Xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Lam, Nghệ An

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUANG VINH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG LAM, NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUANG VINH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG LAM, NGHỆ AN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60. 44. 03. 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS VÕ CHÍ MỸ TS. ĐỖ HỮU TUẤN Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Võ Chí Mỹ và TS. Đỗ Hữu Tuấn. Các số liệu, mô hình toán và những kết quả trong luận văn là trung thực. Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên. Nguyễn Quang Vinh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1.Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu. 1 2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 2 3. Địa điểm, đối tượng và nội dung nghiên cứu 3 5. Cấu trúc của luận văn 4 6. Lời cảm ơn 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 1.1. Tổng quan sự phát triển kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 5 1.2. Bản đồ môi trường: 16 1.3. Tổng quan về chỉ số môi trường 20 1.4. Tổng quan về GIS 23 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1. Ứng dụng GIS: 27 2.2. Quy trình thành lập bản đồ môi trường 30 2.3. Phương pháp xây dựng chỉ số WQI (Water Quality Index) 32 2.4. Phương pháp thực nghiệm xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Lam . 40 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 49 3.1. Cơ sở dữ liệu và hiện trạng môi trường khu vực sông Lam 49 3.2. Kết quả xây dựng bản đồ chất lượng nước sông Lam: 67 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Sông Lam, Nghệ An 5 Hình 2. Mô hình tháp dữ liệu 21 Hình 3. Mô hình tổ chức dữ liệu CSDL GIS môi trường 28 Hình 4. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu 29 Hình 5. Quy trình thành lập bản đồ môi trường 31 Hình 6. Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ môi trường 32 Hình 7. Mô hình thực nghiệm xây dựng bản đồ phân vùng nước sông Lam 40 Hình 8. Tạo PersonalGeodatabase 41 Hình 9 : Mô tả tổ chức dữ liệu nền địa hình Sông Lam – Nghệ An 42 Hình 10. Chọn lớp cần chạy sửa lỗi 43 Hình 11.Sửa lỗi Topology được thực hiện trong Arcmap 44 Hình 12. Bảng thuộc tính của lớp khu chức năng 45 Hình 13. Bảng thuộc tính của lớp Điểm Dân Cư 45 Hình 14. Bảng thuộc tính của lớp sông suối 46 Hình 15. Bảng dữ liệu môi trường nước mặt 46 Hình 16. Bảng thuộc tính của lớp quan trắc dạng điểm 47 Hình 17. Hộp thoại Table, nhập dữ liệu thuộc tính 47 Hình 18. Hộp thoại phương pháp nội suy Spline 48 Hình 19. Hộp thoại công cụ Mask 48 Hình 20. Diễn biến hàm lượng DO tại các điểm quan trắc Sông Lam 56 Hình 21. Diễn biến hàm lượng COD tại các điểm quan trắc Sông Lam 56 Hình 22. Diễn biến hàm lượng BOD5 tại các điểm quan trắc Sông Lam 57 Hình 23. Diễn biến hàm lượng TSS tại các điểm quan Sông Lam 57 Hình 24. Diễn biến hàm lượng các hợp chất N-NH4+ tại các điểm quan trắc Sông Lam 58 Hình 25. Diễn biến hàm lượng Coliform tại các điểm quan trắc Sông Lam 59 Hình 26. Biểu đồ các thông số DO, BOD, COD, SS tại các điểm quan trắc 2012 60 Hình 27. Biểu đồ các thông số DO, BOD, COD, SS tại các điểm quan trắc 2013 60 Hình 28. Giá trị chỉ số WQI tại các điểm lấy mẫu 65 Hình 29. Tỉ lệ giá trị WQI thuộc các mức phân loại chất lượng nước 65 Hình 30. Sơ đồ chất lượng nước sông Lam – Nghệ An 2012 67 Hình 31. Sơ đồ chất lượng nước sông Lam – Nghệ An năm 2013 68 Hình 32. Sơ đồ so sánh chất lượng nước tại các điểm trên sông Lam 68 Hình 33. Kết quả chạy nội suy năm 2012 69 Hình 34. Kết quả chạy nội suy năm 2013 69 Hình 35. Sơ đồ phân vùng nước sông Lam đoạn qua Anh Sơn 70 Hình 36. Sơ đồ phân vùng nước sông Lam đoạn Hưng Nguyên – Cửa Hội 70 Hình 37. Nhà máy xi măng Anh Sơn trong quá trình hoạt động 71 Hình 38. Một trong những bãi tập kết rác của các xã ven sông 72 Hình 39. Rác thải sau một buổi chợ tại cảng cá Cửa Hội 72 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Các công thức tập hợp tính WQI [2, 3, 5, 7, 9] 34 Bảng 2. Bảng quy định các giá trị qi, BPi 37 Bảng 3. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa 38 Bảng 4. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH 39 Bảng 5. Phân loại ô nhiễm nguồn nước mặt 40 Bảng 6. Thiết bị quan trắc và phương pháp phân tích môi trường nước 49 Bảng 7. Vị trí quan trắc đưa vào tính toán 50 Bảng 8. Thông tin về hoạt động lấy mẫu 51 Bảng 9. Tổng hợp kết quả phân tích các mẫu nước mặt dọc tuyến sông Lam 53 Bảng 10. Tổng hợp kết quả phân tích các mẫu nước mặt dọc tuyến sông Lam 54 Bảng 11. Giá trị i của các thông số 61 Bảng 12. Giá trị qi của các thông số 62 Bảng 13. Kết quả tính toán WQI thông số chất lượng nước sông Lam 63 Bảng 14. Kết quả tính toán chỉ số WQI và mức đánh giá chất lượng nước sông Lam 2012 và 2013 64 KÝ HIỆU VIẾT TẮT ĐMC - Đánh giá môi trường chiến lược ĐTM - Đánh giá tác động môi trường NSF - National Sanitation Foundation (Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ) WQI - Water Quality Index - Chỉ số chất lượng nước CSDL – Cơ sở dữ liệu 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu. Trong những năm gần đây, vấn đề ô nhiễm, suy thoái và tai biến môi trường toàn cầu đang có những biến đổi theo chiều hướng ngày càng tăng. Các quốc gia, các tổ chức quốc tế đã và đang có những ưu tiên, phối hợp hành động, cùng hợp tác giải quyết các vấn đề môi trường bức xúc đặt ra. Nhu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, sự phát triển kinh tế - xã hội mạnh mẽ đã gây những tác động nghiêm trọng tới các thành phần tài nguyên và môi trường mà đối tượng chịu ảnh hưởng rõ nét nhất, nhạy cảm nhất là các nguồn nước. Nhiều vấn đề môi trường cấp bách đã và đang diễn ra rất phức tạp ở quy mô địa phương cũng như trên hầu hết các lưu vực sông như: Diện tích rừng tự nhiên bị thu hẹp, đa dạng sinh học bị giảm sút, tài nguyên nước bị ô nhiễm nặng nề Cùng với tính chất cực đoan của quá trình biến đổi khí hậu, các hiện tượng tai biến môi trường như bão tố, lũ lụt cũng xảy ra thường xuyên, mà các vùng hạ lưu sông là khu vực nhạy cảm bị tác động mạnh mẽ nhất. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng nề. Hệ thống chính sách, văn bản pháp quy liên quan đến bảo vệ môi trường lưu vực sông cũng thiếu và chưa đồng bộ, nguồn kinh phí đảm bảo cho các hoạt động bảo vệ môi trường lưu vực sông cũng chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế; chưa có hệ thống dữ liệu - thông tin phục vụ quản lý môi trường lưu vực sông. Với thực trạng này, để đảm bảo tốt cũng tác quản lý môi trường lưu vực sông, trước tiên cần phải xác định cách tiếp cận đúng nhằm đảm bảo hài hòa mục tiêu phát triển kinh tế với bảo vệ môi trường lưu vực sông. Sông Lam là một trong các dòng sông lớn của Việt Nam bắt nguồn từ Xiengkhoang, Lào chảy qua địa phận tỉnh Nghệ An và đổ ra biển Đông tại Cửa Hội. Sông Lam chính là ranh giới giữa 2 tỉnh Nghệ An – Hà Tĩnh, chảy qua huyện Hưng Nguyên, thành phố Vinh, xã Nghi Lộc rồi đổ ra biển. Hạ nguồn sông Lam đang và sẽ chịu tác động mạnh của sự phát triển công nghiệp hóa – hiện đại hóa khi thành phố Vinh đang trong quá trình phát triển lên thành trung tâm kinh tế, văn hóa vùng 2 Bắc Trung Bộ kéo theo sự phát triển của các khu vực xung quanh với mật độ dân số phát triển mạnh chạy ven sông Lam. Dự án con đường du lịch ven sông Lam cùng với nhà máy đóng tàu và các khu công nghiệp ven sông Lam sẽ ảnh hưởng không ít đến môi trường nước của con sông này. Rút ra bài học từ các con sông chảy qua các thành phố lớn đông dân cư và các khu công nghiệp như Sông Nhuệ, sông Thị Vải… đang bị ô nhiễm nặng nề, ngay từ đầu sẽ phải chú trọng đến việc nghiên cứu đánh giá hiện trạng, dự báo xu thế diễn biến môi trường chất lượng nước sông Lam nhằm nâng cao năng lực quản lý môi trường sông Lam là vấn đề bức xúc, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn. Hiện nay việc thành lập các bản đồ môi trường lưu trữ và hiển thị các dữ liệu môi trường hỗ trợ mạnh mẽ cho công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên, phản ánh sự thay đổi của môi trường dưới tác động của các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội của con người. Đồng thời chỉ số chất lượng nước (WQI) và phân vùng chất lượng nước là công cụ giúp đánh giá mức độ ô nhiễm từng đoạn sông phục vụ mục đích quy hoạch sử dụng hợp lý nguồn nước mặt và xây dựng định hướng kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi trường nước. Để quản lý môi trường khu vực sông Lam có hiệu quả cần phải có một cơ sở dữ liệu đầy đủ, chính xác, với khả năng cập nhật kịp thời và nhanh chóng sự biến động chất lượng môi trường nước trong khu vực. Đề tài luận văn thạc sỹ "Xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Lam, tỉnh Nghệ An" được lựa chọn là xuất phát từ nhu cầu thực tế và có tính thực tiễn, vì sự phát triển bền vững của khu vực Sông Lam nói riêng và của tỉnh Nghệ An nói chung. 2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài Mục tiêu của đề tài : Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thành lập bản đồ môi trường; tính toán chỉ số chất lượng nước WQI nhằm phục vụ quản lý môi trường. Từ đó hướng tới thành lập được phương pháp để xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước khu vực sông Lam dựa trên chỉ số WQI. Để hoàn thành được mục tiêu đó, đề tài tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: [...]... số chất lượng nước (WQI) cho sông Lam, Nghệ An 4 Thành lập phương pháp xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Lam dựa trên chỉ số WQI: Tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT; Thử nghệm xây dựng bản đồ hiện trạng chất lượng nước sông Lam theo chỉ số WQI; 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu giúp học viên nắm chắc được kiến thức cơ bản. .. thức về thành lập bản đồ dựa trên các ứng dụng của GIS trên thế giới và ở nước ta - Thu thập tài liệu thống kê, bản đồ và các dữ liệu mô tả khác ở khu vực nghiên cứu - Thu thập các dữ liệu về chất lượng nước sông Lam, từ đó xây dựng bản đồ chất lượng nước sông Lam theo phương pháp tính WQI tiêu chuẩn Việt Nam - Từ các kết quả thực nghiệm, chạy thử mô hình nội suy chất lượng nước sông Lam trên nền chương... MT năm 1996 Trong bài “Nghiên cứu WQI để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu”, TS Tôn Thất Lãng đã xây dựng chỉ số chất lượng nước khu vực hệ thống sông Hậu theo phương pháp Delphi [6] + Đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo WQI và đánh giá sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng thành phố HCM” của PGS.TS Lê Trình - Phân viện CN mới và BVMT đã ứng dụng và cải tiến các mô... ra các quyết định phân bổ tài chính và xác định các vấn đề ưu tiên + Phân vùng chất lượng nước + Thực thi tiêu chuẩn: WQI có thể đánh giá được mức độ đáp ứng/không đáp ứng của chất lượng nước đối với tiêu chuẩn hiện hành + Phân tích diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian + Công bố thông tin cho cộng đồng + Nghiên cứu khoa học: các nghiên cứu chuyên sâu về chất lượng nước thường không... vực sông Lam, tỉnh Nghệ An (dọc theo Quốc lộ 7) 3.2 Đối tượng nghiên cứu Các đối tượng chuyên đề về môi trường như các nhóm lớp sau: Nước mặt, các nguồn gây ô nhiễm và chất lượng nước theo WQI 3.3 Nội dung nghiên cứu: 1 Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội và môi trường khu vực nghiên cứu 2 Xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước quản lý môi trường khu Sông Lam 3 Nghiên cứu tổng quan về... tin cho cộng đồng về chất lượng môi trường, nâng cao nhận thức bảo vệ môi trường cho cộng đồng 1.3.1 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI) Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index- WQI) là một chỉ số tổ hợp được tính toán từ các thông số chất lượng nước xác định thông qua một công thức toán học WQI dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và được biểu diễn qua một thang điểm[12] Hiện nay có... (Bhargara) để phân vùng chất lượng nước và đánh giá khả năng sử dụng nước các sông + Trong đề tài khoa học CN của thành phố Hà nội “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước các sông, hồ, trên địa bàn thành phố Hà nội theo mô hình chỉ số chất lượng nước (WQI) được sở KHCN – thành phố Hà nội, Viện Môi trường phát triển bền vững chủ trì và PGS.TS Lê Trình làm chủ nhiệm thực hiện 2008-2009 Đề tài đã khảo sát phân. .. trường và xây dựng bản đồ môi trường - Phương pháp GIS: Sử dụng các phần mềm tương thích nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu và xây dựng các trường dữ liệu trong Arc GIS - Xây dựng chỉ số WQI theo phương pháp tính chỉ số chất lượng nước WQI theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT của Tổng cục môi trường Việt Nam 2.1 Ứng dụng GIS: 2.1.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS: Hiện nay, vấn đề môi trường sông Lam cần được quan tâm... thiết bị lạc hậu, ô nhiễm chất hữu cơ tại các vùng chế biến thực phẩm và lan rộng ra xung quanh, ven các cụm dân cư lớn Do lượng nước lấy từ nước ngầm quá lớn trong những năm qua, mực nước ngầm hiện tại đã hạ xuống, chất lượng nước đang dần xấu đi, một số chất có hàm lượng tăng lên rõ rệt c Các nguy cơ tiềm ẩn Công nghiệp hoá, hiện đại hoá, tăng dân số các vùng thuộc lưu vực sông Lam đã thúc đẩy việc... trường Một bản đồ môi trường có chất lượng, có thể biểu thị phân bố không gian của các nội dung môi trường, thể hiện một cách rõ ràng, chân thực và trực quan, mà không một văn bản, tài liệu thống kê nào diễn đạt nổi Ngôn ngữ bản đồ là công cụ hiệu quả để biểu thị sự phân bố các yếu tố môi trường, biểu thị các đặc trưng về sự biến động về số lượng và chất lượng môi trường theo không gian và thời gian[7] . mức phân loại chất lượng nước 65 Hình 30. Sơ đồ chất lượng nước sông Lam – Nghệ An 2012 67 Hình 31. Sơ đồ chất lượng nước sông Lam – Nghệ An năm 2013 68 Hình 32. Sơ đồ so sánh chất lượng nước. pháp xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Lam dựa trên chỉ số WQI: Tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT; Thử nghệm xây dựng bản đồ hiện trạng chất lượng. cứu. 2. Xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước quản lý môi trường khu Sông Lam. 3. Nghiên cứu tổng quan về phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Lam, Nghệ An. 4.