Trong các phần mềm GIS thông dụng như ArcGIS hay Mapinfo có các Tool hỗ trợ mạnh cho việc xác định và chỉnh sửa các lỗi hình học này (ArcGIS với chức năng Topology; Mapinfo với chức năng Check Regions). Tuy nhiên, trong luận văn này tác giả không đi sâu vào cụ thể cách thức sử dụng phần mềm để xử lý các lỗi hình học này.
4.2. Thành lập bản đồ tiềm năng nước dưới đất bằng GIS
Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tổng hợp tỉnh Kon Tum được thành lập bằng kỹ thuật chồng chập các lớp thông tin yếu tố thành phần (sử dụng các trọng số được tính tốn ở phần 3.3.2 chương 3) trên mơ hình GIS bằng phần mềm ArcGIS (Hình 4.2). Tuy nhiên, để bản đồ tiềm năng nước dưới đất tổng hợp này có độ chính xác cao nhất thì trước khi thực hiện quá trình chồng chập, dữ liệu bản đồ của các lớp thông tin yếu tố thành phần cần được xử lý để đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Có hệ tọa độ thống nhất (UTM48N).
+ Định dạng raster có kích cỡ ơ lưới giống nhau (30mx30m).
+ Giá trị các ô cell (ô lưới) được qui chuẩn theo thang điểm 10.
Trong q trình chồng chập các lớp thơng tin yếu tố thành phần, chỉ số tiềm năng nước dưới đất I để đánh giá khả năng chứa nước dưới đất của một ô lưới được tính theo cơng thức sau:
Trong đó:
I : chỉ số tiềm năng (triển vọng) nước dưới đất; Wi: Trọng số của yếu tố thứ i;
X10i: Điểm số (thang 10) của ô lưới thuộc yếu tố thứ i; n: Số lượng các yếu tố tính tốn.
Trên ArcGIS, khởi động chức năng Raster Calculator (Hình 4.3) và nhập các thông số tương ứng theo công thức (4.1) vào bộ cơng cụ Raster Calculator và chạy chương trình, kết quả nhận được là lớp thông tin chỉ số tiềm năng nước dưới đất I. Lớp thông tin này được bổ sung các thông tin khác (tên bản đồ, chú giải, lưới – hệ
tọa độ, tỷ lệ bản đồ, khung...) để thành lập Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh
Kon Tum (Hình 4.5). Ngồi ra, để dễ dàng hơn trong quá trình xử lý dữ liệu nên
Hình 4.2. Mơ hình chồng chập các lớp thông tin yếu tố thành phần
Đặc điểm thạch học
Độ dốc địa hình
Lượng mưa TB năm
Mật độ đứt gãy
Thảm thực vật
Lượng bốc hơi
Hình 4.3. Cửa sổ giao diện chức năng Raster Calculator của ArcGIS
4.3. Độ chính xác của bản đồ tiềm năng nước dưới đất thành lập bằng GIS *Lựa chọn bản đồ dùng làm tham chiếu để so sánh: *Lựa chọn bản đồ dùng làm tham chiếu để so sánh:
Nội dung chính của Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum (Hình 4.5) thành lập bằng phương pháp GIS kết hợp với phương pháp đánh giá đa tiêu chuẩn MCE thể hiện một cách tương đối khả năng chứa nước của các tầng chứa nước. Do đó, để đánh giá mức độ chính xác của bản đồ này cần so sánh nó với một bản đồ khác có nội dung tương ứng và có độ tin cậy cao. Trong khi đó, Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum (được biên tập từ Bản đồ ĐCTV tỉnh Kon Tum tỷ lệ 1: 100 000) (Hình 1.1) thể hiện hiện trạng thực tế về mức độ chứa nước của các tầng chứa, được thành lập trên cơ sở phân tích tổng hợp nhiều tài liệu có độ tin cậy cao (tài liệu khảo sát thực địa, thí nghiệm hiện trường, địa vật lý, quan
trắc động thái nước dưới đất…) nên hồn tồn có thể dùng bản đồ này làm bản đồ
chuẩn để so sánh.
*Lựa chọn tiêu chuẩn để so sánh:
Trên Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum, độ chứa nước được chia thành bốn mức: Rất nghèo(A), Nghèo(A), Trung bình(A), Giàu(A). Trong khi đó, trên Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, khả năng chứa nước lại được thể hiện dưới dạng giá trị số từ 1,056 – 7,626 (điểm số càng cao khả năng chứa nước càng lớn, Hình 4.5). Do đó, để đồng nhất về tiêu chuẩn so sánh, Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum cũng được chia thành bốn mức độ chứa nước: Rất nghèo(B), Nghèo(B), Trung bình(B), Giàu(B) để thành lập Bản đồ
phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum (Hình 4.8).
Tuy nhiên, các ngưỡng giá trị tiềm năng I để phân ra các mức độ chứa nước
(Rất nghèo(B), Nghèo(B), Trung bình(B), Giàu(B) cần được lựa chọn sao cho tỷ lệ
phần trăm phần diện tích trùng nhau giữa các mức độ chứa nước tương ứng của hai bản đồ (Rất nghèo(A) với Rất nghèo(B); Nghèo(A) với Nghèo(B); Trung bình(A) với
toán ngược, tức là sử dụng Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum làm tham chiếu.
*Độ chính xác của bản đồ Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum:
Rõ ràng rằng nếu nội dung thể hiện mức độ chứa nước của Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum càng “giống nhau” thì độ chính xác của Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum càng cao. Sự “giống nhau” ở đây được thể hiện thông qua tỷ lệ phần diện tích trùng nhau giữa các nhóm mức độ chứa nước tương ứng của hai bản đồ (Rất nghèo(A) với Rất nghèo(B); Nghèo(A) với Nghèo(B); Trung bình(A)
với Trung bình(B); Giàu(A) với Giàu (B)) và tỷ lệ này có thể được coi là độ chính
xác của Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum.
Cụ thể về qui trình và các kỹ thuật GIS được sử dụng trong q trình tính tốn độ chính xác của Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum 1 :100 000 được thực hiện như sau:
Bước 1: Chuẩn hóa dữ liệu Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum:
- Sử dụng chức năng Merge của ArcGIS với Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum để gộp các đối tượng có cùng mức độ chứa nước thành một đối tượng. Như vậy, trên lớp thông tin mức độ chứa nước của bản đồ này sẽ chỉ còn bốn đối tượng ứng với bốn mức độ chứa nước: Rất nghèo(A), Nghèo(A), Trung bình(A), Giàu(A).
- Sở dĩ bước 1 được thực hiện là nhằm tăng tốc độ q trình tính tốn trên ArcGIS cũng như nâng cao độ chính xác của kết quả, bởi trên Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum ban đầu có đến hơn 800 đối tượng nên sẽ làm chậm q trình tính tốn cũng như nhiều lỗi có thể phát sinh trong quá trình xử lý dữ liệu.
Bước 2: Tính tốn các giá trị ngưỡng phù hợp, từ đó thành lập Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum (sử dụng bài toán ngược):
- Sử dụng chức năng Zonal Histrogram trong ArcGIS với thông số đầu vào là Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum. Chức năng này sẽ chồng chập hai bản đồ này lên nhau (Hình 4.6), tính tốn và đưa ra bảng thống kê diện tích các nhóm giá trị tiềm năng I theo bốn mức độ chứa nước của Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum (Rất nghèo(A), Nghèo(A), Trung bình(A), Giàu(A)) (Bảng 4.3).
Hình 4.6. Mơ hình chồng chập Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum
Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum
Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum
Bảng 4.3. Thống kê diện tích các nhóm giá trị tiềm năng I theo bốn mức độ chứa nước (Rất nghèo(A), Nghèo(A), Trung bình(A), Giàu(A))
Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum
B ản đ ồ ti ềm nă ng nư ớ c dư ớ i đ ất t ỉnh K o n T um Nhóm
giá trị I Giá trị I Rất nghèo (A) (km2)
Nghèo (A) (km2) Trung bình(A) (km2) Giàu(A) (km2) 1 [1,0 - 1,2] 0,3771 0,0000 0,0000 0,0000 2 (1,2 - 1,4] 2,1312 0,0000 0,0000 0,0000 3 (1,4 - 1,6] 5,0508 0,0000 0,0000 0,0000 4 (1,6 - 1,8] 18,1008 0,0000 0,0000 0,0000 5 (1,8 - 2,0] 32,9022 0,0000 0,0000 0,0000 6 (2,0 - 2,2] 82,8324 0,0000 0,0000 0,0000 7 (2,2 - 2,4] 200,7666 0,3636 0,0000 0,0000 8 (2,4 - 2,6] 190,9620 3,9375 0,0000 0,0000 9 (2,6 - 2,8] 308,3319 9,7380 0,0000 0,0000 10 (2,8 - 3,0] 444,7476 46,1790 0,0000 0,0000 11 (3,0 - 3,2] 433,9629 86,1291 0,0000 0,0000 12 (3,2 - 3,4] 584,3556 177,1641 0,0000 0,0000 13 (3,4 - 3,6] 395,5833 260,6994 0,0054 0,0000 14 (3,6 - 3,8] 484,3134 295,1613 0,0378 0,0000 15 (3,8 - 4,0] 311,5134 391,0248 0,1764 0,0000 16 (4,0 - 4,2] 239,1723 598,4748 0,6543 0,0000 17 (4,2 - 4,4] 83,8062 573,5619 1,4058 0,0000 18 (4,4 - 4,6] 51,2298 583,2729 9,4599 0,0000 19 (4,6 - 4,8] 21,7791 437,3487 10,2969 0,0027 20 (4,8 - 5,0] 13,6800 490,6692 43,9164 0,0099 21 (5,0 - 5,2] 2,0853 291,1041 32,3082 0,0315 22 (5,2 - 5,4] 3,4083 248,1138 189,8019 0,0495 23 (5,4 - 5,6] 0,2844 96,4809 121,4352 0,0153 24 (5,6 - 5,8] 0,0000 75,9762 155,2158 0,1485 25 (5,8 - 6,0] 0,0000 23,2578 132,0507 0,1566 26 (6,0 - 6,2] 0,0000 15,5286 118,1133 0,7848 27 (6,2 - 6,4] 0,0000 5,0112 99,6444 0,2241 28 (6,4 - 6,6] 0,0000 0,9351 50,6952 42,8652 29 (6,6 - 6,8] 0,0000 1,5309 38,2131 4,6350 30 (6,8 - 7,0] 0,0000 0,0000 7,7967 4,7430 31 (7,0 - 7,2] 0,0000 0,0171 1,6776 0,2538 32 (7,2 - 7,4] 0,0000 0,0000 0,7839 0,0540 33 (7,4 - 7,6] 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 34 (7,6 - 7,8] 0,0000 0,0000 0,0027 0,0000 Tổng diện tích (km2) 3911,3766 4711,6800 1013,6916 53,9739
- Từ Bảng 4.3, xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa diện tích các nhóm giá trị tiềm năng I theo bốn mức độ chứa nước (Hình 4.7).
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa diện tích các nhóm giá trị tiềm năng I theo bốn mức độ chứa nước
Dựa trên đồ thị này, lựa chọn các giá trị ngưỡng để phân Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum thành bốn mức độ chứa nước khác nhau (Bảng 4.4). Từ đó, thành lập Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum (Hình 4.8).
Bảng 4.4. Phân chia mức độ chứa nước theo giá trị tiềm năng I
Mức độ chứa nước Giá trị tiềm năng I
Rất nghèo(B) [1,0 – 4,0]
Nghèo(B) (4,0 – 5,2]
Trung bình(B) (5,2 – 6,4]
Bước 3: Tính tốn độ chính xác của Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum:
- Như đã trình bày ở trên, độ chính xác của Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum được coi là tỷ lệ phần diện tích trùng nhau giữa các nhóm mức độ chứa nước tương ứng của Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum (Rất nghèo(A) với
Rất nghèo(B); Nghèo(A) với Nghèo(B); Trung bình(A) với Trung bình(B); Giàu(A) với Giàu (B))
- Để tính được những phần diện tích trùng nhau này, tiếp tục sử dụng chức năng Zonal Histrogram với Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon
Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum (bản chất của chức năng này là sử dụng phân tích chéo Crossing), kết quả thu được được trình bày trong Bảng 4.5.
- Có thể hiểu một cách đơn giản về cách thức làm việc của chức năng Zonal
Histrogram như sau: chức năng này sẽ lần lượt chồng bốn vùng mức độ chứa nước: Rất nghèo (A), Nghèo(A), Trung Bình(A), Giàu(A) của Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum (Hình 1.1) lên bốn vùng mức độ chứa nước:
Rất nghèo(B), Nghèo(B), Trung bình(B), Giàu(B) của Bản đồ phân vùng tiềm
năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, lần lượt tính tốn những phần diện tích giao nhau giữa các nhóm mức độ chứa nước. Lấy ví dụ cụ thể với vùng Rất nghèo (A)
như sau: vùng Rất nghèo (A) sẽ được chồng lên Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và những phần giao nhau của vùng Rất nghèo (A) với các vùng Rất nghèo(B), Nghèo(B), Trung bình(B), Giàu(B) sẽ được máy tính xác
định diện tích. Kết quả cụ thể như sau:
Rất nghèo(A) với Rất nghèo(B) là: 3495,9312 km2;
Rất nghèo(A) với Nghèo(B) là: 411,7527 km2;
Rất nghèo(A) với Trung bình(B) là: 3,6927 km2;
Rất nghèo(A) với Giàu(B) là: 0,0000 km2;
Bảng 4.5. Diện tích trùng nhau giữa các nhóm mức độ chứa nước tương ứng của hai bản đồ
Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất
tỉnh Kon Tum Tổng (km2) Rất nghèo (A) Nghèo (A) Trung bình (A) Giàu (A) B ản đ ồ p h ân v ù n g tiề m n ăn g n ướ c d ướ i đ ất t ỉn h Ko n T u m Rất nghèo (B) 3495,9312 1270,3968 0,2196 0,0000 4766,5476 Nghèo (B) 411,7527 2974,4316 98,0415 0,0441 3484,2699 Trung bình (B) 3,6927 464,3685 816,2613 1,3788 1285,7013 Giàu (B) 0,0000 2,4831 99,1692 52,5510 154,2033 Tổng (km2) 3911,3766 4711,6800 1013,6916 53,9739 9690,7221
Từ Bảng 4.5, để đánh giá độ chính xác của Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, tác giả sử dụng đồng thời hai thơng số để đánh giá là độ chính xác tổng quát (Overall Accuracy - kí hiệu là α) và hệ số Kappa (kí hiệu là K).
Độ chính xác tổng qt α:
Được tính theo cơng thức sau:
α = 𝟑𝟒𝟗𝟓,𝟗𝟑𝟏𝟐 + 𝟐𝟗𝟕𝟒,𝟒𝟑𝟏𝟔 +𝟖𝟏𝟔,𝟐𝟔𝟏𝟑+ 𝟓𝟐,𝟓𝟓𝟏𝟎
𝟗𝟔𝟗𝟎,𝟕𝟐𝟐𝟏 = 75,734 (%)
Hệ số Kappa:
Kappa là hệ số thống kê dùng để đánh giá tỷ lệ phần trăm tương đồng của hai phương pháp sau khi đã loại bỏ yếu tố ngẫu nghiên. Được tính theo cơng thức sau:
Kết quả tính tốn cho giá trị K = 0.604
Bảng 4.6. Ý nghĩa của hệ số Kappa
Như vậy, với độ chính xác tổng quát α = 75,734%, và hệ số Kappa là K = 0.604 cho thấy kết quả đạt được trong nghiên cứu tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum bằng phương pháp GIS kết hợp với đánh giá đa tiêu chuẩn MCE là khá khả quan.
Ngồi ra, để có cái nhìn trực quan hơn về những vị trí mà các mức độ chứa nước tương ứng của hai bản đồ trùng nhau cũng như những vị trí sai lệch giữa chúng, trên ArcGIS thực hiện phép trừ Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum cho Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum, kết quả của phép tốn được thể hiện trên Hình 4.9 - Bản đồ vị trí sai lệch giữa Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum.
Hình 4.9. Bản đồ vị trí sai lệch giữa
Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Một số kết quả đạt được:
Trên cơ sở phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố (đặc điểm thạch học,
mật độ đứt gãy, độ dốc, lượng mưa, lượng bốc hơi, thực vật…) đến tiềm năng
nước dưới đất và sử dụng phương pháp GIS kết hợp với phương pháp đánh giá đa tiêu chuẩn MCE đã xây dựng được Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum - tỉ lệ 1: 100.000.
Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum - tỉ lệ 1:100.000 đã được kiểm chứng bằng cách so sánh với Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum cho kết quả khá tin cậy (với độ chính xác tổng quát là = 75,734 %
và hệ số Kappa là K = 0.604)
Chỉ ra ra được những khu vực có tiềm năng NDĐ cao mà trên bản đồ ĐCTV không thể hiện. Những khu vực này thường nằm dọc theo các hệ thống đứt gãy.
Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum tỉ lệ 1 : 100.000 sẽ giúp nhanh chóng đánh giá sơ bộ về tiềm năng NDĐ của khu vực nghiên cứu. Từ đó, phục vụ định hướng cho cơng tác tìm kiếm thăm dò NDĐ, đặc biệt là khu vực miền núi ít có tài liệu khảo sát ĐCTV.
Một số tồn tại:
Quá trình đánh giá vẫn cịn mang tính chất chủ quan của người làm
Mức độ hiểu biết về mối quan hệ giữa các yếu tố thành phần đến tiềm năng NDĐ cịn chưa đầy đủ nên q trình đánh giá cịn mang tính chất trung bình hóa
Một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến tiềm năng NDĐ nhưng thiếu số liệu Hướng nghiên cứu tiếp theo:
Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về mối quan hệ giữa các yếu tố với tiềm năng nước dưới đất nhằm tìm ra những qui luật biến đổi sát với thực tế nhất.
Tham khảo kiến thức nhiều chuyên gia nhằm hạn chế sự đánh giá một cách chủ quan;
Bổ sung, khai thác và sử dụng thêm một số tài liệu có giá trị như: hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng khai thác nước, mật độ lineament,....;
Kết hợp phương pháp GIS-MCE với các phương pháp ngoài thực địa như: lộ trình khảo sát, khoan, thí nghiệm hiện trường (bơm hút), địa vật lý...để kiểm
chứng và hoàn thiện phương pháp này.