Ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát diện tích và tình trạng phú dưỡng các hồ nội thành Hà Nội

Làm rõ sự biến động về diện tích cũng như đánh giá nhanh mức độ phú dưỡng của các hồ nội thành Hà Nội sử dụng hiệu quả dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat miễn phí từ đó đề xuất các giải pháp giám sát diện tích và tình trạng phú dưỡng các hồ sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh nhằm tiết kiệm chi phí và thời gian quan trắc so với phương pháp truyền thống.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA ĐỊA CHẤT

Nguyễn Thiên Phương Thảo

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG GIÁM SÁT DIỆN TÍCH VÀ TÌNH TRẠNG PHÚ DƯỠNG CÁC HỒ NỘI THÀNH HÀ NỘI

Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quyNgành Quản lý Tài nguyên và Môi trường(Chương trình đào tạo chuẩn)

Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Thu Hà

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, sinh viên xin cảm ơn TS.Nguyễn Thị

Thu Hà, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo phương hướng và giúp sinh viên

hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.

Sinh viên cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ trong Bộ môn Địa chất môi trường, khoa Địa chất cùng các anh chị trong Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm động lực học Thủy khí Môi trường đã giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu và thực tập tốt nghiệp tại Khoa, Trung tâm.

Cuối cùng, sinh viên xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn ở bên động viên, quan tâm, đồng thời đóng góp những ý kiến quý báu trong thời gian thực hiện khóa luận.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thiên Phương Thảo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỒ NỘI THÀNH HÀ NỘI 4

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÙNG NGHIÊN CỨU 4

1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÁC HỒ 5

1.2.1 Điều kiện tự nhiên 5

1.2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 8

1.3 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CÁC HỒ 12

CHƯƠNG 2 LỊCH SỬ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 16

2.1.1 Ứng dụng của viễn thám trong nghiên cứu môi trường nước 16

2.1.2 Tổng quan về các công trình nghiên cứu về các hồ Hà Nội 19

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.2.1 Phương pháp khảo sát thực địa 20

2.2.2 Phương pháp phân tích mẫu nước 23

2.2.3 Phương pháp phân tích ảnh vệ tinh 24

2.2.4 Phương pháp bản đồ và tính toán biến động 27

2.2.5 Phương pháp đánh giá tình trạng phú dưỡng 27

2.2.6 Phương pháp đánh giá độ chính xác 27

CHƯƠNG 3 BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ NHANH ĐỘ PHÚ DƯỠNG CÁC HỒ NỘI THÀNH HÀ NỘI SỬ DỤNG ẢNH LANDSAT 29

3.1 BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH CÁC HỒ THEO NĂM 29

3.2.SƠ ĐỒ PHÂN BỐ CHLOROPHYLL-A THEO KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN TRONG NƯỚC CÁC HỒ 34

3.2.1 Phương trình tính toán nồng độ chlorophyll-a trong các hồ Hà Nội.34 3.2.2 Phân bố chlorophyll-a một số hồ có diện tích lớn ở nội thành Hà Nội năm 2015 36

3.3 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MỨC ĐỘ PHÚ DƯỠNG CÁC HỒ HÀ NỘI 40

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIÁM SÁT DIỆN TÍCH VÀ TÌNH TRẠNG PHÚ DƯỠNG CÁC HỒ HÀ NỘI SỬ DỤNG DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH 43

4.1 GIÁM SÁT VỀ DIỆN TÍCH MẶT NƯỚC CÁC HỒ 43

4.2 GIÁM SÁT VỀ TÌNH TRẠNG PHÚ DƯỠNG Ở CÁC HỒ 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BOD 5 Nhu cầu oxy sinh hóa

CDOM Các chất hữu cơ hòa tan có màu

COD Nhu cầu oxy hóa học

DO Nồng độ oxy hòa tan

TDS Tổng chất rắn hoà tan

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu trong thành phố Hà Nội 4

Hình 2: Dân số thành thị, nông thôn của Thủ đô Hà Nội qua các năm [2] 8

Hình 3: Dân số và mật độ dân số các quận, huyện của Hà Nội [2] 9

Hình 4: Mật độ trung bình của thực vật phù du trong nước hồ [3] 13

Hình 5: Mức độ ô nhiễm của 30 hồ [4] 14

Hình 6: Chất lượng nước Hồ Văn Chương được xác định ô nhiễm rất nặng 15

Hình 7: Sơ đồ các điểm khảo sát hồ Tây 21

Hình 8: Đo các chỉ tiêu nước hồ Tây đợt 1 22

Hình 9: Chụp ảnh phổ nước hồ Tây đợt 2 22

Hình 10: Sơ đồ các điểm khảo sát hồ Hoàn Kiếm 22

Hình 11: Chụp ảnh phổ và lấy mẫu nước ở hồ Hoàn Kiếm 22

Hình 12: Đo độ trong của nước hồ Tây bằng đĩa Secchi 23

Hình 13: Phân tích chỉ số chlorophyll-a trong phòng thí nghiệm 24

Hình 14: Ảnh gốc (a) và ảnh sau khi được hiệu chỉnh khí quyển (b) 26

Hình 15: Mặt nước được thể hiện rõ nét hơn thông qua hiển thị tỷ số kênh phổ 5:2 (b) so với ảnh toàn sắc (a) 26

Hình 16: Sơ đồ diện tích mặt nước năm 1989 (a), 1996 (b), 1999 (c), 2005 (d) , 2010 (e), 2015 (f) 29

Hình 17: Biến động tổng diện tích mặt nước các hồ nội thành Hà Nội giai đoạn 1989 – 2015 sử dụng dữ liệu ảnh Landsat TM và OLI 30

Hình 18: Biến động diện tích mặt nước hồ theo quận nghiên cứu 32

Hình 19: Đồ thị biểu diễn tương quan giũa nồng độ chlorophyll-a với tỷ lệ kênh phổ Green/Blue 1(a), Green/Blue 2(b), Red/NIR (c) và Green/Red (d) thu được từ ảnh Landsat 8/OLI 35

Hình 20: Phân bố nồng độ chlorophyll-a trong nước hồ Tây 30/5/2015 (a) và1/7/2015 (b) 36

Hình 21: Nước hồ Tây màu xanh lục 37

Hình 22: Phân bố nồng độ chlorophyll-a trong nước hồ Hoàn Kiếm 30/5/2015 (a) và 1/7/2015 (b) 37

Hình 23: Nước hồ Hoàn Kiếm màu xanh rêu, xung quanh bờ nổi váng đen 38

Hình 24: Phân bố nồng độ chlorophyll-a trong nước hồ Yên Sở 30/5/2015 (a) và 1/7/2015 (b) 38

Hình 25: Nước hồ Yên Sở xanh trong, có nhiều rác thải trôi nổi ngay bờ 39

Hình 26: Phân bố nồng độ chlorophyll-a trong nước hồ Linh Đàm 30/5/2015 (a) và 1/7/2015 (b) 39

Hình 27: Mặt nước hồ Linh Đàm đang bị rác thải bủa vây 5/2015 40

Hình 28: Nước ven bờ hồ Hoàn Kiếm 40

Hình 29: Nồng độ chlorophyll-a trong một số hồ Hà Nội 1/7/2015 41

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Danh mục trang thiết bị sử dụng trong quá trình nghiên cứu 21Bảng 2: Các ảnh vệ tinh sử dụng trong nghiên cứu 24Bảng 3: Bảng phân loại mức độ phú dưỡng hồ của Carlson và Simpson [26] 27Bảng 4: So sánh diện tích các hồ xác định được bằng phương pháp xử lý ảnhLandsat với diện tích xác định bằng phương pháp khác [theo 11, 16] 32Bảng 5: So sánh nồng độ chlorophyll-a các hồ xác định được bằng phương pháp xửlý ảnh Landsat với nồng độ chlorophyll-a xác định bằng phương pháp khác (theo[16]) 42

MỞ ĐẦU

Thành phố Hà Nội nằm ở vùng địa hình thấp của đồng bằng sông Hồng nênphần lớn các hồ nội thành Hà Nội có nguồn gốc từ các vùng trũng hoặc từ cácnhánh song Sự hình thành và biến đổi của các hồ nội thành Hà Nội đều gắn liền với

sự phát triển đô thị.Các hồ đô thị tạo thành một hệ thống kết nốivới các sông tiêuthoát nước của thủ đô Hà Nội Các hồ nội thành Hà Nội thường có diện tích từ mộtvài ha đến hàng trăm ha (hồ lớn nhất là hệ thống hồ Tây - Trúc Bạch –Quảng Bá).Các hồ thường nối với nhau tạo thành hệ thống chức năng thống nhất như hệ thốnghồ Giảng Võ - Ngọc Khánh - Thành Công - Đống Đa - sông Tô Lịch, hồ Giám -Văn Chương - Trung Tự - sông Lừ… Đây là một khung sinh thái đô thị trong đó hệthống sông hồ đảm nhận các vai trò: tiếp nhận, điều hoà nước mưa, xử lý nước thảithông qua quá trình tự làm sạch, nuôi cá và là nơi vui chơi giải trí của nhân dân

Hà Nội có khoảng 110 hồ [12], ao trong đó ở khu vực nội thành có 17 hồthuộc quyền quản lý của Công ty thoát nước với tổng diện tích 146,2 ha Hồ nhântạo có diện tích lớn nhất là hồ Bảy Mẫu với diện tích 21,3 ha, và nhỏ nhất là 1,3 ha.Các hồ này tiếp nhận trực tiếp nước thải, nước mưa của lưu vực thoát nước xungquanh sau đó tiêu thoát qua các mương thoát nước của thành phố Trừ Hồ Tây và hồHoàn Kiếm, được sử dụng cho mục đích cảnh quan du lịch nên hạn chế tiếp nhậnnước thải thì các hồ còn lại đều đóng vai trò thoát nước và phục vụ vui chơi giải trí,nuôi cá của thành phố

Hầu hết các hồ đều được hình thành trên nền đất trẻ, chịu sự tác động của cácyếu tố tự nhiên và nhân sinh nên quá trình lão hoá diễn ra nhanh Trong những nămgần đây, khi tốc độ đô thị hoá của Hà Nội tăng lên rõ rệt, hệ thống thoát nước khôngđược xây dựng theo kịp tốc độ đô thị hoá dẫn đến độ sâu của hồ nội thành giảm rõrệt do các vật liệu bị nước mưa cuốn trôi, do xả nước thải và san lấp, lấn chiếmkhông gian của người dân sống xung quanh hồ Điều này cũng dẫn đến việc diệntích hồ bị thu hẹp rất nhiều so với ban đầu Bên cạnh đó, việc xả nước chưa qua xửlý, chứa một lượng rất lớn chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng (nitơ và photpho) vàcác chất độc hại khác vào hồ làm cho hồ nhiễm bẩn Hiện tượng phú dưỡng gây

“tảo nở hoa” và chết hàng loạt làm cho hệ sinh thái trong hồ bị nhiễm độc và khilắng xuống cùng với cặn trong nước thải tạo nên lớp trầm tích đọng ở đáy hồ, làmcho hồ nông dần theo thời gian, nhất là tại nơi trực tiếp đón nhận nước thải; kéotheo đó là sự đổi màu của nước, nước có mùi hôi thối khiến cho hệ thống hồ Hà Nộikhông thể thực hiện được các chức năng của mình Do vậy, để có thể kịp thời bảo

vệ hệ sinh thái các hồ, việc đánh giá nhanh và dự báo sự phú dưỡng là vô cùng cầnthiết.

Đã có nhiều công trình nghiên cứu với nhiều phương pháp để xác định tìnhtrạng phú dưỡng của hồ Hà Nội như dựa vào các nhóm sinh vật chỉ thị cho sự phúdương, đặc biệt là tảo [8,15]; dựa vào các thông số chất lượng khác như BOD, DO[48] hay phương pháp được sử dụng chủ yếu hiện nay là xác định nồng độ các chấtnitơ và photpho trong hồ [14,51]

Song phương pháp quan trắc truyền thống độ phú dưỡng trong nước đối vớimột số lượng lớn các hồ như ở Hà Nội thường gây tốn kém về mặt thời gian và kinhphí Điều này dẫn đến thực trạng thiếu dữ liệu trong việc quản lý các hồ nội thành

Hà Nội hiện nay Trong khi đó trên thế giới, việc sử dụng viễn thám vào giám sát sốlượng, diện tích hồ cũng như đánh giá mức độ phú dưỡng của các hồ nội địa thôngqua chlorophyll-a - chỉ số trực tiếp phản ánh sức khỏe hệ sinh thái trong hồ đã trởnên phổ biến, hiệu quả và mang độ chính xác cao Mặc dù ở Việt Nam, chỉ số nàychưa được đưa vào Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước song ở các nước pháttriển như Úc và Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (USEPA) [31] đều sử dụngchlorophyll-a là chỉ số đánh giá chính

Xuất phát từ thực tiễn trên đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát diện tích và tình trạng phú dưỡng các hồ nội thành Hà Nội” được chọn

nghiên cứu cho khoá luận tốt nghiệp chuyên ngành quản lý tài nguyên thiên nhiên.Mục tiêu của khoá luận là làm rõ sự biến động về diện tích cũng như đánh giánhanh mức độ phú dưỡng của các hồ nội thành Hà Nội sử dụng hiệu quả dữ liệu ảnh

vệ tinh Landsat miễn phí từ đó đề xuất các giải pháp giám sát diện tích và tình trạngphú dưỡng các hồ sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh nhằm tiết kiệm chi phí và thời gianquan trắc so với phương pháp truyền thống

Để đạt được mục tiêu đó, các nhiệm vụ đã được thực hiện bao gồm: khảo sát

đo đạc, lấy mẫu nước thực tế tại các hồ; phân tích mẫu nước trong phòng thínghiệm; thu thập ảnh viễn thám phù hợp cho mục đích nghiên cứu; phân tích, xửlý các số liệu viễn thám đã thu thập được, dùng các phần mềm chuyên ngành xâydựng các sơ đồ, biều bảng, bản đồ,… để đánh giá hiện trạng biến động số lượngdiện tích các hồ từ năm 1989 đến năm 2015; đánh giá mức độ phú dưỡng nước cáchồ trong năm 2015 qua đó đề xuất các giải pháp giám sát và bảo vệ các hồ ở Hà Nộisử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh

Ngoài phần mở đầu và kết luận, khóa luận gồm những nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về các hồ nội thành Hà Nội

Chương 2: Lịch sử và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Biến động diện tích và đánh giá nhanh độ phú dưỡng các hồ nộithành Hà Nội sử dụng ảnh Landsat

Chương 4: Đề xuất giải pháp giám sát diện tích và tình trạng phú dưỡng cáchồ Hà Nội sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh

Các kết quả thu nhận được của khoá luận có ý nghĩa góp phần xây dựng cơ

sở khoa học và phương pháp luận về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vàonghiên cứu đánh giá nhanh tác động của đô thị hóa đến các hồ ở nội thành Hà Nội,cung cấp một phương pháp giám sát tiết kiệm, hiệu quả để xác định nhanh độ phúdưỡng của các hồ từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả giám sát và bảo vệmôi trường nước các hồ nội thành Hà Nội sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỒ NỘI THÀNH HÀ NỘI

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÙNG NGHIÊN CỨU

Hà Nội có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh

độ Đông, tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên Vĩnh Phúc ở phía Bắc; Hà Nam Hòa Bình ở phía Nam; Bắc Giang - Bắc Ninh - Hưng Yên ở phía Đông và Hòa Bình

Phú Thọ ở phía Tây Sau khi mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008,

Hà Nội có diện tích 3.324,92 km², nằm ở cả hai bên bờ sông Hồng, nhưng tập trungchủ yếu bên hữu ngạn

Vùng được lựa chọn làm khu vực nghiên cứu của khóa luận là 8 quận nộithành Hà Nội, bao gồm các quận Tây Hồ, Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai BàTrưng, Thanh Xuân, Cầu Giấy, Hoàng Mai (hình 1)

Hình 1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu trong thành phố Hà Nội

1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÁC HỒ

1.2.1 Điều kiện tự nhiên

1.2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo

Địa hình Hà Nội chủ yếu là địa hình đồng bằng thấp với độ cao trung bình từ5m đến 20m so với mực nước biển được bồi đắp nên bởi các dòng sông với các bãibồi hiện đại, bãi bồi cao và các bậc thềm Xen giữa các bãi bồi là các vùng trũng vớicác hồ đầm như những vết tích còn sót lại của các lòng sông cổ Đê sông Hồng tạo

ra sự tương phản địa hình giữa trong và ngoài đê Độ cao địa hình Hà Nội giảm dầntừ bắc, đông bắc xuống nam, đông nam và từ tây sang đông Điều đó dẫn đến hướngchảy tự nhiên của các sông chính chảy qua Hà Nội là hướng đông bắc – tây nam,cũng như sự tập trung của các khu đất thấp ở phía nam và tây nam thành phố Khuvực nội thành có một số gò đồi thấp nhưng cao không quá 20m như gò Đống Đa,núi Sưa, núi Khán, núi Nùng,

1.2.1.2 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu Hà Nội tiêu biểu cho vùng Bắc Bộ với đặc điểm của khí hậu nhiệtđới gió mùa ẩm, mùa hè nóng, mưa nhiều và mùa đông lạnh, ít mưa Thuộc vùngnhiệt đới, Hà Nội quanh nǎm tiếp nhận lượng bức xạ mặt trời rất dồi dào và có nhiệt

độ cao Lượng bức xạ tổng cộng trung bình hàng nǎm ở Hà Nội là 122,8 kcal/cm2

và nhiệt độ không khí trung bình hàng nǎm là 23,6ºC Do tác động của biển, Hà Nội

có độ ẩm và lượng mưa khá lớn, trung bình 114 ngày mưa một năm Mùa mưa diễn

ra từ tháng 5 đến tháng 9, trong đó, lượng mưa trung bình lớn nhất là vào tháng 7(lên đến gần 350 mm) Một đặc điểm rõ nét của khí hậu Hà Nội là sự thay đổi vàkhác biệt của hai mùa nóng, lạnh Mùa nóng kéo dài từ tháng 5 tới tháng 9, kèmtheo mưa nhiều, nhiệt độ trung bình 28,1°C Từ tháng 11 tới tháng 3 năm sau là khíhậu của mùa đông với nhiệt độ trung bình 18,6°C Cùng với hai thời kỳ chuyển tiếpvào tháng 4 và tháng 10 đã tạo ra đặc điểm khí hậu đặc trưng của Thủ đô Hà Nộivới 4 mùa: Xuân, Hạ, Thu và Đông

1.2.1.3 Đặc điểm thủy văn

Sông Hồng là con sông chính chảy qua Hà Nội, bắt đầu chảy vào ở xã PhongVân, huyện Ba Vì và ra khỏi thành phố ở khu vực xã Quang Lãng, huyện PhúXuyên tiếp giáp Hưng Yên Đoạn sông Hồng chảy qua Hà Nội dài 163 km, chiếmkhoảng một phần ba chiều dài của con sông này trên đất Việt Nam (khoảng 556 kmsông Hồng chảy qua Việt Nam trên tổng chiều dài 1.160 km của sông Hồng) Lũ

sông Hồng chủ yếu do lũ các phụ lưu chính là sông Đà và sông Lô gây nên Mỗinăm mùa lũ kéo dài năm tháng từ tháng 6 đến tháng 10 dương lịch (trùng với mùamưa) Đê sông Hồng được đắp từ năm 1108, đoạn từ Nghi Tàm đến Thanh Trì gọi

là đê Cơ Xá với độ cao mặt đê tại Hà Nội là 14m

Ngoài ra, Hà Nội còn có đoạn sông Đà là ranh giới giữa Hà Nội với Phú Thọ,hợp lưu với dòng sông Hồng ở phía Bắc Thủ đô tại huyện Ba Vì

Thêm vào đó, trên địa phận Hà Nội còn nhiều sông lớn khác như sông Đáy,sông Đuống, sông Cà Lồ, sông Tích:

- Sông Đáy còn có tên Hát Giang, là một phân lưu bên bờ phải của sôngHồng tại Hát Môn (tức Ngã ba Hát) Năm 1937, sau khi xây dựng xong đập Đáy,nước sông Hồng không thường xuyên vào sông Đáy qua cửa đập Đáy trừ nhữngnăm phân lũ, vì vậy phần đầu nguồn sông (từ km 0 đến Ba Thá dài 71 km) sôngĐáy coi như đoạn sông chết Lượng nước để nuôi sông Đáy chủ yếu từ các sôngnhánh như sông Tích, sông Nhuệ, sông Bôi, sông Đào Nam Định

- Sông Đuống là phân lưu của sông Hồng, dài 65km, nối liền hai con sônglớn của miền Bắc là sông Hồng và sông Thái Bình Sông Đuống tách ra khỏi sôngHồng từ xã Ngọc Thụy (Gia Lâm), chảy về phía đông rồi Đông Nam qua các huyệnThuận Thành, Gia Lương (Bắc Ninh) đổ vào sông Thái Bình ở Đại Than, gần PhảLại Đoạn chảy qua Hà Nội dài 17,5km Sông còn có các tên cổ là sông Thiên Đức,sông Đông Ngàn, sông Bắc Giang Đoạn sông gần Phả Lại gọi là sông Đại Than

- Sông Cà Lồ trước kia là một nhánh của sông Hồng, tách ra từ xã Trung Hà,huyện Yên Lạc, Vĩnh Phúc, cách sông Hồng tới 3km Sông Cà Lồ còn có tên làsông Phù Lỗ là ranh giới giữa huyện Sóc Sơn với các huyện Mê Linh, Đông Anh vàHiệp Hòa (Bắc Giang)

- Sông Tích bắt nguồn từ sườn phía Đông Bắc núi Ba Vì đổ xuống giữa hai

xã Cẩm Lĩnh và Thụy An Đây là lối thoát nước chính của vùng núi Ba Vì Dòngsông không có bãi, không bên lở bên bồi như những sông bình thường ở đồng bằng

mà bờ dốc thẳng đứng như sông miền núi Sông Tích là kết quả của một quá trìnhtrùng xâm rất hiếm có trong các sông ngòi nước ta Về đến Xuân Mai, sông gặpsông Bùi từ Lương Sơn (tỉnh Hòa Bình) đổ vào và đoạn này cũng gọi là sông Bùi

Bên cạnh các con sông lớn, còn có các sông nhỏ chảy trong khu vực nộithành như sông Nhuệ, sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sông Lừ, sông Sét Hiệnnay, các con sông này được xem như những đường tiêu thoát nước thải của Hà Nội:

- Sông Nhuệ: hệ thống thuỷ nông sông Nhuệ được người Pháp quy hoạchnăm 1932, đến năm 1935 xây dựng xong công trình đầu mối là cống Liên Mạc để

lấy nước sông Hồng vào sông Nhuệ, tưới bằng tự chảy cho các vùng hoặc tạo nguồncho các vùng khác bằng bơm Quá trình khai thác, sử dụng hệ thống sông Nhuệ làquá trình bổ sung hoàn thiện dần Từ khi xây dựng đến nay, hệ thống đã nhiều lầnđược quy hoạch bổ sung, xây dựng thêm các trục tưới, tiêu, cống điều tiết, đê chốnglũ, để mở rộng diện tích tưới tiêu, bảo vệ sản xuất Sông chảy theo hướng Tây Bắc

- Đông Nam qua đất các quận Thanh Xuân, quận Cầu Giấy (Hà Nội), huyện TừLiêm, Thanh Trì, Đan Phượng, Hoài Đức, Thanh Oai, Thường Tín, Phú Xuyên vàỨng Hoà (Hà Nội) và 2 huyện Kim Bảng, Duy Tiên (Hà Nam) rồi nhập vào sôngĐáy ở thành phố Phủ Lý

- Sông Tô Lịch hiện tại được bắt nguồn từ cống Phan Đình Phùng, qua đậpThanh Liệt và đổ vào sông Nhuệ Sông chỉ còn dài 14,6 km, là dòng thoát nước thảicủa thành phố, ngày càng ô nhiễm nặng

- Sông Kim Ngưu vốn là một nhánh của sông Tô Lịch từ phường Yên Lãngchảy theo đường La Thành qua cống Nam Đồng, Phương Liệt (quận Đống Đa) tới

xã Thịnh Liệt đổ vào sông Tô Lịch tại cầu Sơn (cạnh đập Thanh Liệt), một nhánhkhác của sông chảy về Thường Tín (với một lưu lượng nhỏ) Còn có nhiều nhánhkhác chảy trong quận Hai Bà Trưng và huyện Thanh Trì (như sông Sét dài 5,9 kmrộng 10 - 30 m, sâu 3 - 4 m bắt nguồn từ cống Bà Triệu, hồ Bảy Mẫu rồi đổ vàosông Kim Ngưu ở Giáp Nhị) song tác dụng chủ yếu ngày nay là đường thoát nướcthải của nội thành

Ngoài hệ thống các con sông, Hà Nội cũng là một thành phố đặc biệt nhiềuđầm hồ, tính riêng trong khu vực nội thành đã có 110 hồ [12] Hồ Gươm nằm ởtrung tâm lịch sử của Thủ đô, giữ một vị trí đặc biệt đối với Hà Nội; Hồ Tây có diệntích lớn nhất, đóng vai trò quan trọng trong khung cảnh đô thị Trong khu vực nội ô

có thể kể tới những hồ nổi tiếng khác như Trúc Bạch, Thiền Quang, Thủ Lệ Ngoài

ra, còn nhiều đầm hồ lớn nằm trên địa phận Hà Nội như Kim Liên, Liên Đàm, NgảiSơn - Đồng Mô, Suối Hai, Mèo Gù, Xuân Khanh, Tuy Lai, Quan Sơn,

Do đặc điểm điều kiện địa hình thấp, khả năng thoát úng tự nhiên của đất đôthị thấp Hà Nội thấp hơn hẳn so với nông thôn, thêm vào đó các đô thị với bề mặtđất phần lớn bị bê tông hóa (có thể từ 75 – 100%), công tác quy hoạch đô thị và hệthống thoát nước còn nhiều hạn chế, do vậy, thời gian qua, số vụ úng ngập tại cáctuyến giao thông và khu dân cư không chỉ nội mà còn cả ngoại thành diễn ra với sốlượng và diễn biến bất thường cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm cục bộ môi trường

Hà Nội Bên cạnh đó, do quá trình đô thị hóa mạnh mẽ từ năm 1990 đến nay, phầnlớn các sông hồ ở nội thành Hà Nội đều rơi vào tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng

[7] Các sông mương nội và ngoại thành, ngoài vai trò tiêu thoát nước còn phải nhậnthêm một phần rác thải sinh hoạt của người dân và chất thải công nghiệp từ các làngnghề và cơ sở sản xuất.

1.2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2

Hình 2: Dân số thành thị, nông thôn của Thủ đô Hà Nội qua các năm [2]

Mật độ dân số Hà Nội hiện nay cũng như trước khi mở rộng địa giới hànhchính là không đồng đều giữa các quận nội và ngoại thành Trên toàn Thành phố,mật độ dân cư trung bình 2.169 người/km2 nhưng tại quận Đống Đa, mật độ lên tới40.331 người/km2 Trong khi đó, ở những huyện ngoại thành như Ba Vì, Mỹ Đức,mật độ không tới 1.000 người/km2 [2] Mặc dù diện tích Thành phố được mở rộng

kể từ sau ngày 1/8/2008 nhưng mật độ dân số sinh sống tại Thành phố rất cao, khuvực nội thành mật độ trung bình cao hơn gần 7,5 lần mật độ trung bình cả nước.Mật độ dân số của Thủ đô Hà Nội được nhận định là cao hơn một số Thủ đô trongkhu vực và trên Thế giới

Hai B

à Trưng

Dân số Mật độ dân số Mật độ trung bình

Hình 3: Dân số và mật độ dân số các quận, huyện của Hà Nội [2]

Hà Nội là thành phố có mức và tốc độ đô thị hóa đạt vào loại cao nhất nước.Quá trình đô thị hóa của Hà Nội đã phát triển mạnh theo chiều rộng và có sức lantỏa mạnh Tuy nhiên, việc đô thị hóa nhanh diễn ra trong thời gian ngắn cũng làmnảy sinh không ít bất cập về tính bền vững trong quá trình phát triển Quy hoạch đôthị không theo kịp quá trình phát triển, mật độ dân số cao, dân cư sinh sống tậptrung trong khu vực nội thành với diện tích đầu người thấp, hạ tầng cơ sở khôngđảm bảo, nhiều cơ sở sản xuất chưa được di dời ra ngoại thành và vào các khu vựctập trung, thì sức ép từ dân số kéo theo các áp lực về nhà ở, giao thông, cơ sở hạtầng, sử dụng đất bền vững, môi trường không khí, nước, chất thải rắn, ở thànhphố Hà Nội là rất lớn nếu không có biện pháp quan tâm thích đáng

1.2.2.2 Tình hình phát triển kinh tế

a Công nghiệp và xây dựng

Công nghiệp và xây dựng đóng góp đến 40,84% vào cơ cấu của nền kinh tế

Hà Nội năm 2013 Tổng giá trị sản xuất ngành công nghiệp trong năm 2013 đạt506.030 tỷ đồng, trong đó, công nghiệp nhà nước chiếm 13,77%, công nghiệp ngoàinhà nước chiếm 40,31% và khu vực có vốn đầu tư nước ngoài chiếm đến 45,92%[2]

Phát triển công nghiệp và xây dựng ở khu vực nội thành bao gồm nhiều loạihình khác nhau như làng nghề, xây dựng hạ tầng giao thông, nhà ở, dưới dây sẽphân tích cụ thể hơn về tình hình phát triển của các loại hình đó và song hành cùngquá trình phát triển là các sức ép đối với môi trường thành phố.

b Phát triển các làng nghề

Theo số liệu thống kê đến cuối năm 2009, toàn Hà Nội có khoảng 1.270 làng

có nghề, trong đó có 244 làng nghề truyền thống với 47 nhóm nghề trên tổng số 52nghề của cả nước [17] Khu vực các quận nội thành Hà Nội cũng là nơi là nơi tậptrung đông đảo các làng nghề truyền thống nổi tiếng như: làng đúc đồng Ngũ Xã,làng giấy Yên Thái, làng hoa Hà Nội, tranh Hàng Trống, Hàng Bạc với các mặthàng, đồ trang sức được chế tác từ bạc rất đẹp và nổi tiếng; hàng Thiếc với các mặthàng sản phẩm của thiếc, hàng Đồng với các hàng hoá được sản xuất từ nguyên liệuđồng, phố Thuốc Bắc bán các sản phẩm dược liệu…Với tốc độ phát triển như hiệntại, các làng nghề có đóng góp không nhỏ vào tốc độ phát triển kinh tế – xã hội củaThành phố Tuy nhiên, làng nghề phát triển cũng đi kèm sức ép không nhỏ đối vớimôi trường thủ đô khi hạ tầng làng nghề còn chưa đồng bộ, đặc biệt là hệ thốngthoát nước thải; ý thức của người dân làng nghề chưa cao, chưa hiểu rõ mức độnguy hiểm ô nhiễm môi trường do chính họ gây ra

c Phát triển hệ thống giao thông

Trong khu vực nội thành, các con phố thường xuyên ùn tắc do cơ sở hạ tầng

đô thị thấp kém, lượng phương tiện tham gia giao thông quá lớn do xe máy và gầnđây là ô tô tăng lên rất nhanh đi kèm với ý thức chưa tốt của các cư dân Thành phố.Phần lớn đường phố thành phố hiện quá chật chội nhưng khó có thể mở rộng bởivướng nhà ở của dân cư Bên cạnh đó, các nút giao thông, điểm giao nhau hầu hếtchưa đạt tiêu chuẩn, các bãi đỗ xe trong khu vực dân cư, bãi đỗ xe tự động thiếutrầm trọng Những năm gần đây, Hà Nội chỉ phát triển thêm được trung bình 5 tới

10 km đường mỗi năm Nhiều trục đường của Thành phố thiết kế chưa khoa học,không đồng bộ và hệ thống đèn giao thông ở một vài điểm cũng chưa thật hợp lý.Thêm nữa, hiện tượng ngập úng mỗi khi mưa lớn cũng gây khó khăn cho ngườitham gia giao thông

Công nghiệp và xây dựng đã và đang đóng vai trò quan trọng trong cơ cấukinh tế của Thành phố Tuy nhiên, công nghiệp và xây dựng được phát triển nếukhông được quy hoạch một cách toàn diện và bền vững sẽ là một trong nhữngnguyên nhân gây ô nhiễm môi trường

d Nông – lâm nghiệp và thủy sản

Phát triển nông lâm nghiệp và thủy sản năm 2013 chỉ chiếm 5,36% trong cơcấu của nền kinh tế Hà Nội Theo thống kê, tổng diện tích gieo trồng cây hàng nămcủa các quận là 5.152 ha, diện tích gieo trồng cây lâu năm là 767 ha và diện tích cây

ăn quả là 764 ha Có tổng số 13 trang trại chăn nuôi gia súc, gia cầm trên địa bànkhu vực nội thành Hà Nội Theo kết quả điều tra thủy sản thời điểm 31/12/2013 sovới cùng kỳ, diện tích nuôi trồng thủy sản trên toàn các quận đạt 1.107 ha, chiếm5,26% diện tích nuôi trồng toàn khu vực Hà Nội, đạt sản lượng 3.611 ha (chiếm4,7%) [2]

Nông nghiệp được xác định không phải là nguồn gây ô nhiễm chính đối vớimôi trường Thủ đô, tuy nhiên, với tổng số 13 trang trại chăn nuôi cùng với 1.107 hanuôi trồng thủy sản thì chất thải, nước thải từ quá trình chăn nuôi, nuôi trồng, giết

mổ nếu không có biện pháp quản lý sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường rất lớn khicác chất thải, nước thải này được thải trực tiếp ra các nguồn nước mặt, nước ngầm

và người dân trồng trọt lại sử dụng chính nguồn nước này để tưới tiêu cho câytrồng, nuôi cá Đặc biệt đối với tình trạng nuôi cá tại các hồ nội thành của người dânđịa phương, các nguồn thức ăn nuôi cá giống có chứa muối gốc nitơ và photpho,đây là các nhân tố chính tạo hiện tượng phú dưỡng đe dọa rất lớn đến môi trườngnước hồ [6]

e Du lịch và dịch vụ

Ngành du lịch và dịch vụ đóng góp phần lớn trong cơ cấu phát triển của kinh

tế Hà Nội (lên đến 53,8%) Tổng sản phẩm trên địa bàn theo giá hiện hành năm

2013 của ngành lên đến 197.988 tỷ đồng, tăng 89.986 tỷ đồng so với năm 2009 [2]với sự đóng góp của các ngành thương nghiệp, khách sạn – nhà hàng, du lịch vàdịch vụ

Theo con số năm 2013, Hà Nội có 737 cơ sở khách sạn lưu trú với hơn24.486 phòng đang hoạt động [2] Trong số này chỉ có 9 khách sạn 5 sao làDaewoo, Horison, Hilton Hanoi Opera, Melia, Nikko, Sofitel, Metropole, Sheraton,Sofitel Plaza và Inter Continental, Thành phố còn 6 khách sạn 4 sao và 19 khách sạn

3 sao Tất cả đều tập trung ở các quận nội thành

Khu vực các quận nội thành của Hà Nội cũng là điểm đến thu hút du kháchquốc tế lớn nhất cả nước bởi vẻ đẹp cổ kính, trầm mặc, thanh lịch cùng với hệ thốnghồ đẹp, tạo nên giá trị cảnh quan rất riêng của Hà Nội Theo thống kê, khách quốc tếđến Hà Nội ngày càng tăng, lượng khách hàng năm tăng trung bình từ 18-20%

Năm 2008, Hà Nội đón 1,3 triệu lượt; năm 2009 do khủng hoảng kinh tế toàn cầu

và các dịch bệnh lượng khách là 1,02 triệu lượt; năm 2010 với sự kiện Đại lễ kỷniệm 1000 năm Thăng Long – Hà Nội và Năm Du lịch Quốc gia, lương khách đến

Hà Nội tăng mạnh, tổng số trên 1,7 triệu lượt; năm 2011 đón 1,84 triệu lượt kháchquốc tế Thị trường khách du lịch nội địa đến Hà Nội cũng chiếm tỷ trọng lớn hàngđầu cả nước, với lượng khách trung bình hàng năm chiếm trên 20% tổng lượngkhách du lịch nội địa của Việt Nam

Tính cho năm 2013, khối lượng hàng hóa vận chuyển tăng 6,6%; khối lượnghàng hóa luân chuyển tăng 6,4%; khối lượng hành khách vận chuyển tăng 10,4%;khối lượng hành khách luân chuyển tăng 10,2% so với năm 2012 [2]

Ngành du lịch và dịch vụ phát triển với hệ thống các nhà hàng, khách sạn và

cơ sở lưu trú không ngừng được mở rộng, khối lượng hàng hóa vạn chuyển tăng đềutheo các năm, đã góp phần không nhỏ trong thúc đẩy sự phát triển của Thành phốtheo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Tuy vậy, một vấn đề đặt ra đối với môitrường Hà Nội trong thời gian gần đây là việc thực thi các chính sách nhằm đảmbảo chất lượng môi trường đối với ngành dịch vụ và du lịch khi phần lớn các nhàhàng, khách sạn đều không có hệ thống xử lý nước thải, chưa có hệ thống thu gomchất thải, Mặc dù lưu lượng thải tương đối nhỏ nhưng số nguồn thải nhiều, thảilượng các chất gây ô nhiễm lớn nên các nguồn gây ô nhiễm môi trường này khiđược các cơ sở xả thải trực tiếp ra hệ thống thoát nước thải tập trung của Thànhphố, ra môi trường tiếp nhận sẽ gây sức ép, là nguồn gây ô nhiễm môi trường nếukhông kịp thời quan tâm, quản lý [7]

1.3 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CÁC HỒ

Thủ đô Hà Nội được mệnh danh là “đô thị ao hồ” với khoảng hơn 110 ao, hồlớn nhỏ [12] trong đó hồ Tây là hồ nước ngọt tự nhiên lớn nhất trong các hồ thuộcđồng bằng sông Hồng, là một hệ sinh thái thủy vực nước ngọt đặc thù Hồ Tâykhông chỉ có ý nghĩa về du lịch cảnh quan, giải trí cho người dân Thành phố vàkhách du lịch trong nước, quốc tế mà còn có ý nghĩa quan trọng về cân bằng sinhthái Trong vài năm trở lại đây, chất lượng nước hồ Tây chịu ảnh hưởng rất lớn từcác nguồn thải của thành phố, nước thải sinh hoạt từ vùng lưu vực quanh hồ, đặcbiệt nguồn nước thải với khối lượng lớn có nhiều hợp chất hữu cơ từ khu dân cưphía nam và phía đông hồ thuộc các phường Thuỵ Khê, Yên Phụ (Tây Hồ), TrúcBạch, Quán Thánh (Ba Đình) Theo nghiên cứu gần đây của Lưu Lan Hương vàcộng sự [51] cho thấy, chất lượng nước Hồ Tây ở trong tình trạng phú dưỡng cao

với nồng độ photpho trong hồ vượt quá nhiều lần tiêu chuẩn cho phép (0,03 mg/l).Nhiều chỉ tiêu môi trường như hàm lượng kim loại nặng, coliform trong nước caovượt mức cho phép so với các tiêu chuẩn Việt Nam, Canada, Úc Cùng với đó, kếtquả nghiên cứu về thành phần các loại tảo – nhóm sinh vật chỉ thị cho sự phú dưỡngcủa Dương Thị Thủy và Lê Thị Phương Quỳnh [15] đã càng khẳng định mức độbáo động về hiện tượng phú dưỡng ở hồ Tây.

Không chỉ riêng hồ Tây, hồ Hoàn Kiếm – danh thắng tự hào của người HàNội cũng đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm, chất lượng nước hồ ngày càng một suygiảm Theo kết quả nghiên cứu của Đặng Thị Thơm và nnk [14], trong số 51 loài vitảo thì có gần 90% là tảo lam độc hại Đáng chú ý, sự xuất hiện thường xuyên vàdày đặc của các loại tảo mà chủ yếu là tảo lam độc thuộc chi Mycrocystis (hình 4)

đã tạo nên đặc điểm nổi bật của hồ Gươm: độ pH luôn ở mức cao 9,4 - 10,5 Hàmlượng các chất dinh dưỡng (NH3, COD) và các chất hữu cơ trong bùn luôn ở mức

dư thừa trong đó hàm lượng dinh dưỡng nitơ trong suốt thời gian nghiên cứu rấtcao, trung bình đo được từ 4,45 đến 13,49 mg/l, hàm lượng photpho dao động trungbình từ 0,49 tới 3,31mg/l và thay đổi khác nhau tùy thuộc vào thời điểm thu mẫu.Nước hồ luôn trong tình trạng siêu phú dưỡng

Hình 4: Mật độ trung bình của thực vật phù du trong nước hồ [3]

Theo kết quả nghiên cứu của Lê Thu Hà [48] dựa trên thành phần các loạitảo và phân tích các chỉ số nhiệt độ, pH, độ đục, nồng độ oxy hoà tan (DO), nhu cầuoxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hoá (BOD5), NH4+, NO3- và PO43+ trong nước

đã công bố 5 hồ nhỏ gồm Thanh Nhàn, Ba Mẫu, Phương Mai, Giám và Hai BàTrưng đang trong tình trạng phú dưỡng (eutrophic), 5 hồ lớn gồm Nam Đồng,Giảng Võ, Thành Công, Thiền Quang và Ngọc Khánh đang trong tình trạng dinhdưỡng trung bình (mesotrophic)

Mới đây, Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Cộng đồng (2015) [16] đãtiến hành phân tích chất lượng nước 30 ao hồ tiêu biểu trong 6 quận nội thành Hà

Nội (quận Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Cầu Giấy và Tây Hồ) baogồm các thông số: DO, nhiệt độ, BOD5 và nồng độ chlorophyll – a Tất cả các chỉ sốđều được đo trong tháng 7/2015, thời gian từ 11-16h, riêng chỉ số DO được thể hiệntrong bảng phân tích là kết quả được đo từ sau 18h (thời điểm nhiệt độ không cao,bức xạ yếu) để hạn chế sai số So sánh đánh giá chất lượng nước hồ dựa vào Quychuẩn kỹ thuật quốc gia về Chất lượng nước mặt, QCVN 08:2008.BTNMT cột B1 –Phục vụ tốt cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi Từ đó, có được số liệu thống kê về chấtlượng môi trường nước 30 hồ như sau:

Trong số 30 hồ được phân tích, có 5 hồ được đánh giá không ô nhiễm, 11 hồ

có dấu hiệu ô nhiễm, 8 hồ nhiễm nặng và 6 hồ ô nhiễm rất nặng Tất cả các hồ đều

có giá trị pH và nhiệt độ nằm trong giới hạn cho phép Tuy nhiên, phần lớn các hồcác chỉ tiêu còn lại không đạt yêu cầu, hồ bị ô nhiễm hữu cơ Có tới 83% hồ có giátrị BOD5 vượt quá tiêu chuẩn cho phép (> 15 mg/l); trong đó 20% hồ ô nhiễm hữu

cơ rất nặng (> 100 mg/l); 26% hồ ô nhiễm nặng (BOD5 từ 50-100 mg/l) và 37% códấu hiệu ô nhiễm (hình 5)

17

37 26

20

Không có dấu hiệu ô nhiễm

Có dấu hiệu ô nhiễm

Ô nhiễm nặng

Ô nhiễm rất nặng

Hình 5: Mức độ ô nhiễm của 30 hồ [4]

Một thông số quan trọng khác để đánh giá mức độ ô nhiễm nước và khả năng

tự làm sạch của thuỷ vực là DO - nồng độ oxy hoà tan cần thiết cho sự phát triểncủa các vi sinh vật, đặc biệt cho quá trình phân huỷ hiếu khí các chất hữu cơ Khinước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ, lượng oxy hoà tan trong nước

sẽ giảm Có tới 70% số lượng các hồ khảo sát có giá trị DO dưới tiêu chuẩn chophép (< 4mg/l); 6 hồ có nồng độ DO dưới 1mg/l, nghĩa là hầu như không có sự sốngcủa vi sinh vật

Dựa vào quá trình khảo sát hiện trạng các ao, hồ trong thành phố cũng chothấy phần lớn các hồ có sự phát triển mạnh của tảo, nước hồ đều có màu xanh lục,đục hoặc xanh rêu, có mùi tanh hôi Một số hồ như hồ Ba Mẫu, hồ Văn Chương, hồLinh Quang, vào mùa nóng, mặt hồ nổi nhiều xác tảo, mùi rất hôi thối (hình 6).Vùng nước ven bờ các hồ Nam Đồng, Đống Đa, Thiền Quang, Quỳnh, Thủ Lệ,Nghĩa Tân…xuất hiện nhiều rác thải sinh hoạt như túi nilong, vỏ chai, cá hồ chếtnhiều khi trời nắng

(Ảnh: Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Cộng đồng cung cấp)

Việc phân tích chất lượng nước các hồ Hà Nội cho thấy, các hoạt động củacon người như xả trực tiếp nước thải sinh hoạt, rác thải, lấp ao hồ…đã tạo ra nhữngtác động tiêu cực tới hệ sinh thái ao hồ, phần lớn các hồ đều đã bị ô nhiễm hữu cơkèm theo hiện tượng phú dưỡng Nếu không có những giải pháp tích cực từ phíachính quyền và người dân trong việc bảo vệ, một số hồ ao có thể mất hẳn

CHƯƠNG 2 LỊCH SỬ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

2.1.1 Ứng dụng của viễn thám trong nghiên cứu môi trường nước

2.1.1.1 Trên thế giới

Ứng dụng công nghệ viễn thám để nghiên cứu chất lượng môi trường nước

đã được tiến hành trên thế giới từ cuối thập kỷ 70 của thế kỷ 20 (và cho đến nay đãđạt được nhiều thành tựu quan trọng Thành công rõ rệt nhất của ứng dụng này lànhững nghiên cứu cho vùng biển mở và đại dương [18,25,57] Từ những nghiên cứunày, ngày nay, cơ quan vũ trụ hàng không Hoa Kỳ (NASA) đã thành lập được loạtbản đồ quan trắc các thông số như chlorophyll và nhiệt độ nước tầng mặt cho nướcbiển và đại dương toàn cầu hàng ngày, hàng tuần và hàng tháng (Ocean Colorwebsite)

Các nghiên cứu về ứng dụng viễn thám trong biến động và quan trắc chấtlượng nước hồ nội địa cũng được bắt đầu từ rất sớm Các yếu tố chính ảnh hưởngđến chất lượng nước bao gồm: độ đục, thực vật phù du và vi khuẩn lam (ví dụchlorophylls, carotenoids), các chất hữu cơ hòa tan (dissolved organic matter -DOM), các chất dinh dưỡng vô cơ và hữu cơ, hóa chất bảo vệ thực vật, kim loại, tảomacrophytic, các loại vi sinh vật gây bệnh và dầu mỡ Ngoại trừ các loại hóa chất

và vi sinh vật gây bệnh, các yếu tố nêu trên đều ảnh hưởng đến đặc tính quang họccũng như nhiệt của nước và vì vậy làm thay đổi trực tiếp các tín hiệu của nước đượcthu lại từ bộ cảm biến Chính vì lý do này, chúng còn được gọi là chỉ số quang họccủa nước Các chỉ số có thể được định lượng trực tiếp bằng công nghệ viễn thámgồm:vật chất lơ lửng (suspended particulate matter - SPM) [30]; Sắc tố của thực vậtphù du và vi khuẩn lam chủ yếu là do chlorophyll-a hoặc phycocyanin gây ra,chúng được dùng để xác định mức độ dinh dưỡng của nước hồ, đánh giá khả năngxảy ra hiện tượng tảo nở hoa độc và được dùng như một chỉ số về mức độ phongphú của thực vật phù du [63-64]; Các chất hữu cơ hòa tan có màu (xỉ vàng -CDOM) thường được dùng để xác định hàm lượng axit fulvic hay axit humic trongnước [47]; Hệ số thấu quang (Kd) [44,61]

Trong những năm gần đây, Matthews [53] và Kutser [45] đã đưa ra nhữngđánh giá chi tiết về các công cụ trong viễn thám có thể sử dụng được để đánh giáchất lượng nước các hồ nội địa Bên cạnh việc khai thác thành công dữ liệu ảnh ALI[46], ALOS [33], SPOT [27]; các dữ liệu ảnh LANDSAT xứng đáng được mô tả chi

tiết hơn với một hệ thống có thể nói là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế với 8

vệ tinh trong chương trình này Đã có rất nhiều các nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinhLANDSAT để tính toán và giám sát nước hồ [56,67], mật độ thực vật phù du [69],vật chất lơ lửng [74], CDOM [23], sự bùng nổ của tảo xanh [70] và macrophyte[19] Ngày 30/5/2013, dữ liệu từ vệ tinh Landsat-8 (được phóng vào ngày11/2/2013) đã tiếp tục thúc đẩy các nghiên cứu về chất lượng nước hồ (cho đến naychủ yếu thực hiện với Landsat 5 và Landsat 7) Hơn thế nữa, các kênh phổ Landsatcòn cung cấp thêm dải sóng vùng hồng ngoại nhiệt (TIR) cho phép tính toán nhiệt

độ bề mặt nước [55,73]

Việc tính toán nồng độ chlorophyll-a là một trong những ứng dụng mangtính khoa học được sử dụng phổ biến nhất trong giám sát chất lượng nước [65] Cácvùng nước nội địa thường được đặc trưng bởi nồng độ sinh khối phytoplankton caovới khoảng dao động tương đối rộng (thông thường là từ 1-100 µg/L và cũng có thểlên đến 350 g/L [37] thậm chí cao hơn nữa, đặc biệt là trong trường hợp “tảo nởhoa” [62] Các thành phần khác của nước nội địa như các hạt khoáng, mùn hữu cơ

và CDOM thường không biến đổi theo không gian và thời gian, ngay cả trong cácthể nước Những vấn đề này đã làm cho việc phát triển các thuật toán của các vùngnước nội địa trở nên phức tạp hơn và khả năng ứng dụng của chúng bị hạn chế giữacác thủy vực nước khác nhau [58]

Đã có rất nhiều thuật toán sử dụng các tỷ lê kênh phổ từ dữ liệu vệ tinh đaphổ khác nhau để tính toán chlorophyll-a trong nước [24,29,35,37,42-43,52], tiêubiểu như thuật toán dựa trên tỷ lệ dải phổ đỏ - cận hồng ngoại [28,34-36] hay tỷ lệdải phổ lục - lam đã được áp dụng thành công trong thành lập bản đồ chlorophyll-acho vùng nước đại dương và ven bờ do những vùng này ít chịu tác động củaCDOM Bên cạnh đó, cũng có một vài nghiên cứu áp dụng thuật toán này để tínhtoán chlorophyll-a trong vùng nước hồ nội địa [38,41,50,71-72]

Tuy nhiên do sự phức tạp về thành phần và đặc tính của nước hồ nội địa màcác ứng dụng này còn nhiều vấn đề tồn tại như mô hình tính toán thông số nước từdữ liệu viễn thám chưa thống nhất, các phương pháp xử lý ảnh cho các vùng khácnhau cần được làm rõ, các mô hình đã có cần được so sánh, đánh giá và ứng dụngcho nhiều hồ nội địa Để góp phần cùng giải quyết vấn đề còn tồn tại này, cácnghiên cứu ứng dụng viễn thám cho các hồ nội địa cần được tiến hành ở nhiều nơikhác nhau

2.1.1.2 Tại Việt Nam

Ngày nay ảnh vệ tinh có thể đem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp vềmạng lưới thủy văn, khối lượng và chất lượng cũng như diễn biến theo mùa, theothời gian, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt, nhiễm mặn, biến độnglòng sông, lòng hồ,… Việc sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyênnước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất

Ảnh vệ tinh đã được một số cơ quan sử dụng để khảo sát, thành lập bản đồbiến động lòng sông ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1: 100.000 đến 1: 25.000 cho hệ thốngsông Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng Phần lớn những bản đồnày do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường lập Ngoài ra, ảnh vệtinh đã được một số đơn vị thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốcgia và Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường sử dụng để thành lậpbản đồ ngập lụt đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh miền Trung Ảnh vệ tinhhiện nay có khả năng sử dụng để điều tra giám sát chất lượng nước như độ mặn,mức độ ô nhiễm do chất thải công nghiệp và để điều tra, quản lí tổng hợp các lưuvực sông

Một số các nghiên cứu nổi bật liên quan đến ứng dụng công nghệ viễn thámtrong quản lý chất lượng môi trường nước như là: các nghiên cứu liên quan đếnquan trắc hàm lượng chlorophyll và chất rắn lơ lửng trong nước biển Đông [1,59-60] và vùng vịnh ven biển [39-40] Về các nghiên cứu hiện nay có đề tài nghiên cứuhợp tác giữa Trung tâm Viễn thám quốc gia và Viện Vật Lý (Viện Khoa học vàCông nghệ Việt Nam) đã và đang tiến hành liên quan đến thử nghiệm ứng dụng ảnh

vệ tinh MODIS để tính toán nhiệt độ nước biển và hàm lượng chlorophyll-a trênbiển Đông Gần đây, Hà và Koike [39] đã xây dựng phương pháp ứng dụng viễnthám và địa thống kê trong quan trắc chất lượng nước biển ven bờ, áp dụng nghiêncứu vịnh Tiên Yên và làm sáng tỏ rằng ảnh MODIS có khả năng cung cấp dữ liệunhằm đánh giá hiệu quả chất lượng các vùng nước ven biển

Đối với vùng hồ nội địa có nghiên cứu “Tính toán hàm lượng trầm tích lơlửng trong nước mặt hồ Trị An sử dụng ảnh Landsat đa phổ” của tác giả Trịnh LêHùng và Vũ Danh Tuyến [68] Đáng chú ý, đề tài “Nghiên cứu tài nguyên nước mặtkhu vực Hà Nội bằng phương pháp viễn thám và GIS”, mã số QT-00-22 củaNguyễn Đình Minh và nnk [9] đã phân tích biến động theo không gian và thời giancác lưu vực sông trong khu vực Hà Nội trên cơ sở phân tích dữ liệu viễn thám vệtinh và GIS Tuy nhiên, để góp phần đánh giá chính xác sự suy giảm diện tích mặt

nước và chất lượng môi trường các hồ Hà Nội sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh thì vẫnchưa có nghiên cứu nào được thực hiện.

2.1.2 Tổng quan về các công trình nghiên cứu về các hồ Hà Nội

Được mệnh danh là “đô thị của sông, hồ”, cảnh quan mặt nước nói chung và

hệ thống các hồ Hà Nội nói riêng được nhiều tác giả tiến hành nghiên cứu, các dự

án cũng được triển khai nhằm bảo vệ và nâng cao giá trị của chúng với những khíacạnh khác nhau về nguồn gốc, lịch sử, hiện trạng môi trường…Cảnh quan sông hồđược nhìn nhận đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển đô thị sinh thái ở HàNội nên chất lượng nước hồ cũng như môi trường ven hồ và chất lượng cuộc sốngrất được chú ý trong nhiều báo cáo

Tác giả Lê Thu Hà, Bùi Thị Hoa [5] có nghiên cứu về “Hiện trạng các hồ HàNội” nhằm đánh giá biến động số lượng, diện tích các hồ và chất lượng nước thôngqua một vài thông số lý hóa học nước (nhiệt độ, DO, pH, độ dẫn, độ đục, NH3-N,PO43-, COD, BOD5, Fe, SO4-2) Cũng trong năm 2005, đề tài nghiên cứu của Lê Thu

Hà và cộng sự [4] đã đưa ra bức tranh toàn cảnh về hiện trạng chất lượng nước 10hồ ở nội thành Hà Nội rồi từ đó xây dựng phương pháp ma trận đánh giá hậu quảsinh thái do ô nhiễm môi trường nước gây ra

Nguyễn Địch Dỹ [3] có bài “Sông ngòi, hồ, đầm lầy Hà Nội xưa” trong Tạpchí Kiến trúc số 2/2006 với sự so sánh biến động hệ thống sông, hồ qua nhiều thời

kỳ Trong bài báo này cũng cung cấp bản đồ thành phố Hà Nội năm 1926 do ngườiPháp thực hiện Lê Thu Hà [48] đã đánh giá tổng quan tình trạng phú dưỡng củamột số hồ Hà Nội trong giai đoạn này Sawaki và cộng sự [10] đã so sánh thái độcủa người dân đối với môi trường hồ nước tại 2 điểm nghiên cứu là hồ Kim Liên vàhồ Ngọc Khánh

Ngày 30/6/2011, Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Cộng đồng (CECR)

ra mắt website hồ Hà Nội (http://cecr.vn/category/ho-ha-noi) với mục đích xâydựng một mạng lưới kết nối cộng đồng gìn giữ và bảo vệ các hồ ở Hà Nội, hỗ trợ sựhợp tác chia sẻ thông tin giữa các chuyên gia môi trường, các nhà quản lý, doanhnghiệp và cộng đồng cư dân vùng hồ Đặc biệt, trang web còn bao gồm nội dungcuốn sách phản ánh hiện trạng môi trường và kết quả phân tích về tình trạng môitrường nước và hành lang bờ, các phân tích về quản lý hồ Hà Nội cùng báo cáo thểchế với 23 kiến nghị cụ thể cho công tác quản lý hồ Với mục tiêu cung cấp thôngtin nền về các hồ ở Hà Nội, cuốn sách trở thành công cụ cho cộng đồng đặc biệt là

là cộng đồng sống quanh khu vực hồ tham gia bảo vệ môi trường, ngăn ngừa ô

nhiễm, bảo vệ hành lang ven hồ và ngăn nguồn xả thải vào hồ để nước hồ sạch, tạonên cảnh quan thiên nhiên tươi đẹp cho thành phố

Đề tài sông, hồ nói riêng và cảnh quan mặt nước nói chung đã hấp dẫn nhiềuhọc viên cao học cũng như nghiên cứu sinh thuộc các lĩnh vực khác nhau lựa chọnlàm hướng nghiên cứu của mình Ví dụ như: luận án Tiến sĩ Sinh học của Lê ThịHiền Thảo [13], luận văn thạc sỹ Khoa học môi trường của Nguyễn Thị Hưởng[7]

Các nghiên cứu kể trên đã góp phần làm sáng tỏ điều kiện tự nhiên, môitrường, chất lượng nước các hồ Hà Nội, tuy nhiên để thực hiện được các nghiên cứunày đã tốn kém nhiều thời gian và kinh phí cho công tác khảo sát, lấy mẫu, đo đạc,quan trắc… và không đánh giá được xu thế biến động chất lượng nước trong mộtthời gian dài và liên tục, do vậy cần có một công cụ mới bằng việc giải đoán cácảnh viễn thám đa thời gian để góp phần đánh giá hiện trạng môi trường hồ, cungcấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý thực hiện các kế hoạch, quy hoạch pháttriển kinh tế song song với sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp khảo sát thực địa

Đây là phương pháp quan trọng nhất nhằm bổ sung và hiệu chỉnh các thôngtin có được từ các tài liệu thu thập và tiến hành đo chỉ số chlorophyll-a và độ trongcủa nước trực tiếp tại 1 số hồ Hà Nội với các điểm khác nhau, để có cơ sở lập mốitương quan giữa chlorophyll-a của nước và phổ phản xạ thu được từ xử lý ảnh viễnthám Landsat Đồng thời để có được những đánh giá khách quan và thực tế về cácđiều kiện tự nhiên cũng như xã hội của khu vực nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu đo đạc, khảo sát ngoài thực địa bao gồm:

- Chuẩn bị dụng cụ, máy móc liên quan, sổ nhật ký thực địa, chai đựng mẫunước (có dung tích 1,5 lít đã được xử lý sạch), thùng đựng mẫu (đảm bảo mẫu tốtnhất để chuyển đến phòng thí nghiệm), GPS,…

Các thiết bị chính sử dụng trong quá trình thực địa đều được kiểm tra và hiệuchuẩn đạt yêu cầu, đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình vận hành (bảng 1)

Bảng 1: Danh mục trang thiết bị sử dụng trong quá trình nghiên cứu

Thùng đựng

-Tiến hành đo đạc ở:

o Hồ Tây: đợt 1 vào ngày 1/03/2016 qua 12 điểm (thể hiện chấm xanh trên sơ đồ)

và đợt 2 vào ngày 13/04/2016 với 12 điểm (thể hiện sao tím trên sơ đồ) (hình 7).Các thông số khảo sát là: nhiệt độ nước, pH, DO, TDS, nồng độ muối, chlorophyll-

a, độ trong nước và giá trị phổ phản xạ

Hình 7: Sơ đồ các điểm khảo sát hồ Tây

Hình 8: Đo các chỉ tiêu nước hồ Tây đợt 1 Hình 9: Chụp ảnh phổ nước hồ Tây đợt 2

o Hồ Hoàn Kiếm: 10 điểm ngày 14/04/2016 (hình 10) Các thông số khảo sát là:

nhiệt độ nước, pH, DO, TDS, nồng độ muối, chlorophyll-a và giá trị phổ phản xạ

Hình 10: Sơ đồ các điểm khảo sát hồ Hoàn Kiếm

Hình 11: Chụp ảnh phổ và lấy mẫu nước ở hồ Hoàn Kiếm

- Mẫu nước được đưa vào thùng đựng và chuyển về phòng thí nghiệm của Trungtâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Hà Nội để xác định hàm lượngchlorophyll-a và tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS) trong phòng thí nghiệm.

- Khảo sát các điểm thu mẫu, tham khảo ý kiến người dân sống khu vực xungquanh hồ để phân tích và tổng hợp phục vụ nghiên cứu

2.2.2 Phương pháp phân tích mẫu nước

2.2.2.1 Đo độ trong bằng đĩa Secchi

Đĩa secchi dạng hình tròn làm bằng vật liệu không thấm nước (inox, thiếc,tole ) chia đĩa làm 4 phần đều nhau, sơn hai màu đen và trắng xen kẽ nhau Đĩađược treo trên một que hay trên một sợi dây có đánh dấu khoảng cách mỗi khoảngchia là 5 hoặc 10 cm

Khi đo, cầm đầu dây thả từ từ cho đĩa ngập nước và ghi nhận lần 1 khoảngcách từ mặt nước đến đĩa khi không còn phân biệt được hai màu đen trắng trên mặtđĩa Sau đó cho đĩa secchi sâu hơn vị trí vừa rồi và kéo lên đến khi vừa phân biệtđược hai màu đen trắng, ghi nhận khoảng cách lần 2

Hình 12: Đo độ trong của nước hồ Tây bằng đĩa Secchi 2.2.2.2 Đo chlorophyll-a

Việc phân tích chỉ số chlorophyll-a được thực hiện trong phòng thí nghiệmtheo phương pháp chuẩn APHA [22] trong Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môitrường Hà Nội sử dụng máy so màu Hach DR 5000 Phương pháp được sử dụng làphương pháp chiết suất bởi acetone 90% Theo đó, mẫu nước hồ được lọc để loạitrừ TSS sau đó pha vào trong acetone 90% và hệ số hấp thụ quang phổ ở 4 bướcsóng 630, 647, 664 và 750 nm

Hàm lượng chlorophyll-a được tính theo phương trình:

chl−a=11,85∙(E¿¿664−E750)−1,54 ∙(E647−E750)−0.08 ∙(E630−E750)

Hình 13: Phân tích chỉ số chlorophyll-a trong phòng thí nghiệm

2.2.3 Phương pháp phân tích ảnh vệ tinh

2.2.3.1 Dữ liệu ảnh sử dụng

Trong phạm vi đề tài nghiên cứu biến động diện tích và chất lượng nước hồgiai đoạn 1990- 2015, dữ liệu ảnh được sử dụng là các ảnh Landsat 5/TM vàLandsat 8/OLI được thu thập tại địa chỉ của cục địa chất Hoa Kỳ làhttp://glovis.usgs.com (bảng 2).Vị trí ảnh thu thập Path/Row: 127/45 và đều nằmtrong hệ tọa độ WGS 84, múi 48N Ảnh thu được đều có độ che phủ của mây dưới10% và được hiệu chỉnh hình học, khí quyển

Bảng 2: Các ảnh vệ tinh sử dụng trong nghiên cứu