Xây dựng CSDL phục vụ quản lý tài nguyên môi trường hạ lưu sông lam nghệ an

Luận văn trình bày về việc xây dựng cơ sở dữ liệu GIS để phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường, thực nghiệm tại hạ nguồn Sông Lam, tỉnh Nghệ An. Luận văn gồm 01 Phần mở đầu và 03 chương. Chương 1 được tổng quan về tình hình quản lý tài nguyên và môi trường; Chương 2 trình bày về lý thuyết hệ thống thông tin địa lý GIS; Chương 3 trình bày phần thực nghiệm tại hạ nguồn Sông Lam, trong đó có các thông số cụ thể về môi trường trong mấy năm trở lại đây cho thấy sự ôi nhiễm tăng cao.

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn hướng dẫn khoa học GS.TS Võ Chí Mỹ Các số liệu, mơ hình tốn kết luận văn trung thực Một lần nữa, xin khẳng định trung thực lời cam kết MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI Trang VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ ĐẾN KHU VỰC HẠ LƯU SƠNG LAM 1.1.Đặc điểm tự nhiên hạ nguồn sơng Lam………………………… 1.1.1 Vị trí địa lý diện tích……………………………………… 1.1.2 Đặc điểm địa 7 hình…………………………………………… 1.1.3 Đặc điểm thủy văn…………………………………… 1.1.4 Đặc điểm khí hậu……………………………………… 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội khu vực hạ lưu sông Lam………… 1.2.1 Sự suy giảm hệ sinh thái khu vực hạ lưu sông Lam………… 1.2.2 Q trình hình thành thối hóa đất hạ lưu 10 sông Lam………… 1.3 Hiện trạng kinh tế - xã hội khu vực hạ nguồn sông Lam…… 1.3.1 Thực trạng diễn biễn môi trường nhân 12 14 văn…………………… 1.3.2 Những vấn đề môi trường diễn biến dân cư 16 - thị hố …… 1.3.3 Đánh giá ô nhiễm môi trường, xung đột môi 17 trường dân cư thị hóa……………………………………………………………… CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ CƠ SỞ DỮ 20 LIỆU GIS…………………………………………………………… 2.1 Hệ thống thông tin địa lý…………………………………… 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển hệ thống 22 22 thông tin địa lý GIS……………………………………………………………… 2.1.2 Định nghĩa 22 GIS…………………………………………… 24 2.1.3 Các chức GIS 2.1.4.Tổng quan tình hình nghiên cứu, ứng dụng GIS 25 xây dựng sở liệu môi trường…………………………………… 2.2 Cơ sở liệu GIS…………………………………………… 2.2.1 Cấu trúc liệu 30 35 GIS……………………………………………… 2.2.2 Xây dựng sở liệu 35 GIS……………………………………… CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS TRONG QUẢN 38 LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HẠ NGUỒN SƠNG LAM 3.1 Tình trạng nhiễm sơng ………………………………… 3.1.1 Thực trạng ô nhiễm nguồn nước 40 40 mặt…………………………… 3.1.2 Những tác động tiêu cực ô nhiễm nguồn 40 nước hạ nguồn sông Lam…………………………………………………………………… 3.1.3 Tổng hợp kết quan trắc môi trường khu vực 41 thành phố Vinh- Sông Lam 3.2 Thiết kế cấu trúc sở liệu môi trường…………………… 3.2.1 Triển khai xây dựng sở liệu………………………… 3.2.2 Xây dựng sở liệu địa lý………………………… 3.2.3 Quy trình xây dựng sở liệu GIS…………………… 3.3 Thực nghiệm xây dựng sở liệu GIS phục vụ quản lý môi 44 52 52 55 72 trường khu vực hạ lưu sông Lam………………………………… KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… 76 88 90 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm quan trắc TP Vinh-Sông Lam……………………………………………………………………… Bảng 3.2 Giá trị giới hạn thông số chất lượng nước mặt………… 45 Bảng 3.3 Dữ liệu địa lý…………………………………………… 56 Bảng 3.4 CSDL thuộc tính mơi trường nước………………………… 71 Bảng 3.5 Các ngun tắc topology…………………………………… 74 75 Bảng 3.6 Chi tiết topology với đối tượng nhóm lớp 46 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 2.1 Phân tích liền kề……………………………………………… 29 Hình 2.2 Phân tích chồng xếp………………………………………… 30 Hình 3.1 Đoạn sơng Lam chảy qua xã Hưng Long-Huyện Hưng Nguyên…………………………………………………………………… Hình 3.2 Rác sinh hoạt xã Hưng Long chở xe qua đê đổ xuống 41 sông Lam Hình 3.3 Một bãi tập kết rác xã 42 ven sông Hình 3.4 Diễn biến hàm lượng DO điểm quan 43 trắc thành phố Vinh-Sơng Lam 2011…………………………………………………… Hình 3.5 Diễn biến hàm lượng COD điểm quan 47 trắc thành phố Vinh-Sông Lam 2011 Hình 3.6 Diễn biến hàm lượng BOD5 điểm quan 48 trắc thành phố Vinh-Sông Lam 2011 Hình 3.7 Diễn biến hàm lượng SS điểm quan trắc 49 thành phố Vinh-Sơng Lam 2011…………………………………………………… Hình 3.8 Diễn biến hàm lượng hợp chất nitơ (NNH4+) điểm quan trắc thành phố Vinh-Sông 50 51 Lam 2011…………………………… Hình 3.9 Diễn biến hàm lượng Coliform điểm quan trắc thành phố Vinh-Sông Lam 2011 Hình 3.10: Mơ hình tổ chức liệu CSDL GIS mơi trường mỏ Hình 3.11 Mơ hình liệu địa lý ……………………………… Hình 3.12 Quy trình xây dựng sở liệu………………………… Hình 3.13 Tạo PersonalGeodatabase……………………………… Hình 3.14 : Mơ tả tổ chức liệu địa hình thành phố Vinh-Sơng Lam Hình 3.15: Chọn lớp cần chạy sửa lỗi………………………………… Hình 3.16:Sửa lỗi Topology thực Arcmap………… Hình 3.17: Bảng thuộc tính lớp khu chức năng………………… Hình 3.18: Bảng thuộc tính lớp Điểm Dân Cư…………………… Hình 3.19: Bảng thuộc tính lớp sơng suối………………………… 52 54 55 72 77 78 79 80 81 81 82 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần đây, vấn đề nhiễm, suy thối tai biến mơi trường tồn cầu có biến đổi theo chiều hướng ngày tăng Các quốc gia, tổ chức quốc tế có ưu tiên, phối hợp hành động, hợp tác giải vấn đề môi trường xúc đặt Nhu cầu cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, phát triển kinh tế - xã hội mạnh mẽ gây tác động nghiêm trọng tới thành phần tài nguyên môi trường mà đối tượng chịu ảnh hưởng rõ nét nhất, nhạy cảm nguồn nước Nhiều vấn đề môi trường cấp bách diễn phức tạp quy mô địa phương hầu hết 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 q trình biến đổi khí hậu, tượng tai biến môi trường bão tố, lũ lụt xảy thường xuyên, mà vùng hạ lưu sông khu vực nhạy cảm bị tác động mạnh mẽ Hiện nay, mức độ ô nhiễm kênh, sông, hồ thành phố lớn nặng nề Hệ thống sách, văn pháp quy liên quan đến bảo vệ môi trường lưu vực sông thiếu chưa đồng bộ, nguồn kinh phí đảm bảo cho hoạt động bảo vệ môi trường lưu vực sông chưa đáp ứng yêu cầu thực tế; chưa có hệ thống liệu - thơng tin phục vụ quản lý môi trường lưu vực sông Với thực trạng này, để đảm bảo tốt tác quản lý môi trường lưu vực sông, trước tiên cần phải xác định cách tiếp cận nhằm đảm bảo hài hài mục tiêu phát triển kinh tế với bảo vệ môi trường lưu vực sông Sông Lam dịng sơng lớn Việt Nam bắt nguồn từ Xiengkhuang, Lào chảy qua địa phận tỉnh Nghệ An đổ biển Đông Cửa Hội Hạ nguồn sông Lam ranh giới tỉnh Nghệ An – Hà Tĩnh, chảy qua huyện Hưng Nguyên, thành phố Vinh, xã Nghi Lộc đổ biển Hạ nguồn sông Lam chịu tác động mạnh phát triển cơng nghiệp hóa – đại hóa thành phố Vinh trình phát triển lên thành trung tâm kinh tế, văn hóa vùng Bắc Trung Bộ kéo theo phát triển khu vực xung quanh với mật độ dân số phát triển mạnh chạy ven sông Lam Dự án đường du lịch ven sơng Lam với nhà máy đóng tàu khu công nghiệp ven sông Lam ảnh hưởng khơng đến mơi trường nước hạ nguồn sông Rút học từ sông chảy qua thành phố lớn đông dân cư khu công nghiệp Sông Nhuệ, sông Thị Vải… bị ôi nhiễm nặng nề, từ đầu phải trọng đến việc nghiên cứu đánh giá trạng, dự báo xu diễn biến môi trường hạ nguồn sông Lam nhằm nâng cao lực quản lý môi trường hạ nguồn sông Lam vấn đề xúc, có ý nghĩa khoa học thực tiễn to lớn Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ cụng nghệ thông tin, đặc biệt lĩnh vực thu nhận xử lý số liệu, việc tích hợp liệu từ viễn thám (Remote Sensing - RS), hệ thống định vị toàn cầu (Global Possition System GPS), hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) gọi tắt 3S áp dụng nhều lĩnh vự nghiên cứu tài nguyên môi trường, nghiên cứu tai biến thiên tai Quản lý môi trường lưu vực sông công nghệ GIS ứng dụng có hiệu với mơi trường lưu vực sông yếu tố tác động hoạt động phát triển kinh tế - xã hội người Nếu khơng có cơng cụ đủ mạnh để quản lý biến động không gian thời gian khó kiểm sốt kịp thời đưa biện pháp hữu hiệu để quản lý bảo vệ môi trường Để quản lý mơi trường khu vực hạ nguồn sơng Lam có hiệu cần phải có sở liệu GIS đầy đủ, xác, với khả cập nhật kịp thời nhanh chúng biến động tài nguyên môi trường khu vực Đề tài luận văn thạc sỹ "Xây dựng sở liệu GIS phục vụ quản lý môi trường khu vực hạ lưu sông Lam – Nghệ An" lựa chọn xuất phát từ nhu cầu thực tế có tính thực tiễn, phát triển bền vững khu vực hạ nguồn Sông Lam nói riêng tỉnh Nghệ An nói chung Mục đích nhiệm vụ đề tài Mục tiêu đề tài : - Nghiên cứu khoa học phương pháp luận xây dựng sở liệu GIS địa hình chun đề mơi trường hạ lưu sơng Lam - Minh chứng tính ưu việt hiệu sở liệu GIS quản lý tài nguyên môi trường khu vực hạ nguồn sơng Lam Để hồn thành mục tiêu đó, đề tài tập trung giải nhiệm vụ sau: - Thu thập tài liệu, tích lũy kiến thức GIS ứng dụng GIS xây dựng sở liệu môi trường giới nước ta - Thu thập tài liệu thống kê, đồ liệu mô tả khác khu vực nghiên cứu - Xử lý lớp liệu khu vực nghiên cứu - Xây dựng sở liệu địa hình, sở liệu chuyên đề môi trường khu vực nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: 10 - Đối tượng địa hình, gồm nhóm lớp đối tượng là: sở tốn học, địa hình, thủy hệ, giao thông, dân cư, ranh giới thực vật - Các đối tượng chuyên đề môi trường nhóm lớp sau: Nước mặt, nước đất, nguồn gây ô nhiễm Phạm vi nghiên cứu: - Phạm vi không gian: Hạ lưu sông Lam- Nghệ An - Phạm vi nội dung: Cơ sở liệu luận văn xây dựng theo chuẩn: Chuẩn hệ quy chiếu, chuẩn topology chuẩn liệu thuộc tính Nội dung nghiên cứu Nội dung luận văn bao gồm vấn đề sau: - Thu thập tổng hợp tài liệu - Tổng quan phát triển kinh tế - xã hội môi trường sông Lam - Tiếp cận hệ thống thông tin địa lý GIS sở liệu GIS - Xây dựng sở liệu địa hình - Xây dựng chuyên đề môi trường - Xây dựng sở liệu GIS môi trường Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu nhiệm vụ đề tài đặt ra, tác giả sử dụng phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu thực địa: Thu thập liệu, tài liệu có liên quan đến luận văn - Phương pháp GIS: Sử dụng phần mềm tương thích nhằm xây dựng sở liệu xây dựng trường liệu Arc/Info, Arc GIS Ý nghĩa khoa học thực tiễn Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu giúp học viên nắm kiến thức GIS, ứng dụng GIS thực tế quy trình phương pháp xây dựng liệu sở liệu chuyên đề 86 Hình 3.14 : Mơ tả tổ chức liệu địa hình thành phố Vinh-Sơng Lam • Tạo lớp (Feature Class) + Tạo liệu cho nhóm đối tượng lớp: ví dụ đối tượng vùng lớp Cơ sở hạ tầng, chuột phải vào Cơ sở hạ tầng → New → Feature Class →DanCu Dựa vào bảng lớp thiết kế Làm tương tự với lớp liệu cịn lại • Vào liệu lớp Có nhiều cách để vào liệu cho lớp: + Sử dụng công cụ ArcCatalog từ ArcMap Trong cửa sổ ArcToolbox chọn Data Interoperability Tools / Quick Import /Input Dataset chọn lớp liệu cần chuyển đổi phần mềm Microstation + Trong ArcCatalog, chọn nguồn liệu cần chuyển đổi sang ArcGIS/ Export/ To Geodatabase Chọn nhóm đối tượng cần đưa vào 87 + Thực việc đưa liệu cách chuột phải vào nhóm đối tượng (Feature Class) / Load/ Load Data Chọn lớp liệu, định dạng liệu cần load Đối với quy trình thực nghiệm này, sử dụng cách Load Data lớp liệu - Chuẩn hóa liệu gốc Sử dụng phần mềm ArcMap, khởi động Editor, thao tác chạy chỉnh sửa lỗi topology thực với nhóm lớp Ví dụ với Feature Class DanCuCoSoHaTang, nháy chuột phải vào feature chọn New→ Topology Sau ta xác định nguyên tắc topology phù hợp cho lớp đối tượng Hình 3.15: Chọn lớp cần chạy sửa lỗi 88 Hình 3.16:Sửa lỗi Topology thực Arcmap Mở file Topology Arcmap tiến hành sửa lỗi Các thao tác chạy sửa lỗi topology tiến hành với nhóm lớp cịn lại - Nhập liệu thuộc tính Có nhiều cách để nhập liệu thuộc tính cho đối tượng Tiến hành gán thuộc tính cho đối tượng ứng dụng etmagis Các liệu thuộc tính đưa vào arcmap dạng bảng sau: 89 Hình 3.17: Bảng thuộc tính lớp khu chức Hình 3.18: Bảng thuộc tính lớp Điểm Dân Cư 90 Hình 3.19: Bảng thuộc tính lớp sông suối Đối với CSDL môi trường ta tiến hành nhập liệu cho lớp môi trường nước mặt Nhấp chuột phải vào Tram quan trac dang diem/ chọn Joint and Relates/Join/ Chọn trường liệu cần liên kết thông tin chất lượng nước thể hình 91 Ta có thuộc tính lớp trạm quan trắc dạng điểm sau: 92 Lập đồ đồ chuyên đề 93 Bản đồ chuyên đề BẢN ĐỒ Ô NHIỄM COD THÀNH PHỐ VINH-SÔNG LAM TỶ LỆ 1:10000 94 Bản đồ chuyên đề BẢN ĐỒ Ô NHIỄM DO THÀNH PHỐ VINH-SÔNG LAM TỶ LỆ 1:10000 95 Bản đồ chuyên đề BẢN ĐỒ Ô NHIỄM BOD5 THÀNH PHỐ VINH-SÔNG LAM TỶ LỆ 1:10000 96 Bản đồ chuyên đề BẢN ĐỒ Ô NHIỄM SS THÀNH PHỐ VINH-SÔNG LAM TỶ LỆ 1:10000 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu đề tài “Xây dựng sở liệu GIS phục vụ quản lý môi trường khu vực hạ lưu sông Lam-Nghệ An” hoàn thành toàn nội dung đề cương luận văn Q trình phân tích lý thuyết tiến hành thực nghiệm rút số kết luận sau đây: Kết luận Hạ nguồn sông Lam khu vực nhạy came, bị tác động mạnh mẽ sức ép phát triển kinh tế - xã hội ngày tăng Cùng với biến động cực đoan biến đổi khí hậu, vấn đề nhiễm, suy thối tài ngun thiên nhiên tai biến mơi trường ngày bị tác động mạnh mẽ sâu sắc ảnh hưởng tiêu cực đến sống cảu cư dân lưu vực Nhu cầu phải có sở liệu xây dựng hệ thống thông tin đại cấp thiết, phục vụ công tác quản lý môi trường thống hiệu Cơ sở liệu địa hình sở liệu chuyên đề môi trường cho khu vực sông Lam khu vực thành phố Vinh xây dựng hệ thống GIS Việc xây dựng sở liệu thực dựa thao tác chuyển đổi liệu gốc từ khuôn dạng DGN sang ArcGIS Kết trình chuyển đổi tổ chức theo Geodatabase, hệ tổ chức liệu khoa học chuẩn giới theo tổ chức liệu GIS Cơ sở liệu địa hình sở liệu chun đề mơi trường xây dựng với chuẩn: chuẩn định dạng liệu, chuẩn project, chuẩn topology chuẩn liệu thuộc tính theo sở liệu quốc gia Bộ Tài Nguyên Môi Trường ban hành Cơ sở liệu GIS tài liệu thiết thực để đánh giá tác động môi trường nhằm đạt mục tiêu phát triển bền vững khu vực hạ lưu sơng Lam góp phần thực mục tiêu bảo vệ môi trường vùng thuộc lưu vực sông Lam hướng tới phát triển bền vững 98 Kiến nghị Do thời gian có hạn thơng tin khu vực nghiên cứu hạn chế nên đề tài dừng lại việc xây dựng sở liệu chuyên đề mang tính chất tổng quan chưa tích hợp sở liệu mơi trường để đưa phân tích đánh giá khách quan Cần tích hợp tư liệu viễn thám với ưu không gian thời gian để xây dựng sở liệu hoàn chỉnh đồng Tiếp tục nghiên cứu mức độ nhiễm cho tồn lưu vực sông Lam với mức độ chi tiết 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Quốc Bình (2004) giảng ESRI ArcGIS 8.1 Trường Đại học Quốc Gia, Hà Nội Bộ Tài Nguyên Môi Trường (2008) định QD 06/07 – BTNMT việc ban hành quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý sở quốc gia, Hà Nội Võ Chí Mỹ (2009), Bài giảng Xây dựng sở liệu GIS môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Võ Chí Mỹ (2010), Giáo trình Đánh giá tác động mơi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Võ Chí Mỹ (2005) Kỹ thuật mơi trường, giáo trình cao học trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Nguyễn Ngọc Thạch (chủ biên), (1997) Viễn thám GIS nghiên cứu tài nguyên môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Thế Thận (2003) Cơ sở hệ thống thông tin địa lý GIS, nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Trung Tâm Quan Trắc Kỹ Thuật Môi Trường Nghệ An (2011), Kết quan trắc phân tích mơi trường Tỉnh Nghệ An từ 2009 đến 2011 100