e. Nồng độ NO2
2.5. Khái niệm và lợi ích của GIS (Geographic Information System)
2.5.1 Khái niệm GIS
Hệ Thông tin địa lý (GIS) là một kỹ thuật quản lý các thông tin dựa vào máy vi tính được sử dụng bởi con người vào mục đích lưu trữ, quản lý và xử lý các số liệu thuộc vềđịa lý hoặc không gian nhằm phục vụ cho các mục đích khác nhau (Võ Quang Minh, 2001).
Theo Lê Tuấn Anh và Lê Minh Tuân (1997), GIS là một hệ phần mềm máy vi tính cung cấp các công cụ phục vụ cho việc thu thập, lưu trữ, phân tích, xử lý và hiển thị các thông tin địa lý. Các thông tin đó mô tả về hình dạng, vị trí cũng như các tính chất của các đối tượng trên trái đất trong một hệ tọa độ nào đó. Dữ liệu của một hệ GIS bao giờ cũng gồm hai lọai đó là :
- Dữ liệu không gian - Dữ liệu thuộc tính
MapInfo là một phần mềm hiện đang được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam và một số nước khác trên thế giới như Mỹ, Canada, úc ... Hơn nữa, Mapinfo còn cung cấp một ngôn ngữ MapBasic giúp cho các lập trình viên có thể can thiệp vào CSDL cũng như phát triển các công cụ phục vụ cho mục đích của người dùng.
MapInfo là một phần mềm có khả năng tương thích cao với các hệ GIS khác, cho phép ta có thể trao đổi dữ liệu giữa MapInfo với các hệđó thông qua các dạng Format chuẩn như AutoCad DXF File (Data Exchange File).
2.5.2 Lợi ích của việc sử dụng GIS
Theo Võ Quang Minh (2001) kỹ thuật GIS là một công nghệ ứng dụng các tiến bộ của khoa học máy tính (computer based technology) do đó việc sử dụng GIS trong các mục tiêu nghiên cứu so với các phương tiện cổđiển có thể mang lại những hiệu quả cao do:
¾ Là cách tiết kiệm chi phí và thời gian nhất trong việc lưu trữ số liệu ¾ Có thể thu thập số liệu với số lượng lớn
¾ Số liệu lưu trữ có thểđược cập nhật hoá một cách dễ dàng ¾ Chất lượng số liệu được quản lý, xử lý và hiệu chỉnh tốt
¾ Dễ dàng truy cập, phân tích số liệu từ nhiều nguổn và nhiều loại khác nhau
¾ Tổng hợp một lần được nhiều loại số liệu khác nhau để phân tích và tạo ra nhanh chóng một lớp số liệu tổng hợp mới.
2.6. Sơ lược về các phần mềm 2.6.1 Phần mềm GS Plus
GS Plus là một phần mềm chuyên về thống kê địa lý. Nó rất hữu dụng, dễ sử dụng và thực hiện nhanh chóng. GS Plus cung cấp toàn bộ các chức năng về thống kê địa lý như phân tích bán phương sai (semivariance) thông qua phương pháp nội suy Kriging và vẽ bản đồ, trong chương trình tích hợp đơn giản với các giao diện dễ dàng và uyển chuyển với người sử dụng. Từ những số liệu của những điểm đã lấy mẫu, xác định được semivariogram và thực hiện nội suy Kriging.
GS Plus được sản xuất vào năm 1988 và hiện nay nó là phần mềm chuẩn để đánh giá số liệu biến động không gian, nó có thể giao diện với các phần mềm quản lý số liệu khác như Excel, Access…
- Xác định Sermivariogram: Từ những số liệu của những điểm lấy mẫu (số liệu bao gồm tọa độ X, Y và Z là giá trịđặc tính nghiên cứu tại mỗi điểm có tọa độ X, Y) vẽ biểu đồ thể hiện sự biến động của đặc tính nghiên cứu.
- Thực hiện nội suy bằng Kriging: nội suy được thực hiện dựa trên tính biến động của Semivariogram (Gamma Design Software, 2004).
2.6.2 Phần mềm MapInfo Professional
Theo Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường (1996) (trích trong Nguyễn Thị Hồng Điệp, 2004), Mapinfo Professional do công ty MapInfo, Hoa kỳ sản xuất vào năm 1985 cho phiên bản đầu tiên. MapInfo là phần mềm GIS cho máy tính để bàn có thể sử dụng để thực hiện các phân tích dữ liệu; tạo các bản đồ chi tiết phục vụ cho trình bày và trợ giúp ra quyết định; quản lý theo địa lý các đối tượng như tài sản, kho tàng, con người, đất đai, giao thông, nước… MapInfo cho mở trực tiếp nhiều tập tin (MapInfo, dBase, DBF, Microsoft Excel, Microsoft Access, các ảnh raster, ảnh chụp vệ tinh,…); có thể chuyển đổi dữ liệu giữa MapInfo và các phần mềm khác; kết nối được với các cơ sở dữ liệu SQL Server, Oracle, DB2, informix,… có chức năng chồng lắp và tách
phần mềm MapInfo được các nước Châu Âu sử dụng rộng rãi vào các lĩnh vực như: quản lý, nghiên cứu, đánh giá đất đai… .
MapInfo là một công cụ khá hữu hiệu để tạo ra và quản lý cơ sở dữ liệu vừa và nhỏ trên máy tính cá nhân. Sử dụng công cụ MapInfo có thể xây dựng một hệ thống thông tin địa lý phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học và sản xuất cho các tổ chức kinh tế, xã hội của các ngành và địa phương (Nguyễn Thế Thận, 1999 trích từ Bùi Thị Mai Phụng, 2008).
2.7 Một số ứng dụng của GIS
Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS có khả năng sử dụng dữ liệu không gian và thuộc tính (phi không gian) từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng (Phạm Ngọc Hà, 2008). Một số ứng dụng cụ thể của GIS thường thấy trong thực tế là:
• Quản lý hệ thống đường phố, bao gồm các chức năng: tìm kiếm địa chỉ khi xác định được vị trí cho địa chỉ phố hoặc tìm vị trí khi biết trước địa chỉ phố. Đường giao thông và sơđồ; điều khiển đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ. Phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe… Lập kế hoạch phát triển giao thông.
• Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường bao gồm các chức năng: quản lý gió và thủy hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi trường… Xác định ví trí chất thải độc hại. Mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm. Phân tích phân bố dân cư, quy hoạch tuyến tính.
• Quản lý quy hoạch: phân vùng quy hoạch sử dụng đất. Các hiện trạng xu thế môi trường. Quản lý chất lượng nước.
• Quản lý các thiết bị: xác định đường ống ngầm, cáp ngầm. Xác định tải trọng của lưới điện. Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng đường điện.
• Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và nhiều ứng dụng khác.
Một số nghiên cứu hiện nay trong lĩnh vực GIS
• Ứng dụng công nghệ thông tin địa lý và viễn thám trong quản lý dữ liệu phục vụ dự báo dịch hại lúa ởĐBSCL (Võ Quang Minh, 2008).
• Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy đánh giá chất lượng không khí tại khu vực Bình Dương (Vũ Minh Tuấn, 2005).
• Ứng dụng GIS kết hợp công nghệ web để xây dựng mô hình quản lý tài nguyên đất (Hoàng Lê Hường, 2007).
• Ứng dụng GIS và AHP xây dựng bản đồ thích nghi đất đai cho nuôi tôm sú tại huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh (Nguyễn Kim Lợi và Võ Lê Tuấn, 2008).
• Ứng dụng thống kê địa lý để xác định sự phân bố không gian của thành phần cơ giới và mối tương quan của arsen ở bãi bồi xã Long Hoà, huyện Châu Thành, tỉnh Trà Vinh (Bùi Thị Mai Phụng, 2008).
• Ứng dụng GIS phục vụ quy hoạch sử dụng đất tại huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai (Nguyễn Kim Lợi, 2010)
CHƯƠNG 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu:
Nồng độ các chất gây ô nhiễm không khí như CO, SO2, NO2, bụi, tiếng ồn.
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm GIS như GS Plus và MapInfo để thiết lập các bản đồ phân bố các chất ô nhiễm không khí.
3.2. Thời gian nghiên cứu: Từ 1/12/2010 đến 20/4/2011.
3.3. Mục tiêu nghiên cứu
3.3.1. Mục tiêu chung: Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS để xây dựng bản đồ phân bố hiện trạng ô nhiễm không khí trên địa bàn thành phố dựng bản đồ phân bố hiện trạng ô nhiễm không khí trên địa bàn thành phố Long Xuyên – An Giang.
3.3.2. Mục tiêu cụ thể:
Xác định hàm lượng các chất ô nhiễm không khí NO2, SO2, CO, bụi và tiếng ồn, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm không khí trên địa bàn thành phố Long xuyên.
Ứng dụng các phần mềm chuyên dụng trong hệ thống thông tin địa lý để thiết lập các bản đồ phân bố các chất ô nhiễm không khí như CO, SO2, NO2, bụi, tiếng ồn trong phạm vi thành phố Long Xuyên.
3.4. Nội dung nghiên cứu
Thu thập số liệu thứ cấp: bản đồ hành chính TPLX, hiện trạng môi trường tỉnh An Giang năm 2008 và 2009.
Chọn vùng đại diện để tiến hành thu mẫu ngoài thực địa (đợt 1) và xác định hàm lượng các chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm không khí như NO2, SO2, CO, bụi và tiếng ồn.
Ứng dụng chức năng nội suy Kriging trong phần mềm GS Plus để ước lượng những điểm chưa khảo sát trong không gian theo những điểm đã lấy mẫu. Từ đó, tìm được khoảng cách thu mẫu cho từng chỉ tiêu ô nhiễm không khí.
Dựa vào kết quả nội suy khoảng cách thu mẫu trên, tiến hành thu mẫu (đợt 2) các chỉ tiêu ô nhiễm không khí trên toàn địa bàn thành phố Long
Xuyên. Sau đó, xây dựng các bản đồ phân bố không gian các chất ô nhiễm không khí bằng phần mềm GS plus có kết hợp với phần mềm MapInfo.
Đánh giá và phân vùng mức độ ô nhiễm không khí các khí NO2, SO2, CO, bụi và tiếng ồn gây ra ở thành phố Long Xuyên.
3.5. Phương tiện và vật liệu nghiên cứu
Dụng cụ: ống nghiệm, buret, pipet, bình định mức, cân phân tích, giấy lọc, ống đong 100 ml, phễu nhỏ,...
Thiết bị: Máy hút khí Sibata (MD - ∑300)
Máy định vị toàn cầu GPS map 76 CSX Máy đo tiếng ồn JTS 1357.
Hóa chất phân tích SO2: dung dịch chuẩn SO2, axit sulfamic, formaldehyde.
Hóa chất phân tích CO: pdcl20,001%, Na2CO3 20%,…
Hóa chất phân tích NO2: axit actic 5N, thuốc thử Griess A, Griess B,… Phần mềm : MapInfo 7.5, GS plus 7.0
3.6. Phương pháp nghiên cứu
3.6.1. Địa điểm nghiên cứu: Các phường trên địa bàn TP. Long Xuyên – An Giang – An Giang
3.6.2. Phương pháp bố trí vị trí thu mẫu
Đề tài được thực hiện gồm 2 đợt.
¾ Đợt 1: Nội suy tìm khoảng cách thu mẫu (tháng 3/2011)
Chọn vùng đại diện từđó nội suy ra khoảng cách thu mẫu, thời gian thu mẫu từ 8h đến 11h, tổng số lượng mẫu thu là 10 mẫu. Các mẫu được thu ở ngã 4 đèn bốn ngọn, ngã ba, ngã tư, trường học, cầu, chợ, khu vực nhà dân.
Chú thích: Vị trí thu mẫu Ranh xã
Tuyến đường
Hình 3.1: Sơđồ thu mẫu đại diện đợt 1 (tháng 3/2011)
Toạ độ và nồng độ các khí được nhập vào phần mềm GS Plus để tiến hành xây dựng biểu đồ biến động (variogarm), trong phần mềm GS Plus các biểu đồ biến động được mô phỏng theo 4 hàm toán học là hàm tuyến tính, hàm mũ, hàm hình cầu và hàm Gaussian. Mô hình được chọn là mô hình có R2 lớn nhất và RSS nhỏ nhất.
Chọn khoảng cách thu mẫu chung cho 5 chỉ tiêu nghiên cứu là dựa vào khoảng cách thu mẫu của chỉ tiêu SO2 (A0 = 772 m).
Thoại sơn
Chợ mới Châu thành
¾ Đợt 2: Xây dựng bản đồ phân bố các chất ô nhiễm không khí
Dựa vào khoảng cách đã được chọn đợt 1, tiến hành thu mẫu trên địa bàn Thành phố Long xuyên vào tháng 4/2011. Từđó xây dựng bản đồ phân bố các chất ô nhiễm không khí.
Do trang thiết bị thu và phân tích mẫu khí tại Phòng thí nghiệm của Khoa còn thiếu nên chi phí để thuê nơi khác thu và phân tích mẫu là rất cao (mỗi chỉ tiêu khoảng 1 triệu đồng). Vì vậy, không thể thu theo khoảng cách đã chọn theo chỉ tiêu SO2. Dựa vào khả năng tài chính của chúng tôi nên bố trí thu 11 mẫu không khí phân bố tương đối đều ở các phường, xã trên đại bàn Thành phố Long xuyên. Vị trí các mẫu thu đợt 2 được trình bày ở Hình 3.2.
Hình 3.2: Sơ đồ vị trí thu mẫu không khí đợt 2 (tháng 4/2011)
Chú thích: Vị trí thu mẫu Ranh xã Tuyến đường Chợ mới Thoại sơn Châu thành
3.6.3. Phương pháp thu mẫu
Mẫu khí thu được sẽđược dán nhãn và ghi rõ tên, thời gian và địa điểm thu mẫu và trữ lạnh ở 4oC. Tại mỗi vị trí thu mẫu đều được xác định toạ độ (X,Y).
Phương pháp thu mẫu SO2: thu mẫu không khí qua impinger với 2 ống hấp thụ nối tiếp nhau, mỗi ống chứa 20 ml dung dịch hấp thụ, hút khí với lưu lượng 0,5 lít/phút trong khoảng 1 giờ.
Phương pháp thu mẫu CO: dùng chai 1 lít đã được rửa sạch, đem đến nơi lấy mẫu. Mở nút chai, dùng bơm hút không khí qua chai với tổng thể tích là 10 lít. Đậy nút kín đem về cho 3 ml PdCl2 vào (bằng cách ngâm chai vào nước lạnh hoặc nước đá cho thể tích không khí trong chai co lại rồi mở nút cho PdCl2 vào). Để CO tiếp xúc với paladiclorua trong 4 giờ.
Phương pháp thu mẫu NO2: mẫu không khí được hút qua impinger với 2 bình hấp thụ mắc nối tiếp nhau, chứa 40 ml dung dịch hấp thụ, lưu lượng 0,5 lít/phút trong khoảng 1 giờ.
Phương pháp thu mẫu bụi: mẫu không khí được hút qua impinger qua giấy lọc có đường kính 0,25 mm.
3.6.4. Địa điểm phân tích
Mẫu được phân tích tại phòng thí nghiệm Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật Tài Nguyên - Môi Trường tỉnh An Giang.
3.6.5. Phương pháp phân tích mẫu
Tất cả các phương pháp xác định SO2, NO2, CO, bụi đều được tiến hành theo phương pháp của Nguyễn Thành Vinh (2008).
a. Xác định nồng độ SO2 trong không khí
Nguyên tắc: SO2 hấp thụ bằng dung dịch K2HgCl4. Phức này chống được sự oxy hoá ngay cả khi có mặt O3 và NO2. Định lượng SO2 thu được bằng p-rosanilin trong HCl và HCHO tạo thành phức màu hồng tím. Đo ở bước sóng λ= 550 nm.
Tính kết quả: so sánh mật độ quang của mẫu phân tích với dãy chuẩn suy ra lượng SO2 có trong mẫu phân tích. Hàm lượng SO2được tính theo công thức sau: CSO2 = k V V V a * * 2 1
Trong đó
CSO2: nồng độ SO2 trong mẫu đã thu (mg/m3) a: lượng SO2 có trong dung dịch phân tích (μm)
V1: tổng thể tích dung dịch hấp thu mẫu (ml)
V2: thể tích dung dịch hấp thu mẫu lấy ra phân tích (ml) Vk: tổng thể khí lấy mẫu, tính theo điều kiện chuẩn (ml)
b. Xác định nồng độ CO trong không khí
Nguyên tắc: khí CO sẽ khử hợp chất PdCl2 thành paladi kim loại, lượng PdCl2 dư cho xúc tác với KI tạo thành PdI2 màu đỏ, so màu với dung dịch chuẩn trên máy so màu ở bước sóng λ= 650-680 nm rồi tính ra nồng độ CO.
Tính kết quả: nồng độ CO được tính theo công thức sau: CCO = o V X)*0,157 3 ( − Trong đó
CCO: nồng độ CO trong mẫu đã thu (mg/m3)
3 là số mg PdCl2 có trong 3 ml dung dịch cho vào chai
X: lượng PdCl2 dưđọc ởđồ thị (1 mg PdCl2 tương đương với 0,157 mg CO) (mg)
Vo: thể tích chai, chuyển vềđiều kiện chuẩn (lít)
c. Xác định nồng độ NO2 trong không khí
Nguyên tắc: khí NO2 được hấp thụ vào dung dịch NaOH tạo thành NANO2, cho phản ứng với CH3COOH tạo thành HNO2. Axit nitơ tác dụng với axit sulfanilic và α-naphtylamin cho ra hợp chất azoic có màu hồng. độ nhạy của phương pháp 0,5 μm NO2- với 1 μm NO2.
Tính kết quả: nồng độ NO2 được tính theo công thức sau: CNO2 = k V V V a * * 2 2 1 Trong đó
CNO2: nồng độ NO2 trong mẫu đã thu (mg/m3) a: lượng NO2 có trong dung dịch phân tích (μm)
V1: tổng thể tích dung dịch hấp thu mẫu (ml)
V2: thể tích dung dịch hấp thu mẫu lấy ra phân tích (ml) Vk: tổng thể khí lấy mẫu, tính theo điều kiện chuẩn (ml)
d. Xác định bụi
Nguyên tắc: phương pháp dưạ trên việc cân trọng bụi thu được trên giấy lọc sau khi lọc thể tích không khí xác định. Giấy lọc được cân trước và