TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ HẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ
XU HƯỚNG Ô NHIỄM NƯỚC MẶT THÀNH PHỐ HÀ NỘI
GIAI ĐOẠN 2020-2025

HÀ NỘI, 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ HẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ
XU HƯỚNG Ô NHIỄM NƯỚC MẶT THÀNH PHỐ HÀ NỘI
GIAI ĐOẠN 2020-2025

Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Mã ngành: D850101

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. HÀ QUÝ QUỲNH

HÀ NỘI, 2016



Em xin chân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn TS.
Hà Quý Quỳnh - Ban ứng dụng và triển khai công nghệ - Viện Hàn Lâm Khoa học
và công nghệ Việt Nam đã định hướng, chỉ bảo, dìu dắt em trong suốt quá trình
thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè những người
luôn kịp thời động viên và giúp đỡ em vượt qua những khó khăn trong cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2016
Sinh viên

Lê Thị Hạnh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................iii
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................iv
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................iv
...................................................................................................................... iv
...................................................................................................................... iv
MỤC LỤC.....................................................................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................x
MỞ ĐẦU.....................................................................................................xii
1. Lý do lựa chọn đề tài............................................................................................xii
2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................xiii
3. Nội dung nghiên cứu............................................................................................xiii
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................................xiii

4.1. Đối tượng nghiên cứu:.............................................................................xiii
4.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................xiv

1.3.5. BOD (Biochemical oxygen Demand: nhu cầu ô xy sinh hoá).............xxi
1.3.6. Amoniac (NH4+)..................................................................................xxi
1.3.7. Nitrat (NO3-)........................................................................................xxi
1.3.8. Phosphat (PO43-)..................................................................................xxi
1.3.9. Clorua (Cl-)...........................................................................................xxi
1.3.10. Coliform.............................................................................................xxii
1.4. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI
TRƯỜNG NƯỚC...................................................................................................xxii

1.4.1. Sự hình thành và phát triển của GIS...................................................xxii
1.4.2. Quan niệm về GIS...............................................................................xxii
1.4.3. Các chức năng của GIS......................................................................xxiii
1.4.4. Phần mềm ARCGIS............................................................................xxiv
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................xxiv

1.5.1. Phương pháp lấy mẫu, khảo sát đo đạc tại thực địa...........................xxiv
1.5.2. Phương pháp phân tích.......................................................................xxvi
1.5.3. Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu..............................................xxvi
1.5.4. Phương pháp kế thừa..........................................................................xxvi
1.5.5. Phương pháp chuyên gia...................................................................xxvii
1.5.6. Phương pháp GIS trong phân tích, hiển thị ô nhiễm môi trường nước
......................................................................................................................xxvii
1.5.6.1. Ứng dụng GIS để nghiên cứu ô nhiễm môi trường nước.....................xxvii
1.5.6.2. Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ ô nhiễm.............................................xxvii


1.6. CƠ SỞ PHÁP LÝ.........................................................................................xxviii

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN MÔI TRƯỜNG THÀNH PHỐ HÀ
NỘI...................................................................................................................... xxix

3.1.7. Chỉ tiêu Nitrat (NO3-)........................................................................xlvii
3.1.8. Chỉ tiêu Nitrit (NO2-)..........................................................................xlix
3.1.9. Chỉ tiêu Cyanua (CN-)..............................................................................l


3.1.10. Chỉ tiêu Phosphat (PO43-)...................................................................lii
3.1.11. Chỉ tiêu Phenol (C6H5OH).................................................................liii
3.1.12. Chỉ tiêu Coliform tổng số.....................................................................lv
3.2. ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM NƯỚC MẶT THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN
2015-2025..................................................................................................................lvii

3.2.1. Dự báo sức ép dân số năm 2020 và năm 2025....................................lvii
3.2.2. Đánh giá ô nhiễm nước mặt Thành phố Hà Nội...................................lix
3.2.3. Xây dựng bản đồ dự báo ô nhiễm nước mặt Thành phố Hà Nội giai đoạn
2015-2025.......................................................................................................lxii
3.3. BƯỚC ĐẦU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC.....................................lxv
KẾT LUẬN............................................................................................................lxvii
KIẾN NGHỊ...........................................................................................................lxvii

PHỤ LỤC...................................................................................................lxx
PHỤ LỤC...................................................................................................lxx


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTNMT:

Bộ Tài nguyên Môi trường

CSDL


Ủy ban nhân dân

QCVN 08:2008
BTNMT cột B1

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước
mặt. Cột B1 dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi
hoặc các mục đích giao thông thủy và các mục đích
khác với yêu cầu chất lượng nước thấp

QCCP

Quy chuẩn cho phép

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam


DANH MỤC CÁC BẢNG
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN................................................................................................iv
........................................................................................................................ iv
Bảng 1.1: Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm...................xxvi
Bảng 3.1: Dự báo dân số Thành phố Hà Nội theo các quận/huyện.........lvii
Bảng 3.2: Dự báo nước thải sinh hoạt TP. Hà Nội năm 2020 và năm 2025
.............................................................................................................................. lviii
Bảng 3.3: Dự báo mức độ ô nhiễm nước mặt Thành phố Hà Nội giai đoạn
2015-2025...............................................................................................................lxi

Hình 3.12: Bản đồ chỉ tiêu Coliform các sông TP Hà Nội từ năm 2010-2014
.................................................................................................................................. lv
Hình 3.13: Bản đồ ô nhiễm nước mặt Thành phố Hà Nội năm 2015......lxiii
Hình 3.14: Bản đồ dự báo ô nhiễm nước mặt Thành phố Hà Nội năm 2020
............................................................................................................................... lxiv
....................................................................................................................... lxv
Hình 3.15: Bản đồ dự báo ô nhiễm nước mặt Thành phố Hà Nội năm 2025
................................................................................................................................ lxv
PHỤ LỤC.....................................................................................................lxx

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Nước là tài nguyên đặc biệt quan trọng quyết định sự tồn tại và phát triển sự
sống trên Trái đất. Đặc điểm của tài nguyên nước là được tái tạo,vận động theo quy
luật tự nhiên, thời gian và không gian. Ngoài quy luật tự nhiên tác động tới tài
nguyên nước thì hoạt động của con người cũng tác động không nhỏ đến vòng tuần
hoàn nước và sự vận động của nước.
Thành phố Hà Nội đã và đang đô thị hoá, phát triển với tốc độ nhanh, trong
khi vấn đề về kết cấu hạ tầng trong quản lý, bảo vệ môi trường phát triển chậm, điều
này dẫn đến môi trường nói chung và môi trường nước mặt nói riêng ở TP Hà
Nội bị ô nhiễm và suy thoái. Diễn biến tình hình ô nhiễm môi trường nước mặt tại
TP Hà Nội ngày càng gia tăng. Các công trình nghiên cứu trước được thực hiện quy
mô chi tiết, các số liệu quan trắc được lưu trữ ở dạng bảng biểu thống kê và dừng lại


ở mức độ giám sát, đánh giá hiện trạng ô nhiễm tại một thời điểm và một địa điểm
cụ thể.
Các ứng dụng công nghệ GIS liên tục phát triển góp phần đắc lực trong lĩnh
vực quản lý và bảo vệ môi trường. Công nghệ GIS cung cấp các phương tiện để
quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới môi trường một cách trực quan theo

BOD5, NH4+, Cl-, F-, NO3-, NO2-, CN-, PO43-, C6H5OH, Coliform các thủy vực Hà
Nội, thể hiện mức độ ô nhiễm môi trường nước năm 2020 và năm 2025 trên bản đồ.
b. Phạm vi không gian:
Phạm vi nghiên cứu tập trung đánh giá mức độ ô nhiễm các sông, hồ sau:
- 11 sông: sông Tô Lịch, sông Sét, sông Lừ, sông Kim Ngưu, sông Hòa Bình,
sông Thủy Giang, sông Cầu Đá, sông Bùi, sông Cà Lồ, sông Cầu Bây, sông Đà,
sông Đuống, sông Tích.
- 20 hồ: hồ Hoàn Kiếm, hồ Tây, hồ Ba Mẫu, hồ Thành Công, hồ Thủ Lệ, hồ
Thiền Quang, hồ Thanh Nhàn, hồ Đền Lừ, hồ Văn Quán, hồ Đống Đa, hồ Giảng
Võ, hồ Yên Sở 1, hồ Văn Chương, hồ Nghĩa Tân, hồ Trúc Bạch, hồ Thương Mại,
hồ Hạ Đình, hồ Định Công, hồ Giáp Bát, hồ Rẻ Quạt.


c. Phạm vi về thời gian:
Đề tài sử dụng số liệu quan trắc từ năm 2010 đến năm 2014 và một số hình
ảnh, số liệu bổ sung năm 2015 và năm 2016. Số liệu do Trung tâm Quan trắc và
Phân tích Tài nguyên Môi trường Hà Nội cung cấp.
5. Ý nghĩa của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Việc ứng dụng GIS trong nghiên cứu, phân tích, quan trắc và đánh giá môi
trường góp phần nâng cao năng lực quản lý môi trường nước hiệu quả hơn.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tạo tiền đề để xây dựng cơ sở dữ liệu làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp
theo nhằm đưa ra hướng quản lý, cải thiện chất lượng nước mặt TP Hà Nội.


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1. Ô NHIỄM
1.1.1. Khái niệm
Có nhiều nhiều định nghĩa, khái niệm về ô nhiễm. Trong Từ điển Đa dạng sinh

này nếu hiện diện với số lượng lớn gây ra sự mất cân bằng trong hệ sinh thái và dẫn
tới những thay đổi trong các quá trình lý hoá như quá trình ôxy hoá.
1.1.3.2. Chất gây ô nhiễm là chất độc
Là những chất độc gây chết, gần chết hoặc tác động lâu dài tới các cơ thể sống.
Một cách gián tiếp, các chất này thông qua chất dinh dưỡng hoặc khí ô xy phá huỷ
quần xã sinh vật. Trong các chất độc, có nhiều chất không có trong tự nhiên, hầu hết
là do con người làm ra, bao gồm kim loại, các ion hoà tan, các hoá chất bảo vệ thực
vật, dầu khí, các chất tẩy rửa, axit, kiềm, các hợp chất hữu cơ, các chất phóng xạ.
1.1.3.3. Vi sinh vật
Các loại virus, vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh, động vật ký sinh... có ảnh
hưởng trực tiếp tới sức khoẻ của con người. Sự có mặt của vi sinh vật trong môi
trường nước do các nguồn thải từ sinh hoạt ở khu dân cư. Trong nhóm vi sinh vật,
coliform được quan tâm nhiều, đặc biệt là Faecal coliform - nhóm chỉ thị môi
trường nước bị nhiễm phân người hoặc động vật. [2]
1.1.4. Các dạng ô nhiễm nước đặc trưng
Ô nhiễm nước của các thuỷ vực có thể ở hai dạng ô nhiễm: do mất cân bằng
trong tự nhiên và do các chất độc.
Sự mất cân bằng trong chu trình dinh dưỡng, đặc biệt trong trường hợp quá
nhiều chất dinh dưỡng gọi là phú dưỡng, hơn nữa là phì dưỡng.
Quá trình axit hoá tự nhiên của chu trình thuỷ văn gây ra mưa axit.
Ô nhiễm do các chất độc khác bao gồm các chất hoàn toàn phi tự nhiên do con
người gây ra như sự tràn dầu, các hoá chất bảo vệ thực vật, phân bón hóa học, các
chất thải có kim loại nặng...
1.1.4.1. Ô nhiễm dinh dưỡng
Các chất gây nên dạng ô nhiễm này bao gồm các muối dinh dưỡng vô cơ hoà
tan dưới dạng các ion có nguồn gốc Nitơ (NO 3-, NO2-, NH4+), phostpho (PO43-). Dấu
hiệu của hiện tượng này là sự phát triển quá mức một số nhóm thực vật nổi - hiện
tượng nở rộ thực vật nổi tạo thành váng tảo với mật độ rất cao ở khối nước bề mặt,
nước bị vẩn đục do quá nhiều tảo.


giới hạn sự phát triển của tảo và thực vật thuỷ sinh có rễ bám trong thuỷ vực. Mức
trầm tích cao trong sông dẫn tới sự suy giảm đặc tích thuỷ học của sông.


1.2. ĐẶC TÍNH MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Các thủy vực nước ngọt nội địa bao gồm suối, sông, hồ, ao, vùng cửa sông và
các vùng đất ngập nước có cấu trúc phân biệt rõ ràng được xác định bởi hính thái
vùng lưu vực và các mối tương tác vật lý, hóa học và sinh học. Cấu trúc vật lý được
xác định bởi sự phân bố ánh sáng, nhiệt, sóng và dòng chảy biến đổi theo ngày,
mùa. Cấu trúc hóa học được xác định bởi các yếu tố dinh dưỡng và ô xy hòa tan.
Các yếu tố môi trường này là cơ sở hình thành các đặc tính sinh học của thủy vực.
Ngoài ra, các đặc điểm vùng lưu vực cũng như khối khí quyển trên vùng lưu vực
cũng là yếu tố quan trọng xác định cấu trúc thủy vực nội địa, đặc biệt là tác động
đến chu trình dinh dưỡng.
Sông vùng đồng bằng, thường là phần hạ lưu có dòng chảy khúc khuỷu, nước
chảy chậm. Lòng sông thường uốn khúc, nước chảy chậm về mùa khô, chảy mạnh
vào mùa mưa. Nền đáy mềm là bùn – cát.
Hồ tự nhiên: là loại thuỷ vực có dạng một vùng trũng sâu lớn trên mặt đất
chứa nước, có thể là nước đứng hoặc nước chảy chậm. Về mặt hình thái và khối
nước, hồ khác với đầm ao về độ lớn diện tích và độ sâu; hồ cũng khác với sông ở
hình thái nền vỏ ngắn hơn, tốc độ nước chảy chậm hoặc nước đứng hẳn. Ở Hà Nội,
có trên 10 hồ tự nhiên với diện tích mỗi hồ trên dưới 20 ha. Trong đó, đáng kể có hồ
Tây với diện tích mặt nước hơn 540 ha.
Đầm: là loại hình thuỷ vực có kích thước và độ sâu trung bình, có thể coi là một
loại hình thuỷ vực trung gian giữa hồ và ao, một giai đoạn trong quá trình ao hoá
của hồ. Về mặt loại hình, ao và đầm cũng có thể coi là thuỷ vực dạng hồ. [2]
1.3. CÁC THÔNG SỐ CHỈ TIÊU HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Hiện nay, bảo vệ môi trường đặc biệt là bảo vệ tài nguyên nước đang là vấn đề
được quan tâm toàn cầu. Để đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ gây ô
nhiễm nước, có thể dựa vào một số chỉ tiêu cơ bản và quy định giới hạn của từng

Các sông hồ có hàm lượng DO cao được coi là khoẻ mạnh và có nhiều loài
sinh vật sống trong đó. Khi DO trong nước thấp sẽ làm giảm khả năng sinh trưởng
của động vật thuỷ sinh, thậm chí làm biến mất hoặc có thể gây chết một số loài nếu
DO giảm đột ngột.
1.3.4. COD (Chemical oxygen Demand - nhu cầu ô xy hoá học)
COD là lượng ô xy cần thiết cho quá trình ô xy hoá hoàn toàn các chất hữu cơ
có trong nước thành CO2 và H2O.
COD là tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước (nước
thải, nước mặt, nước sinh hoạt) vì nó cho biết hàm lượng chất hữu cơ có trong nước
là bao nhiêu. Hàm lượng COD trong nước cao thì chứng tỏ nguồn nước có nhiều
chất hữu cơ gây ô nhiễm.


1.3.5. BOD (Biochemical oxygen Demand: nhu cầu ô xy sinh hoá)
BOD là lượng ô xy (thể hiện bằng gam hoặc miligam O2 theo đơn vị thể tích)
cần cho vi sinh vật tiêu thụ để ô xy hoá sinh học các chất hữu cơ trong bóng tối ở
điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian. Như vậy BOD phản ánh lượng các
chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học có trong mẫu nước.
Thông số BOD có tầm quan trọng trong thực tế vì đó là cơ sở để thiết kế và
vận hành trạm xử lý nước thải; giá trị BOD càng lớn có nghĩa là mức độ ô nhiễm
hữu cơ càng cao.
1.3.6. Amoniac (NH4+)
Trong nước, bề mặt tự nhiên của vùng không ô nhiễm amoniac chỉ có ở nồng
độ vết (dưới 0,05 mg/l). Trong nguồn nước có độ pH acid hoặc trung tính, amoniac
tồn tại ở dạng ion amoniac (NH 4+); nguồn nước có pH kiềm thì amoniac tồn tại chủ
yếu ở dạng khí NH3-.
1.3.7. Nitrat (NO3-)
Nitrat là sản phẩm cuối cùng của sự phân huỷ các chất chứa nitơ có trong chất
thải của người và động vật.
Trong nước tự nhiên có nồng độ nitrat thường
đến đất đai và biến đổi chậm như tài nguyên, môi trường đến những ứng dụng trong
các lĩnh vực liên quan đến con người hoặc những đối tượng có tần số biến đổi
nhanh như cơ sở kỹ thuật hạ tầng, kinh tế, xã hội. [6]
1.4.2. Quan niệm về GIS
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – gọi tắt là GIS).
Trong đó:
Hệ thống: Bao gồm công nghệ máy tính và các hạ tầng hỗ trợ khác
Thông tin: Bao gồm dữ liệu và thông tin
Địa lý: Bao gồm thế giới thực, các thực thể không gian
Ngày nay, với việc phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, hệ thông tin
địa lý đã trở thành công cụ trợ giúp đắc lực trong nhiều hoạt động về kinh tế xã hội,
an ninh quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới.
Có nhiều quan niệm khác nhau khi định nghĩa về GIS:
Kalkin và Tomlinson (1977) định nghĩa GIS như sau: Hệ thông tin địa lý là
một hệ thông tin bao gồm một số hệ con (subsystem) có khả năng biến đổi các dữ
liệu địa lý thành những thông tin có ích. [14]
Theo định nghĩa của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (Environmental
System Research Institute, viết tắt là ESRI) của Mỹ, Hệ thông tin địa lý là một tập


hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con
người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân
tích và kết xuất thông tin.
Nói cách khác, hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống máy tính (phần cứng,
phần mềm) và các thiết bị ngoại vi có khả năng trả lời các câu hỏi cơ bản: Ai? Cái
gì? Ở đâu? Khi nào? Như thế nào? Tại sao? khi được xác định trước một hoặc một
vài nội dung trong các câu hỏi đó. Trong đó các câu hỏi "Ai?" Cái gì là xác định đối
tượng, các hoạt động hay các sự kiện cần khảo sát; câu hỏi "Ở đâu?" xác định vị trí
đối tượng, hoạt động hoặc sự kiện cần khảo sát; câu hỏi "Như thế nào?" hoặc "Tại
sao?" là kết quả phân tích của hệ thông tin địa lý.

Các ứng dụng của ARCGIS:
Tạo dữ liệu trong ARCGIS từ các phần mềm khác như Map-info, Arc-Info,
Microtation, Auto-Cad, MS Access data, Excel file…
Nội suy, phân tích không gian, từ các điểm do các chỉ số có thể tạo ra mô hình
bề mặt giá trị môi trường. Hoặc cũng có thể dựa vào những giá trị đo được từ các
trạm thủy văn trong khu vực để nội suy ra bản đồ lượng mưa, nhiệt độ tối cao, nhiệt
độ tối thấp của khu vực đó…
Tạo ra những bản đồ thông minh được kết nối nhanh (hotlink) với nhiều
nguồn dữ liệu khác nhau như: biểu đồ, bảng thuộc tính, ảnh và các file khác. [14]
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.5.1. Phương pháp lấy mẫu, khảo sát đo đạc tại thực địa
Tiến hành khảo sát dọc theo các sông và xung quanh các hồ nghiên cứu về tập
quán sinh hoạt của người dân, các loại hình sản xuất có nguồn thải vào môi trường
nước mặt trên địa bàn thành phố.
Đối tượng thu mẫu là các sông, hồ trên địa bàn TP. Hà Nội.
- Mẫu được lấy ở độ sâu 20-30 cm dưới mặt nước.
- Mẫu được lấy vào 2 đợt:
+ Đợt 1: Từ tháng 3 đến tháng 4
+ Đợt 2: Từ tháng 8 đến tháng 11
Giá trị 1 năm được tính theo mức trung bình cộng của 2 đợt.
Tại mỗi điểm điều tra, các chỉ tiêu thuỷ hoá, lý được xác định ngay tại hiện
trường bằng thiết bị đo nhanh (TOA water quality checker WQC 22A của Nhật Bản
sản xuất).
Đo đạc chỉ tiêu môi trường nước tại hiện trường bằng máy đo nhanh.
Kỹ thuật thu mẫu nước, đất/trầm tích tại hiện trường.


Kỹ thuật phân tích các chỉ tiêu môi trường trong phòng thí nghiệm.
Thu thập số liệu thực vật được thực hiện theo phương pháp thu mẫu theo
điểm.