Luận văn thạc sĩ sử dụng tư liệu viễn thám để xây dựng bản đồ phân cấp chất lượng không khí tại thành phố sơn la

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VĂN HÙNG SỬ DỤNG TƢ LIỆU VIỄN THÁM ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN CẤP CHẤT LƢỢNG KHƠNG KHÍ TẠI THÀNH PHỐ SƠN LA, TỈNH SƠN LA GIAI ĐOẠN 2017 - 2019 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ NGÀNH: 8440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HẢI HÒA Hà Nội, 2019 i CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Hải Hịa, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Hữu Nghĩa, Chu Thị Kỳ Anh (2019), Sử dụng ảnh Landsat xây dựng đồ chất lượng khơng khí thành phố Sơn La giai đoạn 2017- 2019 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Lâm nghiệp Số 5:69-80 Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Hải Hòa, Nguyễn Hữu Nghĩa (2019), Sử dụng ảnh Landsat xây dựng đồ nhiệt độ bề mặt đất khu vực thành phố Sơn La giai đoạn 2015- 2019 Tạp chí Khoa học Công nghệ Lâm nghiệp Số ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hải Hòa tận tình hướng dẫn, dành nhiều cơng sức, thời gian tạo điều kiện cho suốt trình học tập thực đề tài Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phịng sau Đại học, thầy giáo, nhà khoa học Trường Đại học Lâm nghiệp; công chức, viên chức lao động Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Sơn La, Uỷ ban nhân dân thành phố Sơn La, Trung tâm Quan trắc tài nguyên môi trường Sơn La tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, thực đề tài hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận văn./ Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2019 Nguyễn Văn Hùng iii MỤC LỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ viii ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ô nhiễm khơng khí 1.1.1 Ơ nhiễm khơng khí bụi 1.1.2 Ơ nhiễm khơng khí tiếng ồn 1.1.3 Các khí nhiễm khác 1.2 Tổng quan công nghệ viễn thám GIS 1.2.1 Một số khái niệm 1.2.2 Tầm quan trọng tích hợp cơng nghệ viễn thám GIS quản lý tài nguyên thiên nhiên môi trường 1.2.3 Ứng dụng công nghệ viễn thám GIS nghiên cứu ô nhiễm khơng khí Chƣơng MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 12 2.1.1 Mục tiêu chung 12 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 12 2.2 Đối tượng nghiên cứu 12 2.3 Phạm vi nghiên cứu 12 2.4 Nội dung nghiên cứu 13 iv 2.4.1 Nghiên cứu thực trạng mơi trường khơng khí thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La 13 2.4.2 Nghiên cứu xây dựng đồ chất lượng khơng khí qua năm nghiên cứu 13 2.4.3 Nghiên cứu xây dựng đồ nhiệt độ bề mặt đất qua năm nghiên cứu 13 2.4.4 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu công tác quản lý chất lượng không khí khu vực nghiên cứu 13 2.5 Dữ liệu sử dụng 14 2.6 Phương pháp nghiên cứu 14 2.6.1 Phương pháp kế thừa số liệu thứ cấp 14 2.6.2 Phương pháp so sánh 14 2.6.3 Phương pháp xây dựng đồ chất lượng khơng khí theo API 15 2.6.4 Phương pháp xây dựng đồ giá trị nhiệt độ bề mặt đất 19 Chƣơng ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI THÀNH PHỐ SƠN LA, TỈNH SƠN LA 23 3.1 Vị trí địa lý kinh tế 23 3.1.1 Vị trí địa lý địa hình 23 3.1.2 Vị trí kinh tế thành phố Sơn La 24 3.2 Tài nguyên thiên nhiên thành phố Sơn La 24 3.2.1 Khí hậu thủy văn 24 3.2.2 Đất đai thổ nhưỡng 25 3.2.3 Tài nguyên nước thủy 26 3.2.4 Tài nguyên rừng đất rừng 27 3.2.5 Tài nguyên khoáng sản 27 3.2.6 Tài nguyên du lịch 28 3.3 Dân số, dân cư nguồn nhân lực 28 3.3.1 Dân số 28 v 3.3.2 Đặc điểm dân cư 28 3.3.3 Nguồn nhân lực 29 3.4 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội 29 3.4.1 Kinh tế 29 3.4.2 Văn hóa - xã hội 31 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 4.1 Thực trạng chất lượng mơi trường khơng khí 34 4.1.1 Thực trạng chất lượng môi trường không khí thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 34 4.1.2 Diễn biến chất lượng môi trường không khí theo đợt quan trắc 43 4.2 Xây dựng đồ chất lượng khơng khí thành phố Sơn La từ liệu ảnh vệ tinh 58 4.2.1 Xây dựng đồ chất lượng khơng khí từ ảnh vệ tinh 58 4.2.2 Đánh giá độ tin cậy chất lượng khơng khí từ ảnh vệ tinh 61 4.3 Xây dựng đồ nhiệt độ bề mặt đất từ liệu ảnh vệ tinh 66 4.3.1 Bản đồ nhiệt độ bề mặt đất từ ảnh vệ tinh 66 4.3.2 Đánh giá độ tin cậy giá trị nhiệt độ bề mặt đất từ ảnh vệ tinh 69 4.4 Giải pháp cải thiện chất lượng môi trường khơng khí khu vực nghiên cứu 72 4.4.1 Nhóm giải pháp cho vùng bị nhiễm khơng khí 72 4.4.2 Nhóm giải pháp thể chế, sách 74 4.4.3 Nhóm giải pháp cơng nghệ, kỹ thuật 75 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Dữ liệu ảnh viễn thám sử dụng nghiên cứu 14 Bảng 2.2 Thang chia mức độ ô nhiễm không khí 18 Bảng 4.1 Vị trí điểm quan trắc địa bàn thành phố 36 Bảng 4.2 Kết phân tích tiêu Tổng bụi lơ lửng (TSP) điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017-2019 38 Bảng 4.3 Kết phân tích tiêu Sulfur dioxide (SO2) điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 44 Bảng 4.4 Kết phân tích tiêu NO2 mơi trường khơng khí điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 48 Bảng 4.5 Kết phân tích tiêu Carbon monoxit (CO) mơi trường khơng khí điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 52 Bảng 4.6 Kết phân tích tiêu nhiệt độ mơi trường khơng khí điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 55 Bảng 4.7 Sự sai khác giá trị API ảnh Landsat so với kết quan trắc 62 Bảng 4.8 Giá trị thống kê nhiệt độ bề mặt từ ảnh viễn thám Landsat 69 Bảng 4.9 Kết so sánh giá trị nhiệt độ bề mặt từ quan trắc với liệu viễn thám 70 Bảng 4.10 Mơ hình tương quan gi giá trị nhiệt độ bề mặt với phủ qua số thực vật 72 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1 Khu vực nghiên cứu 23 Hình 4.1 Chất lượng khơng khí thành phố Sơn La theo ảnh Landsat ngày 23/03/2017 58 Hình 4.2 Chất lượng khơng khí thành phố Sơn La theo ảnh Landsat ngày 10/03/2018 59 Hình 4.3 Chất lượng khơng khí thành phố Sơn La theo ảnh Landsat ngày 29/03/2019 60 Hình 4.4 Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat ngày 18/03/2015 66 Hình 4.5 Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat ngày 07/05/2016 67 Hình 4.6 Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat ngày 29/03/2017 67 Hình 4.7: Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat ngày 20/03/2018 68 Hình 4.8 Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat ngày 29/03/2019 68 viii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Sơ đồ 2.1 Phương pháp xây dựng đồ chất lượng khơng khí 16 Sơ đồ 2.2 Các bước xây dựng đồ phân bố nhiệt độ bề mặt theo liệu Landsat 19 Biểu đồ 4.1 Tổng lượng bụi lơ lửng (TSP) điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017- 2019 40 Biểu đồ 4.2 Hàm lượng tổng bụi lơ lửng (TSP) khơng khí thành phố Sơn La năm 2017 41 Biểu đồ 4.3 Hàm lượng bụi lơ lửng (TSP) khơng khí thành phố Sơn La năm 2018 42 Biểu đồ 4.4 Hàm lượng tổng bụi lơ lửng (TSP) khơng khí thành phố Sơn La năm 2019 43 Biểu đồ 4.5 Sulfur dioxide (SO2) môi trường khơng khí điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 46 Biểu đồ 4.6 Hàm lượng NO2 mơi trường khơng khí điểm quan trắc thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 50 Biểu đồ 4.7 Nhiệt độ mơi trường khơng khí điểm quan trắc địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 57 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT API Air pollution index AQI Air Quality Index ETM+ Enhanced Thematic Mapper Plus GIS Geographic information system NDVI Normalised Difference Vegetation Index NIR Near Infrared PM(10; 2,5; 1) Particulate matter (10; 2,5; 1) SWIR Short- wave Infrared TM Thematic Mapper TSP Total Suspended Particles TVI Transformed Vegetation Index VI Vegetation Index 72 Bảng 4.10 Mơ hình tƣơng quan gi giá trị nhiệt độ bề mặt với phủ qua số thực vật R2 TT Mơ hình n R Pvalue Tbề mặt = 23,408 - 67,64*NDVI - 83,03*EVI 120 0,649 0,627 |t|) (Intercept) 23.2934 0.5141 45.305 < 2e-16 *** NDVI 8.6748 2.421 0.0182 * EVI Pv 20.9999 17.7517 23.0281 0.771 0.4435 -46.3102 9.2839 -4.988 4.69e-06 *** Signif codes: „***‟ 0.001 „**‟ 0.01 „*‟ 0.05 „.‟ 0.1 „ ‟ Residual standard error: 1.347 on 120 degrees of freedom Multiple R-squared: 0.5065, Adjusted R-squared: 0.4841 F-statistic: 22.58 on and 120 DF, p-value: 3.57e-10 Phụ lục 02: Một số hình ảnh quan trắc thực địa Bến xe Sơn La Ngã tƣ thắng Ngã tƣ xe khách Ngã tƣ cầu trắng Khu hành cơng Đồi khau Cổng bệnh viện đa khoa tỉnh Cầu trắng ... dụng viễn thám GIS xây dựng đồ phân bố chất lượng khơng khí thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La 2.1.2 Mục tiêu cụ thể - Đánh giá thực trạng chất lượng mơi trường khơng khí thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La; ... khí địa bàn thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La Phạm vi không gian: Tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La Phạm vi thời gian: Nghiên cứu xây dựng đồ phân cấp chất lượng môi trường không khí (sự phân bố nồng... tồn thành phố Sơn La, đề tài sử dụng liệu viễn thám Landsat để xây dựng đồ phân cấp chất lượng khơng khí theo 13 TSP giá trị nhiệt độ bề mặt, từ đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng không khí