TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ****************** BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH MÔN ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI ỨNG DỤN[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ****************** BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH MƠN ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG GIS VÀ RS TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC GVHD: Lưu Đình Hiệp NHĨM: Họ tên sinh viên MSS Phan Lê Hạnh Uyên 1814 Võ Tấn Thịnh 1914 Trần Phùng Phương Yến 1814 TP Hồ Chí Minh, Tháng năm 2020 Mục Lục I Giới thiệu tài nguyên nước, ứng dụng gis rs Tài nguyên nước GIS 3 RS II Cơ sở lý thuyết .5 Nội suy không gian MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY Phân tích, báo cáo số liệu Cơ sở liệu nguồn tài nguyên nước Sự lan truyền chất gây ô nhiễm .7 III Ứng dụng GIS RS quản lý tài nguyên nước Quản lý nước mặt THỰC HIỆN 10 Quản lý nước ngầm 12 Quy trình: 12 Ví dụ: Ứng dụng Gis xây dựng sở liệu để quản lý tài nguyên nước đất Quận 13 Xây dựng đồ 14 IV CÁC HẠN CHẾ KHI THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC 15 Hạn chế nội 15 Hạn chế bên 15 V Ưu điểm khuyết điểm Gis RS quản lý tài nguyên nước 15 Ưu điểm: 15 Nhược điểm: 15 VI Kết luận nhận xét 15 I Giới thiệu tài nguyên nước, ứng dụng gis rs Tài nguyên nước Tài nguyên nước nguồn nước mà người sử dụng sử dụng vào mục đích khác Nước dùng hoạt động nông nghiệp, cơng nghiệp, dân dụng, giải trí mơi trường Hầu hết hoạt động cần nước Được chia làm nước mặt nước ngầm Trong nước mặt nước sông, hồ nước vùng đất ngập nước Nước mặt bổ sung cách tự nhiên giáng thủy chúng chảy vào đại dương, bốc thấm xuống đất, nước ngầm dạng nước đất, nước chứa lỗ rỗng đất đá Nó nước chứa tầng ngậm nước bên mực nước ngầm Đơi người ta cịn phân biệt nước ngầm nông, nước ngầm sâu nước chôn vùi GIS GIS hệ thống thông tin sử dụng liệu đầu vào, thao tác phân tích sở liệu đầu liên quan đến địa lý không gian, nhằm hỗ trợ việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích hiển thị thơng tin không gian từ giới thực để giải vấn đề tổng hợp thông tin cho mục đích người Các chức GIS gồm: thu thập, quản lý liệu, tra cứu, hiển thị thơng tin, phân tích khơng gian xuất bản đồ Các thành phần GIS gồm: liệu không gian, phần cứng, phần mềm, người ứng dụng cụ thể Trong công tác quản lý, GIS hỗ trợ q trình định Trong hoạt động kiểm sốt nhiễm nước, GIS hỗ trợ việc xác định điểm nhiễm, vị trí nguồn thải phục vụ theo dõi biến động chất lượng nước theo thời gian không gian GPS thiết bị hỗ trợ xác định vị trí khơng gian dựa vị trí vệ tinh nhân tạo sử dụng thu thập liệu không gian trình ứng dụng GIS HỆ THỐNG GPS RS Sơ lược viễn thám: Viễn thám khoa học nghệ thuật thu thập thông tin bề mặt Trái Đất thông tin bề mặt Trái Đất thông qua hệ thống cảm biến gắn vào máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ,…và qúa trình giải đốn, xử lý liệu hữu ích cho việc nhận biết cung quản lý tài nguyên môi trường Ảnh vệ tinh sử dụng chuyên cho mục đích kiểm kê nguồn nước mặt, qua cơng tác chỉnh đồ địa hình, ảnh vệ tinh tài liệu dùng để cập nhật mạng lưới thủy văn bao gồm sông, suối, kênh mương, hồ chứa nước hồ, đầm, ao ảnh vệ tinh số quan sử dụng để khảo sát, thành lập đồ biến động lịng sơng tỉ lệ khác nhau, từ 1: 100 000 đến 1: 25 000 cho hệ thống sông Cửu Long, số sơng miền Trung sơng Hồng Ngồi ra, ảnh vệ tinh số đơn vị thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên Công nghệ Quốc gia Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên Môi trường sử dụng để thành lập đồ ngập lụt đồng sông Cửu Long số tỉnh miền Trung ảnh vệ tinh có khả sử dụng để điều tra giám sát chất lượng nước độ mặn, mức độ ô nhiễm chất thải cơng nghiệp để điều tra, quản lí tổng hợp lưu vực sông Ứng dụng viễn thám quản lý tài nguyên nước II Cơ sở lý thuyết Nội suy không gian Khái niệm: Nội suy q trình dự đốn giá trị thuộc tính cho vị trí khơng đo đạc,căn giá trị đo vị trí khác khu vực Nội suy dùng để chuyển đổi liệu điểm sang liệu cho bề mặt liên tục,qua xác định giá trị vùng MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY IDW Phương pháp IDW xác định giá trị điểm chưa biết cách tính trung bình trọng số khoảng cách giá trị điểm biết giá trị vùng lân cận pixel Những điểm cách xa điểm cần tính giá trị ảnh hưởng đến giá trị tính tốn Cơng thức: z= Ʃwizi Ʃwi với W= d k Trong đó: • i: điểm liệu biết giá trị • n: số điểm biết • Zi: gía trị điểm thứ i • d: khoảng cách đến điểm i • k: số DW • IDW nên sử dụng có tập hợp điểm dày đặc, phân bố rộng khắp bề mặt tính tốn • Phương pháp nhanh chóng, dễ thực SPLINES • Spline sử dụng hàm toán học giảm thiểu độ cong tổng thể bề mặt Điều dẫn đến kết bề mặt nhẵn mà xác thơng qua điểm đầu vào Phương pháp nội suy Spline phương pháp nội suy tổng quát, phương pháp hiệu chỉnh bề mặt đường cong Một số ưu điểm Spline: • Các thuật tốn sử dụng để làm mịn bề mặt kết quả, đảm bảo kết hiển thị mơ hình khơng dao động nhiều điểm quan trắc • Splines phương pháp phù hợp để nội suy yếu tố khí hậu theo khoảng thời gian hàng tháng hàng năm phù hợp với khoảng thời gian hàng ngày hàng KRIGING • Kriging nhóm kỹ thuật sử dụng địa thống kê, để nội suy giá trị trường ngẫu nhiên (như độ cao z địa hình) điểm khơng đo đạc thực tế từ điểm đo đạc gần • Kriging nội suy giá trị cho điểm xung quanh điểm giá trị Những điểm gần điểm gố ảnh hưởng nhiều điểm xa Quá trình hai bước Kriging bắt đầu với ước tính mức độ tương quan sau thực phép nội suy Phân tích, báo cáo số liệu Quan trắc thủy hóa: pH, nhiệt độ, Độ đục, độ dẫn điện, TDS, BOD,COD,… Quan trắc thủy sinh: động vật nổi, thực vật nổi, động vật đáy Xác định tồn lưu tác nhân nhiễm đặc biệt trầm tích Đo đạc tính tốn khí tượng, thủy văn; Danh mục số liệu quan trắc nguồn nhiễm lưu vực Cơ sở liệu nguồn tài nguyên nước Một số điểm cần ý số liệu quan trắc : Phải thu thập thường xuyên phân tích kịp thời Được cung cấp cho quan quản lý Trung ương, địa phương cộng đồng Là công cụ để thu thập, chia sẻ phân tích tự động, đưa luận vững cho định, sách bảo vệ chất lượng nước 3 Sự lan truyền chất gây ô nhiễm Sự lan truyền chất ô nhiễm môi trường GIS xử lý, xây dựng đồ lan truyền theo thời gian khơng gian cách sử dụng chức mơ hình hóa khơng gian Với đồ kết quả, nhà quản lý phải cho định nhanh chóng xác cơng tác cải tạo vùng nhiễm, di dời sinh vật sống người khỏi vùng chịu ảnh hưởng, có biện pháp ngăn chặn lan truyền rộng thêm chất ô nhiễm… III Ứng dụng GIS RS quản lý tài nguyên nước Quản lý nước mặt Một số phần mềm GIS ứng dụng quản lý nước mặt MapInfo, , ArcView ArcInfo, ArcEditor va cac extensions ArcGIS Spatial Analyst, ArcGIS 3D Analyst, ArcGIS Maplex, ArcGIS Publisher, ArcHydro THỰC HIỆN Cơ sở liệu nguồn nước cần cho việc quan trắc: (Tuân theo quy định số 24/2017/TT-BTNMT ) Cơ sở liệu địi hỏi phân tích số liệu liên quan trạm khí tượng Sự đo lường lập lại nhiều lần dòng chảy Đánh giá tiềm tồn trử nước ngầm thông qua việc phân tích lổ giếng khoan, số lượng loại sử dụng thật nguồn tài nguyên nước Các số liệu thu thập từ hoạt động quan trắc lưu vực sơng cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm nhằm đưa định kịp thời Sẽ lãng phí số liệu khơng sử dụng phân tích Một số điểm cần ý số liệu quan trắc là: Phải thu thập thường xuyên phân tích kịp thời đồng thời cung cấp cho quan quản lý Trung ương, địa phương cộng đồng Vì khơng cập nhật thường xuyên liệu khơng xác khơng đưa phương án quản lý phù hợp với thực tế Cơ sở liệu công cụ để thu thập, chia sẻ phân tích tự động, đưa luận vững cho định, sách bảo vệ chất lượng nước Việc sử dụng mơ hình tốn học mơ chất lượng nước LVS kết hợp GIS đưa phương án, kịch cụ thể khác cho nhà định Thực hiên quản lý lưu vực sông Quản lý lưu vực sông công tác nghiên cứu đặc tính lưu vực nhằm mục đích phân loại độ bền vững ảnh hưởng cơng trình, dự án đến chức lưu vực tác động đến thảm thực vật, động vật người ranh giới lưu vực Các thông số đánh giá bao gồm nguồn nước cấp, chất lượng nước, tháo nước qua kênh dẫn, nước mưa, luật pháp công tác quy hoạch sử dụng lưu vực Việc xây dựng chương trình quan trắc cho lưu vực sơng địi hỏi phải tuân theo bước hướng dẫn đảm bảo chất lượng kiểm soát chất lượng (QA/QC) quan trắc môi trường, bao gồm nội dung sau: Lựa chọn phương án quan trắc phù hợp với lưu vực sông - Xác định nguồn gây tác động, dạng chất gây ô nhiễm chủ yếu khúc sông lưu vực Điều giúp bố trí điểm quan trắc cho phù hợp; - Xác định ranh giới khu vực quan trắc; - Xác định vấn đề, đối tượng rủi ro tiềm khu vực quan trắc: LVS rộng, cần đánh giá trước khó khăn đối tượng rủi ro nhằm xây dựng kế hoạch phù hợp Thiết kế phương án lấy mẫu đại diện: xác định tuyến, điểm lấy mẫu sơ đồ, mô tả vị trí địa lý, tọa độ điểm lấy mẫu bảng, quy định ký hiệu tuyến, điểm mẫu sơ đồ bảng (có thể xác định điểm lấy mẫu phụ) Xác định lập bảng thành phần môi trường cần quan trắc Xác định lập danh mục thông số quan trắc theo thành phần môi trường: thông số đo đạc trường, thơng số phân tích phịng thí nghiệm Xác định tần suất, thời gian, phương pháp lấy mẫu vŕ phương pháp phân tích phịng thí nghiệm: cần khảo sát, nghiên cứu kỹ điều kiện tự nhiên lưu vực, điều kiện địa hình, quy luật dòng chảy, yếu tố thủy văn, để xác định tần suất, thời gian phương pháp lấy mẫu phù hợp nhằm phản ánh trạng chất lượng nước mặt lưu vực Lập danh mục kế hoạch bảo dưỡng, kiểm chuẩn thiết bị lấy mẫu trường phịng thí nghiệm, bao gồm phương tiện bảo đảm an toàn lao động Kế hoạch bố trí nhân lực thực quan trắc Dự tốn kinh phí hàng năm cho việc thực chương trình quan trắc mơi trường Phân tích, báo cáo số liệu Các thông số thông tin cần quan trắc, thu thập lựa chọn cho LVS, bao gồm: - Quan trắc thủy hóa: pH, Nhiệt độ, Độ đục, Độ dẫn điện, TDS (Tổng chất rắn hòa tan), BOD5, COD, DO, SS, Amơniac, Nitrat, Nitrit, PO43-, Clorua, Sắt, Chì, Cadimi, Tổng Coliform, Dầu mỡ, Tổng hóa chất bảo vệ thực vật; - Quan trắc thủy sinh: thời gian trước mắt, quan trắc thông số thị sinh học động vật nổi, thực vật nổi, động vật đáy; - Xác định tồn lưu tác nhân ô nhiễm đặc biệt trầm tích (kim loại nặng, dầu mỡ, thuốc bảo vệ thực vật); - Đo đạc tính tốn khí tượng, thủy văn; - Danh mục số liệu quan trắc nguồn nhiễm lưu vực sở sản xuất, khu dân cư, khu công nghiệp, cảng Quản lý nước ngầm ArcGIS Spatial Analyst bao gồm nhiều cơng cụ cho phân tích thuỷ văn học Các cơng cụ phân tích nước ngầm sử dụng để thực mơ hình truyền tải - phân tán 2D dòng chảy ngầm thành phần nước ngầm Quy trình ứng dụng GIS quản lý nước ngầm Thu thập xử lí, kết nối tổ chức liệu tài nguyên nước ngầm Quy trình: - Xử lý biên tập chuyển đổi liệu địa chất thủy văn đồ tài nguyên nước ngầm với ArcGIS - Xử lý kết nối bảng liệu thuộc tính (dữ liệu phân tích lỗ khoan địa chất thủy văn liệu quan trắc) - Cập nhật liệu khảo sát GPS hoàn thiện quản lý CSDL GIS tài nguyên nước ngầm Khai thác CSDL GIS phân tích khơng gian phục vụ đánh giá quản lý tài nguyên nước ngầm: Sử dụng phần mở rộng Spatial Analyst lập mơ hình DEM xây dựng đồ đẳng sâu tầng nước ngầm Lập đồ đánh giá ô nhiễm mức độ ô nhiễm mặn tầng nước ngầm mức độ ảnh hưởng đến người dân vùng Ví dụ: Ứng dụng Gis xây dựng sở liệu để quản lý tài nguyên nước đất Quận Các thông số quan trắc Động thái nước đất Quan trắc mực nước Quan trắc nhiệt độ nước Chất lượng nước đất Các thông số quan trắc chất lượng nước bao gồm: pH, hàm lượng sunfat clorua, hàm lượng sắt, hợp chất nitơ, độ cứng, hàm lượng kim loại nặng, vi sinh, Tần số quan trắc: Các đối tượng liên quan đến công tác quản lý tài nguyên nước đất thể theo lớp thông tin chuyên đề thông qua lớp liệu thuộc tính sau: Lớp ranh giới hành khu vực thành phố Hồ Chí Minh Lớp đồ khu vực nghiên cứu Lớp lỗ khoan quan trắc tầng Holocen Lớp lỗ khoan quan trắc tầng Pleistocen Lớp lỗ khoan quan trắc tầng Pliocen Lớp lỗ khoan quan trắc tầng Pliocen Lớp phân cấp nước theo tiêu pH Lớp phân cấp nước theo tiêu Clo Lớp phân cấp nước theo tiêu nhóm Nitơ Lớp phân cấp nước theo tiêu Sắt Lớp phân cấp nước theo tiêu thủy ngân(Hg) Lớp giếng hộ dân cư Lớp thể mức phân cấp theo độ pH Lớp thể mức phân loại theo tiêu Sắt Lớp thể mức phân loại theo tiêu Clo Trình tự thiết lập sở liệu quản lý nước ngầm đô thị Xây dựng đồ Xây dựng đồ vị trí giếng quan trắc giếng hộ dân cư Ở đồ thực chức tạo điểm phần mềm Mapinfor 9,0( Create point) Sau mở đồng thời lớp ranh giới hành quận, huyện lớp giếng quan trắc ta thu đị xác định vị trí cảu giếng quan trắc giếng hộ dân Đối với đố tượng giếng quan trắc có loại giếng khác tùy vào quan quản lý nên sau nhập thuộc tính quan quản lý, ta tiến hành seclect query đối tượng theo liệu filed coquanquanly: sau đổi ký hiệu đối tượng truy vấn Xây dựng đồ phân loại chất lượng nước Đề xây dựng đò thể phân cấp chất lượng nước theo tiêu phân tích dựa sở liệu xây dựng, tiến hành tạo Thematic cho lớp đồ (Create Thematic Map) Áp dụng bước thực cho đồ phân cấp chất lượng nước theo tiêu Clo, pH, sắt, nhóm Nitơ IV CÁC HẠN CHẾ KHI THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC Hạn chế nội Thuê người dân địa phương lấy mẫu → Chưa đào tạo quy trình lấy mẫu, vận hành trang thiết bị lấy mẫu, khó kiểm sốt chất lượng mẫu → Cách khắc phục: Triển khai lớp tập huấn ngắn hạn, trang bị kiến thức lấy mẫu Trang thiết bị → Nhiều trang thiết bị cũ không hoạt động → chờ dự án đầu tư xây dựng phịng thí nghiệm Hóa chất Hạn chế bên ngồi Khả tiếp cận vị trí lấy mẫu Thời gian lại V Ưu điểm khuyết điểm Gis RS quản lý tài nguyên nước Ưu điểm: Dễ cập nhật, chỉnh sửa, in ấn nhanh Lưu trữ dễ, lâu dài, chép nhanh Có thể tích hợp với CSDL, viễn thám, cơng cụ mơ hình Tạo giá trị thơng qua phân tích khơng gian - thời gian mơ hình hố liệu có toạ độ Nhược điểm: Chi phí cao Khó tiếp cận Dễ xảy lỗi Đòi hỏi lượng liệu lớn VI Kết luận nhận xét Gis rs giúp quản lý tài nguyên nước cách hiệu nhiều đòi hỏi người quản lý phải có chun mơn cao, hiểu biết nhiều cơng nghệ thơng tin để ứng dụng phần mềm vào công việc cách hiệu