Việc ứng dụng GIS vào quản lý môi trường đã được áp dụng tương đối sớm. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp liên bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970. Nhiều cơng trình đã được thực hiện như:
- Thành lập bản đồ ơ nhiễm khơng khí đơ thị sử dụng GIS: dựa vào phương pháp hồi quy [26], Briggs và nnk đã thực hiện dự án SAVIAH do EU tài trợ, sử dụng phương pháp hồi qui để thành lập bản đồ ơ nhiễm khơng khí liên quan đến hoạt động giao thông trong mơi trường GIS. Trong dự án này có chứa dữ liệu khơng khí được giám sát, mạng lưới đường bộ, lưu lượng giao thông.
- Các ứng dụng của vệ tinh viễn thám và GIS để giám sát máy chất lượng khơng khí: các giải pháp tiềm năng và đề xuất cho các khu vực đơ thị Síp [29], Hadjimitsis D.G và nnk đã nghiên cứu dữ liệu ảnh viễn thám Landsat TM hoặc ETM+, SPOT cho việc xác định độ dày quan học sol khí để mơ tả mức độ khói bụi của khí quyển do sol khí được tập trung nhiều ở phần thấp của khí quyển.
- Đan Mạch hỗ trợ quyết định sử dụng công cụ GIS trong quản lý chất lượng khơng khí đơ thị và tác động tới con người [34], Jensen và nnk đã ứng dụng GIS ước tính mức độ ô nhiễm môi trường khơng khí ở độ phân giải thời gian và không gian cao. Các mơ hình cho phép lập bản đồ khí thải giao thơng,
các mức chất lượng khơng khí và tiếp xúc với con người tại các điểm cư trú, nơi làm việc và ngoài đường phố. Lập bản đồ và kịch bản kết quả để có thể so sánh với các giới hạn chất lượng.
1.3.2. Tại Việt Nam
Công nghệ GIS đã được phát triển từ đầu thập niên 1990 của thế kỷ trước và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đơ thị, đánh giá tác động môi trường ... Một số ứng dụng của GIS trong đánh giá tác động mơi trường có thể kể đến như:
- Xác định các tác động không gian của các tác nhân gây hại liên quan đến các thực thể.
- Xác định vị trí để thiết lập một nhân tố hoặc một cơ sở hạ tầng nào đó. - Xác định đường đi ngắn nhất của quá trình thải chất thải lỏng dọc kênh dẫn nước.
- Chồng xếp bản đồ lên bản đồ thực thể và đánh giá các tác động, thực thể nào sẽ chịu tác động.
- Giám sát và dự báo các sự cố mơi trường.
Nhiều cơng trình nghiên cứu về ơ nhiễm bụi có thể kể đến như:
- Nghiên cứu ứng dụng tổ hợp phương pháp mơ hình hóa và hệ thống thơng tin địa lý (GIS) để đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí của các khu cơng nghiệp và đô thị ở tỉnh Hải Dương [15] - Nguyễn Khắc Long đã lựa chọn mơ hình tốn học thích hợp Caline4 có xét đến vật cản để ứng dụng tính tốn thải lượng và dự báo q trình lan truyền chất ơ nhiễm được phát thải từ nguồn đường. Tác giả đã đánh giá hiện trạng, diễn biến và phân vùng ô nhiễm theo 6 cấp và ứng dụng kỹ thuật GIS để phân vùng chất lượng khơng khí xung quan khu cơng nghiệp, cụm công nghiệp, giao thông và đô thị tại tỉnh Hải Dương.
- Hệ thống giám sát và cảnh báo mức độ ơ nhiễm khơng khí sử dụng ảnh vệ tinh [16] - Nguyễn Thị Nhật Thanh và nnk nghiên cứu giám sát nồng độ bụi PM sử dụng ảnh vệ tinh, nghiên cứu và phát triển hệ thống WebGIS thu thập, xử lí, lưu trữ, cung cấp thông tin, giám sát và cảnh báo về mức độ ô nhiễm bụi.
- Ứng dụng hệ thống thơng tin địa lý (GIS) và mơ hình tốn đánh giá chất lượng khơng khí tại nhà máy xi măng thuộc công ty hữu hạn xi măng LUKS ( Việt Nam) [13] - Hồ Thị Ngọc Hiếu đã ứng dụng mơ hình Berliand và mơ hình ISC3 để đánh giá, dự báo chất lượng khơng khí tại khu vực nhà máy xi măng Luks. Kết hợp với cơ sở dữ liệu mơi trường, GIS và mơ hình tốn để tạo ra bản đồ phục vụ cho công tác quản lý chất lượng mơi trường khơng khí tại khu vực xung quanh nhà máy Luks.
Có thể nhận thấy các cơng trình này là tập trung nghiên cứu chuyên sâu về ô nhiễm bụi tại Việt Nam, phát triển các mơ hình đánh giá, dự báo ơ nhiễm bụi nhưng chưa phân tích khơng gian mối quan hệ của hoạt động phát triển kinh tế xã hội và các nguồn ô nhiễm bụi.
1.3.3. Tại thị xã Bỉm Sơn
Hiện nay chưa có cơng trình nào ứng dụng GIS để nghiên cứu ơ nhiễm bụi cho riêng thị xã Bỉm Sơn. Tuy nhiên, trên địa bàn đã có một số nghiên cứu tổng thể trong các cơng trình điều tra cơ bản [22] [23]. Là cơ sở dữ liệu để ứng dụng GIS nghiên cứu ô nhiễm bụi ở Bỉm Sơn.
1.4. Cách tiếp cận, phương pháp và quy trình nghiên cứu
1.4.1. Quan điểm tiếp cận nghiên cứu
Luận văn tiếp cận chủ yếu theo các hướng:
a, Tiếp cận hệ thống và tổng hợp
Môi trường tự nhiên là một chỉnh thể thống nhất các hợp phần tự nhiên. Những tác động riêng lẻ vào một hợp phần tự nhiên ở các mức độ khác nhau đều dẫn tới sự biến đổi của những hợp phần còn lại của chỉnh thể. Chính vì vậy tiếp cận hệ thống – tổng hợp địi hỏi phải nghiên cứu tồn bộ các hợp phần của môi trường tự nhiên và mối quan hệ giữa các thành phần tự nhiên với các hoạt động kinh tế - xã hội. Trong nghiên cứu các thể tổng hợp lãnh thổ, tiếp cận hệ thống và tổng hợp có vai trị quan trọng nhằm xác định cấu trúc không gian, chức năng từng thành phần và mối liên hệ giữa chúng trong lãnh thổ.
Mơi trường khơng khí được cấu tạo bởi hệ thống các yếu tố tự nhiên và luôn tồn tại mối quan hệ hữu cơ biên chứng với nhau tạo thành hệ thống động lực hỗ trợ
điều chỉnh và cân bằng. Tiếp cận hệ thống theo quan điểm cấu trúc trong địa lý là nghiên cứu các cấu cấu trúc và mối quan hệ trong đó. Trong mỗi đơn vị hệ sinh thái nông – lâm là một hệ thống với cấu trúc thẳng đứng: địa chất, địa mạo, khí hậu,... và được phân hóa theo khơng gian lãnh thổ. Tiếp cận hệ thống cho phép nội suy các hợp phần chưa có số liệu đầy đủ khi đặt chúng trong một hệ thống. Sự liên quan có tính nhân quả giữa các yếu tố phát sinh là cơ sở tốt của việc áp dụng phương pháp này để đánh giá.
b, Tiếp cận lịch sử
Phát sinh và mức độ ơ nhiễm mơi trường khơng khí là hai mặt có liên quan chặt chẽ với nhau. Thực tế nghiên cứu ô nhiễm bụi cho thấy, những nguyên nhân gay ra ô nhiễm là phức tạp và đa dạng, gắn liền với lịch sử phát sinh và phát triển của các điều kiện khác nhau. Q trình ơ nhiễm bụi diễn ra đồng thời với hoạt động sản xuất, các hoạt động khai thác tài và sử dụng tài nguyên thiên nhiên của con người góp phần làm gia tăng hoặc hạn chế q trình ơ nhiễm bụi. Khi phân tích các nguyên nhân gây ra ô nhiễm bụi, cần xem xét đến lịch sử khai thác và biến động trong quá trình sản xuất các nguyên liệu cũng như các hoạt động kinh doanh vận tải trong quá khứ. Vì vậy, để xác định đúng nguyên nhân và các nguồn phát sinh ô nhiễm bụi, cần phải xác định được các hoạt động phát tán bụi trong quá khứ và hiện tại.
c. Tiếp cận phát triển bền vững
Phát triển bền vững (PTBV) được hiểu ‟ là sự phát triển nhằm đảm đáp ứng
được những nhu cầu hiện tại, nhưng không gây trở ngại/làm tổn hại cho/đến việc đáp ứng như cầu của thế hệ mai sau ”. Về bản chất, PTBV trước hết phải là một
quá trình phát triển, mà trong đó quan hệ khơng gian giữa ba trụ cột – kinh tế, xã hội và môi trường được điều chỉnh tối ưu, cũng những mối quan hệ theo trục thời gian về nhu cầu và lợi ích giữa các thế hệ được giải quyết hài hòa. Trên thực tế, PTBV khơng dễ dàng đạt được vì yếu tố phát triển ln thay đổi, thậm chí thay đổi rất nhanh so khả năng điều chỉnh. Vì vậy, PTBC là mục tiêu phấn đấu về mặt xã hội, nhưng lại là xu thế tất yếu trong tiến trình phát triển của xã hội loài người, của các ngành kinh tế, vùng lãnh thổ và các địa phương.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
a, Phương pháp khảo sát và điều tra thực địa
Phương pháp khảo sát và điều tra thực địa nhằm thu thập và bổ sung, cập nhật các số liệu tại các khu vực, tuyến, điểm nghiên cứu được lựa chọn để xây dựng và hoàn thiện cơ sở dữ liệu về đặc điểm điều kiện tự nhiền, tài nguyên thiên nhiên, chất lượng môi trường và hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội,... phục vụ các nội dung nghiên cứu luận văn. Học viên đã tiến hành khảo sát tổng hợp phạm vi thị xã Bỉm Sơn và khu vực lân cận tại vị trí các điểm quan trắc khơng khí.
b, Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu
Thu thập, hệ thống hóa, xử lý, phân tích, đánh giá các tài liệu, số liệu từ các cơ quan Trung ương và các tỉnh thuộc khu vực nghiên cứu theo định hướng các nội dung nghiên cứu. Bên cạnh đó, luawn văn kế thừa những vẫn đề lý luận khoa học, quan điểm tiếp cận và kinh nghiệm thực tiễn của các cơng trình khoa học đã được thực hiện, đặc biệt là các đề tài nghiên cứu trên địa bàn thị xã Bỉm Sơn.
Nghiên cứu ô nhiễm bụi và các nguồn phát thải là phương pháp chính được sử dụng trong luận văn như: phân tích các số liệu quan trắc bụi, các nguồn phát sinh bụi có quan hệ chặt chẽ và tác động tới sức khỏe của người dân trên địa bàn khu vực nghiên cứu. Nghiên cứu ô nhiễm bụi giúp phân tích sự tương tác giữa hoạt đông kinh doanh vận tải tới sự phát sinh bụi. Từ đó có các đánh giá về tác động của bụi tới sức khỏe người dân sinh sống xung quanh các vị trí quan trắc.
c, Phương pháp bản đồ và hệ thông tin địa lý (GIS)
Phương pháp này đã được khẳng định là có hiệu quả trong nghiên cứu ô nhiễm bụi thơng qua khả năng phân tích khơng gian và tích hợp dữ liệu. Cơ sở dữ liệu không gian được sử dụng cho đánh giá ô nhiễm bụi ở Bỉm Sơn gồm các lớp thơng tin bản đồ hành chính, địa hình, khí hậu. Với sự hỗ trợ của phần mềm GIS – ArcMap 10.2, học viên tiến hành biên tập, bổ sung các bản đồ hợp phần, phân tích tổng hợp, chồng ghép các lớp thơng tin, thực hiện phép phân tích khơng gian trong đánh giá mức độ ô nhiễm bụi ở khu vực nghiên cứu.
1.4.3. Quy trình nghiên cứu
Mức độ ô nhiễm bụi tại mỗi khu vực đặc trưng bởi điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế - xã hội và các quá trình phát thải bụi khác nhau. Vì thế để đánh giá được mức độ ô nhiễm tại các vị trí quan trắc cần phải có những bước nghiên cứu phù hợp để có thể đánh giá được chất lượng khơng khí cũng như mức độ ảnh hưởng tới sức khỏe người dân sinh sống trên địa bàn thị xã. Để giải quyết được vấn đề trên học viên đã xây dựng các bước nghiên cứu như sau:
Bước 1: Xác định mối tương quan giữa hoạt động sản xuất và giao thông vận tải với vấn đề phát sinh ô nhiễm bụi.
Bước 2: Đánh giá các mức độ ơ nhiễm có ảnh hưởng tới sức khỏe người dân sinh sống trong khu vực nghiên cứu.
Bước 3: Tổng hợp kết quả đưa ra các giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm bụi cho khu vực nghiên cứu.
Hình 1. 9. Sơ đồ quy trình nghiên cứu
Xác định mục đích, yêu cầu
Bản đồ
Thu thập dữ liệu
Thiết kế mơ hình dữ liệu
Nhập dữ liệu
Tài liệu liên quan khác
Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu
Nhập các thuộc tính đối tượng
Cơ sở dữ liệu GIS
CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM BỤI Ở THỊ XÃ BỈM SƠN BẰNG GIS
2.1. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế xã hội ảnh hưởng tới phát tán bụi ở thị xã Bỉm Sơn phát tán bụi ở thị xã Bỉm Sơn
2.1.1. Điều kiện tự nhiên Vị trí địa lý Vị trí địa lý
Hình 2. 1 . Ví trí thị xã Bỉm Sơn
Nguồn: Phòng TN&MT Bỉm Sơn
Thị xã Bỉm Sơn nằm ở phía bắc của tỉnh Thanh Hóa, cách thành phố Thanh Hóa 35 km.
Phía đơng giáp huyện n Mơ, tỉnh Ninh Bình và huyện Hà Trung, Thanh Hóa (xã Hà Vinh).
Phía nam giáp huyện Hà Trung, Thanh Hóa (các xã Hà Thanh, Hà Vân, Hà Dương).
Phía tây giáp huyện Hà Trung, Thanh Hóa (các xã Hà Bắc, Hà Long).
Nằm ở toạ độ 20°18’ – 20°20’ vĩ độ bắc và 105°55’ – 106°05’ kinh độ đông, Bỉm Sơn cách thủ đô Hà Nội 120 km về phía nam, cách thành phố Thanh hóa 34 km về phía bắc, nằm trên mạng lưới giao thơng vận tải thuận lợi với tuyến đường sắt Bắc - Nam, quốc lộ 1A chạy qua, tạo nên mối giao thương rộng lớn với các tỉnh trong vùng và các trung tâm kinh tế lớn của cả nước.
Địa hình
Bỉm Sơn là vùng đất thấp dần từ tây sang đơng. Tuy diện tích khơng rộng nhưng Bỉm Sơn vừa có vùng đồng bằng, vùng núi đá, vùng đồi và sông suối [22] [23].
Vùng đồi núi có diện tích 50,97 km2, chiếm 76,3%. Vùng đồng bằng có diện tích 15,19 km2, chiếm 23,7%.
Hình 2. 2. Bản đồ địa hình thu từ tỷ lệ 1:25.000 thị xã Bỉm Sơn
Nguồn: Phịng TN&MT Bỉm Sơn
Khí hậu
- Chế độ nhiệt: được hình thành theo 02 mùa rõ rệt:
+ Mùa nóng kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm, với nhiệt độ trung bình trên 250C. Tháng 7 là tháng nóng nhất với nhiệt độ trung bình là 28,9 0C và đạt cực đại là trên 40 0C.
+ Mùa lạnh kéo dài từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau với nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất là 200C. Tháng 1 là tháng rét nhất với nhiệt độ trung bình là 16,7 0C.
- Lượng mưa trong năm: Mùa mưa bắt đầu từ cuối tháng 5 đến tháng 10, mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau. Theo báo cáo của Đài khí tượng thủy văn tỉnh Thanh Hóa: Lượng mưa trong năm tập trung từ tháng 6 đến hết tháng 10 hằng năm và chiếm khoảng 80% tổng lượng mưa cả năm. Lượng mưa cao nhất trong các lần mưa từng ghi nhận được trong khu vực này là 255 mm/ngày; Số ngày mưa trung bình là 137 ngày.
- Chế độ gió: Trong năm có hai mùa gió chính: Gió mùa Đơng Bắc từ tháng 11 ÷ tháng 3 năm sau; Gió mùa Đơng Nam từ tháng 4 ÷ tháng 11. Mùa hè chịu ảnh hưởng của gió Phơn Tây Nam khơ nóng. Vận tốc gió trung bình năm: 2,1m/s.
Bảng 2. 1. Tốc độ gió trung bình khu vực nghiên cứu Tháng I Tháng XII Tháng I Tháng XII TT Năm Vận tốc gió (m/s) Tần suất xuất hiện (%) Vận tốc gió (m/s) Tần suất xuất hiện (%) A Tốc độ gió trung bình trong tháng
1 2011 1,5 - 1,0 -
2 2012 1,1 - 1,5 -
3 2013 1,8 - 1,5 -
4 2014 1,6 - - -
B Tốc độ gió trung bình gặp nhiều nhất trong tháng
1 2013 1,0 52 2,0 48
Bảng 2. 2. Hướng gió chủ đạo
Tháng I Tháng XII TT Năm
Hướng gió Tần Suất xuất hiện (%) Hướng gió Tần Suất xuất hiện (%) 1 2011 Bắc 43 Bắc 27 2 2012 Đông Bắc 31 Bắc 21 3 2013 Bắc 27 Tây Bắc 24