KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG NƢỚC HỒ TÂY

Theo các kết quả đo đạc bằng máy đo hiện trường thì nước bề mặt Hồ Tây được đặc trưng bởi mơi trường trung tính đến kiềm nhẹ (pH dao động từ 7,3 đến 8,1, trung bình đạt 7,5). Hàm lượng ơxi hịa tan trong nước (DO) cao, dao động từ 2,0 đến 7,5 mg/L, trung bình đạt 4,5 mg/L, cịn phù hợp cho ni các lồi cá nước ngọt.

Độ sâu thấu quang đo tại hồ dao động từ 15 cm đến 50 cm, trung bình đạt 28 cm, có xu hướng tăng nhẹ từ bờ ra đến giữa hồ. Các điểm khảo sát ven hồ, đặc biệt là các khu vực quanh các cống thải như cống Xuân La, cống Đõ, cống Tàu Bay, cống Cây Si, nước có màu đen, mùi hơi thối, độ thấu quang của nước rất thấp, dao động từ 15 - 22 cm. Theo phân loại của Carlson and Simpson [12], độ thấu quang đo tại nước Hồ Tây cho thấy độ phú dưỡng của nước hồ hiện nay đang ở mức siêu phú dưỡng, ứng với chỉ số TSI dao động từ 70-80, kết quả này tương đồng với các đánh giá về mức độ phú dưỡng của nước Hồ Tây sử dụng các chỉ số hác như chlorophyll-a [85], Photpho tổng số [84]. Kết quả này cho thấy việc sử dụng độ thấu quang để tính tốn mức độ phú dưỡng của nước là tương đối phù hợp đối với trường hợp của Hồ Tây.

Nhiệt độ bề mặt của nước Hồ Tây tương đối đồng đều với nhiệt độ môi trường khơng khí lớp trên cùng. Do hồ có độ sâu khơng lớn nên nhiệt độ chênh lệch theo độ sâu của hồ là hông đánh ể, đây là yếu tốt thuận lợi để cung cấp ôxi cho các quá trình phân hủy chất hữu cơ trong hồ.

Phổ phản xạ bề mặt nước đo tại các điểm khảo sát tại Hồ Tây trong 3 đợt khảo sát thể 4 điểm cực đại: một điểm nằm trong dải sóng xanh lục (green: 552 - 562 nm) và một điểm thấp hơn nằm dải sóng đỏ (red: 652 - 662 nm) và 2 điểm nằm trong dải sóng cận hồng ngoại tương ứng với khoảng 710 - 716 nm và 805 - 810 nm (hình 3.1). Đặc trưng dải phổ phản xạ mặt nước của Hồ Tây cho thấy có sự tương đồng với phổ phản xạ mặt nước các hồ ở mức si u phú dưỡng trên thế giới như hồ Zeekoevlei (Nam Phi) [44], hồ Carter (Hoa Kỳ) [13]. Các điểm phổ cực tiểu thu của nước chủ yếu ghi nhận ở dải sóng xanh lam (blue), đỏ (~ 680 nm) hoặc ở dải sóng xấp xỉ 900 nm.

Hình 3. 1. Phổ phản xạ mặt nƣớc đo tại các điểm khảo sát ở Hồ Tây trong 3 đợt khảo sát vào các ngày 1/6/2016, 27/9/2016 và 3/9/2017 và độ thấu quang tƣơng ứng đo đƣợc cùng thời điểm.

So sánh phổ phản xạ mặt nước thu được ở các điểm khảo sát tại Hồ Tây và vị trí kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat 5 TM và Landsat 8 OLI cho thấy các điểm cực đại của phổ phản xạ trong dải nhìn thấy (visible) đều nằm ở cùng vị trí với kênh phổ xanh lục (kênh 2 của ảnh TM và kênh 3 của ảnh OLI). Trong hi đó, ở dải sóng cận hồng ngoại (NIR), giá trị cực đại của phổ phản xạ mặt nước ở dải sóng 790 – 840 nm (peak thứ 4) nằm trùng với vị trí của kênh phổ NIR (kênh 4) của ảnh TM và không trùng với kênh phổ NIR (kênh 5) của ảnh OLI (hình 3.2). Giá trị cực tiểu của phổ phản xạ ở dải sóng xanh lam (blue) và đỏ trùng với nh tương ứng ở cả 2 ảnh (hình 3.2)

3.2. MỨC ĐỘ PHÚ DƢỠNG CỦA NƢỚC HỒ TÂY THEO THỜI GIAN 3.2.1. Mối quan hệ giữa độ thấu quang và phổ phản xạ bề mặt nƣớc 3.2.1. Mối quan hệ giữa độ thấu quang và phổ phản xạ bề mặt nƣớc

Độ thấu quang của nước (SD) là một đặc trưng quang học của nước liên quan mật thiết đến các hợp phần khác trong vực nước. Trong đó, ánh sáng được hấp thụ bởi các sắc tố của tảo nhưng lại bị tán xạ bởi các tế bào tảo và các hạt vật chất lơ lửng hác trong nước. Phương pháp viễn thám tính tốn độ thấu quang của nước trên thế giới tập trung chủ yếu vào sử dụng tỷ số phổ phản xạ của dải sóng lam/lục (blue/green), lam/đỏ (blue/red), lục/đỏ (green/red) hoặc các dải phổ xanh lam (blue), đỏ (red) và lục (green) (mục 2.5).

Dựa trên kết quả đo đạc độ thấu quang của nước và phổ phản xạ đo tại mặt nước vào các đợt khảo sát ngày 01/06/2016, 27/09/2016 và 03/09/2017, mối quan hệ tuyến tính giữa độ thấu quang của nước với các tỷ số phản xạ và giá trị phản xạ ở các dải sóng n u tr n ứng với thiết kế kênh phổ của ảnh Landsat 5 TM được phân tích và cho ết quả như trong hình 3.3 dưới đây.

Hình 3. 3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính cao nhất giữa độ thấu quang (SD) và tỷ số kênh phổ lam/lục (B/Gr) (a), lam/đỏ (B/R) (b), lục/đỏ (Gr/R) (c) và các kênh phổ lam (B) (d),

Kết quả cho thấy độ thấu quang của nước (SD) tương quan thấp với các kênh phổ riêng lẻ Green, Red, Blue và tỷ số phổ phản xạ của kênh phổ lam/lục (B/Gr) với hệ số xác định lần lượt là 0,01; 0,01; 0,02 và 0,07 (hình 3.3 f, e, d, a). SD tương quan khá cao với tỷ số kênh phổ lam/đỏ (B/R) (hình 3.3b) với R2 = 0,56 và đặc biệt tương quan cao với tỷ số phổ phản xạ kênh lục/đỏ (Gr/R) (hình 3.3c) với hệ số xác định R2= 0,85. Theo đó, SD có thể tính tốn từ phổ phản xạ của ảnh Landsat 5 TM theo phương trình sau:

y = 241,15e-1,23x (2)

Trong đó: y – độ thấu quang của nước (m)

x – giá trị điểm ảnh tương ứng với tỷ só kênh phổ lục/đỏ

Ảnh Landsat 8 OLI có 2 kênh phổ trong dải sóng xanh lam (kênh 1 và 2, viết tắt B1, B2) nên có tổng số 5 tỷ số phổ phản xạ và 4 giá trị phổ tương ứng với phổ của 2 kênh lam, đỏ và lục của ảnh OLI được phân tích tuyến tính trong hình 3.4 dưới đây.

Hình 3. 4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính cao nhất giữa độ thấu quang (SD) và tỷ số kênh phổ lam/lục (B1/Gr và B2/Gr) (a, b), lam/đỏ (B1/R và B2/R) (c, d), lục/đỏ (Gr/R) (e) và

các kênh phổ lam (B) (f, g), đỏ (R) (h), lục (Gr) (i) ứng với dải sóng của ảnh OLI.

Kết quả cho thấy SD tương quan cao với tỷ số phản xạ của kênh phổ lục/đỏ (Gr/R) của ảnh OLI với hệ số xác định l n đến 0,85 (hình 3.4e) trong hi tương quan trung bình với tỷ số nh lam/đỏ (B2/R, R2 = 0,33) và tương yếu với các tỷ số và kênh phổ cịn lại (R2 dao động từ 0 đến 0,09) (hình 3.4).

Từ mối quan hệ nói tr n, độ thấu quang của nước Hồ Tây có thể được tính tương đối chính xác bằng tỷ số phổ phản xạ của kênh lục/đỏ của ảnh Landsat 8 OLI theo phương trình:

y = 98,76e-0,52x (3)

Trong đó: y – độ thấu quang của nước (m)

x – giá trị điểm ảnh tương ứng với tỷ só kênh phổ lục/đỏ

Phương trình (3) được áp dụng để tính tốn SD của các ngày lấy mẫu và so sánh với SD tính tốn từ phương trình theo ảnh cho thấy sự tương quan cao giữa SD đo được ngồi thực địa và SD tính từ dữ liệu ảnh Landsat 8 (đã xử lý ở mức độ 2 về phổ phản xạ bề mặt thu được trong ngày 1/6/2016) với R2=0,88 (hình 3.5), độ lệch chuẩn của phép tính tương đối nhỏ với SD sai số (SE) xấp xỉ 0,07 cm. Kết quả này cho thấy tỷ số phổ phản xạ mặt nước ứng với dải sóng lục/đỏ (tương ứng tỷ số phản xạ bề mặt của nh 3/ nh 4 của ảnh Landsat 8 OLI và nh 2/ nh 3 của ảnh Landsat 5 TM) hồn tồn phù hợp để tính tốn độ thấu quang của nước Hồ Tây.

Hình 3. 5. Tƣơng quan giữa SD đo đƣợc ngoài thực địa và SD tính tốn từ ảnh Landsat 8 OLI

Phổ phản xạ bề mặt của ảnh Landsat 5 TM và 8 OLI được cung cấp bởi chương trình Landsat ARD (Landsat Analysis Ready Data) của US S được sử dụng trong luận văn bởi theo hướng dẫn sử dụng của sản phẩm này thì phổ phản xạ của nh phổ xanh lục (green) và nh phổ đỏ (red) của cả 2 loại ảnh TM và OLI đều được hiệu chỉnh có độ chính xác cao nhất so với các nh phổ hác [17, 18, 65] sẽ cho độ chính xác cao hi tính tốn độ thấu quang của nước hồ.

3.2.2. Hiện trạng ph dƣỡng theo thời gian

Độ thấu quang của nước Hồ Tây được tính tốn sử dụng phương trình (2) và (3) cho ảnh Landsat 5 TM và Landsat 8 OLI thu được lấy vào 2 thời điểm trong năm ứng với mùa mưa và mùa hô của các năm 1996, 2001, 2005, 2010, 2015, 2016 và 2017 cho thấy độ thấu quang của nước hồ giảm dần theo thời gian từ năm 1996 đến năm 2017 và thay đổi theo mùa: mùa hô độ thấu quang của nước thấp hơn mùa mưa. Theo đó, giá trị TSI của hồ có xu hướng tăng theo thời gian và vào mùa hô TSI thường lớn hơn vào mùa mưa. Điều này cũng cho thấy chất lượng nước ở Hồ Tây đã suy giảm từ năm 1996 đến nay và thay đổi theo từng thời điểm hác nhau (theo mùa) trong năm do sự khác nhau về điều kiện thời tiết mà phần lớn

 Năm 1996

Hình 3.6 biểu diễn độ thấu quang của nước Hồ Tây tính tốn từ ảnh Landsat 5 TM thu được trong 2 mùa: mùa khô (tháng 1) và cuối mùa mưa (tháng 10). Theo đó, độ thấu quang của nước Hồ Tây dao động từ 89 cm đến 142cm, đạt trung bình là 111 cm trong mùa khơ (hình 3.6a) và từ 98 đến 153 cm (trung bình đạt 121 cm) trong mùa mưa (hình 3.6b). Theo hơng gian, độ thấu quang của nước tăng dần từ phía đơng nam (phía đường Thanh Niên) lên phần tây bắc của hồ (phường Nhật Tân). Nguy n nhân là do vào năm 1996, hoạt động du lịch - dịch vụ của các nhà thuyền ở khu vực hai hồ này chủ yếu tập trung dọc theo đường Thanh Niên nên hiện tượng nước thải sinh hoạt và các xáo động môi trường nước tập trung chủ yếu tại đây.

Hình 3. 6. Sơ đồ phân bố SD của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khô (a) và cuối mùa mƣa (b) năm 1996

Từ kết quả độ sâu thấu quang trong hình 3.6, sơ đồ phân bố mức độ phú dưỡng cho nước Hồ Tây vào năm 1996 cũng được tính tốn và thể hiện trong hình 3.7. Theo đó, TSI của nước hồ dao động từ 54 đến 61, trung bình đạt 59 trong mùa khơ và từ 54 đến 63, trung bình đạt 57 trong mùa mưa. Theo bảng phân loại chỉ số tình trạng phú dưỡng của Carlson và Simpson [12] thì Hồ Tây vào năm 1996 ở mức độ phú dưỡng (eutrophy) với chỉ số TSI nằm trong khoảng từ 54 đến 63. Ngược lại

với độ thấu quang của nước, mức độ phú dưỡng của Hồ Tây cao ở vùng ven hồ dọc đường Thanh Niên và giảm dần đến các khu vực khác (hình 3.7).

Hình 3. 7. Sơ đồ phân bố TSI của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khô (a) và cuối mùa mƣa (b) năm 1996

 Năm 2001

Hình 3.8 biểu diễn độ thấu quang của nước Hồ Tây tính tốn từ ảnh Landsat 5 TM thu được trong 2 mùa: mùa khô (tháng 12) và mùa mưa (tháng 6). Theo đó, độ thấu quang của nước Hồ Tây dao động từ 43 cm đến 130 cm, đạt trung bình là 81 cm trong mùa khơ (hình 3.8a) và từ 63 đến 132 cm (trung bình đạt 85 cm) trong mùa mưa (hình 3.8b). Theo hơng gian, độ thấu quang của nước tăng dần từ phía đơng nam (phía đường Thanh Niên) lên phần tây bắc của hồ (phường Nhật Tân) (vào mùa hô). Tuy nhi n, vào mùa mưa SD lại có xu hướng ngược lại, giảm dần từ phía đường Thanh Niên lên phía tây bắc của hồ. Khu vực hồ Trúc Bạch, SD có xu hướng cao ở phần tây bắc hồ (phía giáp đường Thanh Niên) và giảm dần xuống phần Đông Nam của hồ. Nguyên nhân là do vào thời gian này, hoạt động du lịch - dịch vụ của các nhà thuyền ở khu vực hai hồ này chủ yếu tập trung dọc theo đường Thanh Ni n đang phát triển mạnh nên hiện tượng nước thải sinh hoạt và các xáo động môi trường nước tập trung chủ yếu tại đây.

Hình 3. 8 Sơ đồ phân bố SD của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khô (a) và mùa mƣa (b) năm 2001

Từ kết quả độ sâu thấu quang trong hình 3.8, sơ đồ phân bố mức độ phú dưỡng cho nước Hồ Tây vào năm 2001 cũng được tính tốn và thể hiện trong hình 3.9. Theo đó, TSI của nước hồ dao động từ 56 đến 72, trung bình đạt 63 trong mùa khơ và từ 56 đến 67, trung bình đạt 62 trong mùa mưa. Theo bảng phân loại chỉ số tình trạng phú dưỡng của Carlson và Simpson [12] thì Hồ Tây vào năm 2001 ở mức độ phú dưỡng (Eutrophy) với chỉ số TSI nằm trong khoảng từ 56 đến 68 và một số số vùng xấp xỉ mức độ si u phú dưỡng (Hypereutrophy). Ngược lại với độ thấu quang của nước, mức độ phú dưỡng của Hồ Tây cao ở vùng ven hồ dọc đường Thanh Niên và giảm dần đến các khu vực khác (hình 3.9).

Hình 3. 9. Sơ đồ phân bố TSI của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khô (a) và mùa mƣa (b) năm 2001

 Năm 2005

Hình 3.10 biểu diễn độ thấu quang của nước Hồ Tây tính tốn từ ảnh Landsat 5 TM thu được trong 2 mùa: mùa khô (tháng 11) và mùa mưa (tháng 5). Theo đó, độ thấu quang của nước Hồ Tây dao động từ 48 cm đến 98 cm, đạt trung bình là 68 cm trong mùa khơ (hình 3.10a) và từ 54 đến 94 cm (trung bình đạt 69 cm) trong mùa mưa (hình 3.10b). Theo hơng gian, độ thấu quang của nước tăng từ phía đơng nam (phía đường Thanh Niên) lên phần tây bắc của hồ (phường Nhật Tân).

Hình 3. 10 Sơ đồ phân bố SD của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khô (a) và mùa mƣa (b) năm 2005

Từ kết quả độ sâu thấu quang trong hình 3.10, sơ đồ phân bố mức độ phú dưỡng cho nước Hồ Tây vào năm 2005 cũng được tính tốn và thể hiện trong hình 3.11. Theo đó, TSI của nước hồ dao động từ 60 đến 71, trung bình đạt 66 trong mùa khơ và từ 61 đến 68, trung bình đạt 65 trong mùa mưa. Theo bảng phân loại chỉ số tình trạng phú dưỡng của Carlson và Simpson [12] thì Hồ Tây vào năm 2005 ở mức độ phú dưỡng (Eutrophy) với chỉ số TSI nằm trong khoảng từ 60 đến 68 cá biệt có một số khu vực TSI lên tới 70 nhưng chiếm tỷ lệ rất nhỏ. Ngược lại với độ thấu quang của nước, mức độ phú dưỡng của Hồ Tây đều cao ở vùng ven hồ dọc đường Thanh Niên và giảm dần đến các khu vực khác (hình 3.11).

Hình 3. 11 Sơ đồ phân bố TSI của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khô (a) và mùa mƣa (b) năm 2005

 Năm 2010

Hình 3.12 biểu diễn độ thấu quang của nước Hồ Tây tính tốn từ ảnh Landsat 5 TM thu được trong 2 mùa: mùa hô (tháng 11) và mùa mưa (tháng 6). Theo đó, độ thấu quang của nước Hồ Tây dao động từ 42cm đến 77 cm, đạt trung bình là 56 cm trong mùa khơ (hình 3.12a) và từ 47 cm đến 76 cm (trung bình đạt 60 cm) trong mùa mưa (hình 3.12b). Theo hơng gian, độ thấu quang của nước tăng dần từ phía tây nam (phía đường Bưởi và đường Thụy Khuê) lên phần tây bắc của hồ (phường Nhật Tân).

Hình 3. 12 Sơ đồ phân bố SD của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khô (a) và mùa mƣa (b) năm 2010

Từ kết quả độ sâu thấu quang trong hình 3.12, sơ đồ phân bố mức độ phú dưỡng cho nước Hồ Tây vào năm 2010 cũng được tính tốn và thể hiện trong hình 3.13. Theo đó, TSI của nước hồ dao động từ 63 đến 72, trung bình đạt 68 trong mùa khơ và từ 64 đến 71, trung bình đạt 67 trong mùa mưa. Theo bảng phân loại chỉ số tình trạng phú dưỡng của Carlson và Simpson [12] thì Hồ Tây vào năm 2010 ở mức độ phú dưỡng (Eutrophy) với chỉ số TSI nằm trong khoảng từ 63 đến 68. Một số nơi đã bắt đầu xuất hiện hiện tượng si u phú dưỡng với TSI ở mức 70 đến 72. Ngược lại với độ thấu quang của nước, mức độ phú dưỡng của Hồ Tây cao ở vùng ven hồ dọc đường Bưởi, Thụy Khuê và giảm dần đến các khu vực khác (hình 3.13).

Hình 3. 13 Sơ đồ phân bố TSI của nƣớc Hồ Tây tính tốn từ ảnh TM thu đƣợc vào mùa khơ (a) và mùa mƣa (b) năm 2010

 Năm 2015

Hình 3.14 biểu diễn độ thấu quang của nước Hồ Tây tính tốn từ ảnh Landsat 8 OLI thu được trong 2 mùa: mùa hô (tháng 11) và mùa mưa (tháng 5). Theo đó, độ thấu quang của nước Hồ Tây dao động từ 39 cm đến 56 cm, đạt trung bình là 46 cm trong mùa khơ (hình 3.14a) và từ 44 đến 57 cm (trung bình đạt 50 cm) trong mùa mưa (hình 3.14b). Theo hơng gian, độ thấu quang của nước tăng dần từ phía