LỜI CÁM ƠN

ii

TÓM TẮT
Huyện Cần Đước thuộc địa phận tỉnh Long An nằm ở phía hạ lưu của lưu vực
sông Vàm Cỏ hiện đang hứng chịu ô nhiễm từ các hoạt động công nghiệp và sinh hoạt
đô thị của tất cả địa bàn phía thượng lưu và có xu hướng diễn biến xấu đi về chất lượng
nước, ảnh hưởng đến đời sống và đe dọa trực tiếp đến nhu cầu cấp nước của người dân
sống dọc lưu vực sông.
Đứng trước tình hình trên, việc thực hiện một chương trình nghiên cứu bài bản,
thực sự nghiêm túc, có cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định được các nguyên nhân
gây ô nhiễm là hết sức cần thiết.

KCN Khu công nghiệp
CSSX Cơ sở sản xuất
KKT Khu kinh tế iv

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2-1. Các module cơ bản trong khối xử lý bản đồ số trong ENVIM 23
Bảng 2-2. Mô tả các chức năng quản lý các đối tượng thông tin địa lý trong ENVIM 24
Bảng 3-1. Các đơn vị hành chính của huyện Cần Đước (năm 2006) 31
Bảng 3-2. Phân loại và thống kê diện tích các loại đất của huyện 40
Bảng 3-3. Thống kê tình hình sử dụng đất đến năm 2005 và quy hoạch sử dụng đất đến năm
2010, định hướng đến năm 2020 tại huyện Cần Đước 46
Bảng 3-4. Các vị trí lấy mẫu quan trắc trên sông Vàm Cỏ Đông 64
Bảng 3-5. : Các vị trí lấy mẫu quan trắc nước thải từ 10 KCN và 3 vị trí gần chợ cá Tân An.73
Bảng 3-6. Chỉ tiêu và phưong pháp lấy mẫu được áp dụng 87
Bảng 4-1. Danh mục các nguồn thải đổ vào Sông Vàm Cỏ Đông 100
Bảng 4-2. Các khu dân sống dọc theo Sông Vàm Cỏ Đông 104
Bảng 4-3. Danh sách nhà máy, khu công nghiệp xả thải xuống sông Vàm Cỏ Đông 105
Bảng 4-4. Danh mục các vị trí được lựa chọn trên sông Vàm Cỏ Đông 106
Bảng 4-5. Thông số chất lượng nước thượng nguồn 107
Bảng 4-6. Thông số tỷ lệ thất thoát và bị phân hủy 108
Bảng 4-7. Tải trọng chất bẩn (hệ số phát thải chất ô nhiễm) tính theo đầu người 108

Hình 3-4. Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng DO trên Sông Vàm Cỏ Đông 68
Hình 3-5. Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng SS trên Sông Vàm Cỏ Đông 68
Hình 3-6. Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng BOD trên Sông Vàm Cỏ Đông 70
Hình 3-7. Đồ thị thể hiện diễn biến hàm lượng COD trên Sông Vàm Cỏ Đông 71
Hình 3-8. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu quan trắc KCN – Chợ trên địa bàn Tỉnh Long An 74
Hình 3-9. Đồ thị thể hiện diễn biến độ pH khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 75
Hình 3-10. Đồ thị thể hiện diễn biến độ pH khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 75
Hình 3-11. Đồ thị thể hiện diễn biến độ pH khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 76
Hình 3-12. Đồ thị thể hiện diễn biến COD khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 77
Hình 3-13. Đồ thị thể hiện diễn biến tổng Nitơ khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 78
Hình 3-14. Đồ thị thể hiện diễn biến tổng Photpho khu vực KCN – chợ tỉnh Long An 78
Hình 3-15. Tóm tắt các bước thực hiện Luận văn 84
Hình 3-16. Sơ đồ lấy mẫu trên lưu vực sông Vàm Cỏ Đông, tại Cần Đước 87
Hình 3-17. Giao diện của Google Earth 89
Hình 3-18. Ảnh vệ tinh khu vực sông Vàm Cỏ Đông 90
Hình 3-19. Các bước kết nối dữ liệu không gian với QUAL2K 94
Hình 3-20. Các lớp bản đồ nền Tỉnh Long An 95
vi

Hình 3-21. Các lớp bản đồ nền Huyện Cần Đước 95
Hình 3-22. Trang mở đầu phần mềm kết nối dữ liệu không gian với QUAL2K 96
Hình 3-23. Dữ liệu không gian đã được tích hợp với QUAL2K thông qua ENVIM 96
Hình 3-24. Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do sinh hoạt 97
Hình 3-25. Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do nguồn công
nghiệp 97
Hình 3-26. Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do nguồn phân tán
98
Hình 3-27. Sơ đồ tự động hóa tính toán lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm do kênh rạch 98
Hình 4-1. Vị trí các nguồn thải trên sông Vàm Cỏ Đông trong phạm vi xem xét của đề tài.100
Hình 4-2. Giao diện vận hành mô hình trong ENVIMQ2K 128


Hình 4-24. Nồng độ BOD tại điểm nhạy cảm vào mùa mưa theo kịch bản 140
Hình 4-25. Nồng độ TSS tại điểm nhạy cảm vào mùa khô theo kịch bản 140
Hình 4-26. Nồng độ TSS tại điểm nhạy cảm vào mùa mưa theo kịch bản 140
Hình 4-27. Nồng độ DO tại điểm nhạy cảm vào mùa khô theo kịch bản 140
Hình 4-28. Nồng độ DO tại điểm nhạy cảm vào mùa mưa theo kịch bản 140 viii

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 1
1. MỞ ĐẦU 1
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1


1

CHƯƠNG 1
1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Huyện Cần Đước cách Tp. Hồ Chí Minh 30 km về phía Nam và cách Thị xã
Tân An 45 km về phía Đông, nằm kẹp giữa sông Vàm Cỏ và sông Rạch Cát tiếp giáp
với cửa Soài Rạp thông ra biển Đông và nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam
của tỉnh, liền kề với những KCN lớn của Tp. Hồ Chí Minh và Long An như : KCN Bến
Lức, KCN Soài Rạp, KCN Hiệp Phước,… Ở một vị trí như vậy, huyện Cần Đước có

nghiệp cũng như có nhiều nguồn kênh rạch đổ vào do vậy từng phương pháp riêng rẽ ở
trên dù có mạnh tới đâu cũng không thể cho một bức tranh tổng thể. Chính vì vậy
nghiên cứu kết hợp GIS, mô hình toán và các dữ liệu thu thập được thành một công
nghệ tích hợp giúp các nhà quản lý có thể ra được các quyết định có cơ sở vẫn còn là
một bài toán cần nghiên cứu trong khuôn khổ bài toán bảo vệ môi trường và phát triển
bền vững đối với sông Vàm Cỏ.
Trước tình hình đó đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán và GIS đánh
giá chất lượng nước sông Vàm Cỏ phục vụ công tác quản lý môi trường Huyện
Cần Đước – tỉnh Long An” được đưa ra nhằm ứng dụng phương pháp tích hợp mô
hình, GIS vào cơ sở dữ liệu (CSDL) môi trường phục vụ công tác quản lý môi trường
trong việc đánh giá và dự báo ô nhiễm nước sông trong thời gian sắp tới.
Các vấn đề thể hiện tính cấp thiết của đề tài bao gồm:
a. Đáp ứng trước nhu cầu phát triển kinh tế xã hội
3

- Tốc độ phát triển vượt bậc của các tỉnh thuộc khu vực giáp ranh với Tp. Hồ Chí
Minh như Long An.
- Mức độ công nghiệp hóa, đô thị hóa tại các tỉnh trong lưu vực Sông Vàm Cỏ ngày
càng nhanh chóng.
- Trang bị, nâng cấp hạ tầng cơ sở lưu trữ thông tin trước nhu cầu phát triển vượt
bậc của thế giới.
- Đảm bảo mức độ tin cậy của thông tin, dữ liệu trong việc hỗ trợ công tác xây
dựng chính sách, quyết định liên quan đến môi trường.
b. Để phát triển bền vững cần phải lưu ý giải quyết các bài toán sau đối với sông
Vàm Cỏ
1. Xác định chính xác về các nguyên nhân gây ô nhiễm đặc thù nguồn nước sông
Vàm Cỏ ảnh hưởng trực tiếp đến mục đích cấp nước. Việc ô nhiễm này rõ ràng
liên quan chặt chẽ đến việc xả thải nước thải sinh hoạt từ khu dân cư và từ nước
thải của hoạt động công nghiệp dọc sông Vàm Cỏ, từ nuôi trồng thủy sản trên
sông… Từ đó cho thấy, việc xử lý nước thải từ nguồn đạt tiêu chuẩn quy định có

Cần Đước – Tỉnh Long An.
− Thu thập, đo đạc, phân tích số liệu liên quan đến chất lượng nước sông Vàm Cỏ.
Làm rõ các nguồn xả thải từ các khu công nghiệp và cơ sở sản xuất, sinh hoạt vào
khúc sông được xem xét.
− Xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu quản lý ô nhiễm nguồn nước mặt sông Vàm Cỏ.
5

− Tính toán dự báo nhu cầu phát thải dựa trên qui hoạch phát triển kinh tế-xã hội
huyện Cần Đước đến năm 2020.
− Ứng dụng các mô hình chất lượng nước (Qual2k, Mike 11), tính toán dự báo ô
nhiễm nước mặt Sông Vàm Cỏ.
− Biểu diễn kết quả chạy mô hình với kỹ thuật Geoinformatics.
− Đề xuất chương trình quan trắc, giám sát, dự báo phục vụ công tác quản lý chất
lượng môi trường.


Hiện nay, các tính toán quá trình truyền các chất ô nhiễm có ý nghĩa lớn đối với
việc lập kế hoạch và phát triển hệ thống bảo vệ nước. Tuy nhiên, việc tính toán mô
phỏng các quá trình trong không gian rộng lớn và thời gian tương đối dài phần lớn
7

trường hợp là không thể thực hiện được bằng tay vì tính phức tạp cồng kềnh. Hơn nữa
số lượng tham số và phương trình mô tả rất lớn khiến việc tìm kiếm lời giải gặp nhiều
khó khăn. Đây là lý do rất nhiều công cụ mạnh ra đời cho phép tự động hoá tính toán.
Dưới đây là một số mô hình chất lượng nước được sử dụng rộng rãi trong bài toán bảo
vệ môi trường.
QUAL2E do Brown và Barnwell xây dựng năm 1987, QUAL2K là bản cải tiến
ra đời 3/2006. Những công trình đầu tiên về QUAL2 được trình bày trong tài liệu Qual
I & II, Stream Water Quality, Texas Water Development Board, Environmental
Protection Agency; (1971, 1973) và sau này được trình bày trong công trình Qual2E,
Enhanced Stream Water Quality Model; EPA, Center for Exposure Assessment
Modeling (1985). QUAL2E-UNCAS là một phiên bản nâng cao của QUAL2E nó cung
cấp những khả năng để phân tích tính không chắc chắn. Sự ra đời của QUAL2E đã
thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng các công cụ mô hình trong bài toán mô phỏng chất
lượng nước cho hệ thống kênh sông. QUAL2K là phiên bản mới nhất ra đời vào tháng
3/2006.
Mô hình QUAL2K là mô hình chất lượng nước sông tổng hợp và toàn diện
được phát triển do sự hợp tác giữa trường Đại Học Tufts University và Trung tâm mô
hình chất lượng nước của Cục Môi Trường Mỹ. Mô hình này được sử dụng rộng rãi để
dự đoán hàm lượng tải trọng của các chất thải cho phép thải vào sông. Mô hình cho
phép mô phỏng 15 thành phần thông số chất lượng nước sông bao gồm nhiệt độ,
BOD
5
,DO, tảo dưới dạng chlorophyl, nitơ hữu cơ (N
org
), nitrit ( N-NO

trường Windows của Bộ Chương trình mô phỏng phân tích chất lượng nước. Phiên bản
WASP7 được phát triển nhằm giúp đỡ các nhà lập mô hình thực hiện Chương trình mô
phỏng phân tích chất lượng nước. WASP có 3 đặc trưng như sau: phần tiền xử lý, phần
xử lý dữ liệu nhanh, và phần hậu xử lý biểu diễn đồ họa giúp nhà lập mô hình sử dụng
WASP nhanh hơn một cách dễ dàng, ngoài ra còn có thể đánh giá các kết quả từ mô
hình dưới dạng số và đồ họa. Với WASP6 việc thực hiện chương trình có thể nhanh
hơn 10 lần so với phiên bản WASP của Cục bảo vệ môi trường Mỹ trong môi trường
DOS. Mặc dù WASP6 sử dụng cùng các thuật toán như WASP trong môi trường DOS.
WASP7 bao gồm:1) giao diện dựa trên các cửa sổ dễ dùng, 2) một bộ tiền xử lý
giúp nhà lập mô hình chuyển dữ liệu về dạng thích hợp cho WASP, các phần xử lý mô
hình phú dưỡng hóa và chất hữu cơ có tốc độ cao, và 4) phần hậu xử lý – biểu diễn đồ
họa để xem các kết quả của WASP và so sánh chúng với các dữ liệu thực đo.
9

Do kiến trúc được thiết kế của WASP7 làm cho người sử dụng dễ dàng phát
triển các môđun động lực cho WASP. Hiện tại USEPA đang dự định phát triển mô
hình phú dưỡng hóa nâng cao bao gồm thêm một số biến trạng thái: 2 nhóm tảo, độ
mặn, cân bằng nhiệt đầy đủ, coliform, nhóm BOD thứ 2, mô hình chất lắng,
Hệ thống WASP bao gồm 2 chương trình tính toán độc lập: DYNHYD và
WASP6; chúng có thể chạy riêng rẽ hoặc kết hợp với nhau. Chương trình thủy động
lực – DYNHYD – mô phỏng sự chuyển động của nước trong khi đó chương trình chất
lượng nước – WASP – mô phỏng sự chuyển động và tương tác của các chất ô nhiễm
trong nước. Ngoài DYNHYD kết hợp cùng với WASP còn có các chương trình thủy
động lực khác cũng có thể được liên kết WASP.
Trong đó WASP7 bao gồm 2 mô hình động lực con mô phỏng 2 nhóm chính về
các vấn đề chất lượng nước: phần ô nhiễm thông thường (như ôxy hòa tan, nhu cầu ôxy
sinh hóa, chất dinh dưỡng và phú dưỡng hóa) và phần ô nhiễm chất độc (như các chất
hữu cơ, kim loại, và chất lắng), lần lược là EUTRO và TOXI. /nguồn [44]/
Gần đây, trong công trình [17] ứng dụng phần mềm ANSYS mô phỏng chất
lượng nước trên kênh sông. ANSYS được phát triển bắt đầu từ năm 1970 do nhóm

Sử dụng mô hình chảy rối hay giải phương trình nhiệt đồng thời, người sử dụng
cần kích hoạt chúng các đối tượng cụ thể được thiết lập như các đặc trưng lưu chất, là 1
chức năng của bài toán.
• Bước 6: Giải bài toán
Người sử dụng có thể giám sát sự hội tụ và ổn định lời giải bài toán bằng cách
quan sát tốc độ thay đổi lời giải và các ứng xử biến phụ thuộc thích hợp. Các biến nầy
bao gồm vận tốc, áp suất và nhiệt độ, các đại lượng rối, tốc độ tiêu hao động năng, độ
nhớt tương đương.
• Bước 7: Phân tích kết quả
Các kết quả xuất ra có thể được hậu xử lý và phân tích trong những file xuất.
Người giải sử dụng khả năng đánh giá kỹ thuật của mình để phân tích kết quả, ước
11

lượng độ tin cậy của toàn bộ phép giải, cách thức và các đặc tính riêng được sử dụng
và các điều kiện áp đặt.
Ngày nay, MIKE được biết tới như một phần mềm thương mại nổi tiếng trong
lĩnh vực quản lý tài nguyên nước. MIKE có rất nhiều module nhưng có lẽ MIKE11
đang được sử dụng nhiều hơn cả ở Việt Nam.
MIKE11 – là một phần mềm đóng gói thuộc bản quyền của hãng DHI Water &
Environment (DHI là cụm từ viết tắt của 3 chữ Danish Hydraulic Institute). Công ty
DHI có khoảng 560 nhân viên, trong số này 35% có bằng tiến sĩ với nhiều kinh nghiệm
thực hiện các dự án nghiên cứu triển khai công nghệ. DHI có trụ sở chính tại
Hørsholm, Đan Mạch và văn phòng đại diện tại nhiều nước trên thế giới như Úc,
Bungari, Chi lê, Trung Quốc, Pháp, Đức, Italy, Malaysia, Nauy, Tây Ban Nha, …. và
gần đây là tại Thái lan và Việt Nam.
MIKE11 được xây dựng cho máy tính cá nhân và từ 1996 chương trình được
viết để chạy trên hệ thống Window 95/98/2000/NT. Chương trình này là sản phẩm
công nghệ máy tính cao (với bộ nhớ động và CSDL). Chương trình được tích hợp rất
nhiều mô hình toán được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước.
Việc công bố sự ra đời của MIKE 11 phiên bản 4 năm 1997 đã mở ra một bước

Nai và vùng Đồng Bằng sông Cửu Long và bước đầu đã mang lại kết quả tương đối
tốt. /nguồn [10]- [11], [32]/.
2.2. XỬ LÝ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VÀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
Vào thế kỷ XX, khi mà việc nghiên cứu địa lí phát triển mạnh theo xu hướng
định lượng, đã nảy sinh những vấn đề về dữ liệu không gian. Nghiên cứu các chuyên
đề riêng biệt đòi hỏi quá trình điều tra, khảo sát, đo đạc thực địa ở những mức độ khác
nhau, nhưng có chung đặc điểm là rất tỉ mỉ, để xác định các đặc điểm định tính và định
lượng của các thực thể địa lí không chỉ ở một thời điểm, mà còn trong những chu kì
thời gian khác nhau. Những phương pháp truyền thống trong quá trình thu thập thông
tin không đáp ứng nổi các nhu cầu về địa lí. Ngày nay, các phương pháp và công nghệ
13

tiên tiến trong thu thập và xử lí thông tin không gian như: công nghệ định vị toàn cầu
(GPS – Global Positioning System), trắc địa ảnh, viễn thám (bao gồm cả thông tin mặt
đất và thông tin khí quyển),… đã cho phép trong một thời gian ngắn thu thập về một
khối lượng thông tin rất lớn … Máy tính điện tử là tiền đề để phát triển công nghệ tự
động hoá thành lập bản đồ. Sự tham gia của máy tính đã cho ra đời những mô hình bản
đồ mới có nhiều ưu việt hơn: bản đồ số, cơ sở dữ liệu bản đồ, hệ thống thông tin địa lí.
/nguồn [4], [5]/.
Trong đã đưa ra những điểm mạnh của bản đồ điện toán so với phương pháp
truyền thống, thể hiện ở các khía cạnh sau:
− Lập ra những bản đồ có chất lượng cao cả về nội dung và phương pháp thể
hiện, chất lượng đồ hoạ, màu sắc.
− Rút ngắn thời gian làm bản đồ ở mọi công đoạn: biên tập – thiết kế, biên vẽ,
in bản đồ.
− Thông tin bản đồ chứa trong máy tính điện tử luôn luôn được cập nhật, hiệu
chỉnh, chế biến, xử lí linh hoạt, cho phép bất cứ lúc nào cũng có thể lập ra
những sản phẩm bản đồ theo ý muốn và có tính thời sự cao.
− Tạo ra một số dạng sản phẩm bản đồ mới: bản đồ số, cơ sở dữ liệu bản đồ
lưu trữ trong đĩa cứng hay đĩa CD.

tiện mới trong xây dựng, thiết kế bản đồ. Đặc tính đầu tiên của GIS là tính đa phương
án cho phép đánh giá nhiều khía cạnh khác nhau của tình huống va các giải pháp đa
dạng. Đặc tính tiếp theo của GIS là tính đa môi trường (multimedia) nhờ đó có thể kết
hợp các biểu diễn văn bản, âm thanh và các ký hiệu. Nhưng có lẽ đặc điểm lớn nhất
của các công nghệ mới là chúng đưa chúng ta tới nhiều dạng biểu diễn mới: bản đồ
điện tử, các mô hình máy tính 3 chiều và mô hình động dạng phim,…
Hệ thống thông tin địa lý hiện nay có sự liên hệ chặt chẽ với viễn thám và các
phương pháp mô phỏng toán học, các hệ thống vệ tinh. Một trong những hướng chuyên
sâu của hướng hệ thống thông tin địa lý là thiết lập bản đồ một cách nhanh chóng,
15

nghĩa là gắn với bài toán mô phỏng hóa bản đồ trong chế độ thời gian thực hoặc gần
với thời gian thực với mục tiêu nhanh chóng nhận được kết quả nhằm thông báo cho
người sử dụng và nhanh chóng can thiệp vào quá trình đang diễn ra. Thời gian thực ở
đây là tốc độ đảm bảo xử lý thông tin nhanh chóng đối với những thông tin thu nhận
được, nghĩa là phải nhanh chóng thể hiện bằng bản đồ để đánh giá, quản lý, kiểm soát
các quá trình và các hiện tượng (cũng đang thay đổi với tốc độ nhanh).
Tầm quan trọng của công nghệ GIS được khẳng định trong phát biểu của cựu
tổng thống Mỹ Bill Clinton “Hệ thống thông tin địa lý đã trở thành khâu đột phá trong
bài toán hỗ trợ cho sự phát triển kinh tế, sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên và bảo
vệ môi trường. Các công nghệ hiện đại cho phép giải quyết một cách có hiệu quả bài
toán thu nhận, truyền, phân tích, trực giác hóa các dữ liệu gắn kết với không gian, thiết
lập các dữ liệu bản đồ” (trích đoạn trong công lệnh năm 1994 “Về việc xây dựng cơ sở
hạ tầng quốc gia các dữ liệu gắn kết với không gian”).
Theo công trình [34], công nghệ xử lý dữ liệu không gian địa lý đang trải qua
một sự biến đổi chưa từng có. Hiện nay đã có sự thừa nhận rộng rãi rằng không gian
địa lý không còn xa lạ và tách biệt nữa mà đã gia nhập và trở thành xu hướng chủ đạo
của ngành công nghệ thông tin. Các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực đã thừa nhận
rằng công nghệ xử lý không gian địa lý đã trở thành một trong những ngành công nghệ
nòng cốt không chỉ giành cho các chuyên gia Hệ thống thông tin địa lý (GIS) mà mọi

Mở Rộng
Thêm
Công Cụ Siêu GIS
Đối Tượng Không Gian
Phân Tích Thống Kê Không
Gian
Phân Tích Đa Dạng Sinh Học
Đối Tượng 3 Chiều
Đối Tượng Đồ Thị
Mở Rộng
Đối Tượng Mạng (Siêu đối Tượng
Mạng)
Thêm GPS
Khách GDB
Dịch Vụ Siêu Web GÍS
Dịch Vụ GIS
Siêu Bộ đệm (Super Pad)
Trình tạo Siêu bộ đệm
(SuperPad Builder)
Hệ thống siêu bộ đệm
(Super Pad Suite)
GIS Để Bàn
Phát Triển GIS
GIS Di Động
Công Cụ Siêu GIS Di Động
Trình Duyệt Siêu GIS
Cache Mở Rộng
Chỉnh Sửa Mở Rộng Trực
Tuyến
Đồ Thị Mở Rộng