Nghiên cứu phát triển hệ thống quản lý tài nguyên nước ngầm bằng công nghệ GIS và ứng dụng tại tỉnh bắc ninh

[5] Việc xây dựng mạng lưới quan trắc tài nguyên nước về cả nước mặt và nước ngầm là hết sức cần thiết với Bắc Ninh bởi qua kiểm tra, 10/10 đơn vị được thanh tra đều có các hành vi chưa

TỔ NG QUAN V Ề GIS VÀ Ứ NG D Ụ NG

Lý thuy ế t c ơ bả n v ề h ệ th ống thông tin đị a lý (GIS)[2][4]

Hệ thống thông tin địa lý còn gọi là GIS (viết tắt của Geographic Information Systems) ra đời trên cơ sở sự phát triển của khoa học máy tính (Computer Science) Ngày nay GIS đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu không gian, từ ngành khoa học tự nhiên đến những ngành khoa học xã hội Sự phát triển nhanh chóng và những ứng dụng mang tính đột phá trong nhiều lĩnh vực của GIS hiện là mối quan tâm của nhiều quốc gia, nhiều ngành và nhiều người trên toàn thế giới Việc áp dụng ngày càng phong phú đã tạo ra các tiền đề cơ bản và những điều kiện thuận lợi cho sự ra đời một ngành mới: Ngành khoa học thông tin địa lý (Geographic Information Science) Ở đây, GIS đƣợc xác lập nhƣ một ngành khoa học liên ngành đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Nguồn gốc của GIS là việc tạo các bản đồchuyên đề, các nhà quy hoạch sử dụng phương pháp chồng xếp bản đồ (overlay), phương pháp này được mô tả một cách có hệ thống lần đầu tiên bởi ông Jacqueline Tyrwhitt trong quyển sổ tay quy hoạch vào năm 1950, kỹ thuật này còn đƣợc sử dụng trong việc tìm kiếm vị trí thích hợp cho các công trình đƣợc quy hoạch Việc sử dụng máy tính trong vẽ bản đồ cũng bắt đầu vào cuối thập niên 50, từ đây khái niệm về GIS ra đời nhƣng chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng Hệ thống thông tin địa lý đầu tiên của thế giới đƣợc xây dựng vào đầu những năm 60 (1964) tại Canada với tên gọi là CGIS (Canadian Geographic Information System) Giai đoạn đầu những năm 60, các hệ GIS phục vụ chủ yếu cho công tác điều tra, quản lý tài nguyên thiên nhiên thì giữa những năm 60, các hệ GIS phục vụ cho công tác khai thác và quản lý đô thị Sự ra đời và phát triển các hệ GIS trong những năm 60 đã đƣợc quốc tế chấp nhận và đánh giá cao Vì vậy, năm 1968 Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu nhận và xử lý dữ liệu Địa lý (Commission on Geographical Data Sensing and Processing) nhằm mục đích phổ biến kiến thức về lĩnh vực này trong những năm tiếp theo Trong những năm 70, với các tiến bộ trong công nghệ chế tạo máy tính đã làm tăng khả năng hoạt động của các hệ GIS và hậu thuẫn cho việc nghiên cứu, thiết kế và thương mại hoá các phần mềm GIS Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại là các công ty: ESRI, Synercom, Intergraph, Calma, Computervision Cũng thời gian này đã xuất hiện một tình trạng mà R.F.Tomlinson (1991) gọi là loạn khuôn dạng (digital chaos), đòi hỏi trong những năm sau này phải nghiên cứu khả năng giao diện, trao đổi khuôn dạng thông qua một số khuôn dạng chuẩn và đƣợc chấp nhận rộng rãi nhất Những năm 80 đƣợc đánh dấu bởi các nhu cầu ngày càng cao về điều tra, khai thác, quản lý tài nguyên cùng việc bảo vệ môi trường v.v với các quy mô lãnh thổ khác nhau Ngoài việc vẫn tiếp tục nghiên cứu giải quyết một số vấn đề còn tồn tại từ những năm trước đây, một hướng được phát triển tương đối mạnh, đó là xây dựng các hệ GIS chuyên dụng cho một sốlĩnh vực quan trọng trong sử dụng, quản lý tài nguyên, môi trường: LIS (Land Information System), LRIS (Land Resource Information System), PMIS (Port Management Information System), ILWIS (Intergreted Land and Water Information System) Nhìn chung đây là một thời kỳ bùng nổ các ứng dụng của GIS

Trong khung cảnh hiện tại, thế giới đã biết đến ít nhất vài trăm phần mềm GIS được thương mại hoá, giá giao động từ vài trăm đến vài trăm ngàn đô la Mỹ

Với sự tích luỹ về dữ liệu thông qua các ứng dụng riêng lẻ trong từng chuyên ngành đã vƣợt quá khảnăng quản lý của các hệ GIS riêng lẻ

Một đặc điểm khác của sự phát triển ứng dụng trong giai đoạn hiện nay là sự gia tăng sử dụng thông tin viễn thám nhƣ một đầu vào thông tin quan trọng của các hệ GIS Rất nhiều nỗ lực đã được giành cho nghiên cứu các phương pháp tích hợp thông tin ảnh viễn thám với các thông tin bản đồ trên GIS Các ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên tự nhiên trên thế giới rất đa đạng và phong phú

1.1.1 Định nghĩa [2] Định nghĩa GIS:

GIS là một trường hợp đặc biệt của hệ thống thông tin ở đó cơ sở dữ liệu bao gồm các quan sát trên đặc trƣng phân tán không gian, các hoạt động hoặc sự kiện mà có thể định rõ trong không gian như điểm, đường hoặc vùng Một hệ thống thông tin địa lý vận dụng dữ liệu về các điểm, đường, vùng này để nhận dữ liệu bằng cách hỏi đáp và phân tích đặc biệt Có nhiều định nghĩa về GIS, tùy theo cách tiệm cận:

- Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thông tin có khả năng mã hóa, lưu trữ, chuyển đổi, phân tích và hiển thị thông tin không gian địa lý

- Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống nhập liệu, lưu trữ, thao tác và trích xuất thông tin địa lý (NCGIA Core Curriculum in Geographic Information Science)

- Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống phần mềm máy tính, phần cứng, dữ liệu, và nhân viên để giúp thao tác, phân tích và trình bày thông tin cùng với không gian vị trí (http://www.gis.com)

Khái quát từ các định nghĩa GIS: GIS là hệ thống thông tin trên cơ sở máy tính với 04 khả năng chủ yếu nhƣ sau đây:

- Thu thập và tiền xử lý dữ liệu tham chiếu địa lý, bao gồm dữ liệu từ bản đồ giấy, dữ liệu vệ tinh, điều tra hay từ các nguồn khác

- Quản lý dữ liệu, bao gồm lưu trữ và bảo trì trong CSDL

- Biến đổi, phân tích, mô hình hóa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính liên quan bằng các công cụ phần mềm

- Trình diễn dữ liệu dưới dạng báo cáo, bản đồ chuyên đề, biểu đồ ….

Các thành phần của GIS

Xét từgóc độ hệ thống, GIS gồm các hợp phần: Phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và cơ sở tri thức chuyên gia

Phần cứng là tất cả những gì mà một hệ thống có thể vận hành đƣợc

Phần cứng bao hàm các máy tính (Server/workstation), thiết bị lưu trữ, máy in, máy quét, máy vẽ, các thiếtbịtruyền thông

Phần mềm bao gồm hai loại: phần mềm hệ thống và phần mềm ứng dụng, hiện nay trên thị trường tồn tại nhiều hệ mềm khác nhau trong lĩnh vực GIS nhƣ: ArcInfo, Mapinfo, GeoMedia, GeoConcept, CardCorp, Mỗi phần mềm này đều đƣợc trang bị các công cụ hữu hiệu để thực hiện các chức năng của GIS

Cơ sở dữ liệu là nơi tổ chức và lưu trữ dữ liệu (cả dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính) nhằm cung cấp một cách hiệu quả các thông tin từ nó cho các truy vấn từ phía người sử dụng Việc tổ chức và xây dựng cơ sở dữ liệu đòi hỏi sự thống nhất cao từ khâu thiết kế đến các ứng dụng thực tế và tuân thủ các chuẩn trong việc tổ chức và xây dựng cơ sở dữ liệu

Hình 1.1 Các thành phần của GIS

Cơ sở tri thức chuyên gia là tập hợp các tri thức của lãnh đạo, nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và kiến thức công nghệ thông tin Tập hợp các tri thức chuyên gia này sẽ quyết định mô hình ứng dụng của GIS, xác định đƣợc các chức năng hỗ trợ quyết định của GIS, xác định đƣợc nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống, các bước và phương thức cũng nhƣmức đầutƣ xây dựng và vận hành hệthống.

GIS có 5 nhóm chức năng cơ bản sau đây:

- Xử lý sơ bộ dữ liệu

- Lưu trữ và truy vấn dữ liệu

- Tìm kiếm và phân tích không gian

- Hiển thị đồ họa và tương tác

Hình 1.2 Chức năng của GIS

 Thu thập và nhập (capture/input) dữ liệu:

- Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, từảnh vệ tinh hay nhập trực tiếp các tọa độđối tƣợng

- Chuyển đổi khuôn mẫu từ nguồn dữ liệu khác

- Soạn thảo trong GIS nhằm sửa lỗi hay bổsung đặc trƣng

- Đặt tên cho các đặc trƣng để hệ thống có thể nhận danh

 Xử lý dữ liệu thô

- Tạo lập cấu trúc topo cho dữ liệu

- Phân lớp ảnh viễn thám

- Nội suy lưới tế bào

- Biến đổi chiếu bản đồ

Hình 1.3: Xử lý dữ liệu thô

 Lưu trữ và truy vấn dữ liệu không gian:

- Liên kết dữ liệu thuộc tính với các đối tƣợng không gian

- Liên kết với CSDL ngoài

- Cập nhật các đặc trƣng trong CSDL

- Nhập và xuất dữ liệu với GIS hay DBMS khác

- Tổ hợp các tờ bản đồđể tạo lập CSDL lớn hơn, khớp các cạnh của các tờ bản đồ láng giềng

Hình 1.4: Lưu trữ và truy vấn dữ liệu không gian

 Truy vấn và phân tích dữ liệu

 Chọn các đặc trƣng theo các thuộc tinh: “Hãy tìm các tỉnh có tỷ lệ đỗ tốt nghiệp phổthông > 90%”

 Chọn các đặc trưng theo quan hệ địa lý: “Hãy tìm các trường học đạt chuẩn Quốc gia trong Tỉnh A”

 Truy vấn tổ hợp thuộc tính/địa lý: “Hãy tìm tất cả các xã trong vòng 10 km từ bệnh viện tỉnh mà có số trẻ con tử vong cao”

- Buffering: tìm mọi khu dân cƣ trong vòng 10 km từ bệnh viện

- Point-in-polygon: tìm ra các làng trong đó có thảm thực vật

- Polygon overlay: tổ hợp các bản ghi hành chính với dữ liệu y tế của huyện

 Geocoding/address matching: khớp danh sách địa chỉ với bản đồ đường phố

- Network : tìm con đường ngắn nhất từ làng tới bệnh viện

 Mô hình hóa: nhận biết hay dự đoán tiến trình đƣợc hình thành hay sẽ hình thành mẫu (pattern)

-Diffusion: tình hình dịch tảđang lan truyền trong tỉnh nhƣ thế nào?

- Interaction: dân di cƣ đến đâu?

-What-if scenarios: nếu xây dựng đập nước ởđây thì có bao nhiêu dân phải di cư?

 Hiển thị và xuất dữ liệu:

 hiển thị mẫu và và nhận biết các dị thường

 So sánh thông tin trong không gian bản đồ và không gian dữ liệu

- Xây dựng bản đồ (Cartography)

- Xuất dữ liệu bản đồ cho các hệ thống khác

1.1.3 Mô hình dữliệu không gian[2][3][4]

ArcGIS lưu trữ và quản lý dữ liệu địa lý ở nhiều khuôn dạng Ba mô hình dữ liệu cơ bản mà ArcGIS sử dụng là vector, raster, và TIN Ngoài ra, người dùng có thể nhập dữ liệu bảng vào GIS

Một cách để biểu diễn các hiện tƣợng địa lý là dùng points, lines, và polygons Cách biểu diễn thế giới nhƣ thế này đƣợc gọi là mô hình dữ liệu vector

Mô hình vector được dùng chủ yếu để mô tảvà lưu trữ những đối tượng rời rạc như nhà, đường ống dẫn, đường bao thửa

Kh ả năng ứ ng d ụ ng c ủ a GIS[2][6]

GIS có thể trả lời các câu hỏi:

Tìm ra cái gì tồn tại ở vị trí cụ thể Vị trí được thể hiện bằng tên, mã bưu điện hay tọa độ địa lý (kinh/vĩ độ)

Tìm ra vị trí thỏa mãn một số điều kiện (vùng không có rừng diện tích 2000m2 và xa đường quốc lộ 100m và loại đất phù hợp cho xây dựng)

- Trends: What has changed since ?

Tìm ra sự khác biệt (thay đổi) theo thời gian của một vùng nghiên cứu

- Patterns: What spatial patterns exist?

Tìm ra nơi nào phù hợp mẫu, ví dụ cancer là nguyên nhân chính của cái chết của người dân gần nhà máy nguyên tử?

Câu hỏi này xác định cái gì xảy ra, ví dụ, nếu có đường mới mở hay nếu chất độc thải vào nguồn nước

Vì GIS đƣợc thiết kếnhƣ một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian, nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thịvà môi trường tựnhiên như là: quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đóng vai trò nhƣ là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động

Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường Với mức đơn giản nhất thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụnhư vị trí và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khảnăng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sư lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mƣa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tƣợng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế

Trong lĩnh vực này GIS đƣợc dùng nhƣ là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từđó đƣa ra các biện pháp phòng chống kịp thời vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ƣu thế

Những ứng dụng đặc trƣng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo về hàng hoá, nghiên cứu vềđất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước

GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụtài chính tương tự như là một ứng dụng đơn lẻ Nó đã từng đƣợc áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của Ngân hàng Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau nhƣ là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản

Ngoại trừ những ứng dụng đánh gía, quản lý mà GIS hay đƣợc dùng, GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế Ví dụ nhƣ, nó chỉ ra đƣợc lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông GIS cũng có thể đƣợc sử dụng nhƣ là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng

Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất Tất cả các cơ quan của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS GIS có thể được sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành Nhà cầm quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thông GIS còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp

Bán lẻ và phân phối

Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô đƣợc xác định vị trí với sự trợ giúp của GIS GIS thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng trong một vùng nào đó Một vùng thích hợp cho việc xây dựng môt siêu thị có thể đƣợc tính toán bởi thời gian đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hưởng của những siêu thị cạnh tranh GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường phân phối hàng ngắn nhất

GIS có khảnăng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc lập kế hoạch và duy trì cở sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhƣng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải, và hải đồđiện tử Loại hình đặc trƣng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS

Các ngành điện, nước, gas, điện thoại

Những công ty trong lĩnh vực này là những người dùng GIS linh hoạt nhất, GIS được dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến lược công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vự này Dữ liệu vecto thường đƣợc dùng trong các lĩnh vực này những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là Automated Mapping và Facility Management (AM-FM) AM-FM đƣợc dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, valve Những ứng dụng này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao

Một tổ chức dù có nhiệm vụ là lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới vận chuyền hay là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an toàn công cộng và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường, thì công nghệ GIS luôn đóng vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử dụng thông tin địa lý một cách hiệu quả nhằm đáp ứng các yêu cầu hoạt động và mục đích chương trình của tổ chức đó.

Giới thiệu bài toán quản lý tài nguyên nước ngầm

Hiện nay, nước ta là một nước đang phát triển vì vậy ngoài việc đẩy mạnh phát triển kinh tế thì việc bảo vệ môi trường cũng đang là vấn đề mà nhà nước ta quan tâm Nguồn nước là nhân tố quan trọng trong môi trường, do vậy công tác bảo vệmôi trường cần chú trọng tới bảo vệ nguồn nước Ô nhiễm nước hay nói khác là sự biến đổi chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, sinh vật và hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo

Việc nhận thức của nhiều tổ chức, người dân về quản lý bảo vệ tài nguyên nước còn rất hạn chế hoặc cố ý làm trái quy định pháp luật của Luật Tài nguyên nước Còn nhiều cơ sở chưa chấp hành nghiêm quy định của pháp luật về tài nguyên nước, nhất là việc xin cấp giấy phép khai thác sử dụng nước và xả nước thải vào nguồn nước.

Hoạt động quản lý, kiếm soát ô nhiễm nước mới tập trung ở khu vực đô thị và các đoạn sông xung quanh thành phố và khu công nghiệp; nhiều làng nghề và các vùng nông thôn xả nước thải vào nguồn nước chưa qua xử lý, hoặc xử lý không đạt quy chuẩn môi trường đã xả nước thải vào nguồn nước.

Lực lượng cán bộ làm công tác quản lý nhà nước về tài nguyên nước còn thiếu và yếu Đặc biệt cấp huyện,xã còn thiếu về số lƣợng, hầu hết chỉ có 1 cán bộ làm công tác kiêm nhiệm nhiều lĩnh vực, gần nhƣ không có chuyên môn về tài nguyên nước, nên việc quản lý và kiểm tra việc chấp hành các quy định về tài nguyên nước còn yếu, các vi phạm không được phát hiện và xử lý kịp thời Điều này đã làm giảm hiệu quả của công tác quản lý nhà nước về tài nguyên nước tại địa phương Ở cấp xã, nhiệm vụ quản lý tài nguyên, môi trường nói chung và tài nguyên nước nói riêng chưa được phân cấp cụ thể Mỗi xã, phường chỉ có cán bộ địa chính thực hiện nhiệm vụ quản lý đất đai là chủ yếu Nhiệm vụ quản lý tài nguyên nước ở cấp huyện, xã hầu như chưa được triển khai

Với nhiều thông số quản lý nhƣ vậy, cùng với lƣợng cán bộ quản lý nguồn nước hạn hẹpnên hàng năm các cơ quan quản lý phải xử lý một số lượng lớn các hồ sơ và số liệu khác nhau cũng như gặp nhiều khó khăn trong việc thu thập, xử lý, lưu trữ và truy xuất thông tin đáp ứng nhu cầu của các nhà quản lý, điều hành.

Kh ả năng quản lý nướ c ng ầ m b ằ ng công ngh ệ GIS

Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường Với mức đơn giản nhất thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sư lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mƣa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tƣợng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế

Trong lĩnh vực khí tƣợng thủy văn, GIS đƣợc dùng nhƣ là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đƣa ra các biện pháp phòng chống kịp thời vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ƣu thế.

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, với ƣu điểm là đánh giá chất lượng nước một cách nhanh chóng thì công nghệ GIS sẽ giúp ta quản lý môi trường và nguồn nước một cách dễ dàng.

K ế t lu ận chương 1

Nội dung chương một của luận văn đã khái quát các kiến thức cơ bản về GIS, giới thiệu sơ lƣợc khả năng ứng dụng của GIS nói chung cũng nhƣ khả năng ứng dụng của GIS trong quản lý nước ngầm nói riêng Có thể nói, GIS là một công cụ hiệu năng hỗ trợ rất nhiều bài toán ứng dụng trong thực tế Từ quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp đặc biệt là quy hoạch phát triển mạng lưới phục vụ khách hàng…cho đến điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật…

CÁC KỸ THU Ậ T Ứ NG D Ụ NG XÂY D Ự NG H Ệ TH Ố NG QU Ả N LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚ C NG Ầ M

Các thu ậ t toán n ội suy đánh giá chất lượng nướ c[4][8][9][13]

Hiện nay, việc sử dụng mô hình toán trong GIS đƣợc sử dụng khá phổ biến Tuy nhiên, mô hình toán dù có độ chính xác cao nhƣng còn nhiều hạn chế nhƣ tốn nhiều thời gian để thu thập, xử lý số liệu và chạy mô hình Phương pháp nội suy không gian với ƣu điểm thời gian thực hiện nhanh chóng sẽ giúp ta xác định những khu vực lân cận với độ chính xác cao.

Nội suy không gian là một chức năng trong GIS mà người sử dụng muốn tính toán một số liệu chính xác cho những vị trí mà không đƣợc đo hoặc lấy mẫu dựa vào những vị trí đã đƣợc đo hoặc lấy mẫu.

Nội suy không gian xây dựng tập giá trị các điểm chƣa biết từ tập các điểm đã biết trên miền bao đóng của tập giá trị đã biết bằng một phương pháp hay một hàm toán học nào đó đƣợc xem nhƣ là quá trình nội suy.

Hiện nay, có rất nhiều thuật toán nội suy khác nhau, mỗi thuật toán lại có những điểm mạnh riêng ứng với từng điều kiện và môi trường cụ thể Các thuật toán có thể đƣợc phân loại nhƣ sau:

- Nội suy điểm/ nội suy bề mặt.

- Nội suy toàn diện/ nội suy địa phương

- Nội suy chính xác/ Nội suy gần đúng.

Tuy nhiên trong giới hạn đề tài chỉ đề cập đến 3 phương pháp nội suy thông dụng trong ArcGIS đó là IDW, Spline, Kriging

2.1.1.Thuật toán nội suy Inverse Distance Weighting (IDW)

Là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất để nội suy các điểm phân tán.

Phương pháp IDW xác định giá trị của các điểm chưa biết bằng cách tính trung bình trọng số khoảng cách các giá trị của các điểm đã biết giá trị trong vùng lân cận của mỗi pixel Những điểm càng cách xa điểm cần tính giá trị càng ít ảnh hưởng đến giá trị tính toán, các điểm càng gần thì trọng số càng lớn.

IDW là phương pháp nội suy đơn giản nhất, là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các chức năng phân tích của GIS Phương pháp nội suy định lượng khoảng cách ngược cho rằng mỗi điểm đầu vào có những ảnh hưởng cục bộ làm rút ngắn khoảng cách Phương pháp này tác dụng vào những điểm ở gần điểm đang xét hơn so với những điểm ở xa Số lƣợng các điểm chi tiết, hoặc tất cả những điểm nằm trong vùng bán kính xác định có thể đƣợc sử dụng để xác định giá trị đầu ra cho mỗi vị trí.

Hình 2.1 Phương thức nội suy theo IDW

Trọng số của mỗi điểm đƣợc tính theo công thức sau:

- Z0: giá trị ƣớc tính của biến z tại điểm i

- Zi: giá trị mẫu tại điểm i.

- D1: khoảng cách điểm mẫu để ƣớc tính điểm.

- N: hệ số xác định trọng lƣợng dựa trên một khoảng cách. Ƣu điểm của IDW:

- Sử dụng phương pháp này, giúp đơn giản bớt tính phức tạp của bản đồ dựa trên mô hình khoảng cách.

- Khi có một tập hợp các điểm dày đặc và phân bố rộng khắp trên bề mặt tính toán phương pháp sẽ được thực hiện tối ưu

- IDW là phương pháp nhanh chóng, đơn giản và dễ thực hiện.

- Sẽ không tạo ra các giá trị ƣớc tính đo bên ngoài

- Sử dụng các rào cản.

2.1.2 Thuật toán nội suy Spline

Các đa thức bậc thấp là những đường cong đơn giản được sử dụng rộng rãi trong nối đường cong Thay vì dùng các đa thức khác nhau để nối các điểm kề nhau, nối các đoạn sau cho thật mịn Một trường hợp đặc biệt liên hệ sự tính toán tương đối trực tiếp, phương pháp này c n gọi là nội suy Spline.

Phương pháp nội suy Spline là phương pháp nội suy tổng quát, phương pháp này hiệu chỉnh bề mặt đường cong đến mức tối thiểu tại những điểm đầu vào

Có thể hình dung nó nhƣ là uốn cong miếng bìa nhựa để đi qua các điểm mà tổng bề mặt đường cong giảm đến mức tối thiểu Phương pháp này thực hiện phép tính toán nhằm định ra số lƣợng các điểm đầu vào gần nhất c n đi qua những điểm mẫu

Hình 2.2 Phương thức nội suy theo Spline Ƣu điểm của Spline:

- Phương pháp này là tối ưu với những bề mặt ít thay đổi, chẳng hạn như cao độ, chiều cao cột nước hoặc mức độ tập trung ô nhiễm

- Các thuật toán đƣợc sử dụng để làm mịn bề mặt kết quả, đảm bảo kết quả hiển thị mô hình không dao động nhiều ở giữa các điểm quan trắc

- Không giống nhƣ IDW, các giá trị dự đoán của hàm không hạn chế phạm vi của giá trị đo tức là giá trị dự đoán có thể vượt mức tối đa hoặc dưới mức tối thiểu giá trị đo đƣợc

- Splines là một phương pháp phù hợp để nội suy các yếu tố khí hậu theo khoảng thời gian hàng tháng hoặc hàng năm nhƣng ít phù hợp với khoảng thời gian hàng ngày và hàng giờ.

Spline không thích hợp nếu có những biến đổi lớn trên bề mặt nằm trong một giới hạn ngắn theo phương ngang, bởi vì nó có thể vượt quá những giá trị đã được ước tính trước Phương pháp này sẽ không được thực hiện khi có những thay đổi lớn trên bề mặt với khoảng cách các điểm mẫu ngắn

2.1.3 Thuật toán nội suy Kriging

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều thuật toán nội suy, mỗi thuật toán đều có ƣu và nhƣợc điểm khác nhau Kriging nội suy giá trị cho các điểm xung quanh một điểm giá trị Những điểm gần điểm gốc sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn những điểm ở xa

Kriging sử dụng một trọng số, phân công ảnh hưởng nhiều hơn đến các điểm dữ liệu gần nhất trong nội suy các giá trị cho các địa điểm không rõ Kriging phụ thuộc vào mối quan hệ không gian và thống kê để tính toán bề mặt Quá trình của Kriging bắt đầu với ƣớc tính semivariance và sau đó thực hiện phép nội suy.

Hình 2.3 Phương thức nội suy theo Kriging

Đánh giá độ chính xác c ủ a thu ậ t toán n ộ i suy[7]

Để đánh giá kết quả độ chính xác của phương pháp nội suy, nghiên cứu sử dụng số liệu từ mẫu đánh giá đƣợc chia ra từđầu Sử dụng số liệu nội suy đƣợc và số liệu từ mẫu đánh giá để thực hiện tính toán chỉ số R2 và NSI Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, hệ số xác định (R2 ) (P Krause et al., 2005) và chỉ số Nash – Sutcliffe (NSI) (Nash, J.E and J.V Sutcliffe, 1970) đƣợc sử dụng để đánh giá độ tin cậy của phương pháp nội suy Công thức tính R2 và NSI được thể hiện lần lượt như phương trình (2.3) và (2.4)

- O là giá trị thực đo là giá trị thực đo trung bình, P là giá trị mô phỏng

- Plà giá trị mô phỏng trung bình, n là số lƣợng giá trị tính toán

- Giá trị R2 nằm trong khoảng từ0 đến 1, thể hiện mối tương quan giữa giá trị thực đo và giá trị mô phỏng

Trong khi đó, chỉ số NSI chạy từ -∞ đến 1, đo lường sự phù hợp giữa giá trị thực đo và giá trị mô phỏng trên đường thẳng 1:1 Nếu R 2 , NSI nhỏ hơn hoặc gần bằng 0, khi đó kết quả đƣợc xem là không thể chấp nhận hoặc độ tin cậy kém

Ngƣợc lại, nếu những giá trị này bằng 1, thì kết quả mô phỏng của mô hình là hoàn hảo Tuy nhiên, không có những tiêu chuẩn rõ ràng nào đƣợc xác định trong việc đánh giá kết quả mô phỏng từ các thông số thống kê này (C Santhi et al., 2001).

Các ph ầ n m ề m h ỗ tr ợ phát tri ể n h ệ th ố ng

ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ quyền mà ArcGIS trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) của ESRI Tùy mức độ đăng ký bản sẽ ở dạng ArcView, ArcEditor, ArcInfo Trong đó ArcInfo có chi phí bản quyền lớn nhất và nhiều chức năng nhất

ArcGIS hỗ trợ nhiều phần mở rộng gọi là các Extension, mỗi Extension hỗ trợ một số chức năng chuyên biệt nhƣ: phân tích không gian (spatial analyst), phân tích 3D (3D analyst), phân tích mạng (Network analyst), xử lý dữ liệu, thống kê không gian

ArcGIS hỗ trợ đọc đƣợc nhiều định dạng dữ liệu khác nhau (khoảng 300 định dạng) nhƣ shapefile, geodatabase, AutoCad, Raster, Coverage,

Ngày nay ArcGIS đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trong Hệ thống thông tin địa lý như quản lý Môi trường, Đất đai, Xã hội, Kinh tế

ArcGIS lưu trữ và quản lý dữ liệu địa lý ở nhiều khuôn dạng Ba mô hình dữ liệu cơ bản mà ArcGIS sử dụng là vector, raster, và TIN Ngoài ra, người dùng có thể nhập dữ liệu bảng vào GIS

ArcGIS Desktop - hệ thống thông tin địa lý máy tính để bàn, với chức năng tối đa trong một dòng sản phẩm phần mềm ArcGIS Bao gồm tất cả các chức năng của ArcGIS cho máy tính đểbàn cơ bản (ArcView) và ArcGIS cho máy tính để bàn tiêu chuẩn (ArcEditor) và mở rộng với công cụ bổ sung của phân tích không gian và xử lý dữ liệu, cũng nhƣ các công cụ lập bản đồ chuyên nghiệp

Cung cấp đầy đủ chức năng cho phép biểu diễn, quản lý, xây dựng và phân tích dữ liệu địa lý, các công cụ phân tích không gian cùng với việc biên tập và phân tích từ các lớp bản đồkhác nhau, đồng thời thể hiện các mối quan hệ và nhận dạng mô hình

Cung cấp chức năng dùng để chỉnh sửa và quản lý dữ liệu địa lý ArcEditor bao gồm các tình năng của ArcView và thêm vào đó là một số các công cụ chỉnh sửa và biên tập

Là bộ sản phẩn phầm mềm GIS đầy đủ nhất ArcInfo bao gồm tất cả các chức năng cửa ArcView lẫn ArcEditor

Cung cấp chức năng tạo và quản lý một hệ GIS, xử lý dữ liệu không gian và khả nawg chuyển đổi dữ liệu, xây dựng dữ liệu, mô hình hóa, Phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hính máy tính và xuất bản đồra các phương tiện khác nhau

Dùng để xây dựng, hiển thị, xử lý và phân tích bản đồ

- Tạo các bản đồ từ rất nhiều các loại dữ liệu khác nhau

- Truy vấn dữ liệu không gian để tìm kiếm và mối liên hệ giữa các đói tƣợng không gian

- Hiển thị trang in ấn

ArcCatalog dùng đểlưu trữ quản lý hoặc tạo mới các dữ liệu địa lý

- Tạo mới cơ sở dữ liệu

- Explore và tìm kiếm dữ liệu

- Xác định hệ thống tọa độcho cơ sở dữ liệu

ArcToolbox cung cấp các công cụ để xử lý không gian, phân tích GIS, xuất- nhập dữ liệu từcác định dạng khác nhƣ Mapinfo, Microtation, AutoCAD

Matlab là một phần mềm chuyên dụng cho tính toán số liệu dưới dạng ma trận Dây là một công cụ tốt trong việc triển khai và đánh giá các thuật toán Đặc biệt, các thuật toán tìm đường đi tối ưu trên thực tế đã được công bố đều đa phần minh họa trên Matlab nên rất tiện cho việc đối sánh hiệu năng của các thuật toán Bên cạnh đó, Matlab cũng hỗ trợ giao diện GUI giao tiếp với người dùng giống các phần mềm khác nhƣ Visual Basic, Java, Visual C nhƣng tập lệnh và cú pháp dễ sử dụng hơn nhiều.

Kết luận chương 2

Trong chương 2, đề tài nghiên cứu tổng quan các phương pháp nội suy không gian (IDW, Spline, Kriging) cùng với ưu nhược điểm của từng phương pháp nội suy, phương pháp đánh giá các thuật toán nội suy; những công cụ phần mềm hỗ trợ phát triển hệ thống quản lý nước ngầm cũng được đề cập tới Những kiến thức tổng quan được đề cập ở chương 2 tạo tiền đề cho việc xác định nội dung nghiên cứu, bài toán và phương pháp nghiên cứutrong chương tiếp theo.

XÂY DỰ NG TH Ử NGHI Ệ M BÀI TOÁN QU ẢN LÝ NƯỚ C NG Ầ M TẠI TỈNH BẮC NINH

LÝ NƯỚ C NG Ầ M T Ạ I T Ỉ NH B Ắ C NINH

3.1 Giới thiệu bài toán quản lý tài nguyên nước ngầm tỉnh Bắc Ninh Đối với một tỉnh có mật độ dân số cao và nhiều khu công nghiệp nhƣ tỉnh Bắc Ninh thì việc quản lý tài nguyên, đặc biệt tài nguyên nước là rất quan trọng Nếu không có sự quản lý chặt chẽ thì chất lượng nước ngầm sẽ nhanh chóng bị suy giảm và kéo theo đó là sự ô nhiễm của các môi trường khác như môi trường đất, hiện tƣợng sụt lún đất

Hiện tại, toàn tỉnh có 62 làng nghề, trong đó có 30 làng nghề truyền thống và

32 làng nghề mới Cùng với sự giàu lên nhanh chóng từ các làng nghề là tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây nguy hại trực tiếp đến đời sống và sức khỏe của người dân Kết quả điều tra, khảo sát chất lượng môi trường tại một số làng nghề trên địa bàn Bắc Ninh cho thấy, mức độ ô nhiễm nguồn nước (thông qua các chỉ số DO , BOD5, COD, pH ) đều vƣợt tiêu chuẩn cho phép từ 2,5 đến 5,3 lần Bên cạnh những làng nghề đã có từ lâu, trong quá trình phát triển kinh tế, Bắc Ninh quy hoạch đƣợc 15 khu công nghiệp (KCN) tập trung, trong đó có 10 KCN đã đi vào hoạt động Năm KCN đã đầu tư hệ thống xử lý nước thải tập trung, các khu còn lại do tỷ lệ các doanh nghiệp vào chƣa nhiều, cho nên hệ thống này chƣa đƣợc xây dựng Tại các cụm công nghiệp, hầu như nước thải của các nhà máy, xí nghiệp không qua xử lý mà thải trực tiếp ra môi trường bên ngoài

Theo số liệu thống kê, trên địa bàn toàn tỉnh, mỗi ngày có khoảng 500 tấn chất thải sinh hoạt, 200 tấn chất thải công nghiệp, hai tấn chất thải y tế thải ra môi trường Trung bình mỗi năm, lượng chất thải rắn sinh hoạt tăng 10%, chất thải rắn công nghiệp tăng 15%, chất thải y tế tăng 8% Các khu vực thành thị tập trung dân cƣ là nguồn phát sinh chủ yếu các loại chất thải rắn sinh hoạt, chỉ tính riêng TP Bắc Ninh và thị xã Từ Sơn mỗi ngày thải ra hơn 200 tấn Chung quanh các KCN, số dân tăng cơ học chiếm tỷ lệ cao, không cố định cũng tạo nên áp lực lớn đối với môi trường Bà Trần Thị Loan ở xã Yên Trung, huyện Yên Phong cho biết: Ngày nào cũng thấy một lƣợng lớn rác tập kết về các bãi chứa, chỉ cần một ngày không đƣợc vận chuyển "vì lý do gì đó" thì cả xã nhƣ ngập trong rác Từ nhà ra ngõ đâu đâu cũng ngồn ngộn rác. Đặc biệt, sông Cầu tiếp nhận nhiều lượng nước thải sinh hoạt sản xuất từ thƣợng nguồn và chảy qua địa bàn thành phố Bắc Ninh và sông Ngũ Huyện Khê chảy qua nhiều xã thuộc huyện Yên Phong, Từ Sơn, Tiên Du trên địa bàn tỉnh và hàng ngày phải tiếp nhận nhiều lượng nước thải của 5 làng nghề khác nhau Hầu hết các Làng nghề đều không có hệ thống xử lý, tiêu thoát nước thải, nước thải xả trực tiếp ra kênh rạch rồi ra sông

Hiện nay quy hoạch tài nguyên nước của tỉnh được thực hiện tách riêng cho từng đơn vị hành chính, do vậy chƣa đảm bảo thực hiện theo quy định của Luật tài nguyên nước về quy hoạch tài nguyên nước của tỉnh, thành phố

Nguồn nước dưới đất là nguồn cung cấp nước cơ bản cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của nhân dân trên địa bàn, tuy nhiên việc khai thác và sử dụng nước chưa kiểm soát được Mặt khác các hoạt động sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, sản xuất nông nghiệp phát sinh nước thải không được xử lý, ngấm dần xuống tầng nước ngầm có nguy cơ làm ô nhiễm nước dưới đất

Mạng lưới quan trắc giám sát tài nguyên nước trên địa bàn còn mỏng, toàn tỉnh có 20 điểm quan trắc nước dưới đất, không có trạm quan quan trắc tài nguyên nước mặt Trong khi nguồn nước sạch cung cấp cho sinh hoạt của người dân chủ yếu là nguồn nước dưới đất Do vậy, công tác quản lý nước dưới đất hiện nay của tỉnh còn gặp nhiều khó khăn.

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, với ƣu điểm là đánh giá chất lượng nước một cách nhanh chóng thì công nghệ GIS và thuật toán nội suy sẽ giúp ta dễ dàng quản lý môi trường và nguồn nước một cách toàn diện

3.2 Nhiệm vụ quản lý tài nguyên nước ngầm

- Công tác quản lý tài nguyên nước ngầm bao gồm quản lý trữ lượng, chất lượng nước ngầm, mực nước ngầm, các dòng chảy ngầm, các hang chứa nước ngầm Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu hạn chế, nên học viên giới hạn việc thực hiện chương trình thử nghiệm trong phạm vi quản lý mực nước ngầm và chất lượng nước ngầm tại 20 điểm quan trắc nước ngầm của tỉnh Bắc Ninh.

Mục tiêu chung của bài toán thực nghiệm là nhằm quản lý dữ liệu nước ngầm tại tỉnh Bắc Ninh thông qua ứng dụng GIS và thuật toán nội suy, cụ thể nhƣ sau:

- Ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu quan trắc chất lượng nước

- Sử dụng thuật toán nội suy mô phỏng các thông số chất lượng nước

- Nhận xét đánh giá diễn biến chất lượng nước

- Có thể truy vấn, trình diễn dữ liệu

Quy trình xửlý bài toán nhƣ sau:

3.3 Thu thập dữ liệu thử nghiệm

Học viên sử dụng 1 bộ dữ liệu quan trắc mực nước và chất lượng nước dưới đất của Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Bắc Ninh trong 12 tháng năm 2014, tọa độcác điểm quan trắc cùng với bản đồ nền tỉnh Bắc Ninh

Thu thập kết quả quan trắc động thái nước dưới đất năm 2014 bao gồm quan trắc mực nước và quan trắc các chỉ sốđánh giá chất lượng nước

Dữ liệu các chỉ số quan trắc đánh giá chất lượng nước là kết quả đợt 1 (sáu tháng đầu năm 2014), và kết quả quan trắc đợt 2 (sáu tháng cuối năm 2014) Trong phạm vi xây dựng thực nghiệm, học viên chỉ đƣa ra 10 chỉ số trên tổng số 25 chỉ số quan trắc thực tế của Trung tâm Quan trắc môi trường, Sở tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh (pH, độ cứng, Clorua, As, Cd, Pb, Cu, Zn, Mn và Fe) đây là 10 chỉ số có mức độ biến động và mức độ vượt mức quy chuẩn chất lượng nước nhiều nhất so với các chỉ số còn lại

Tỉnh Bắc Ninh nằm tại tọa độ địa lý: Vĩ độ 21°11′15″B và kinh độ 106°04′24″, có bản đồ hành chính với tỷ lệ 1:25000 nhƣ sau:

Hình 3.1: Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh

Hình 3.2: Bản đồ sông ngòi tỉnh Bắc Ninh

Thu thập dữ liệu không gian về các điểm quan trắc được thể hiện dưới bảng dữ liệu sau:

Bảng 1: Tọa độcác điểm quan trắc nước ngầm trạm Mã Địa chỉ X Y

G1 UBND xã Long Châu, huyện Yên Phong 21.1919477 105.9857997

G2 Trạm Y tế xã Châu Khê phường Châu Khê thị xã

G3 Phường Đình Bảng - Từ Sơn 21.1122356 105.9327666 G4 Trạm Y tế phường Đồng Kỵ - Từ Sơn 21.1361102 105.9419544

G5 Công ty TNHH Anh Trí, KCN Tân Hồng – Hoàn

G6 Nhà máy nước sạch, KCN Tiên Sơn - Bắc Ninh 21.1227437 105.9840539 G7 nhà máy nước sạch KCN Quế Võ 1 - Bắc Ninh 21.1987065 106.0064685 G8 Trạm cấp nước sạch thôn Hữu Chấp, xã Hoà Long 21.2198159 106.0627198 G9 Nhà máy nước sạch KCN Yên Phong 21.1985948 106.008207 trạm Mã Địa chỉ X Y

G10 Khu đô thị nam Từ Sơn, thị xã Từ Sơn 21.1873779 105.9572661 G11 Công ty Cường Thịnh, KCN Phong Khê 1 21.1649306 106.0301666 G12 Thị trấnPhố Mới, Quế Võ 21.1534995 106.152143 G13 Công ty Đại Thịnh, KCN Xuân Lâm, Thuận Thành 21.1741618 105.9836663 G14 UBNN xã Bồng Lai, huyện Quế Võ 21.1836548 106.0549216

G15 xã Đào Viên, Quế võ 21.1152949 106.1948935

G18 UBNN Thị trấn Hồ, huyện Thuận Thành 21.0637285 106.084609 G19 UBNN xã Đại Bái, huyện Gia Bình 21.0489684 106.1413809 G20 UBNN xã Nhân Thắng, huyện Gia Bình 21.0663624 106.2291965

Thu thập các dữ liệu thuộc tính

Bảng 2: Dữ liệu quan trắc mực nước tại các điểm quan trắc năm 2014(G1-G10)

H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB

Bảng 3: Dữ liệu quan trắc mực nước tại các điểm quan trắc năm 2014(G11-G20)

H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB H TB

Bảng 4: Kết quả- hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 1- 2014(G1-G5)

STT Thông số Đơn vị G1 G2 G3 G4 G5

Bảng 10: Kết quả- hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 2-2014(G11-G15)

Bảng 11: Kết quả- hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 2-2014(G15-G20)

Bảng 12: Giá trị giới hạn chất lượng nước theo QCVN 09:2008/BTNMT

STT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

3.4.1 Xây dựng các mô hình bản đồ

Dựa trên dữ liệu không gian và thuộc tính đã thu thập, học viên thực hiện xây dựng các mô hình bản đồ trên phần mềm ArcGIS nhƣ sau:

Từ bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh dưới dạng *.dgn học viên thực hiện convert sang dạng *.shp bằng phần mềm Maping and convert

Lớp bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh

Hình 3.3 Lớp bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh

Lớp bản đồ tên hành chính các huyện tỉnh Bắc Ninh

Hình 3.4 Lớp bản đồ tên hành chính các huyện tỉnh Bắc Ninh

Tiếp theo, lớp bản đồđược import dữ liệu tọa độcác điểm quan trắc nước ngầm Bảng dữ liệu sau khi đƣợc import các điểm quan trắc từ G1-G20:

Hình 3.5 Table tọa độ vị trí của các điểm quan trắc

Lớp bản đồ tỉnh Bắc Ninh sau khi đƣợc thêm các điểm (point) quan trắc từ G1 đến G20

Hình 3.6 Bản đồ hiển thịcác điểm quan trắc tỉnh bắc Ninh

Thực hiện join thêm dữ liệu về các chỉ số quan trắc chất lượng nước từ các dữ liệu tiền xử lý vào lớp bản đồ:

Hình 3.7 Cập nhật bảng chỉ sốđánh giá chất lượng nước

3.4.2 Các chức năng chính của chương trình:

- Hiển thị bản đồ số cùng các dữ liệu thuộc tính, truy vấn dữ liệu thuộc tính

- Phóng to, thu nhỏ bản đồ

- Tính toán nội suy từng chỉ tiêu của các trạm quan trắc môi trường nước, tạo bản đồ chuyên đề dạng raster Sử dụng công cụ nội suy Interpolation trong bộ công cụ phân tích không gian Spatial Analys Tool của ArcGIS với phép nội suy IDW, Kriging, Spline để phân tích, đánh giá và so sánh các chỉ tiêu nguồn nước ngầm ở20 điểm quan trắc tại tỉnh Bắc Ninh

Một số kết quả thực nghiệm

3.4.2.1 Hiển thị bản đồ chuyên đề, đánh giá vùng ô nhiễm

Ví dụ: Hiển thị nồng độ Fe Dựa theo Quy chuẩn Việt Nam về chất lƣợng nước, học viên chia nồng độ Fe thành 5 mức:

Theo QCVN 09:2008/BTNMT, nồng độ Fe giới hạn là 5mg/l Nhƣ vậy, dựa vào bản đồ chuyên đề trên, dễ dàng khoanh vùng bị ô nhiễm nồng độ Fe ở các mức màu 3,4,5 từ nhạt đến đậm lần lƣợt là các vùng ô nhiễm đến ô nhiễm nặng nhất

Hình 3.8: Bản đồchuyên đề nội suy nồng độ Fe sử dụng thuật toán nội suy IDW, hiển thị kiểu phân lớp (Classify)

Hình 3.9: Bản đồ chuyên đề nội suy nồng độ Mn sử dụng thuật toán nội suy IDW, hiển thị kiểu phân lớp (Classify)

Định dạng
Số trang	73
Dung lượng	2,45 MB

Nghiên cứu phát triển hệ thống quản lý tài nguyên nước ngầm bằng công nghệ GIS và ứng dụng tại tỉnh bắc ninh​