Giới thiệu chung về ứng dụng GIS trong quản lý môi trường

Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, đến mô hình hoá quản lý cá

Giới thiệu chung về ứng dụng GIS

trong môi trưường

Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trưường Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, đến mô hình hoá quản lý các sự cố môi trưường hiện đang được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến môi trưường ngày càng hữu hiệu hơn

Xu hướng hiện nay trong quản lý môi trưường là sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS Sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả năng hơn, mạnh hơn và các ứng dụng GIS cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng bởi các khả năng hiển thị dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tuỳ biến

Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý môi trưường Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS

GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc

GIS cũng được sử dụng để đánh giá các sự cố môi trưường Các cơ quan chính phủ và địa phương phải đối phó nhanh chóng với thiên tai, các rủi ro trong công nghiệp và các sự cố môi trưường Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số

Việc chia xẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS Các nguồn

dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn

Quản lý Tài nguyên Thiên nhiên

GIS là công cụ đắc lực trong quản lý tài nguyên thiên nhiên GIS có thể được dùng để tạo bản đồ phân bố tài nguyên, kiểm kê, đánh giá trữ lượng tài nguyên, Những ứng dụng của GIS trong lĩnh vực này là không giới hạn

QUẢN LÝ VÀ QUY HOẠCH MÔI TRƯỜNG

Xu hướng hiện nay trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch môi trưường là sử dụng tối đa những khả năng cho phép của GIS GIS cho phép hiển thị những dữ liệu ba chiều, phân tích không gian, giao diện tuỳ biến, do đó những ứng dụng của GIS trong lĩnh vực này là rất đa dạng

Xây dựng dữ liệu môi trưường

Với một hệ GIS, bạn có thể phân tích và tinh lọc dữ liệu phục vụ

công việc quan trắc, đánh giá các đối tượng môi trưường và nghiên

cứu tính khả thi Các dữ liệu, chẳng hạn ảnh trắc địa, ảnh thuỷ học,

ảnh không gian, có thể được tổ chức và đánh giá nhờ GIS Một

nguồn dữ liệu rất quan trọng là sự kết hợp giữa GIS với GPS (hệ

thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám

Quản lý dữ liệu môi trưường

Dự án Lưu vực sông Santa Ana ở California đã sử dụng GIS làm công cụ quản lý và giám sát mực nước, chất lượng nước, và các nguồn lượngi từ vùng lưu vực nhờ công cụ quản lý cơ sở dữ liệu và tạo bản đồ của GIS Nhờ đó việc quản lý một lượng dữ liệu đồ sộ trở nên hiệu quả hơn nhiều so với

sử dụng một hệ thống phi GIS

Giám sát, dự báo những biến đổi môi trưường toàn cầu

WRI đã sử dụng dữ liệu và phần mềm GIS từ năm 1994 để biên dịch các thông tin về sự thay đổi môi trưường có tính toàn cầu toàn cầu, dự báo tác động của những xu hướng biến động nguy hiểm (mất rừng, ô nhiễm đại dương, xói mòn ven bờ), từ đó vạch ra những chiến lưược sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên, nhằm thiết lập mối cân bằng ổn định của môi trưường trên toàn cầu

Quy hoạch các nhân tố môi trưường

Sử dụng khả năng phân tích của GIS, bạn có thể quản lý được mối quan

hệ giữa các nhân tố môi trưường tự nhiên cũng như xã hội Từ những phân tích này, các chiến lưược quy hoạch cho từng đối tượng và cho tổng thể chung được xây dựng Chẳng hạn, GIS được sử dụng để xây dựng

mô hình kiểm soát động vật hoang dã California trong cơ cấu kế hoạch chung của thành phố

Quản lý Chất thải

GIS cho phép các nhà quản lý chất thải đánh giá hiện trạng chất thải hiện

nay và dự đoán trong tương lai Ngoài ra, các nhà quản lý có thể chia xẻ

thông tin giữa các tổ chức và kết hợp với các cơ quan điều chỉnh để cải thiện vấn đề kiểm soát, vận chuyển và chôn lấp rác thải

Sở Ðo đạc Ðịa chất bang Georgia (GGS) đã dùng GIS để quản lý cơ sở dữ liệu về 118 bãi chôn lấp chất thải rắn cho phép Các thông tin trong cơ sở dữ liệu bao gồm tên bãi chôn lấp, vị trí, kinh độ, vĩ

độ, đường vào bãi chôn lấp, dung tích bãi, vùng châu thổ sông chính và mã đơn vị thuỷ văn của vùng châu thổ này

Hỗ trợ quản lý các sự cố môi trưường

Với GIS bạn có thể đánh giá chiến lưược đối phó và nỗ lực chống chịu trưước các sự cố môi

trưường Ví dụ khi xảy ra ô nhiễm do rò rỉ khí độc, bạn có thể xác định các vùng liền kề chịu ảnh hưởng, các vùng chịu ảnh hưởng do phát tán, và các vị trí bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Nghiên cứu và Quản lý Hệ sinh thái

Với một hệ GIS, bạn có thể phân tích toàn bộ hệ sinh thái GIS được sử

dụng để mô phỏng hệ sinh thái như một đơn vị hoàn chỉnh; hiển thị hình

ảnh của các vùng nhạy cảm

Cục Quản lý Ðất đai Mỹ sử dụng GIS để quản lý các hệ sinh thái vùng châu thổ sông Colưu mbia: đánh giá tác động môi trưường, phát triển quy hoạch chiến lưược, xây dựng bản đồ

mô tả toàn bộ hệ thống

Trong quản lý nước/nước thải, GIS được dùng cùng với các nhiệm vụ quy hoạch, điều khiển, bảo quản mạng lưưới nước/nước thải.

Ðánh giá tình trạng vệ sinh của hệ thống cống rãnh

Có thể sử dụng GIS để đánh giá nhu cầu hiện tại và tương lai trong vấn đề

nước và thoát nước Black & Veatch dùng GIS để quản lý hệ thống cống

rãnh của thành phố Garland GIS tính toán dòng chảy kết hợp dữ liệu sử

dụng đất, tổng dân số, số lượng lao động của mỗi khu vực thoát nước Sau

đó GIS sẽ chạy các mô hình khác nhau và hiển thị các kết quả đánh giá

tình trạng vệ sinh

Kiểm kê và giám sát Hệ thống nước và nước thải

Board of Public Works (BPW) for Holland, Michigan, đã thay thế hệ thống kiểm soát nước/nước thải thủ công cũ bằng GIS GIS cho phép mỗi đơn vị cập nhật số liệu của mình và bảo quản tính toàn vẹn một cách tự động

Tỉnh Louisville và Jefferson đã dùng GIS hỗ trợ thiết lập chương trình nước thải điển hình GIS được sử dụng để định vị các trạm chắn, trạm bơm nước thải, ống dẫn chính và các dự án nước thải hiện tại Ðể nhận dạng, các đặc tính, các dự án đều được bản đồ hoá trong toàn bộ hệ thống

Ðánh giá chất lượng nước

Tỉnh King, Washington, đã sử dụng GIS để đánh giá chất lượng nước trong toàn tỉnh GIS cung cấp cho người sử dụng khả năng tập hợp tất cả các mẫu chất lượng nước hoặc chỉ một số mẫu được lựa chọn trong quá trình phân tích Sau đó các mẫu được phân tích và hiển thị nhờ GIS

nước và nước thải

vào dự án sửa chữa

ỨNG DỤNG CỦA GIS trong đánh giá tác động môi trưường

1 Xác định các tác động không gian của các tác nhân gây hại liên quan đến các thực thể như trưường học, bệnh viện, các trung tâm điều trị,

 Phân loại các thực thể theo loại, thưường sử dụng mã màu

 Phân loại các tác nhân gây hại theo kiểu tác động

 Xác định cơ sở hạ tầng như đường giao thông

 Tạo vùng đệm xung quanh mỗi tác nhân gây hại: 500 m, 1000 m, 1500 m

 Chồng xếp các vùng đệm vào các thực thể

 Phân tích các bản đồ kết quả: thực thể nào chịu tác động nhiều nhất, thực thể nào chịu tác động ít nhất; trong trưường hợp xảy ra sự cố, khoảng cách đến bệnh viện hoặc trung tâm điều trị gần nhất là bao nhiêu; bệnh viện hoặc trung tâm điều trị nào có trang thiết bị đầy đủ nhất

2 Xác định vị trí để thiết lập một nhân tố hoặc một cơ sở hạ tầng nào đó.

 Sử dụng kỹ thuật đánh giá đa chuẩn (MCE) hoặc phép logic mờ để lựa chọn liệu vị trí A có tốt hơn vị trí B và C hay không, bằng phép chồng xếp một số bản đồ Mỗi bản đồ biểu diễn một thông số xác định và mỗi thông số có các mức khác nhau về cưường độ và độ lớn Mỗi bản

đồ cũng xác định một tiêu chuẩn xác định

 Mỗi bản đồ là đặc trưng so với các bản đồ khác

 Bản đồ kết quả được xếp loại theo mức độ thích hợp tương đối với các tiêu chuẩn

 Phân tích độ nhạy cảm có thể được thực hiện nhờ các kỹ thuật MCE khác hoặc so sánh kết quả nhờ phép logic mờ

 Các dữ liệu đầu ra có thể là các dự báo

3 Xác định đường đi nhanh nhất của quá trình thải chất thải lỏng dọc theo các kênh dẫn nước.

 Các thực thể được định vị ở các độ cao khác nhau

 Xác định kênh nào có thể là tuyến đường ngắn nhất (đổ ra biển) theo độ cao của vùng, sử dụng phương pháp đường đi tối ưu Xây dựng một vùng đệm xung quanh đường được chọn (dùng mã màu nếu có các cấp độ)

 Chồng xếp bản đồ lên bản đồ thực thể và đánh giá các tác động, thực thể nào sẽ chịu tác động

Giám sát và Dự báo các sự cố Môi trưường

GIS có thể giúp ích cho công việc quản lý và phân tích sự cố môi trưường, bằng cách chỉ ra các vùng

có khả năng gặp những sự cố thiên nhiên hoặc do con người

Phá huỷ của lũ

Với GIS, bạn có thể xác định được những vùng sẽ chịu ảnh hưởng của lũ dựa vào cấu trúc từng vùng Ngoài ra, GIS còn được dùng để tính toán những thiệt hại có thể xảy ra: ưước tính thiệt hại tài chính, phá huỷ cơ sở

hạ tầng và những ảnh hưởng đối với vùng không có lũ do thiệt hại từ các ảnh hưởng dịch vụ

Trượt đất

Dùng các khả năng của GIS để phân tích độ dốc, địa chất và độ ổn định đất, bạn có thể định danh được những vùng gặp sự cố do trượt đất

Khi những vùng này đã được định danh, những thông tin này sẽ giúp hiệu chỉnh kế hoạch phát triển và xây dựng củng cố các công trình cấu trúc

để bảo vệ những vùng có nguy cơ cao

Sự cố địa chấn

Bằng quá trình định danh địa hình, vị trí địa lý, kỹ thuật xây dựng, GIS có thể giúp dự báo thời gian và địa điểm có thể xảy ra các sự cố như động đất, núi lửa, cũng như hậu quả có thể có

Cơ quan kiểm soát sự cố địa chấn của Portland, bang Oregon, Mỹ đã sử dụng các phần mềm

ARC/INFO, ArcView GIS và MapObjects để trợ giúp dự báo và chuẩn bị đối phó với các sự cố

Bản đồ động đất: Một trong những thông tin đầu vào cần thiết là thổ nhưỡng và kết cấu đất Sử dụng GIS để phủ dữ liệu về cơ sở hạ tầng, công trình xây dựng, dân cư, các nhà quy hoạch Portland đã tạo bản đồ dự báo động đất, sức chịu đựng của từng vùng Ngoài ra, GIS còn trợ giúp xác định những công trình có nguy cơ chịu rủi ro cao

Ðánh giá và quản lý rủi ro vùng ven biển

Công nghệ GIS được sử dụng trong giám sát các sự cố và bản đồ hoá

những địa điểm chịu rủi ro của vùng ven biển, tạo cơ sở để phân vùng,

quy hoạch sử dụng đất, phân phối tài nguyên khi tái thiết cơ sở vật chất

sau bão và phòng chống trước bão Mô hình dựa vào GIS hớng tưới các

mục đích chính:

 Xây dựng một cơ sở dữ liệu về các cơn bão đã xảy ra trong lịch

sử

 Xây dựng cơ sở dự báo sự tơng tác của bão với các điều kiện tự

nhiên của vùng duyên hải và các đảo

 Phân vùng, xác định và mô tả các vùng có khả năng xảy ra sự cố

 Xây dựng phương pháp giảm nhẹ tổn thất

Các tham số đầu vào: Việc bản đồ hoá một cách có hệ thống những rủi ro của vùng duyên hải

và các đảo đòi hỏi phải thu thập một lượng lớn số liệu về địa hình, các đảo, vùng ngập lụt, rừng che phủ và đường giao thông Các số liệu này được số hoá từ các bản đồ giấy, ảnh không gian và các khảo sát thực địa Tiếp theo các dữ liệu chi tiết hơn sẽ được bổ sung vào cơ sở dữ liệu của GIS, nh các yếu tố địa lý, khí hậu, các quá trình địa chất và các đặc điểm của bão, đặc điểm của thảm thực vật che phủ (rừng ma, rừng ngập mặn, thảm cỏ và cây bụi ) Tất cả những yếu tố này quyết định khả năng chống chịu của một vùng

Ví dụ minh hoạ với trường hợp đảo Jekyll: vì là đảo chắn bão nên đảo Jekyll lưu ôn phải chịu các cơn bão nhiệt đưới Các bản đồ của đảo, đường xá, thảm thực vật đã được số hoá bằng phần mềm ARC/INFO Thiết bị GPS được sử dụng để định vị chính xác các thảm thực vật Các bản đồ bão và vùng ngập lụt cũng được số hoá cùng các dữ về bão trong quá khứ và thêm cả điều kiện chính trị của địa phương Kết hợp các loại bản đồ này sẽ là phương tiện đánh giá các cấp độ bão, cũng như các tổn thất và các dự đoán trước

Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm không khí có thể phát tán rất xa từ nguồn thải, gây tác hại đối với sức khoẻ và môi trường trong phạm vi toàn cầu Công nghệ GIS đã hỗ trợ rất nhiều trong việc kiểm soát ô nhiễm không khí

Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ ( EPA) đã sử dụng phần mềm ARC/INFO để nghiên cứu những ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đối với sự phát triển của cây con và hậu quả

lâu dài của khói đối với rừng

Kiểm soát ô nhiễm không khí từ khói: đầu tiên, miền đông nước Mỹ được

phân thành các vùng khác nhau và ARC/INFO được dùng để tạo thành một

lưới ô bao phủ toàn bộ vùng này, mỗi ô có diện tích 20 km2 Các dữ liệu về

chất lượng không khí được thu thập từ các trạm quan trắc vùng và được

lưu vào cơ sở dữ liệu Dựa vào các cơ sở dữ liệu này, với công cụ GIS,

các nhà khoa học có thể tạo ra các bản đồ về phát tán NOx, mây, nhiệt độ

hàng ngày, hớng gió, độ cao và khoảng cách khói từ nguồn phát thải

Ngoài ra, sử dụng GIS, các dữ liệu này còn được phân tích kết hợp với

điều kiện địa hình và khí hậu của từng vùng

Dự báo ảnh hưởng ô nhiễm không khí đối với sự phát triển của thực vật: với GIS, các nhà khoa học có thể phủ dữ liệu cho các vùng (các dữ liệu về sự tăng trởng, phân bố loài thực vật, ) theo thời gian, tạo nên các bản đồ đánh giá sự biến đổi sinh trởng của từng loại cây Những phân tích này rất hữu ích trong sự báo ảnh hưởng lâu dài của ô nhiễm không khí không chỉ đối với thực vật, mà còn đối với động vật và cả con ngời

Ô nhiễm đất

Ô nhiễm nước

GIS có thể được dùng để giám sát sự phân bố và định lượng những chất gây ô nhiễm nước khác nhau ở một khu vực Bộ môn Kỹ thuật Nông nghiệp của Trường Ðại học Natal dùng các chỉ số xói lở đất, mức độ photpho, chỉ số sử dụng đất và lượng vi khuẩn E.coli, làm các thông số thành phần của

mô hình chất lượng nước cho vùng châu thổ Mgeni

Mô hình chất lượng được Ðơn vị Nghiên cứu Vùng châu thổ Nông nghiệp phát triển phục vụ công tác quan trắc, dự báo và quản lý chất lượng nước tổng thể cho một số thành phố ở Nam Phi

Massachusetts đang sử dụng GIS trong giám sát chất lượng nước toàn

bộ vùng lưu vực sông Merrimack Vị trí của mỗi trạm thu mẫu, bãi bồi,

lò đốt rác, ao, phụ lưu đều được lưu trong GIS GIS có thể biểu diễn

các đối tượng đồng thời tìm kiếm mối quan hệ không gian giữa chất

lượng nước và các nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng

Với GIS bạn có thể mô phỏng và phân tích các vị trí lấy mẫu Chẳng hạn chỉ ra các vị trí lấy mẫu khác nhau và so sánh các chất ô nhiễm ở từng vị trí với nhau Ngoài ra có thể hiển thị các ảnh quét của các vị trí này

Phá rừng

Bức tranh toàn cảnh về môi trường thế giới đã có sự thay đổi lớn Một nguyên nhân quan trọng đó là tình trạng phá rừng đang ngày

càng phát triển Viện Tài nguyên Thế giới (WRI) đã sử dụng GIS để đánh giá ảnh hưởng của phá rừng với các quốc gia và ngời dân trên toàn thế giới

Thu hẹp diện tích rừng trên toàn cầu: WRI đã sử dụng phần mềm GIS để kiểm soát diện tích rừng trên toàn cầu Ngoài ra GIS còn hỗ trợ phân tích so sánh diện tích rừng hiện nay với diện tích rừng trong quá khứ, cho thấy xu hớng thu hẹp ngày càng nhanh của các diện tích này và tốc độ thu hẹp ở các vùng khác nhau, từ đó dự báo tốc độ mất rừng của những nơi mà biên giới rừng vẫn còn tồn tại Với phần mềm GIS, các dự báo có thể được phân tích dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ

Tràn dầu

Những tác động bất lượngi của ô nhiễm, chẳng hạn tràn dầu, có thể được ước định bằng GIS Với những thông tin này, GIS có thể mô phỏng tiềm năng ô nhiễm của những địa điểm khác nhau và phát triển chiến lượng ước định rủi ro

Công nghệ GIS được Hội đồng Sự cố tràn dầu Exxon Valdez sử dụng để

xác định vùng ưu tiên cần bảo vệ và khôi phục những loài chịu thiệt hại Ngoài ra, dựa vào các dữ liệu GIS có thể đánh giá ảnh hưởng của tràn dầu đối với du lịch, phân tích tiềm năng du lịch của các vùng khác nhau