy một bề mặt của mật độ của một hiện tượng nhất địnhhoặc loại tính năng từ số tính năng trong một khu vực, dẫn xuất các bề mặt của khoảngcách (hoặc hướng), các tính năng hoặc lấy được một bề mặt từ một bề mặt khác (độdốc từ độ cao) Công cụ Interpolation là một công cụ phổ biến tạo ra bề mặt liên tục từcác mẫu rời rạc với các giá trị đo được, chẳng hạn như độ cao hoặc nồng độ hóa học

Có một số công cụ nội suy, và mỗi một công cụ có một loạt các thông số ảnh hưởngđến bề mặt kết quả Dưới đây là một số ví dụ về cách các kỹ thuật nội suy khác nhau

có thể tạo ra các bề mặt đầu ra khác nhau từ cùng một DL đầu vào (Hình 2.5):

Hình 2.5 Các kỹ thuật nội suy IDW, Spline, Natural Neighbor

Các công cụ nội suy đơn giản nhất là Inverse Distance Weighted (IDW) vàNatural Neighbor interpolation Ước tính giá trị bề mặt cho mỗi thành phần bằng cách

sử dụng giá trị và khoảng cách của các điểm gần đó Các giá trị nội suy đối với bề mặtIDW là trung bình trọng số của các giá trị của một tập điểm gần đó, trọng số nên ảnhhưởng của các điểm lân cận lớn hơn các điểm xa (nghĩa là ngược với khoảng cách)(Hình 2.6)

Hình 2.6 Bề mặt được nội suy từ bằng phép nội suy IDW

Phép nội suy Natural Neighbor giống như phép nội suy IDW, ngoại trừ cácđiểm DL được sử dụng để suy luận các giá trị bề mặt cho mỗi ô được xác định và tínhtrọng số bằng cách sử dụng một tam giác Delauney, như trong TIN Các phép sửa đổiNeighbors tự nhiên làm việc với các tập DL lớn hơn nhiều so với các phương pháp nộisuy khác (Hình 2.7)

Hình 2.7 Bề mặt được nội suy bằng phép nội suy Natural Neighbor

Phép nội suy Spline và Trend mô phỏng bề mặt phù hợp nhất với các điểm lấymẫu bằng phương pháp đa thức và ít nhất là bình phương Spline interpolation phù hợpvới bề mặt toán học thông qua các điểm làm giảm tối đa uốn cong; Nó rất hữu ích chocác bề mặt có thể thay đổi trơn tru, chẳng hạn như độ cao của bảng nước (Hình 2.8)

Hình 2.8 Bề mặt được nội suy bằng phép nội suy Spline

Việc sử dụng mô hình toán rất phức tạp, tốn nhiều thời gian để thu thập, xử lýsố liệu và chạy mô hình Phương pháp nội suy không gian ít phức tạp hơn, tốn ít thờigian để thu thập dữ liệu và xử lý số liệu Do đó khoá luận đã sử dụng phương pháp nộisuy không gian để mô phỏng sự biến động mực nước trên địa bàn TP Pleiku và chỉ đềcập đến phương pháp nội suy đó là IDW

Inverse Distance Weight – IDW là phương pháp nội suy đơn giản nhất và phổbiến nhất trong các chức năng phân tích của GIS Phương pháp IDW xác định các giátrị của các điểm chưa biết bằng cách tính trung bình trọng số khoảng cách các giá trịcủa các điểm đã biết giá trị trong vùng lân cận của mỗi pixel Những điểm càng cách

xa điểm cần tính giá trị càng ít ảnh hưởng đến giá trị tính toán (Morison, 1971)

Công thức nội suy của phương pháp này:

Hay

Trong đó: i: các điểm dữ liệu đã biết giá trị

n: số điểm đã biếtZi: gía trị điểm thứ i d: khoảng cách đến điểm i k: hằng số DW

2.3 Ứng dụng GIS để đánh giá sự thay đổi mực nước

Những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vào quản lý sử dụng nước là vấn đề

mà nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm, đặc biệt đối với các khu vực các nước pháttriển, vấn đề bảo vệ môi trường rất được quan tâm như châu Mỹ, châu Âu, châu Úc.Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá lưu lượng dòng chảy và chất lượng nướccủa lưu vực dưới tác động của biến đổi sử dụng đất, biến đổi khí hậu,…

Tác giả Cynthia Meyer (2006) đã thực hiện đề tài với mục tiêu đánh giá chấtlượng nước tại hạt Pinellas (USA) Trong nghiên cứu tác giả sử dụng phương pháp nộisuy không gian IDW cho chỉ tiêu DO Kết quả của nghiên cứu này hỗ trợ cho ngườiquản lý trong sàng lọc thông tin và thực hiện các đánh giá sự suy thoái chất lượngnước mặt của Tampa Bay

Trường Đại học Kỹ thuật Aachen (Đức) đã sử dụng GIS để kiểm soát mực nướcngầm cho vùng khai thác than, tạo bản đồ nước ngầm, kết hợp với các dữ liệu khácnhư thổ nhưỡng, địa hình, quy mô khai thác mỏ Umlanverband Frankfurt, Đức đãdùng GIS xây dựng các lớp bản đồ cho mỗi tính toán về sự phục hồi mực nước ngầm.Những lớp này được kết hợp lại tạo nên bản đồ thể hiện diễn biến sự phục hồi nướcngầm của mỗi vùng Tại Mỹ, GIS được dùng để quản lý sự phân bố của các nguồnnước, nhờ đó các nhà khoa học dễ dàng xác định vị trí các nguồn nước trong toàn hệthống nước ngầm

Adebayo Olubukola Oke và cs (2013) đã thực hiện đề tài thành lập bản đồ chấtlượng nước trên lưu vực sông Ogun – Osun, Nigeria bằng phương pháp IDW Kết quảcho thấy chất lượng nước vẫn còn trong giới hạn cho phép trong lưu vực sông Mặcdù, N-NO3- và hàm lượng Nitơ tổng nằm trong phạm vi giới hạn do đó không có nhiềumối lo ngại về môi trường ở khu vực này, P-PO4- và hàm lượng Phốt pho tổng còn khácao trên lưu vực nghiên cứu Biến đổi theo các mùa ảnh hưởng đến nồng độ các chấtgây ô nhiễm trong đó cho thấy dòng chảy góp phần gây ô nhiễm Điều này thể hiện rõqua việc chỉ số BOD5, P-PO4-, E.Coli và F.Coliform cao trong mùa mưa Các bản đồGIS chất lượng nước dựa trên phương pháp nội suy IDW cho phép các nhà quản lýtheo dõi được quá trình lan truyền của các chất ô nhiễm trong tất cả các hệ thống sôngtrên lưu vực

Như vậy, việc ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên nước trên thế giới khá phổbiến và mang lại những kết quả tích cực Từ cơ sở này ta có thể tiến hành ứng dụng GIS đểquản lý nước ngầm tại vùng nghiên cứu, nâng cao hiệu quả của việc quản lý nước ngầmtrong bối cảnh nguồn nước ngầm đang bị khan hiếm và ô nhiễm như hiện nay

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như khoa học kỹ thuật nóichung, phương pháp nội suy ngày càng được ứng dụng nhiều Tuy nhiên do điều kiện

tự nhiên đặc thù của Việt Nam thì phương pháp nội suy chủ yếu dùng vào đánh giá cácyếu tố khí tượng do đó các nghiên cứu sử dụng trong đánh giá chất lượng và mực nướccòn khá ít Một số nghiên cứu ứng dụng GIS ở nước ta:

Giải pháp GIS trong quản lý nước dưới đất khu vực TP Hồ Chí Minh (Lê VănTrung, 2012): Thể hiện giải pháp ứng dụng GIS để hỗ trợ công tác thành lập bản đồcác vùng bị ảnh hưởng bởi các công trình khai thác nước dưới đất, nhằm phục vụ quản

lý khai thác nước dưới đất một cách bền vững Giải pháp cho phép sử dụng công cụphân tích và thống kê không gian của GIS đánh giá thực trạng lún mặt đất do ảnhhưởng của khai thác nước dưới đất khu vực TP Hồ Chí Minh

Ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên nước dưới đất, nghiên cứu thí điểm tại Thị

xã Vĩnh Châu, Sóc trăng (Hồ Bảo Hiếu, 2013): Những ứng dụng của GIS tỏ ra rất hiệuquả và mang lại nhiều tiện ích bằng việc thể hiện trực quan và cho cái nhìn toàn cảnh vềđối tượng quản lý, giúp nhà quản lý có những đánh giá phù hợp và có chính sách rõ ràng,

cụ thể trong việc quy hoạch phát triển nguồn tài nguyên Kết quả ghiên cứu cho thấy:Động thái mực nước đang suy giảm, chất lượng nước không có nhiều biến đổi tuy nhiênhàm lượng và nồng độ một số chất có xu hướng tăng như Clo và COD

Ứng dụng GIS nâng cao hiệu quả công tác quản lý nhà nước về môi trường tạiđịa phương (Đinh Việt Sơn, 2010): Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu nhằm quản lýthông tin liên quan đến doanh nghiệp, quản lý công tác sau đánh giá tác động môitrường,… từ đó đưa ra được mức độ gây ảnh hưởng lên môi trường của từng đơn vịsản xuất kinh doanh Nghiên cứu xây dựng được CSDL giúp nhà quản lý có công cụquản lý hiệu quả nhưng nghiên cứu chưa xét đến các các hoạt động nông nghiệp, giaothông có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng môi trường khu vực

Nhìn chung, GIS được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều lĩnh vực tuy nhiênnhững ứng dụng này vẫn chưa đưa ra được các giải pháp quản lý cụ thể về CSDL liênquan tài nguyên nước ngầm Vì vậy, ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên nướcngầm là cần thiết để có thể nghiên cứu thí điểm và triển khai rộng rãi từ đó giúp chocác nhà quản lý sẽ có được một công cụ quản lý phù hợp và hiệu quả hơn

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Địa điểm nghiên cứu

Pleiku là thành phố, tỉnh lỵ, là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa - xã hội củatỉnh Gia Lai ở vùng Tây Nguyên, Việt Nam Thành phố Pleiku là đô thị phía bắc TâyNguyên, nằm trên trục giao thông giữa quốc lộ 14, quốc lộ 19 nối thông suốt cả nước,gần ngã ba Đông Dương, nằm trên cung đường Hồ Chí Minh, và trong vùng tam giáctăng trưởng các tỉnh lân cận, cũng như các quốc gia láng giềng như Campuchia, Lào(Hình 3.1)

Hình 3.1 Bản đồ hành chính TP.Pleiku, Gia Lai

Thành phố được chia thành 23 đơn vị hành chính gồm 14 phường (trong đóphường Thắng Lợi, mới được thành lập vào cuối năm 2006, được tách ra từ một phầnđịa giới hành chính của xã Chư Á; phường Phù Đổng, phường Chi Lăng, phường

Đống Đa, được thành lập vào đầu năm 2008, được tách ra từ một phần địa giới hànhchính của phường Hội Phú, phường Thống Nhất, xã Ia Kênh, xã Chư HDrông), và 9

xã Có tổng diện tích tự nhiên là 26.199,34 ha, trong đó 3.219,25 ha, chiếm 12,29% sotổng diện tích tự nhiên Dân số Pleiku là 218.940 người Thành phần dân tộc được chiara: Dân tộc Kinh 193.603 người Dân tộc ít người có 25.337 người Trong đó, dân tộcJarai 460 hộ với 21.613 khẩu; Dân tộc BaNar 413 hộ với 1.865 khẩu; Dân tộc Tày 133

hộ với 499 khẩu; Dân tộc Thái 48 hộ với 137 khẩu; Dân tộc Nùng 47 hộ với 182 khẩu;Dân tộc Hoa 89 hộ với 353 khẩu; Dân tộc khác 33 hộ với 688 khẩu (gồm Khơmer,Mường, Xờ Đăng, Thổ…) (Chi cục thống kê thành phố Pleiku, 2014)

TP Pleiku nằm trong lưu vực sông Sê San hợp thuỷ của ba con sông Trên địa bàn

có 2 nhánh suối chính là suối Ia Puch và suối Ia Rơnhing cùng các nhánh suối phụ chạy quađáng kể là suối IaRơnhing mô đun dòng chảy trung bình 45 L/s km2 Nhánh suối Ia Rơdung

và thượng nguồn là suối IaRơmak chảy qua phía Đông và Đông Bắc Thành phố, chiều dài

25 km, lưu vực 89 km2 Nhánh suối Ia Kiêm chảy qua phía Tây và Tây Nam Thành phốPleiku, chiều dài 20 km, lưu vực 60 km2

3.2 Thời gian nghiên cứu

Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 01 đến tháng 08/2017 Trong đó thời gianlấy mẫu được chia làm 02 đợt, đợt 1 vào tháng 03 (mùa khô), đợt 2 vào tháng 6 (mùamưa); và kết hợp điều tra bằng bảng hỏi trong đợt lấy mẫu thứ nhất

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Khảo sát thực địa

Khảo sát thực địa được áp dụng để thu thập DL, củng cố và kiểm chứng thôngtin và nhận định đã được đưa ra trong quá trình thực hiện xem xét tài liệu ở trên Hơnnữa, phương pháp khảo sát thực địa giúp nhà nghiên cứu có những nhìn nhận trựcquan và cụ thể hơn về những vấn đề chưa rõ ràng

Trong nghiên cứu này, để xác định vị trí giếng đào, định tuyến lấy mẫu đo mựcnước phương pháp khảo sát thực địa sẽ kết hợp khảo sát thu mẫu, xác định tọa độ GPStại các giếng thuộc hộ gia đình được phỏng vấn Phương pháp này nhằm hỗ trợ giảithích các kết quả khảo sát

Khảo sát thu mẫu: Dựa trên quan sát thực địa, đã chọn 170 giếng đào để đo

và 25 giếng được lấy mẫu để tính độ chính xác bằng các chỉ số RMSE, R2 Các giếngđược lựa chọn phân bố khắp thành phố nằm trong 14 phường, 9 xã của TP Các tọa độkhông gian của giếng đào lấy mẫu được đo tại chỗ, sử dụng ứng dụng la bàn, định vịtoàn cầu (GPS) trên điện thoại Độ sâu của nước giếng lấy mẫu giếng đào được đotrong 2 đợt, đợt 1 vào mùa khô (tháng 3) và đợt 2 vào mùa mưa (tháng 6) năm 2017.

Đo mực nước giếng: Mở một phần nắp của giếng đào và chèn một sợi dây chia

khoảng cách gắn với vật trọng lượng ở đầu dưới, thông qua miệng giếng Độ sâu đếnmặt nước ngầm được đo bằng mét (m) với miệng giếng làm điểm tham chiếu và sau đósuy luận đến mức mặt đất chính xác (Hình 3.2)

Hình 3.2 Đo mực nước ngầm 3.3.2 Điều tra bằng bảng hỏi

Ngoài việc đo trực tiếp mực nước giếng, đề tài tiến hành thu thập số liệu sơ cấpbằng bảng hỏi và phỏng vấn trực tiếp tại các hộ tiến hành đo mực nước nhằm giảithích và đánh giá sự suy giảm mực nước Bảng hỏi được thiết kế với trọng tâm về mựcnước ngầm sự thay đổi mực nước và các hoạt động có sử dụng nước ngầm (Phụ lục 1).Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu sơ cấp được minh họa trong Hình 3.3 và Hình 3.4

Hình 3.3 Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu sơ cấp

3.3.3 Thành lập bản đồ thay đổi mực nước

Thành lập bản đồ thay đổi mực nước bằng phần mềm QGIS 2.18 để xâydựng được bản đồ thay đổi mực nước cho một thành phố hay khu vực chúng tacần trải qua các bước sau:

Bước 1 Đo ngoài thực địa: sử dụng thước dây đo mực nước ngầm, sử dụng ứng

dụng la bàn trên điện thoại để xác định vị trí mẫu trên bản đồ

Bước 2 Nhập dữ liệu vào máy tính bằng file excel (*.xlxs).

Bước 3 Sử dụng phần mềm QGIS 2.18 xử lý, xây dựng bản đồ tạo một lớp

thông tin có tên “BienDongMucNuoc”.

Bước 4 Xây dựng bộ CSDL cho bản đồ thay đổi mực nước gồm các trường:

“SST”, “ChuHo”, “MucDich”, “MucNuoc1”, “MucNuoc2”, “BienDong”

Bước 5 Nội suy không gian IDW để thành lập bản đồ mực nước ngầm:

Dữ liệu về tọa độ, bản đồ nền dạng vecter TP Pleiku, được chuyển về hệ tọa độWGS 84/UTM Zone 49N để phân tích Sau khi đã có các kết quả khảo sát mực nướcngầm, sử dụng excel để quản lý các thông tin thuộc tính dưới dạng các tập tin CSV(*.CSV) Sau đó, đưa các dữ liệu dưới dạng tập tin CSV và bản đồ nền vào phần mềmQGIS để tiến hành các thao tác phân tích không gian Trong QGIS sử dụng chức năngnội suy IDW (Inverse Distance Weighted) để xây dựng bản đồ phân bố mực nước ngầm,

sử dụng công cụ “Raster Calculation” để xác định sự thay đổi mực nước qua 2 đợt

3.3.4 Xử lý thống kê

Đối với số liệu khảo sát: Mực nước, tọa độ, độ cao địa hình, bảng hỏi được xử lýbằng Microsoft Excel 2010 nhằm tính giá trị tổng, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất(Max), giá trị nhỏ nhất (Min), tỉ lệ phần trăm (%) Kết quả được thể hiện ở nhiều dạngbảng tính, biểu đồ và đồ thị để xác định được xu hướng, diễn biến của thông tin thu thậpđược; và tính giá trị RMSE để đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp nội suy

Chương 4

KẾT QUẢ KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI MỰC NƯỚC NGẦM

TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ PLEIKU

4.1 Xác định đặc điểm sử dụng nước ngầm thông qua bảng hỏi

Nước ngầm là nguồn nước quan trọng và phổ biến ở TP Pleiku, Gia Lai Nhữngnăm gần đây việc khai thác và sử dụng ngày càng tăng cao, cùng với vấn đề hạn hán

có thể ảnh hưởng đáng kể đến nguồn nước ngầm Để xác định nhu cầu và mục đích sửdụng nước, tiến hành điều tra bằng bảng hỏi 170 hộ phân bố tại 23 xã, phường (Phụlục 2)

Hình 4.1 Biểu đồ mục đích sử dụng nước ngầm

Kết quả khảo sát ghi nhận người dân sử dụng nguồn nước này cho cả sinh hoạt,tưới tiêu và chăn nuôi Nhưng chủ yếu nhất là sử dụng nước giếng cho sinh hoạt(92,94%) tập trung tại hầu hết các xã, phường (Bảng 4.1) Tuy nhiên, các giếng đượckhai thác chỉ cho mục đích sinh hoạt chiếm 55% (89 giếng), các giếng vừa sử dụngcho sinh hoạt vừa sử dụng cho tưới tiêu và chăn nuôi chiếm 43% (69 giếng) Trong đó,giếng cho sinh hoạt và tưới tiêu chiếm 25% (41 giếng); sinh hoạt và chăn nuôi chiếm9% (14 giếng); sinh hoạt, tưới tiêu và chăn nuôi cũng chiếm 9% (14 giếng) Các giếng