Ứng dụng công nghệ gis vào công tác quản lý nước hồ khu vực thành phố hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - MỎ ĐỊA CHẤT - - LÊ NGỌC THÚY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀO CÔNG TÁC QUẢN LÝ NƯỚC HỒ KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - MỎ ĐỊA CHẤT - - LÊ NGỌC THÚY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀO CÔNG TÁC QUẢN LÝ NƯỚC HỒ KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin đị a lý Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn Khoa học: TS NGUYỄN THỊ MAI DUNG HÀ NỘI, 2010 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà nội, ngày 18 tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn Lê Ngọc Thúy MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ Danh mục ký hiệu, viết tắt MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ GIS VÀO CÔNG TÁC QUẢN LÝ NƢỚC HỒ 1.1 Tổng quan GIS 1.1.1 Định nghĩa GIS 1.1.2 Cấu trúc hệ thông tin địa lý 1.1.3 Thành phần liệu GIS 10 1.2 Ứng dụng GIS công tác quản lý nƣớc hồ TP Hà Nội 24 1.2.1 Thực trạng quản lý hồ nước hồ khu vực thành phố Hà Nội 24 1.2.2 Ứng dụng GIS vào công tác quản lý nước hồ khu vực TP Hà Nội 26 CHƢƠNG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THỐNG AO, HỒ 32 2.1 Tình hình tƣ liệu 32 2.2 Nguyên tắc quy định chung xây dựng sở liệu nƣớc hồ 33 2.2.1 Nguyên tắc 33 2.2.2 Quy định chung sở liệu 34 2.3 Thiết kế tổng thể sở liệu GIS quản lý nƣớc hồ 37 2.1 2.3.1 Quy trình xây dựng sở liệu nước hồ 37 2.3.2 Dữ liệu 40 2.3.3 Quy định cụ thể xây dựng lớp sở liệu 41 CHƢƠNG III THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CSDL QUẢN LÝ NƢỚC HỒ KHU VỰC QUẬN ĐỐNG ĐA, TP HÀ NỘI 49 3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội quận Đống Đa, TP Hà Nội 49 3.1.1 Điều kiện tự nhiên 49 3.1.2 Tình hình phát triển kinh tế - xã hội 54 3.2 Nghiên cứu cảnh quan hồ khu vực quận Đống Đa, TP Hà Nội 56 3.2.1 Quá trình thị hóa ảnh hưởng tới biến động hồ quận Đống Đa 56 3.2.2 Biến động số lượng cảnh quan hồ 56 3.2.3 Biến đổi chất lượng môi trường 57 3.2.4 Hiện trạng sử dụng quản lý hệ thống hồ Đống Đa 57 3.3 Thiết kế sở liệu quản lý ArcGis 62 3.3.1 Xây dựng liệu địa lý đồ địa hình tỷ lệ 1/2.000 62 3.3.2 Tạo đồ phân bố ao, hồ quận Đống Đa, TP Hà Nội 62 3.3.3 Lập bảng so sánh diện tích số hồ quận Đống Đa thời kỳ 1993, 2001, 2010 65 3.3.4 Ứng dụng ArcGis lập bảng thể thuộc tính diện tích ao, hồ & lập biểu đồ diện tích số hồ lớn quận Đống Đa, TP Hà Nội 68 3.4 Kết nghiên cứu đề tài 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh mơ hình liệu kiểu raster vector 14 Bảng 1.2 Một số chức hệ thống hồ Hà Nội 30 Bảng 2.1 Bảng thuộc tính khung, lƣới 42 Bảng 2.2 Bảng thuộc tính ranh giới 43 Bảng 2.3 Bảng thuộc tính địa hình 44 Bảng 2.4 Bảng thuộc tính thủy hệ 45 Bảng 2.5 Bảng thuộc tính giao thơng 48 Bảng 2.6 Bảng thuộc tính kinh tế xã hội 48 Bảng 3.1: Tình trạng úng ngập quận Đống Đa mƣa nhiều 53 Bảng 3.2 Một số chức hồ quận Đống Đa 58 Bảng 3.3 Thực trạng khai thác sử dụng, quản lý hồ quận Đống 59 Đa Bảng 3.4 Các lớp nội dung đồ địa hình 62 Bảng 3.5 Số liệu diện tích số hồ lớn quận Đống Đa năm 1993- 65 2001 Bảng 3.6 Số liệu diện tích số hồ lớn quận Đống Đa năm 1993- 65 2010 Bảng 3.7 Số liệu diện tích số hồ lớn quận Đống Đa năm 20012010 66 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc GIS Hình 1.2 Các thiết bị phần cứng GIS Hình 1.3 Mơ hình lƣu trữ liệu khơng gian 12 Hình 1.4 Dữ liệu Raster 13 Hình 1.5 Tổ chức lớp đồ 15 Hình 1.6 Mơ hình liệu phân cấp 18 Hình 1.7 Mơ hình liệu mạng 19 Hình 1.8 Vùng đệm kiểu điểm 23 Hình 1.9 Vùng đệm kiểu đƣờng 23 Hình 1.10 Vùng đệm kiểu đa giác 23 Hình 1.11 Phân tích chồng xếp 24 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL 38 Hình 2.2 Hình minh họa lớp thuộc tính ArcGis 47 Hình 3.1 Bản đồ hành quận Đống Đa 49 Hình 3.2 Bản đồ phân bố sông, hồ lớn quận Đống Đa năm 2005 64 Hình 3.3 Biểu đồ thể diện tích hồ Đống Đa qua năm 1993, 2001, 2010 Hình 3.4 Biểu đồ thể diện tích hồ Linh Quang qua năm 1993, 2001, 2010 Hình 3.5 Biểu đồ thể diện tích hồ Giám qua năm 1993, 66 67 67 2001, 2010 Hình 3.6 Biểu đồ thể diện tích số hồ lớn quận Đống Đa qua năm 1993 - 2001- 2010 68 Hình 3.7 Diện tích số hồ quận Đống Đa năm 2010 69 Hình 3.8 Bảng tra cứu thơng tin hồ Đống Đa 70 Hình 3.9 Bảng tra cứu thơng tin hồ Linh Quang 71 Hình 3.10 Bảng tra cứu thơng tin hồ Ba Mẫu 72 Hình 3.11 Các kết quan trắc hồ Ba Mẫu, Linh Quang, Đống Đa Hình 3.12: Bản đồ thể độ pH hồ chấm Hình 3.13: Bản đồ thể số dầu mỡ hồ màu sắc Hình 3.14 Bản đồ thể số chất tẩy rửa hồ kích cỡ vịng trịn Hình 3.15 Bản đồ thể số Fe hồ ký hiệu 73 73 74 75 76 DANH MỤC KÝ KIỆU, VIẾT TẮT CSDL GIS TP Hà Nội Cơ sở liệu Hệ thống thông tin địa lý Thành phố Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hệ thống hồ thành phố Hà Nội có vai trị quan trọng công tác quản lý môi trường đô thị xây dựng đô thị xanh - - đẹp Bên cạnh chức kinh tế (nuôi trồng thủy sản), chức văn hóa (khơng gian mở, nơi vui chơi, giải trí cư dân địa phương), chức môi trường (điều tiết lũ, lụt; nơi chứa đựng xử lý cư dân địa phương) hệ thống Hà Nội tạo nên nét đặc trưng thành phố Hiện nay, Hà Nội có 111 hồ lớn nhỏ với diện tích 2.180 Tuy nhiên số lượng diện tích hồ có xu hướng suy giảm rõ rệt, đặc biệt giai đoạn phát triển thành phố Hà Nội Bên cạnh đó, vấn đề nhiễm mơi trường đặc biệt môi trường nước hệ thống sông hồ mức báo động Vì vậy, để đảm bảo mục tiêu quản lý phát triển bền vững hệ thống hồ Hà Nội, cần có giải pháp quản lý đồng kết hợp với phương pháp tuyên truyền vai trị quan trọng hệ thống sơng hồ Hà Nội q trình phát triển Thủ giai đoạn Hệ thông tin địa lý (GIS) công nghệ quản lý thông tin đồ địa lý Công nghệ phát triển gắn liền với đời đồ số sau đó, với phát triển cơng nghệ có liên quan cơng nghệ xây dựng đồ số, cơng nghệ định vị tồn cầu qua vệ tinh (GPS), tạo phát triển bùng nổ việc ứng dụng đồ số Với khả lưu trữ liệu dạng không gian thuộc tính, GIS cịn cho phép truy vấn phân tích thống kê liệu Vì vậy, mặt quản lý giúp đơn giản hóa cơng tác quản lý sơng hồ, đảm bảo tính đồng bộ, xác sở liệu Đặc biệt công tác quản lý quy hoạch phát triển hệ thống sông hồ cho toàn thành phố Hà Nội 65 3.3.3 Lập bảng so sánh diện tích số hồ quận Đống Đa thời kỳ 1993, 2001, 2010 Qua thu thập số liệu năm 1993, 2001, 2010 ta có bảng thuộc tính diện tích số hồ lớn quận Đống Đa Từ đây, ta tính diện tích hồ bị q trình thị hoá, kè đắp hồ, lấn chiếm, đổ rác thải … Bảng 3.5 Số liệu diện tích số hồ lớn quận Đống Đa năm 1993-2001 STT Tên hồ Diện tích Diện tích Diện tích (ha) (ha) (ha) 1993 2001 Bị - 4,5 01 Hồ Ba Mẫu 02 Hồ Kim Liên 3,5 - 3,5 03 Hồ Giám 2,5 0,69 1,81 04 Đống Đa 14 14 05 Linh Quang 2,8 1,8 Bảng 3.6 Số liệu diện tích số hồ lớn quận Đống Đa năm 1993-2010 STT Tên hồ Diện tích Diện tích Diện tích (ha) (ha) (ha) 1993 2010 Bị - 4,12 01 Hồ Ba Mẫu 02 Hồ Kim Liên 3,5 0,77 2,73 03 Hồ Giám 2,5 0,43 2,07 66 04 Đống Đa 14 13,2 0,8 05 Linh Quang 2,8 - 2,,8 Bảng 3.7 Số liệu diện tích số hồ lớn quận Đống Đa năm 2001-2010 STT Tên hồ Diện tích Diện tích Diện tích (ha) (ha) (ha) 2001 2010 Bị 4,5 4,12 0,38 - 0,77 01 Hồ Ba Mẫu 02 Hồ Kim Liên 03 Hồ Giám 0,69 0,43 0,26 04 Đống Đa 14 13,2 0,8 05 Linh Quang 1,8 - 1,8 14 13.5 1993 2001 13 2010 12.5 hồ Đống Đa Hình 3.3 Biểu đồ thể diện tích hồ Đống Đa qua năm 1993, 2001, 2010 67 2.5 1993 1.5 2001 2010 0.5 hồ Linh Quang Hình 3.4 Biểu đồ thể diện tích hồ Linh Quang qua năm 1993, 2001, 2010 2.5 1993 1.5 2001 2010 0.5 hồ Giám Hình 3.5 Biểu đồ thể diện tích hồ Giám qua năm 1993, 2001, 2010 68 3.3.3 Ứng dụng ArcGis lập bảng thể thuộc tính diện tích ao, hồ & lập biểu đồ diện tích số hồ lớn quận Đống Đa, TP Hà Nội Cùng với đồ phân bố sơng, hồ liệu thuộc tính thu thập từ Sở Giao thơng Cơng Hà Nội, quận Đống Đa tới 12 hồ mương, nhánh sông Tô Lịch sông Lừ chảy qua Ta có bảng tra cứu thơng tin hồ đồ Qua số liệu bảng, ta lập biểu đồ thể diện tích số hồ lớn quận Đống Đa qua năm 1993-2001-2010 Hình 3.6 Biểu đồ thể diện tích số hồ lớn quận Đống Đa qua năm 1993 - 2001- 2010 69 Hình 3.7 Diện tích số hồ quận Đống Đa năm 2010 3.4 Kết nghiên cứu đề tài 3.4.1 Thành lập đồ ao, hồ; quản lý thuộc tính Ta dùng cơng cụ Identify để xem thuộc tính hồ 70 Hình 3.8 Bảng tra cứu thơng tin hồ Đống Đa 71 Hình 3.9 Bảng tra cứu thơng tin hồ Linh Quang 72 Hình 3.10 Bảng tra cứu thơng tin hồ Ba Mẫu 3.4.2 Kết phân tích nước số hồ thuộc quận Đống Đa năm 2009 Theo trạng chất lượng mơi trường nước, phân loại hồ quận Đống Đa thành nhóm: Ô nhiễm nặng: hồ Văn Chương, hồ Kim Liên Ơ nhiễm trung bình: hồ Đại học Y (hồ Hố Mẻ), hồ Ba Mẫu Ô nhiễm nhẹ: hồ Đống Đa 73 Nhìn chung, hồ quận Đống Đa ô nhiễm chủ yếu nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý Sau số kết quan trắc hồ Ba Mẫu, Linh Quang, Đống Đa thể bảng thuộc tính đồ: Hình 3.11 Các kết quan trắc hồ Ba Mẫu, Linh Quang, Đống Đa Hình 3.12: Bản đồ thể độ pH hồ chấm 74 Hình 3.13: Bản đồ thể số dầu mỡ hồ màu sắc 75 Hình 3.14 Bản đồ thể số chất tẩy rửa hồ kích cỡ vịng trịn 76 Hình 3.15 Bản đồ thể số Fe hồ ký hiệu 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài thực mục tiêu đề ra, xong kinh phí thời gian có hạn nên đề tài tập trung giải vấn đề đơn giản công tác quản lý nước hồ quận Đống Đa Bằng công cụ GIS xác định diện tích hồ thời điểm cụ thể xác định biến động diện tích chúng, qua số liệu thống kê nhiễm ta tính độ nhiễm hồ Nhờ xác định diện tích ao, hồ quận Đống Đa thời kỳ nghiên cứu Việc xác định diện tích mặt nước hồ khu đô thị tiến hành theo phương pháp truyền thống từ nhiều năm nay, chủ yếu phương pháp đo đạc thực địa vào mùa khơng có mưa Kết đo thường khơng đồng nhất, kết đo bảng số liệu thống kê diện tích hồ Biểu diễn trạng hồ đồ thường không cập nhập số liệu Kết đề tài cung cấp lượng thông tin cụ thể hồ thuộc phạm vi quận Đống Đa từ năm 1993 đến 2010 Việc cập nhập số liệu thường xuyên lưu trữ với GIS mạnh quản lý phân tích GIS phản ảnh xác biến động diện tích đối tượng nói chung mặt nước hồ nói riêng gần sát với thực tế Qua cho thấy, GIS có khả áp dụng rộng rãi nghiên cứu, quản lý, đánh giá nhằm phác hoạ nét biến đổi Môi trường phạm vi rộng Kiến nghị: Đề xuất biện pháp quản lý hệ thống hồ Hà Nội Để quản lý tốt hồ Hà Nội cần phải có kết hợp thực giải pháp tổng thể đa ngành Đây việc làm cần thiết tạo nên hợp tác thống quan quản lý, nhà khoa học tham gia 78 cộng đồng địa phương Hơn nữa, để đảm bảo ổn định việc quản lý hồ với bảo tồn giá trị, chức tính chất cụ thể chúng, đặc biệt mục tiêu bảo tồn đa dạng sinh thái, điều tiết lũ lụt, cải tạo khí hậu địa phương, khơng gian vui chơi giải trí giá trị di tích lịch sử, văn hóa, ni trồng thủy sản… Quy hoạch sử dụng đất thành phố cần quan tâm mức, đặc biệt chức năng, tính chất cụ thể hồ, ao, sông Hà Nội Các diện tích đất nơng nghiệp khơng nên sử dụng cho mục đích xây dựng mở đường giao thơng Rõ ràng, việc thành lập Ban quản lý có hiệu hồ Hà Nội cấp bách 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Vọng Thành (2000), Cơ sở hệ thống thơng tin địa lý, Giáo trình cao học Bản đồ, Trường Đại học Mỏ Địa Chất, Hà Nội Phạm Vọng Thành, Nguyễn Trường Xuân (2007), Công nghệ viễn thám, giảng dành cho học viên cao học, Trường Đại học Mỏ Địa Chất, Hà Nội Nguyễn Cao Tùng (2006), OpenGIS Công nghệ xử lý đồng liệu địa lý Nguyễn Cao Huấn, Trần Anh Tuấn, Cảnh quan hồ nước Hà Nội - Chức thực trạng quản lý, Hội thảo khoa học quốc tế, 2010 Hoàng Văn Thắng nnk, 2002 Quản lý bền vững bảo tồn đất ngập nước Hà Nội Đề tài hợp tác quốc tế IUCN Hà Lan tài trợ, Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội Ký hiệu đồ địa hình tỷ lệ 1/500, 1/1000, 1/2.000 1/5.000 - Tổng cục Địa (nay Bộ Tài nguyên Môi trường) ban hành năm 1995 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ArcGis, Viện nghiên cứu Địa Võ Chí Mỹ, Khoa học mơi trường, học dành cho học viên cao học, Trường Đại học Mỏ Địa Chất, Hà Nội ... ? ?Ứng dụng công nghệ GIS vào công tác quản lý nước hồ khu vực thành phố Hà Nội? ?? Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài là: - Nghiên cứu khả ứng dụng hệ thông tin địa lý công tác quản lý nước hồ khu vực. .. TP Hà Nội 24 1.2.1 Thực trạng quản lý hồ nước hồ khu vực thành phố Hà Nội 24 1.2.2 Ứng dụng GIS vào công tác quản lý nước hồ khu vực TP Hà Nội 26 CHƢƠNG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THỐNG AO, HỒ... tạo hồ 1.2.2 Ứng dụng GIS vào công tác quản lý nước hồ khu vực TP Hà Nội a Cơ sở khoa học ứng dụng GIS vào quản lý nước hồ Như trình bày mục 1.1 GIS công cụ ứng dụng sở máy tính điện tử để thành