Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy đánh giá chất lượng nước tại tỉnh đồng nai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI TỈNH ĐỒNG NAI Họ và tên sinh viên: TẠ THANH TÙNG Ngành: Hệ thống Thông tin Môi trƣờng Niên khóa: 2010 – 2014 Tháng 6/2014 ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI TỈNH ĐỒNG NAI Sinh viên thực hiện:  THANH TÙNG Giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS.  KIM  KS.  DUY LIÊM Tháng 6/2014 i LỜI CẢM ƠN c tiên, tôi xin gi li cm  chân thành n thy PGS.TS. Nguyn Kim Li, thy KS. Nguyn Duy Liêm và thy KS. Lê Hoàng Tú  giúp , ng dn cho tôi hoàn thành bài tiu lun này. Tôi xin gi li tri ân sâu sc n tt c quý thy cô ng i hc Nông Lâm Tp. H Chí Minh. Cm  quý thy cô v nhng kin thc và giúp  chân tình  dành cho tôi trong bn  hc tp ti ng. Tôi  trân trng cm  n cán b phòng Công ngh & Bn  ca s TN&MT tnh ng Nai  to u kin  tôi c thc tp ti quý  quan. c bit, tôi xin gi li cm  n anh Hoàng Hng Quang cán b công tác ti Phòng Công ngh và Bn   trao i kin thc, kinh nghim quý báu   chia s tài liu, d liu. Cui cùng, con xin nói li cm  sâu sc i vi Ba M, nhng i   sóc, nuôi ng con thành i, ng viên con v tinh thn và vt cht  con có th yên tâm hc tp. TP. H Chí Minh, Tháng 6/2014 T Thanh Tùng B môn Tài nguyên và GIS Khoa Môi ng & Tài nguyên ng i Hc Nông Lâm TP. H Chí Minh ii TÓM TẮT Tnh ng Nai là mt tnh ln có dân s  và tc  phát trin kinh t nhanh trong  công nghip là ngành ch o, hin trên a bàn tnh có nhiu khu công nghip ln và nh, chính vì th mà to u kin cho các nhà u  trong và ngoài c tp trung v  Tuy nhiên  do vy mà làm cho tình trng ngun c ngày càng b ô nhim, trong khi  tnh ng Nai có mt mng i sông, h dày c, thì  hi cn có mt bin pháp có th d dàng theo dõi và cho các nhìn toàn din v cht ng c trên a bàn. Nhm mc tiêu bo v tài nguyên c   hn ch các hot ng gây ô nhim c nên  tài ng dng GIS và thut toán ni suy  giá cht ng c ti tnh ng  c tin hành nghiên cu. P pháp tip cn ca  tài là s dng phn mm ArcGIS và các thut toán ni suy (IDW, Spline, Kriging) tính toán các thông s cht ng c (DO, COD, BOD) trên các sông, h trên a bàn tnh. Da vào các thông s ni suy c so sánh vi QCVN, phân vùng cht ng c và  xut các gii pháp trong công tác qun lý. Sau quá trình nghiên cu và x lý s liu,  tài thu c mt s kt qu  sau:  Ni suy các thông s cht ng c bng các  pháp ni suy khác nhau (IDW, Spline, Kriging). Phân tích  c m và ánh giá  chính xác ca tng  pháp.  Thành lp các bn  nng  DO, COD, BOD.   xut mt s gii pháp trong công tác qun lý.  tài c thc hin và hoàn thành t ngày 1/2/2014 n ngày 1/6/2014. iii MỤC LỤC LI CM  i TÓM TT ii MC LC iii DANH MC VIT TT vii DANH MC BNG BIU viii DANH MC HÌNH NH ix  1. M U 1 1.1. Tính cp thit ca  tài 1 1.2. Mc tiêu nghiên cu 2 1.3. i ng và phm vi nghiên cu 2  2. TNG QUAN TÀI LIU 3 2.1. Tng quan v GIS 3 2.1.1. nh  GIS 3 2.1.2. Các thành phn  bn ca GIS 4 2.1.3. Mô hình d liu ca GIS 5 2.1.4. Chc  ca GIS 7 2.2. Tng quan v cht ng c 7 2.2.1. Khái nim 7 2.2.2. Thông s cht ng c 7 2.2.3. Quy chun k thut Vit Nam v cht lng c mt 8 iv 2.2.4. Quá trình lan truyn cht trong c 9 2.3. Thut toán ni suy 10 2.3.1. IDW 11 2.3.2. Spline 12 2.3.3. Kriging 13 2.3.4. Nhn xét chung v 3 thut toán 15 2.4. Tng quan nghiên cu 15 2.4.1. Th gii 15 2.4.2. Trong c 17  3. TNG QUAN V KHU VC NGHIÊN CU 19 3.1. V trí a lý 19 3.2. u kin t nhiên 20 3.2.1. a hình 20 3.2.2. Khí hu 21 3.2.3. Ngun c 21 3.3. u kin kinh t - xã hi 25 3.3.1. Kinh t 25 3.3.2. Xã hi 27  4.  PHÁP NGHIÊN CU 28 4.1. D liu 28 4.1.1. D liu quan trc cht ng c 28 v 4.1.2. Bn  nn 28 4.2. Thc hin ni suy và  giá 30 4.2.1. Ni suy 30 4.2.2.  giá 30 4.3.  pháp nghiên cu 31  5. KT QU 33 5.1. Xây dng  s d liu quan trc cht ng c 33 5.1.1. Thành lp bn  v trí mng i quan trc 33 5.1.2. Liên kt s liu quan trc cht ng c vi ta  các trm  ng 34 5.2. Thc hin ni suy và  giá cho thông s DO 35 5.2.1.  pháp ni suy IDW 36 5.2.2.  pháp ni suy Kriging 37 5.2.3.  pháp ni suy Spline 39 5.3. Thc hin ni suy và  giá cho thông s COD 40 5.3.1.  pháp ni suy IDW 41 5.3.2.  pháp ni suy Kriging 42 5.3.3.  pháp ni suy Spline 44 5.4. Thc hin ni suy và  giá cho thông s BOD 46 5.4.1.  pháp ni suy IDW 47 5.4.2.  pháp ni suy Kriging 48 vi 5.4.3.  pháp ni suy Spline 50 5.5. So sánh  chính xác ca các  pháp ni suy 52 5.6. Biên tp, thành lp bn  53 5.6.1. Bn  nng  DO 53 5.6.2. Bn  nng  COD 55 5.6.3. Bn  nng  BOD 57 5.7. Tho lun 59  6. KT LUN VÀ KIN NGH 61 6.1. Kt lun 61 6.2. Kin ngh 61 TÀI LIU THAM KHO 63 vii DANH MỤC VIẾT TẮT TN&MT Tài nguyên và môi ng GIS Geography Information System SWAT Soil and Water Assessment Tool QCVN Quy chun Vit Nam viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bng 2.1 Giá tr gii hn ca DO, COD, BOD trong  giá cht ng c mt 9 Bng 3.1 Quy mô các mt s khu công nghip 26 Bng 4.1 Thông tin thành phn d liu 28 Bng 4.2 Thông tin các lp d liu nn 29 Bng 5.1 So sánh nng  DO ca m quan trc và ni suy theo  pháp IDW 37 Bng 5.2 So sánh nng  DO ca m quan trc và ni suy theo  pháp Kriging 39 Bng 5.3 So sánh nng  DO ca m quan trc và ni suy theo  pháp Spline . 40 Bng 5.4 So sánh nng  COD ca m quan trc và ni suy theo  pháp IDW . 42 Bng 5.5 So sánh nng  COD ca m quan trc và ni suy theo ng pháp Kriging 44 Bng 5.6 So sánh nng  COD ca m quan trc và ni suy theo  pháp Spline 46 Bng 5.7 So sánh nng  BOD ca m quan trc và ni suy theo  pháp IDW . 48 Bng 5.8 So sánh nng  BOD ca m quan trc và ni suy theo  pháp Kriging 50 Bng 5.9 So sánh nng  BOD ca m quan trc và ni suy theo  pháp Spline 52 Bng 5.10 So sánh ch s R 2 và NSI ca các thông s cht ng c trong mùa  52 Bng 5.11 So sánh ch s R 2 và NSI ca các thông s cht ng c trong mùa khô 53 [...]... ô nhiễm cao và có cái nhìn tổng quán về thực trạng ô nhiễm nƣớc trên địa bàn tỉnh 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung của nghiên cứu nhằm đánh giá chất lƣợng nƣớc tại tỉnh Đồng Nai thông qua việc ứng dụng GIS và thuật toán nội suy Mục tiêu cụ thể nhƣ sau:   Sử dụng thuật toán nội suy mô phỏng các thông số chất lƣợng nƣớc  Nhận xét đánh giá diễn biến chất lƣợng nƣớc  1.3 Ứng dụng GIS xây dựng... thể lợi dụng xả thải trực tiếp mà không qua xử lý khiến cho nguồn nƣớc bị ô nhiễm Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, với ƣu điểm là đánh giá chất lƣợng nƣớc một cách nhanh chóng thì công nghệ GIS và thuật toán nội suy sẽ giúp ta dễ dàng quản lý môi trƣờng và nguồn nƣớc một cách toàn diện 1 Do đó, đề tài Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy đánh giá chất lƣợng nƣớc tại tỉnh Đồng Nai đƣợc... đó Hiện nay, có nhiều thuật toán nội suy khác nhau, nhƣng mỗi thuật toán có điểm mạnh riêng Có thể phân loại theo cách sau:  Nội suy điểm/ Nội suy bề mặt  Nội suy toàn diện/ Nội suy địa phƣơng  Nội suy chính xác/ Nội suy gần đúng Tuy nhiên trong đề tài chỉ đề cập đến 3 phƣơng pháp nội suy thông dụng trong ArcGIS đó là IDW, Spline, Kriging 10 2.3.1 IDW Phƣơng pháp IDW xác định giá trị của các điểm... cũng nhƣ khoa học kỹ thuật nói chung, phƣơng pháp nội suy ngày càng đƣợc ứng dụng nhiều Tuy nhiên do điều kiện tự nhiên đặc thù của Việt Nam thì phƣơng pháp nội suy chủ yếu dùng vào đánh giá các yếu tố khí tƣợng do đó các nghiên cứu sử dụng trong đánh giá chất lƣợng nƣớc khá ít, chủ yếu tập trung vào các mô hình toán ứng dụng Một số nghiên cứu sử dụng mô hình toán để đánh giá chất lƣợng nƣớc nhƣ: ... đến phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc có 2 phƣơng pháp phổ biến: Ứng dụng mô hình toàn và phƣơng pháp nội suy Một số mô hình toán đƣợc sử dụng nhƣ là MIKE, NAM, SWAT, QUAL2E, WASP5, CE- QUAL - RIV1… Một số nghiên cứu sử dụng GIS và phƣơng pháp nội suy không gian trong quản lý chất lƣợng nƣớc: 15  Tác giả Cynthia Meyer (2006) đã thực hiện đề tài với mục tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc tại hạt Pinellas,... Tiếng  Phan Viết Chính (2011) đã thực hiện đề tài ứng dụng mô hình toán đánh giá chất lƣợng nƣớc hạ lƣu sông Đồng Nai đến năm 2020, trong bài sử dụng mô hình toán dòng chảy một chiều MIKE 11 để phỏng đoán đánh giá chất lƣợng nƣớc hạ lƣu sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa hiện trạng năm 2005 và mô phỏng dự báo chất lƣợng nƣớc năm 2011 và 2020 do tác động bởi các nguồn xả thải của đô thị... thông qua các dữ liệu quan trắc Hơn nữa, nội suy mờ có thể đƣợc sử dụng để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng từ dữ liệu trực tiếp, mà không cần xem xét dữ liệu thống kê Phƣơng pháp nội suy mờ, áp 16 dụng cho giám sát chất lƣợng nƣớc cho phép mô tả tốt hơn việc phân loại dựa trên các quy chuẩn kỹ thuật Phƣơng pháp nội suy mờ giúp cải thiện độ tin cậy của việc đánh giá chất lƣợng nƣớc 2.4.2 Trong nƣớc Hiện... lƣợng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nƣớc 2.2.3 Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về chất lƣợng nƣớc mặt Tiêu chuẩn này quy định giới hạn các thông số và nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm và đánh giá mức độ ô nhiễm của một nguồn nƣớc mặt Có nhiều thông số chất lƣợng nƣớc dùng để đánh giá nhƣng trong đề tài chỉ sử dụng 3 thông số có mức độ thông dụng. .. bàn tỉnh:  Sông Đồng Nai: Sông Đồng Nai chảy vào tỉnh Đồng Nai ở bậc địa hình thứ 3 và là vùng trung lƣu của sông Đoạn từ ranh giới Đồng Nai - Lâm Đồng đến cửa sông Bé Tân Uyên sông chảy theo hƣớng tây bắc – đông nam Địa hình lƣu vực đoạn trung lƣu từ 100-300m, đoạn từ Tà Lài đến Trị An có nhiều thác ghềnh Đoạn 21 sau Trị An sông chảy êm đềm, lòng sông mở rộng và sâu Các phụ lƣu lớn của sông Đồng Nai. .. sông Đồng Nai, nguồn nƣớc tại những vị trí ở vùng miền núi nhƣ bến đò Nam Cát Tiên hay nơi hợp lƣu giữa sông Bé và sông Đồng Nai có chất lƣợng tốt, hầu hết các thông số quan trắc đạt tiêu chuẩn cho phép, nƣớc sử dụng tốt cho mục đích sinh hoạt Tuy nhiên, chất lƣợng nƣớc trên sông Đồng Nai đoạn qua thành phố Biên Hòa và huyện Long Thành lại bị ô nhiễm do các chất hữu cơ, Fe và vi khuẩn gây bệnh Tại những . BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI TỈNH ĐỒNG NAI . Họ và tên sinh viên: TẠ THANH TÙNG Ngành: Hệ thống Thông tin Môi trƣờng Niên khóa: 2010 – 2014 Tháng 6/2014 ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI TỈNH. hin ni suy và  giá cho thông s DO 35 5.2.1.  pháp ni suy IDW 36 5.2.2.  pháp ni suy Kriging 37 5.2.3.  pháp ni suy Spline 39 5.3. Thc hin ni suy và  giá cho