Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám để đánh giá chất lượng nước sông đáy giai đoạn 2014 2015

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2014 - 2015 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGUYỄN THỊ THANH LOAN HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2014 - 2015 NGUYỄN THỊ THANH LOAN CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 60440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRỊNH LÊ HÙNG HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Kết nghiên cứu luận văn đóng góp riêng dựa số liệu thu thập, kết nghiên cứu kế thừa cơng trình khoa học khác trích dẫn theo quy định Nếu luận văn có chép từ cơng trình khoa học khác, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Học viên Nguyễn Thị Thanh Loan i LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực luận văn, tơi nhận quan tâm, giúp đỡ nhiều cá nhân quan đơn vị Nay luận văn hồn thành, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới: PGS.TS Trịnh Lê Hùng, người tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi, ý kiến đóng góp sâu sắc để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới TS Lê Thị Trinh hướng dẫn chu đáo dẫn tận tình suốt thời gian hồn thành luận văn tốt nghiệp Đồng thời xin gửi lời cảm ơn đến thầy, cô Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài ngun Mơi trường Hà Nội hết lòng giảng dạy, truyền đạt kiến thức giúp đỡ suốt q trình học tập Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè người thân yêu nhất, giành cho hết tình cảm điều kiện, chia sẻ với tơi lúc khó khăn để tơi hồn thành tốt khóa học Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Thanh Loan ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHƯ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận văn Mục tiêu nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ô nhiễm môi trường nước 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm nước mặt Việt Nam 1.1.2 Hiện trạng chất lượng nước sông Đáy năm gần 1.1.3 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt 1.2 Tổng quan GIS viễn thám 11 1.2.1 Tổng quan GIS 11 1.2.2 Tổng quan viễn thám 20 1.3 Tổng quan tình hình ứng dụng tư liệu GIS viễn thám nghiên cứu ô nhiễm nước 26 1.3.1 Trên giới 26 1.3.2 Trong nước 31 1.4 Tổng quan địa bàn nghiên cứu 39 CHƯƠNG – ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 45 2.2 Phương pháp nghiên cứu 45 2.2.1 Phương pháp thu thập tổng hợp tài liệu 45 2.2.2 Phương pháp đánh giá chất lượng môi trường nước mặt bằng số WQI 52 2.2.3 Phương pháp ứng dụng công nghệ GIS đánh giá chất lượng môi trường nước mặt 56 2.2.4 Phương pháp ứng dụng tư liệu viễn thám đánh giá chất lượng môi trường nước mặt 57 CHƯƠNG – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước lưu vực sông Đáy 59 3.2 Đánh giá chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015 61 3.2.1 Tính tốn số WQI 61 3.2.2 Phân vùng chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015 65 3.3 Thành lập đồ thông số chất lượng nước băng phương pháp nội suy bề mặt GIS 70 3.4 Đánh giá phân bố số thông số chất lượng nước từ tư liệu viễn thám 75 3.5 Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước sông Đáy 80 3.5.1 Giải pháp kỹ thuật 80 3.5.2 Giải pháp quản lý 81 3.5.3 Giải pháp kinh tế 81 3.5.4 Giải pháp tuyên truyền giáo dục cộng đồng 81 3.5.5 Giải pháp xây dựng mạng lưới quan trắc thu thập thông tin 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CHƯ VIẾT TẮT GIS WQI : Hệ thống thông tin địa lý : Chỉ số chất lượng nước GPS : Hệ thống định vị toàn cầu NSMI : Chỉ số chất rắn lơ lửng COD : Nhu cầu oxy hóa học BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa TSS : Tổng chất rắn lơ lửng DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ Bảng 1.1 Các cảm viễn thám sử dụng phổ biến đánh giá chất lượng nước 22 Bảng 2.1 Tọa độ điểm quan trắc sông Đáy năm 2014 - 2015 46 Bảng 2.2 Bảng quy định giá trị qi BPi 54 Bảng 2.3 Bảng quy định giá trị BPi qi DO%bão hòa 54 Bảng 2.4 Bảng quy định giá trị BPi qi thông số pH 55 Bảng 2.5 Bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước 56 Bảng 3.1 Giá trị WQI cho đợt năm 2014 62 Bảng 3.2 Giá trị WQI cho đợt năm 2015 63 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tỷ lệ vùng tổng lượng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt Hình 1.2 Các thành phần GIS 11 Hình 1.3 Mơ tả chức GIS 13 Hình 1.4 Nội suy IDW [10] 16 Hình 1.5 Nội suy Spline [10] 16 Hình 1.6 Nội suy Kriging [10] 17 Hình 1.7 Mơ tả giá trị Kriging 18 Hình 1.8 Nội suy Trend [10] 19 Hình 1.9 Nội suy Natural Neighbor [10] 19 Hình 1.10 Cơ chế hoạt động hệ thống viễn thám 21 Hình 1.11 Kết nội suy hàm lượng Canxi, Magie, Clo nước ngầm khu vực Bhadravathia bằng phương pháp IDW [46] 27 Hình 1.12 Kết nội suy hàm lượng pH nghiên cứu Gharbia et al (2016) [47] 28 Hình 1.13 Vị trí điểm lấy mẫu chất lượng nước nghiên cứu Weipi He [31] 29 Hình 1.14 Kết xác định phân bố hàm lượng NO3-N NH3-N nghiên cứu Weipi He [31] 30 Hình 1.15 Bản đồ phân bố trạm quan trắc chất lượng nước khu vực Quảng Ninh – Hải Phòng [8] 33 Hình 1.16 Bản đồ phân bố hàm lượng chất ô nhiễm BOD COD khu vực Quảng Ninh – Hải Phòng [8] 34 Hình 1.17 Hàm hồi quy giá trị hàm lượng chất lơ lửng tỉ lệ ảnh kênh4/kênh2 ảnh Landsat ETM+ khu vực hồ Trị An [19] 35 vii Hình 1.18 Bản đồ trạng phân bố hàm lượng chất lơ lửng (SPM) khu vực ven bờ sông Hồng (ngày 25/09/2014) từ ảnh vệ tinh VNREDSat – 1A 38 Hình 1.19 Bản đồ phân bố hàm lượng Chl-a trung bình vùng biển Việt Nam vào tháng năm 2008 2011 39 Hình 1.20 Bản đồ khu vực nghiên cứu 40 Hình 2.1 Vị trí lấy mẫu phân tích chất lượng nước sơng Đáy 48 Hình 2.2 Ảnh vệ tinh Sentinel – 2A ngày 08/10/2015 khu vực sơng Đáy 50 Hình 2.4 Kênh (kênh xanh lục, green) ảnh Sentinel – 2A ngày 08/10/201551 Hình 2.5 Kênh (kênh đỏ, red) ảnh Sentinel – 2A ngày 08/10/2015 51 Hình 3.1 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 9, tháng 11 năm 2014 66 Hình 3.2 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 9, tháng 11 năm 2015 67 Hình 3.3 Kết đánh giá độ chính xác phương pháp nội suy thông số TSS 71 Hình 3.4 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 9, 11 năm 2014 72 Hình 3.5 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 9, 11 năm 2015 73 Hình 3.6 Kết xác định số NSMI từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A 76 Hình 3.7 Kết xác định số độ đục từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A 76 Hình 3.8 Kết đánh giá phân bố hàm lượng chất lơ lửng sở số NSMI xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A 77 Hình 3.9 Kết đánh giá phân bố độ đục sở số độ đục xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A 78 viii Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 3/2015 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 5/2015 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 7/2015 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 9/2015 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 11/2015 PHỤ LỤC BẢN ĐỒ PHÂN BỐ HÀM LƯỢNG TSS CỦA SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2014 - 2015 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 3/2014 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 5/2014 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 7/2014 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 9/2014 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 11/2014 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 3/2015 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 5/2015 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 7/2015 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 9/2015 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 11/2015 ... nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015;  Ứng dụng công cụ GIS viễn thám thành lập đồ đánh giá chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015;  Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước sông Đáy. .. hướng ứng dụng công nghệ phục vụ quản lý chất lượng môi trường nước Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015 bằng công nghệ GIS, viễn thám Nội dung... TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2014 - 2015 NGUYỄN