Xác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh (Luận án tiến sĩ)

Xác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng NinhXác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh

Ễ Ệ Ằ

Ở Ứ Ệ

Ở Ệ

Ờ Ớ

VÙNG M

NGÀNH : Ắ - B Ồ Ã Ố : 9520503 Ĩ

Ờ Ớ Ẫ

1 PGS.TS

2 TS

À Ộ 2018

Ờ

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi ác số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng,

đã công bố theo đúng quy định ác kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi

tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan

ghiên cứu sinh

guyễn hị ệ ằng

Ờ i

ii

Ắ v

B B Ể Error! Bookmark not defined Ì Ẽ xi

Ở 1

Tính c p thiết của đ tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Nội dung nghiên cứu 4

4 ối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

5 Phương pháp nghiên cứu 5

6 Những điểm mới của luận án 6

7 Luận điểm bảo vệ 6

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6

9 ơ sở tài liệu thực hiện luận án 7

0 u trúc luận án 7

Lời cảm ơn 7

1 Ổ Ứ 9

1.1 hái niệm nước m t và đánh giá ch t lượng nước m t 9

2 Những yếu tố ảnh hưởng tới ch t lượng nước m t 13

1.2.1 Nước thải sinh hoạt 13

1.2.2 Nước thải công nghiệp 15

1.2.3 Nước thải y tế 17

1.2.4 Nước thải nông nghiệp 17

1.3 Sử dụng ch số WQ đánh giá ch t lượng nước m t 17

1.4 T ng quan các công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa tin học xây

dựng SL và đánh giá ch t lượng nước m t 20

1.4 Trên thế giới 20

1.4.2 Trong nước 29

1.5 hai thác khoáng sản và ảnh hưởng của nó tới ch t lượng nước m t v ng m m Phả, Quảng Ninh 37

5 Tài nguyên nước m t ở v ng m Quảng Ninh 37

5.2 nh hưởng của khai thác khoáng sản tới ch t lượng nước m t v ng m m Phả, Quảng Ninh 39

6 Tiểu kết chương 47

2 Ở Ứ

Ở Ệ Ờ Ớ 48

2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp ứng dụng địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá ch t lượng môi trường nước m t 48

2 hái niệm v ịa tin học và SL 48

2 .2 hả n ng ứng dụng k thuật địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu và đánh giá ch t lượng môi trường nước m t 51

2.2 Sơ đồ quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu ch t lượng môi trường nước m t 56

2.3 Phương pháp tính toán ch số WQ 59

2.4 ng dụng k thuật địa tin học khai thác S L ch t lượng nước m t 62

2.4 Thành lập bản đồ ch t lượng nước m t b ng phương pháp nội suy 62

2.4.2 Phân tích thống kê không gian 64

2.4.3 Mô hình hóa ch t lượng môi trường nước 66

2.5 Lựa chọn công nghệ ph hợp với v ng m m Phả, Quảng Ninh 69

2.5 ết hợp các ph n m m S và ph n m m môi trường trong xây dựng S L nước m t 69

2.5.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và S 71

2.6 Tiểu kết chương 2 77

3 Ệ Ở Ệ

Ờ Ớ

78

3 c điểm khu vực nghiên cứu 78

3.2 c điểm tư liệu sử dụng trong luận án 81

3.2 Số liệu quan tr c ch t lượng nước m t 81

3.2.2 ữ liệu viễn thám 84

3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu ch t lượng nước m t khu vực m Phả, Quảng Ninh 87

3.4 hai thác, sử dụng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá, giám sát ch t lượng môi trường nước m t 89

3.4 Xây dựng bản đồ chuyên đ các thông số môi trường nước m t 89

3.4.2 ánh giá ch t lượng nước m t b ng phương pháp thống kê 91

3.4.3 ánh giá biến động hàm lượng các thông số ch t lượng nước theo qu 98

3.4.4 ánh giá ch t lượng nước m t b ng ch số WQ 101

3.4.5 Xác định hàm lượng các thông số ch t lượng nước m t b ng tư liệu viễn thám 115

3.5 ết luận chương 3 130

À 131

À Ệ 135

1 146

158

Ắ

ngược có trọng số

Association

Commission for Europe

B B Ể

ảng T ng lượng nước thải và thải lượng các ch t ô nhiễm trong nước

thải t các khu công nghiệp [20 16

ảng 2 ảng xác định giá trị WQ tương ứng với mức đánh giá ch t lượng nước [2 20

ảng 2 ác bộ cảm viễn thám sử dụng ph biến trong đánh giá ch t lượng nước [42 55

ảng 2.2 ảng quy định các giá trị qi, BPi 60

ảng 3 Tên trạm quan tr c và các thông số môi trường nước m t v ng m Phả 83

ảng 3.2 c điểm các kênh ph ảnh vệ tinh Sentinel-2A 85

ảng 3.3 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu - 2012 103

ảng 3.4 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu - 2012 104

ảng 3.5 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu - 2012 105

ảng 3.6 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu V- 2012 106

ảng 3.7 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu - 2014 106

ảng 3.8 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu – 2014 107

ảng 3.9 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu - 2014 108

ảng 3 0 ết quả tính WQ cho t ng thông số của qu V - 2014 109

ảng 3 WQ n m cho các qu và cho cả n m 20 2 111

ảng 3 2 WQ n m cho các qu và cho cả n m 20 4 112

ảng 3 3 ảng đánh giá LN m t tại các điểm quan tr c trong các quý I ÷ IV 2012 113

ảng 3 4 ảng đánh giá LN m t tại các điểm quan tr c trong các qu ÷ V 20141 13

ảng 3.15 àm lượng ch t lơ lửng trong nước biển ven bờ m Phả, Quảng Ninh tại các trạm quan tr c và điểm l y m u qu và 4 n m 20 6 118 ảng 3 6 So sánh kết quả xác định hàm lượng TSS t ảnh vệ tinh Sentienl-

ảng 3 7 So sánh kết quả xác định hàm lượng TSS t ảnh vệ tinh

Sentienl-2 ngày 0Sentienl-2 Sentienl-2 Sentienl-20 6 1Sentienl-26

tại các trạm quan tr c và điểm l y m u qu và 4 n m 2016 127

Ì Ẽ

ình T lệ phân bố tài nguyên nước theo các lưu vực sông [ 9 10 ình 2 T lệ giữa các v ng v t ng lượng các ch t ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt [ 9 14 ình 3 Nước thải sinh hoạt gây ô nhiễm ở Quảng Ninh nguồn: internet 15 ình .4 Vị trí một số trạm quan tr c trong nghiên cứu của lssgeer et al (2017) 22 ình 5 iao diện ứng dụng S phục vụ quản l ch t lượng nước m t trong nghiên cứu của oubakri, Rhinane 20 7 22 ình 6 iao diện ứng dụng S quản l ch t lượng nước ở Washington (Bilhimer, 2012) 23 ình 7 ết quả nội suy hàm lượng anxi, Magie, lo trong nước ng m khu vực hadravathia b ng phương pháp W 24 ình 8 ết quả nội suy hàm lượng p trong nghiên cứu của harbia et al (2016) 25 ình 9 Vị trí các điểm l y m u ch t lượng nước trong nghiên cứu của Weipi

He [46] 26

nghiên cứu của Weipi e 26 ình 11 Tư liệu ảnh Landsat 8 và sơ đồ các điểm l y m u ch t lượng nước trong nghiên cứu của Li et al 20 8 [50 27 ình 2 nhiễm nước m t do khai thác than ở suối iễn Vọng, Mông ương, m Phả nguồn nternet) 40 ình 3 Tác động của khai thác than đối với các thành ph n tài nguyên, môi trường 43 ình 4 Tác động bồi l p sông suối trong khai thác than tại m Phả, Quảng Ninh nguồn nternet 45

ình 5 iễn biến một số thông số ch t lượng nước khu vực m Phả, Quảng Ninh giai đoạn 2005 – 2009 nguồn: T ng ông ty than khoáng sản

Việt Nam 46

ình 2 Minh họa v các k thuật trong công nghệ ịa tin học nguồn Internet) 48

ình 2.2 Ví dụ v cơ sở dữ liệu ch t lượng môi trường nước m t khu vực Parkowe, Ba Lan (Absalon et al., 2002) [25] 53

ình 2.3 Sơ đồ quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu ch t lượng môi trường nước m t 57

ình 2.4 Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ phân bố các thông số ch t lượng nước t cơ sở dữ liệu 63

ình 2.5 Ví dụ v sử dụng phương pháp nội suy không gian trong đánh giá ch t lượng nước khu vực hồ Tonle Sap, ambodia a – Simple Kriging, b – Ordiginal Kriging, c – IDW) (Chum et al., 2017) [36] 64

ình 2.6 Sự thay đ i v không gian đối với các thông số ch t lượng nước p , COD, TN, F (Lee and White,1992) [48] 66

ình 2.7 ác thành tố chính trong mô hình môi trường 67

ình 2.8 Mô tả mô hình QU TOX trong đánh giá ô nhiễm nước ngọt 68

ình 2.9 iao diện ph n m m QWin ata Manager 70

ình 2 0 ết quả xác định hàm lượng chlorophyll-a t ảnh vệ tinh Spot, khu vực hồ chứa Te- hi, ài Loan Yang et al., 1996) [76] 72

Hình 2.11 ác thành ph n của bức xạ M t Trời đi tới nguồn nước được bộ cảm biến ghi nhận 73

Hình 2.12 ác thành ph n bức xạ thu nhận t đ u thu [54, 55] 75

ình 3 ản đồ hành chính thành phố m Phả, Quảng Ninh 78

ình 3.2 Một số hoạt động kinh tế – xã hội tại m Phả, Quảng Ninh 81

ình 3.3 Tư liệu ảnh Sentinel-2 chụp ngày 6 4 20 6 khu vực m Phả, Quảng Ninh, R =432 86 ình 3.4 Tư liệu ảnh Sentinel-2 chụp ngày 0 2 20 6 khu vực m Phả, Quảng Ninh, R =432 86 ình 3.5 Nhập dữ liệu trong QWin 88 ình 3.6 iển thị cơ sở dữ liệu và đồ thị thông số môi trường nước m t m Phả, Quảng Ninh trong ph n m m QWin 89 ình 3.7 Ví dụ nhập dữ liệu ch t lượng nước m t trong ph n m m QWin 90 ình 3.8 Ví dụ kết quả thành lập bản đồ thông số oliform qu V 20 6 90 ình 3.9 Ví dụ kết quả thành lập bản đồ thông số O qu V 20 6 91

2011 - 20 6 và giới hạn theo Q VN 08:2008 92 ình 3 ồ thị thông số ộ p các đợt quan tr c tại các trạm đo giai đoạn

2011 - 20 6 và giới hạn theo Q VN 08:2008 93

2014 - 20 6 và giới hạn theo Q VN 08:2008 94 ình 3 3 ồ thị thông số oliform các đợt quan tr c tại các trạm đo giai đoạn 20 - 20 6 và giới hạn theo Q VN 08:2008 95 ình 3 4 ồ thị thông số kim loại n ng t ng Fe các đợt quan tr c tại các trạm đo giai đoạn 2011 - 20 6 và giới hạn theo Q VN 08:2008 96 ình 3 5 ồ thị thông số u mỡ các đợt quan tr c tại các trạm đo giai đoạn

2011 - 20 6 và giới hạn theo Q VN 08:2008 98 ình 3 6 ồ thị diễn biến hàm lượng TSS theo m a giai đoạn 20 - 20 6 tại 5 điểm quan tr c nước m t ở m Phả, Quảng Ninh 99 ình 3 7 ồ thị diễn biến hàm lượng p theo m a giai đoạn 20 – 20 6 tại 5 điểm quan tr c nước m t ở m Phả, Quảng Ninh 100

ình 3 8 ết quả xác định ch số NSM đối với khu vực m Phả, Quảng Ninh t ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 6 04 20 6 a và 02 2 20 6 b 117 ình 3 9 Sơ đồ các điểm quan tr c, l y m u ch t lượng nước khu vực m Phả, Quảng Ninh 118 ình 3.20 ết quả xác định hàm hồi quy giữa giá trị ch số NSM và hàm lượng ch t lơ lửng trong nước biển khu vực m Phả, Quảng Ninh ngày 16/04/2016 120 ình 3.2 ết quả xác định hàm hồi quy giữa giá trị ch số NSM và hàm lượng ch t lơ lửng trong nước biển khu vực m Phả, Quảng Ninh ngày 02/12/2016 122 ình 3.22 ết quả xác định hàm lượng ch t lơ lửng trong nước m t khu vực ven biển m Phả t ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 6 04 20 6 123 ình 3.23 Phóng to kết quả xác định hàm lượng TSS t ảnh vệ tinh Sentinel

2 ngày 6 04 20 6 khu vực m Phả, Quảng Ninh, đoạn g n thành phố

m Phả 123 ình 3.24 Phóng to kết quả xác định hàm lượng TSS t ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 6 04 20 6 khu vực m Phả, Quảng Ninh, đoạn g n biển Vân ồn 124 ình 3.25 ết quả xác định hàm lượng ch t lơ lửng trong nước m t khu vực ven biển m Phả t ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 02 2 20 6 124 ình 3.26 Phóng to kết quả xác định hàm lượng TSS t ảnh vệ tinh Sentinel

2 ngày 02 2 20 6 khu vực m Phả, Quảng Ninh, đoạn g n thành phố

m Phả 125 ình 3.27 Phóng to kết quả xác định hàm lượng TSS t ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 02 2 20 6 khu vực m Phả, Quảng Ninh, đoạn g n biển Vân ồn 125

biển m Phả t ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 6 04 20 6 129

biển m Phả t ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 02 2 20 6 129

Ở

1 nh c p thi t củ t i

Nước là một nguồn tài nguyên vô c ng qu giá, là thành ph n thiết yếu của sự sống và môi trường ó thể coi nước là thành ph n quyết định đến sự tồn tại và phát triển của m i quốc gia

Việt Nam là một nước có nguồn tài nguyên nước m t phong phú o

đ c th v vị trí địa l và đ c điểm đi u kiện tự nhiên, t ng lượng nước m t của nước ta phân bố không đồng đ u cả v thời gian và không gian, d n đến tình trạng có những v ng bị l lụt thường xuyên, trong khi đó có những v ng lại bị khô hạn k o dài ơn nữa, m c d có nguồn tài nguyên nước dồi dào, tuy nhiên tài nguyên nước m t ở Việt Nam không phải là vô tận Nước m t

c ng dễ bị t n thương do được khai thác tối đa phục vụ cho các nhu c u sinh hoạt và phát triển kinh tế xã hội ên cạnh đó, c ng với sự phát triển mạnh m của kinh tế - xã hội, những ảnh hưởng tiêu cực của các hoạt động này đến nguồn nước khiến tình trạng ô nhiễm nước m t diễn ra nghiêm trọng Tốc độ công nghiệp hoá, đô thị hoá nhanh chóng, hoạt động giao thông đường thủy, hoạt động khai thác khoáng sản, hoạt động nuôi trồng thủy hải sản và sự gia

t ng dân số gây áp lực ngày càng n ng n đối với tài nguyên nước m t ở các

hệ thống sông, hồ c ng như ven biển Môi trường nước m t ở nhi u khu vực trên thế giới đang bị ô nhiễm n ng n bởi nước thải, khí thải và ch t thải r n Xây dựng cơ sở dữ liệu ch t lượng nước m t đang là một v n đ có tính c p thiết, phục vụ công tác quản l , bảo vệ và sử dụng b n vững nguồn tài nguyên nước m t ở Việt Nam

Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, trong đó một số loại có trữ lượng thuộc loại lớn ở khu vực như than đá, s t,

d u khí Khai thác m là ngành công nghiệp giữ vai tr quan trọng trong n n kinh tế Việt Nam, góp ph n quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội ở

nước ta thời gian qua ên cạnh những lợi ích to lớn mang lại, công nghiệp khai thác m c ng tác động mạnh m đối với các thành ph n tài nguyên, môi trường, phá vỡ thế hài h a vốn có của cảnh quan thiên nhiên trên một diện tích rộng lớn Tại các khu vực khai thác m lộ thiên, do không có ao chứa

l ng, xử l nên ph n lớn các nhà máy đưa trực tiếp nước thải ra môi trường

mà không qua b t k hình thức xử l nào ên cạnh đó, trong những n m trước đây, nhi u đơn vị khai thác khoáng sản ch quan tâm đến lợi ích kinh tế trước m t mà xem nhẹ công tác bảo vệ môi trường ậu quả là nhi u thành

ph n tài nguyên và môi trường v ng m bị tác động và biến đ i mạnh m , ảnh hưởng trực tiếp ho c gián tiếp đến đời sống dân sinh trong khu vực mà nước

m t là một đối tượng quan trọng

ng như nhi u v ng khác trong cả nước, m Phả là thành phố nông nghiệp ên cạnh công nghiệp m , các loại hình công nghiệp khác như nhiệt điện, xi m ng, cơ khí v.v ngày càng được phát triển ng với quá trình công nghiệp hoá và đô thị hoá, dân số ngày một t ng, nhu c u cung c p nước cho các ngành công-nông nghiệp và sinh hoạt ngày càng lớn Một nghịch l đang diễn ra gay g t: công nghiệp càng phát triển, dân số càng t ng thì tài nguyên nước m t ngày càng bị suy thoái cả v số lượng và ch t lượng

ác nguồn nước m t trong các ao hồ, sông suối và nước ven biển v ng m

m Phả đang bị ô nhiễm tr m trọng Ngoài những nguyên nhân ph quát do

ô nhiễm không khí, ch t thải r n, ch t thải l ng t hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, nông nghiệp và sinh hoạt của người dân, ch t lượng nước

m t v ng m m Phả c n bị suy giảm n ng n bởi nguyên nhân khai thác

m Nước m lộ thiên, h m l ; nước m t các cơ sở tuyển khoáng, nước chảy tràn t bãi thải và bãi chứa than v.v…là các nhân tố làm gia t ng quy mô

và mức độ ô nhiễm làm suy giảm nghiêm trọng ch t lượng nước m t v ng m

m Phả ân số ngày càng t ng, các hoạt động du lịch, công nghiệp khai

thác khoáng sản, cơ khí, xi m ng ngày càng mở rộng là các nguyên nhân t ng hợp làm suy giảm ch t lượng tài nguyên nước m t v ng m m Phả Mọi nghiên cứu xác định nguyên nhân, phân tích các thành ph n, đánh giá ch t lượng nguồn nước m t v ng m m Phả Quảng Ninh là nhu c u c p thiết

nh m xác định diễn biến ch t lượng nước, phân v ng và nhận diện các thành

ph n ô nhiễm, hướng tới xây dựng các giải pháp xử l , quản l các nguồn nước m t trong khu vực, góp ph n ng n ng a, giảm thiểu các tác động tiêu cực, nâng cao ch t lượng nước sạch cho dân cư v ng Quảng Ninh nói chung

và khu vực m Phả nói riêng

ó nhi u phương pháp đánh giá ch t lượng nước m t M i phương pháp đ u có ưu nhược điểm và đi u kiện ứng dụng riêng là đánh giá b ng phương pháp nào c ng phải dựa trên cơ sở dữ liệu M c d đã được quan tr c nhi u, nhưng dữ liệu nước m t v ng m m Phả Quảng Ninh v n c n bị phân tán v định dạng, v c u trúc, v chu n hoá dữ liệu v.v…Một cơ sở dữ liệu đ y đủ, được xây dựng b ng các phương pháp và công nghệ hiện đại với các khả n ng cập nhật, quản l , phân tích, hiển thị và chia sẻ kịp thời là cơ sở cho công tác đánh giá chính xác và hiệu quả các thành ph n tài nguyên, môi trường nói chung và tài nguyên nước m t nói riêng [ 0 ông nghệ địa tin học mà tiêu biểu là viễn thám và hệ thông tin địa l S là các công cụ hiện đại đáp ứng các yêu c u đó

Với những l do trên, đ tài luận án “Xác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh” là xu t phát t yêu

c u thực tiễn và có tính khoa học ết quả nhận được trong luận án góp ph n nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ ịa tin học c ng như cung c p thông tin kịp thời, giúp các nhà quản l trong giám sát, đánh giá và bảo vệ môi trường nước m t khu vực khai thác m

2 ục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xác lập được cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học trong xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá ch t lượng môi trường nước m t v ng m m Phả, Quảng Ninh

3 ội dung nghiên cứu

ể đạt được mục tiêu trên, trong luận án tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:

ra sự suy thoái ch t lượng ở v ng m C m Phả, các phương pháp đánh giá

ch t lượng nước m t; t ng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ứng dụng công nghệ địa tin học trong xây dựng cơ sở dữ liệu và đánh giá ch t lượng nước m t

m t b ng công nghệ địa tin học phục vụ công tác quản l , giám sát và đánh giá ch t lượng nước m t

trong đ t li n và 20 điểm khu vực ven biển m Phả phục vụ xây dựng cơ sở

dữ liệu Thu thập dữ liệu viễn thám ảnh vệ tinh Sentinel-2 phục vụ xác định hàm lượng một số thông số ch t lượng nước khu vực ven biển

môi trường QWin trong xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường nước m t

thành lập các bản đồ chuyên đ v các thông số ch t lượng nước, đánh giá

ch t lượng nước b ng ch số WQ , đánh giá ch t lượng nước kết hợp với tư liệu viễn thám

lượng môi trường nước m t vùng m C m Phả

4 ối tượng v phạm vi nghiên cứu

ối tượng nghiên cứu

Xu t phát t yêu c u của đ tài, đối tượng nghiên cứu của luận án là

nh m đánh giá phân bố hàm lượng một số thông số ch t lượng nước khu vực ven biển m Phả

5 hương pháp nghiên cứu

cứu trong và ngoài nước liên quan đến nội dung luận án; các số liệu, tài liệu

v ch t lượng nước m t khu vực nghiên cứu

liệu tại 5 điểm quan tr c ch t lượng nước m t khu vực đ t li n và 20 điểm khu vực ven biển m Phả, Quảng Ninh giai đoạn 20 - 2016

ph n m m đánh giá môi trường QWin Manager trong xây dựng và khai thác

cơ sở dữ liệu ch t lượng môi trường nước m t khu vực m Phả, Quảng Ninh

giá diễn biến theo qu và n m ch t lượng môi trường nước m t khu vực m Phả, Quảng Ninh tại 5 trạm đo trong đ t li n

Sentinel 2 nh m xác định phân bố hàm lượng một số thông số ch t lượng nước khu vực ven biển m Phả, Quảng Ninh

6 hững iểm mới củ luận án

hứ nh t, kết hợp các ph n m m S và ph n m m quản l , đánh giá

môi trường QWin trong xây dựng cơ sở dữ liệu ch t lượng nước m t là phương án ph hợp và hiệu quả đối với hiện trạng cơ sở hạ t ng và số liệu quan tr c ch t lượng nước m t khu vực khai thác m ở nước ta hiện nay

hứ h i, cơ sở dữ liệu xây dựng trong luận án là công cụ hiệu quả phục

vụ quản l , đánh giá và giám sát ch t lượng môi trường nước m t thông qua thành lập các bản đồ thông số ch t lượng nước, đánh giá b ng ch số WQ , kết hợp tư liệu viễn thám trong xác định hàm lượng các thông số ch t lượng nước…

7 uận iểm bảo vệ

uận iểm 1: ông nghệ ịa tin học là công cụ hiệu quả trong xây dựng

cơ sở dữ liệu ch t lượng môi trường nước m t khu vực khai thác m trên cơ sở tích hợp các ph n m m S và ph n m m quản l , đánh giá môi trường

quản l , giám sát và đánh giá ch t lượng môi trường nước m t khu vực m Phả Quảng Ninh một cách hiệu quả theo thời gian và không gian thông qua các k thuật phân tích, thống kê không gian

8 Ý ngh kho học v thực tiễn

Ý ngh kho học: ết quả nghiên cứu của đ tài luận án giúp hoàn

thiện cơ sở khoa học và chứng minh tính hiệu quả, tính tin cậy của phương pháp ứng dụng công nghệ ịa tin học trong xây dựng và khai thác cơ sở dữ

liệu môi trường nước m t

Ý ngh thực tiễn: cơ sở dữ liệu môi trường nước m t xây dựng trong

đ tài luận án có thể được khai thác ứng dụng phục vụ công tác quản l , giám sát và sử dụng b n vững tài nguyên nước m t nói chung, tài nguyên nước m t

khu vực khai thác m nói riêng

9 ơ sở t i liệu thực hiện luận án

Bản ồ ị hình: ản đồ địa hình tỷ lệ :25 000 n m 2000 do ục ản

đồ ộ T ng tham mưu xây dựng ản đồ này được sử dụng để n n ch nh ảnh

vệ tinh các thời điểm v hệ tọa độ với hệ quy chiếu VN2000 c ng như phục

vụ xây dựng các bản đồ

ữ liệu qu n trắc: bao gồm các số liệu đo đạc, quan tr c ch t lượng

nước m t khu vực nghiên cứu giai đoạn 2011 - 2016, trong đó có 5 điểm quan

tr c khu vực đ t li n và 20 điểm khu vực ven biển m Phả, Quảng Ninh

ư liệu viễn thám: 02 cảnh ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao

Sentinel-2 chụp ngày 6 4 20 6 và 02 2 20 6 khu vực m Phả, Quảng Ninh

10 u trúc luận án

Luận án bao gồm ph n mở đ u, kết luận, tài liệu tham khảo và nội dung chính được trình bày trong 03 chương:

hương : T ng quan v v n đ nghiên cứu

hương 2: ơ sở khoa học ứng dụng địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá ch t lượng môi trường nước m t

hương 3: Thực nghiệm xây dựng và khai thác cơ sở dữ liệu nh m đánh giá ch t lượng môi trường nước m t khu vực m Phả, Quảng Ninh

11 ời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại bộ môn Tr c địa M , trường đại học M -

ịa ch t, dưới sự hướng d n khoa học của P S.TS i u im Trúc và TS Vương Trọng ha

Trong quá trình học tập và thực hiện luận án, N S luôn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của bộ môn Tr c địa m c ng các đơn vị chức n ng thuộc trường đại học M - ịa ch t; Sự tạo đi u kiện của an giám hiệu Trường

ại học Tài nguyên và Môi trường à Nội, sự ủng hộ của Lãnh đạo khoa

Tr c địa, ản đồ và Thông tin địa l thuộc Trường ại học Tài nguyên và

Môi trường à Nội; các Th y cô giáo, các chuyên gia, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp hoạt động trong lĩnh vực Tr c địa - ản đồ ở các đơn vị như Trường ại học Tài nguyên và Môi trường à Nội; Trường ại học M -

ịa ch t; ục o đạc, ản đồ và Thông tin địa l Việt Nam; ọc viện thuật Quân sự, ội Tr c địa - ản đồ - Viễn thám Việt Nam, v.v…

Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn ông ty ph n Tin học, ông nghệ và Môi trường – Vinacomin đã giúp đỡ tôi được tham khảo tài liệu, các kết quả khảo sát và số liệu quan tr c môi trường giai đoạn 20 – 2016

c biệt, N S bày t l ng biết ơn chân thành và sâu s c đến P S.TS

i u im Trúc và TS Vương Trọng ha - người Th y r t tận tụy giúp đỡ

N S hoàn thành luận án này

Xin trân trọng cảm ơn các Th y trong ội đồng đã đọc, góp và đánh giá để N S hoàn thiện hơn luận án

Xin trân trọng cảm ơn

i u 2, Luật Tài nguyên nước Việt Nam 20 2 quy định: ”Tài nguyên nước của Việt Nam bao gồm các nguồn nước m t, nước mưa, nước dưới

đ t, nước biển thuộc lãnh th Việt Nam” Như vậy, có thể hiểu, tài nguyên nước của một khu vực là toàn bộ lượng nước có trong đó mà con người có thể khai thác, sử dụng được cho sinh hoạt, sản xu t trong hiện tại và tương lai

Nước m t là một dạng tài nguyên nước Theo Luật Tài nguyên nước Việt Nam 20 2 , ”nước m t là nước tồn tại trên đ t li n và hải đảo” Nước

m t là nước trong sông, hồ ho c nước ngọt trong v ng đ t ngập nước Nước

m t được b sung một cách tự nhiên bởi nước mưa và chúng m t đi khi chảy vào đại dương, bốc hơi và th m xuống đ t [9

o đ c điểm vị trí địa l và đi u kiện tự nhiên, hơn 60 lượng nước của Việt Nam tập trung ở lưu vực sông Mê ong, 6 tập trung ở lưu vực sông ồng – Thái ình và khoảng 4 ở lưu vực sông ồng Nai các lưu vực sông khác, t ng lượng nước m t ch chiếm ph n nh c n lại hình 1.1) [19] ên cạnh đó, t ng lượng nước m t của Việt Nam c ng phân bố không

đ u giữa các m a do lượng mưa phân bố không đồng đ u cả v thời gian và không gian Lượng mưa thay đ i theo m a và thời điểm m a mưa, m a khô ở các v ng là khác nhau

H 19]

T ng lượng nước m t của các lưu vực sông ở nước ta đạt khoảng 830

vào lãnh th Việt Nam [19 Như vậy, nếu tính theo bình quân đ u người,

quốc gia có tài nguyên nước ở mức trung bình theo quan điểm của WR – iệp hội Nước quốc tế, và nếu tính theo lượng nước nội sinh thì c n th p hơn Với sự gia t ng dân số c ng như quá trình sử dụng nước thiếu hợp l , Việt Nam có thể đối m t với nguy cơ khan hiếm nước, ảnh hưởng đến sự phát triển

n định v kinh tế, xã hội và an ninh lương thực

ánh giá ch t lượng nước m t

h t lượng nước là một ch tiêu quan trọng có liên quan tới t t cả khía cạnh của hệ sinh thái và đời sống con người, như sức kh e cộng đồng, sản

xu t lương thực, hoạt động kinh tế và đa dạng sinh học

X t trên khía cạnh quản l , ch t lượng nước được xác định bởi nhu c u

sử dụng cuối c ng của nó Với các mục đích sử dụng nước như giải trí, n uống, môi trường sống cho động thực vật thủy sinh, mức trong sạch của

nguồn nước thường đ i h i ở c p độ cao hơn so với các một số các mục đích khác như đáp ứng nhu c u cho hoạt động thủy điện o đó, theo nghĩa rộng

ch t lượng nước là bao gồm các nhân tố vật l , hóa học và sinh học c n thiết

để đảm bảo cho nhu c u sử dụng theo y ban kinh tế Liên hiệp quốc châu

Âu (UNECE), 1995)

ánh giá ch t lượng nước là yêu c u quan trọng đối với sức kh e của con người và ch t lượng môi trường ể đánh giá ch t lượng nước c ng như mức độ gây ô nhiễm nước, có thể dựa vào một số ch tiêu cơ bản và quy định giới hạn của t ng ch tiêu đó tuân theo Luật ảo vệ môi trường của một quốc gia ho c tiêu chu n quốc tế quy định cho t ng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau ác ch tiêu cơ bản trong đánh giá ch t lượng nước m t có thể gộp thành 3 nhóm, bao gồm nhóm ch tiêu vật l , ch tiêu hóa học và ch tiêu sinh học

* Chỉ tiêu vật lý

- ộ pH: là ch tiêu quan trọng để kiểm tra ch t lượng nước c p và

nước thải ựa vào giá trị p ta s quyết định phương pháp xử l , và đi u

ch nh lượng và loại hoá ch t thích hợp trong quá trình xử l Sự thay đ i giá trị p trong nước có thể d n đến những thay đ i v thành ph n các ch t trong nước do quá trình h a tan ho c kết tủa; ho c thúc đ y hay ng n ch n những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước p được xác định b ng máy

đo p ho c b ng phương pháp chu n độ

- ộ m u: do các ch t gumid, hợp ch t keo của s t, do nhiễm b n của

các loại nước thải hay do sự phát triển của rong tảo ộ màu được xác định

b ng phương pháp so màu với thang Platin - coban và tính b ng độ

- ộ ục: do các ch t r n lơ lửng, các ch t hữu cơ phân rã ho c do

động thực vật thủy sinh gây nên ộ đục làm giảm khả n ng truy n ánh sáng

do vậy ảnh hưởng đến quá trình quang hợp dưới nước độ đục càng lớn, môi trường nước bị nhiễm b n càng cao và c n phải có biện pháp xử l

- h t rắn lơ lửng (TSS : h t r n lơ lửng là các hạt nh hữu cơ ho c

vô cơ có trong nước thải h t r n lơ lửng có ảnh hưởng đến ch t lượng nước khi sử dụng cho sản xu t, cho sinh hoạt, cản trở và tiêu tốn nhi u hóa ch t trong quá trình xử l

* Chỉ tiêu hóa học

- m lượng oxy hò t n trong nước (Dissolved Oxygen - DO): hàm

lượng oxy h a tan trong nước mg l là lượng oxy t không khí có thể h a tan vào nước trong đi u kiện nhiệt độ, áp su t xác định Oxy h a tan trong nước tham gia vào quá trình trao đ i ch t, duy trì n ng lượng quá trình phát triển, sinh sản và tái sản xu t cho các loài sinh vật dưới nước àm lượng oxy h a tan cho ta biết ch t lượng nước Oxy h a tan th p cho biết nước có nhi u ch t hữu cơ, nhu c u oxy hóa t ng nên tiêu thu nhi u oxy trong nước Oxy h a tan cao, nước nhi u rong tảo tham gia quang hợp giải phóng oxy;

- hu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD): là

lượng oxy c n thiết để vi sinh vật tiêu thụ trong cå quá trình oxy hoá các ch t hữu cơ trong nước, nh t là nước thải sinh hoạt h số O là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước h số này càng cao cho th y nước bị ô nhiễm càng nhi u;

- hu cầu oxy hó học (Chemical Oxygen Demand - COD): đây c ng

là thông số c n thiết để đánh giá ch t lượng nguồn nước Thông thường O được sử dụng nhi u hơn O , do khi phân tích ch số O đ i h i thời gian

C);

- im loại n ng Pb, u, Ni, d, g, Sn, r, v.v… là một số kim loại

n ng đi vào trong nước do nước thải công nghiệp ho c đô thị hủ yếu là chì, đồng, k m, thủy ngân, v.v…Những kim loại này ở đi u kiện p khác nhau s tồn tại những hình thái khác nhau và gây ô nhiễm môi trường;

polyphotphat,và phốtpho hữu cơ ây là một trong những nguồn dinh dưỡng

chủ yếu cho các thực vật dưới nước Tuy nhiên yếu hàm lượng quá cao s gây phú dưỡng hoá trong ao hồ;

có nguồn gốc hữu cơ Với hàm lượng lớn hơn 250mg l gây t n hại sức

nh t là trong nuôi trồng thủy sản ễ gây hiện tượng n m n kim loại đối với các thiết bị dưới nước

- ác hợp ch t nitơ: quá trình phân hủy các ch t hữu cơ sinh ra

- m lượng ch t dầu mỡ, có thể là ch t b o, acid hữu cơ, chúng gây

khó kh n trong quá trình vận chuyển nước, ng n cản oxy hoà tan

* Chỉ tiêu sinh học

Trong nước thiên nhiên có nhi u loại vi tr ng, siêu vi tr ng, rong tảo và nhi u loại thủy vi sinh khác T y theo tính ch t, các loại vi sinh vật trong nước có thể vô hại ho c có hại Nhóm có hại bao gồm các loại vi tr ng gây bệnh, các loại rong rêu, tảo, v.v…Nhóm này c n loại b kh i nước trước khi

sử dụng Trong ch t thải của người và động vật luôn có loại vi khu n oli sinh sống và phát triển ó là vi khu n đ c trưng cho mức độ nhiễm tr ng của nước ảnh hưởng đến ch t lượng nước sinh hoạt

1 2 hững y u tố ảnh hưởng tới ch t lượng nước m t

1.2.1 Nước thải sinh ho t

Nước thải sinh hoạt là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước m t Nước thải sinh hoạt chiếm trên 30 t ng lượng thải trực tiếp ra các sông hồ, hay kênh rạch d n ra sông [20]

ối với khu vực ồng b ng sông ửu Long, Tây Nguyên và trung du,

mi n núi phía c, t lệ v t ng lượng các ch t ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khu vực thành thị th p hơn so với khu vực nông thôn Sự khác nhau rõ rệt nh t được ghi nhận ở khu vực ông Nam ộ khi t ng lượng các ch t ô nhiễm trong nước thải khu vực thành thị lớn hơn r t nhi u so với khu vực nông thôn hình 2)

H 2

19]

Lượng nước thải sinh hoạt đ ra các hệ thống sông, hồ hàng n m đ u

t ng do tốc độ đô thị hóa cao T lệ t ng dân số khu vực đô thị nhanh g p ba

l n mức độ t ng dân số cả nước ô thị hóa diễn ra với tốc độ nhanh chóng,

n m 990 cả nước có 550 đô thị, trong khi đó đến tháng 6 n m 20 2 đã là 758

đô thị Ngay cả ở khu vực nông thôn, lượng nước thải sinh hoạt chiếm t lệ r t lớn và t ng nhanh qua t ng n m Trong khi đó, ph n lớn các đô thị ở Việt Nam đ u chưa có nhà máy xử l nước thải tập trung, ho c đã xây dựng nhưng chưa đi vào hoạt động c ng như hoạt động không có hiệu quả, khiến tình trạng

ô nhiễm nguồn nước m t do nước thải sinh hoạt càng thêm tr m trọng [20]

H 1.3 t gây ô n

1.2.2 Nước thải công nghiệp

ng với sự b ng n của cuộc cách mạng khoa học k thuật, quá trình công nghiệp hóa đang diễn ra một cách nhanh chóng ở t t cả các nước trên thế giới Nhi u ngành công nghiệp được mở rộng quy mô sản xu t c ng như phạm vi phân bố ng với sự phát triển công nghiệp và sự gia t ng lượng nước thải ra môi trường các nước đang phát triển, việc đ u tư cho hệ thống

xử l nước thải công nghiệp c n hạn chế Số lượng khu công nghiệp có hệ thống xử l nước thải ở Việt Nam v n đang ở mức trung bình 50 - 60 , hơn nữa hơn 50 trong số đó v n chưa hoạt động có hiệu quả

nhiễm môi trường nước m t do nước thải công nghiệp tập trung ở các trung tâm công nghiệp, khai thác khoáng sản như à Nôi, ải Ph ng, Quảng Ninh, ình ương, thành phố ồ hí Minh, ồng Nai Sự gia t ng nước thải t các khu công nghiệp và khu khai thác khoáng sản trong những

n m g n đây là r t lớn Tốc độ gia t ng này cao hơn nhi u so với sự gia t ng

t ng lượng nước thải chung trong toàn quốc Theo số liệu của ộ Tài nguyên

và Môi trường, lượng nước thải phát sinh t các khu công nghiệp v ng ông

Nam ộ lớn nh t trong 6 v ng kinh tế của cả nước, chiếm khoảng 50 [19]

T ng lượng nước thải và thải lượng các ch t ô nhiễm trong nước thải các khu công nghiệp ở Việt Nam được thể hiện trong bảng 1 [20]

1

20]

V ng hu vực

Lượng nước thải T ng lượng các ch t ô nhiễm kg ngày (m3 ngày TSS BOD COD T ng N T ng P

ải ương 23.806 5.237 3.261 7.594 1.381 1.904 ưng Yên 12.350 2.717 1.692 3.940 716 988 Vĩnh Phúc 21.300 4.686 2.918 6.795 1.235 1.704

ông

Nam ộ

TP HCM 57.700 12.694 7.905 18.406 3.347 4.616 ồng Nai 179.066 39.395 24.532 57.122 10.386 14.325

V ng Tàu 93.550 20.581 12.816 29.842 5.426 7.484 ình ương 45.900 10.098 6.288 14.642 2.662 3.672 Tây Ninh 11.700 2.574 1.603 3.732 679 936

Long An 25.384 5.585 3.478 8.098 1.472 2.031 ồng

1.2.3 Nước thải y t

Nước thải y tế được xem là nguồn thải r t độc hại nếu không được xử

l trước khi thải ra môi trường do thành ph n của nước thải y tế chứa nhi u hóa ch t độc hại với nồng độ cao và chứa nhi u vi tr ng, vi khu n lây lan bệnh truy n nhiễm Mức độ gia t ng lượng nước thải y tế ở nước ta ngày càng nhanh chóng do sự gia t ng số lượng các bệnh viện và cơ sở y tế [20] nhiễm do nước thải y tế nhìn chung tập trung ở các thành phố lớn, nơi có những bệnh viện, cơ sở y tế lớn d n đến lượng nước thải y tế hàng ngày vượt quá khả n ng xử l

1.2.4 Nước thải nông nghiệp

ên cạnh các nguồn nước thải trên, nước thải nông nghiệp c ng là một nguồn gây ô nhiễm môi trường nước m t Ngành nông, lâm nghiệp và thủy sản v n đóng góp một t trọng lớn trong P quốc gia oạt động nông nghiệp sử dụng phân bón không đúng quy trình, sử dụng quá nhi u hóa ch t bảo vệ thực vật…đang là nguồn gây ô nhiễm môi trường nước ở các lưu vực sông, suối Nước thải t hoạt động nông nghiệp có chứa hóa ch t bảo vệ thực vật, thuốc tr sâu là những thành ph n hết sức độc hại cho môi trường và sức

kh e con người c biệt, ở các khu vực sản xu t nông nghiệp, người dân thường sử dụng trực tiếp nước sông, hồ làm nước sinh hoạt hay nuôi trồng thủy sản [20]

1.3 ử dụng ch số ánh giá ch t lượng nước m t

h số ch t lượng nước ế ắ W I là một ch số được tính toán t

các thông số quan tr c ch t lượng nước, d ng để mô tả định lượng v ch t lượng nước và khả n ng sử dụng của nguồn nước đó và được biểu diễn qua một thang điểm [21]

cho m i thông số

h số WQ được d ng để đánh giá nhanh ch t lượng nước m t lục địa một cách t ng quát ên cạnh đó, ch số WQ có thể được sử dụng như một nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân v ng ch t lượng nước c ng như cung

c p thông tin môi trường cho cộng đồng một cách đơn giản, dễ hiểu, trực quan giúp nâng cao nhận thức của người dân v môi trường

h số WQ được xây dựng dựa trên các nguyên t c sau [21]:

M , ch số WQ được xây dựng cho m i bang, đa số các bang tiếp cận theo phương pháp của Qu Vệ sinh Quốc gia M National Sanitation Foundation - NSF , gọi t t là WQI - NSF ây được xem là bộ ch số n i tiếng và được ứng dụng rộng rãi nh t trên thế giới đến nay

ối với các quốc gia châu u chủ yếu sử dụng phương pháp phát triển

t ch số WQ - NSF của oa , tuy nhiên m i Quốc gia, thậm chí m i địa phương lựa chọn các thông số và phương pháp tính ch số phụ riêng

ối với một số quốc gia châu như Malaysia, n ộ đã phát triển phương pháp đánh giá ch t lượng nước t ch số WQ - NSF của M ên cạnh đó, nhưng m i quốc gia này c ng xây dựng nhi u loại ch số WQ cho

t ng mục đích sử dụng

Tại Việt Nam đã có nhi u nghiên cứu và đ xu t áp dụng bộ ch số

Phú ường, ình Phước và Phú n giai đoạn 2003 - 2007 N m 20 , để thống nh t cách tính toán ch số WQ , T ng ục Môi trường đã chính thức ban hành s tay hướng d n tính toán ch số ch t lượng nước b ng ch số WQ theo quyết định số 879 Q -T MT ngày 0 tháng 07 n m 20 Theo quyết định này, ch số ch t lượng nước được áp dụng đối với số liệu quan tr c môi trường nước m t lục địa và áp dụng đối với cơ quan quản l nhà nước v môi trường; các t chức, cá nhân có tham gia vào mạng lưới quan tr c môi trường

và tham gia vào công việc công bố thông tin v ch t lượng môi trường cho công đồng

Cho đến nay có thể kể đến mô hình WQ do tác giả Lê Trình áp dụng cho sông, kênh rạch của thành phố ồ hí Minh [16] và mô hình WQ do Tôn Th t Lãng áp dụng tại sông ồng Nai [7 ên cạnh đó có thể kể đến nghiên cứu của Nguyễn uy Phú n m 2012) [12] khi sử dụng ch số WQ phục vụ đánh giá ch t lượng nước sông ồng đoạn chảy qua thành phố à Nội Phạm Thế nh và Nguyễn V n uy 20 3 [1] sử dụng ch số WQ đánh giá hiện trạng ch t lượng môi trường nước m t thành phố à Lạt Trong nghiên cứu này, t kết quả xác định ch số WQ , các tác giả đã đ xu t một số biện pháp quản l t ng hợp tài nguyên nguồn nước m t của thành phố à Lạt theo hướng phát triển b n vững [ ]

Quy trình tính toán và sử dụng WQ trong đánh giá ch t lượng môi trường nước bao gồm các bước sau [21]:

) Bước 1: Thu thập, tập hợp số liệu quan tr c t trạm quan tr c môi

trường nước m t lục địa số liệu đã qua xử l

b) Bước 2: Tính toán các giá trị WQ thông số

c) Bước 3: Tính toán WQI

d) Bước 4: So sánh WQ với bảng các mức đánh giá ch t lượng nước

Sau khi tính toán được WQ , sử dụng bảng 2 để so sánh, đánh giá, cụ thể như sau:

2 g x đị ị W I ơ ứ ứ đ [21]

oại iá trị

WQI ức ánh giá ch t lượng nước h ng m u

I 91 – 100 Sử dụng tốt cho mục đích c p nước sinh hoạt Xanh nước

biển

II 76 – 90 Sử dụng cho mục đích c p nước sinh hoạt

nhưng c n các biện pháp xử l ph hợp Xanh lá cây

III 51 – 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và mục đích

IV 26 – 50 Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích

tương đương khác Da cam

V 0 – 25 Nước ô nhiễm n ng, c n các biện pháp xử l

1.4 ổng qu n các c ng trình nghiên cứu ứng dụng c ng nghệ ị tin học

x y dựng v ánh giá ch t lượng nước m t

1.4 rên th giới

Trong những thập kỷ g n đây, công nghệ địa tin học nói chung, công nghệ viễn thám và S đã trở thành công cụ hiệu quả trong xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá môi trường nước m t trên thế giới o số liệu quan tr c

ch t lượng nước là các thông số rời rạc, việc tiếp cận và khai thác các số liệu này là r t hạn chế ơ sở dữ liệu ch t lượng nước m t xây dựng b ng công nghệ ịa tin học với các ưu điểm n i bật như khả n ng lưu trữ, xử l và phân tích dữ liệu không gian, đ c biệt là chức n ng nội suy đã được áp dụng để tính toán hàm lượng các thông số ch t lượng nước ở các điểm xung quanh trên cơ

sở các điểm l y m u Nhi u phương pháp nội suy như khác nhau W, riging, Spline đã được áp dụng trong các nghiên cứu trên thế giới c ng như

ở Việt Nam trong đánh giá ch t lượng nước

Silberbauer 997 sử dụng công nghệ S trong xây dựng cơ sở dữ liệu và quan tr c ch t lượng nước ở Nam Phi [67] Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng ph n m m S rc nfo và các ứng dụng được viết b ng ngôn ngữ rc Macro Language ML phục vụ đánh giá ch t lượng nước trên cơ

sở 750 điểm quan tr c thực địa Zaidi (2012) [79] sử dụng tư liệu viễn thám

và S trong xây dựng cơ sở dữ liệu và mô hình quản l , dự báo ch t lượng nước m t ở Pakistan Trong nghiên cứu trên, tư liệu ảnh vệ tinh quang học Landsat và SPOT 5 đã được sử dụng nh m thiết lập mối quan hệ không gian với các thông số ch t lượng nước đo được, t đó tác giả xây dựng các mô hình dự báo ch t lượng nước m t dựa theo t ng tải trọng tối đa hàng ngày

Zeilhofer et al (2008) [80] phát triển hệ thống S phục vụ theo dõi và quản l ch t lượng nước lưu vực sông ở bang Mato rosso, mi n trung razil iai đoạn đ u của dự án, các tác giả tập trung vào xây dựng cơ sở dữ liệu c ng như các modules lưu rữ và xử l cơ sở dữ liệu này Một số mô hình như N Flow và QU L2 c ng được tích hợp vào hệ thống này nh m mô

ph ng d ng chảy và ch t lượng nước ở các lưu vực sông, thử nghiệm cho lưu vực sông uiaba razil

Nghiên cứu của lssgeer et al 20 7 [27] sử dụng các công cụ trong

S nh m xây dựng bản đồ phân bố hàm lượng một số thông số ch t lượng nước khu vực sông Nerus, Terengganu Malaysia Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng dữ liệu ch t lượng nước giai đoạn 20 0 – 20 3 và kết quả thu thập thực địa n m 20 6 hình 4 nh m mô hình hóa phân bố các thông số

ch t lượng nước, t đó đánh giá ch t lượng nước giai đoạn 20 0 – 2016 [27]

oubakri và Rhinane 20 7 [29] sử dụng công nghệ S trong xây dựng ứng dụng nh m hiển thị và phân tích dữ liệu ch t lượng môi trường

nước m t khu vực ouregreg Maroc ng dụng này được xây dựng trên n n Web, cho ph p người d ng có thể tiếp cận dễ dàng nguồn dữ liệu c ng như cung c p khả n ng phân tích các dữ liệu ch t lượng nước, t đó giúp nhà quản

l đưa ra các biện pháp kịp thời trong theo dõi, đánh giá ch t lượng nước hình 5)

H ị ắ ứ

H G ứ ng GIS

ứ

Bilhimer (2012) [28] ứng dụng công nghệ S trong xây dựng hệ thống cảnh bảo và quản l nh m cải thiện ch t lượng môi trường nước m t ở Washington M , trong đó tác giả xây dựng ứng dụng S phục vụ lưu trữ, cập nhật và xử l số liệu đo đạc hình 6

H G ứ GI W

(Bilhimer, 2012)

McKinney, Annning (2009) trong [52 đã sử dụng công nghệ S trong xác định sự phân bố không gian của các thông số ch t lượng nước khu vực Tây Nam nước M Trong nghiên cứu này, các lớp dữ liệu raster với độ phân giải không gian 00 m đại diện cho đ c tính không gian của lưu vực, khu vực thoát nước, mật độ dân số, sử dụng đ t và sử dụng nước được sử dụng nh m

mô hình hóa phân bố không gian của các thông số ch t lượng nước

Meyer (2006) [53] sử dụng phương pháp nội suy khoảng cách ngược có trọng số W nh m đánh giá phân bố hàm lượng O trong nước m t khu vực vịnh Tampa M ng sử dụng phương pháp nội suy W, Oke et al

(2013) [59] đã xây dựng các bản đồ thông số ch t lượng nước trên lưu vực sông Ogun - Osun Nigeria Trong nghiên cứu này, các tác giả đã chứng minh r ng hàm lượng các ch t gây ô nhiễm ở lưu vực sông Ogun - Osun thay

đ i theo m a, trong đó d ng chảy là một nguyên nhân góp ph n gây ô nhiễm,

c n được sử dụng trong các nghiên cứu như của Raikar và cộng sự 20 2 khi phân tích ch t lượng nước ng m ở khu vực hadravathi n ộ t 7 điểm quan tr c l y m u [51]

H 1.7 ế x

ơ I W

Gharbia et al 2016 [40] đã sử dụng S trên cơ sở thuật toán nội suy Ordinary riging trong đánh giá phân bố các thông số ch t lượng nước m t các hồ khu vực dải aza Palestine Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng 325 điểm l y m u ch t lượng nước m t, sau đó tiến hành nội suy cho toàn khu vực ết quả nhận được cho th y, độ chính xác khi sử dụng thuật toán Ordinary riging lên đến trên 90

ên cạnh những nghiên cứu trên, thuật toán nội suy riging c ng được

sử dụng trong một số nghiên cứu khác như của Nas 2009 [57], Gunarathna et

al (2016) [43 khi đánh giá ch t lượng nước m t ở Sri Lanka và Th Nhĩ

H 1.8 ế H ứ G

Tư liệu viễn thám c ng được kết hợp với k thuật S trong đánh giá

ch t lượng môi trường nước m t o trên các kênh ảnh của ảnh vệ tinh quang học có khả n ng thể hiện đ c điểm phản xạ của một số thông số ch t lượng nước như TSS, O , O , ch t diệp lục…, phản xạ ph t các kênh ảnh này

có thể được sử dụng kết hợp kết quả quan tr c nh m xây dựng hàm hồi quy đánh giá ch t lượng nước [62 - 64] N m 2008, He et al [46] đã sử dụng tư liệu viễn thám quang học và S trong nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước

m t các hồ ở c inh Trung Quốc Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng dữ liệu ảnh đa ph L N S T TM và 76 điểm l y m u ch t lượng nước

nh m xác định hàm lượng ch t diệp lục chlorophyll , ch t hữu cơ h a tan (COD - chemical oxygen demand , total nitrogen TN , ammonia nitrogen

N 3-N ,…trong các hồ chứa nước ở thành phố c inh Trung Quốc Nghiên cứu này đã chứng minh r ng, các kênh ph ở dải sóng nhìn th y và hồng ngoại có thể sử dụng để xây dựng các mô hình tính toán hàm lượng các tạp ch t trên với độ chính xác đảm bảo [46]

Wen (2010) [78], Yuan - Fong Su (2008) [77], Doxaranet al (2002) [38], Doxaran et al (2006) [37] các tác giả c ng sử dụng tư liệu viễn thám và số liệu các trạm quan tr c trong đánh giá hàm lượng ch t lơ lửng, ch t diệp lục khu vực cửa sông và ven biển ết quả nhận được t các nghiên cứu này đã được sử dụng trong xây dựng các hệ thống giám sát ch t lượng nước m t khu vực cửa sông và ven biển và cung c p cơ sở khoa học phục vụ công tác ứng phó tình trạng ô nhiễm nước và cải thiện ch t lượng nước