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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHÊ VIỄN THÁM TRONG THÀNH
LẬP BẢN ĐÔ HIÊN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ
LƯU SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2017 – 2018

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

ĐẶNG NGUYỆT ANH

HÀ NỘI, NĂM 2018


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHÊ VIỄN THÁM TRONG THÀNH
LẬP BẢN ĐÔ HIÊN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ
LƯU SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2017 – 2018

ĐẶNG NGUYỆT ANH
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 8440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. TRỊNH LÊ HÙNG
2. PGS.TS. LÊ THỊ TRINH

HÀ NỘI, NĂM 2018



3

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp
đỡ của nhiều cá nhân và cơ quan đơn vị. Nay luận văn đã hoàn thành, tôi xin
bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới:
PGS.TS. Trịnh Lê Hùng, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều
kiện thuận lợi, cùng những ý kiến đóng góp sâu sắc nhất để tôi hoàn thành
luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn trân trọng tới PGS.TS. Lê Thị Trinh đã
tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ của đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi
trường “Nghiên cứu đặc điểm phân bố, lịch sử tích lũy môt số kim loại nặng,
hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong trầm tích và đánh giá rủi ro môi trường
khu vực hạ lưu sông Đáy”, mã số TNMT 2017.04.09 cho các nội dung nghiên
cứu thực nghiêm của luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường,
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội… đã nhiệt tình giúp đỡ tôi
trong quá trình hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn TS. Trịnh Thị Thắm
giảng viên khoa Môi trường, nhóm các bạn sinh viên Phạm Thị Linh Chi,
Nguyễn Thị Như Quỳnh, Nguyễn Thu Thảo, lớp ĐH4QM về sự hỗ trợ trong
quá trình thực nghiệm.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, cán bộ, đồng
nghiệp và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt cho tôi trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện luận văn một cách hoàn chỉnh

2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 2
3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÊ VẤN ĐÊ NGHIÊN CỨU ................... 4
1.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu.......................................................... 4
1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám ...................................................... 18
1.2.1. Công nghệ viễn thám ...................................................................... 18
1.2.2. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu chất
lượng nước ................................................................................................ 20
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .......................... 26
1.4. Đặc điểm tư liệu ảnh vệ tinh Sentinel – 2 ............................................. 41
1.5. Tổng kết chương 1 ................................................................................ 43
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .................................................................................... .
45
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ............................................................ 45
2.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 45
2.2.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu ..................................... 46
2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa ..................................... 48
2.2.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích chất lượng nước ..................... 48
2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng thông số chất lượng nước từ dữ
liệu viễn thám............................................................................................ 54


6

2.3. Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Sentinel-2 phục vụ xác định hàm lượng
TSS ............................................................................................................... 58
2.3.1. Tiền xử lý ảnh ................................................................................. 58
2.3.2. Xác định phổ phản xạ bề mặt ......................................................... 59
2.3.3. Xác định hàm hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa phổ phản xạ mặt


8

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
GIS

: Hệ thống thông tin địa lý


9

WQI

: Chỉ số chất lượng nước mặt

GPS

: Hệ thống định vị toàn cầu

NSMI

: Chỉ số chất rắn lơ lửng

COD

: Nhu cầu oxy hóa học

BOD

: Nhu cầu oxy sinh hóa

lượng nước ...................................................................................................... 22
Bảng 1.2: Đặc điểm một số bộ cảm siêu phổ sử dụng trong đánh giá chất
lượng nước [8]................................................................................................. 24
Bảng 1.3: Đặc điểm các kênh phổ ảnh vệ tinh Sentinel-2A ........................... 42
Bảng 2.1: Phương pháp bảo quản mẫu ........................................................... 49
Bảng 2.2: Các phương pháp đo nhanh tại hiện trường ................................... 50
Bảng 2.3: Các phương pháp pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ............ 50
Bảng 2.4: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu ........................................................ 52
Bảng 3.1: Bảng kết quả phân tích chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu tại
sông Đáy (ngày 09/04/2018) ........................................................................... 68
Bảng 3.2: Giá trị phản xạ phổ tại kênh ảnh tại các vị trí tương ứng ............... 70
Bảng 3.3: Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phản xạ phổ kênh 2, 3, 4, 8 ảnh
vệ tinh Sentinel-2A và hàm lượng các thông số chất lượng nước ..................
73
Bảng 3.4: So sánh kết quả xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentinel-2
ngày 09/4/2018 ................................................................................................ 75


1
0

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐÔ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu ................................................................ 4
Hình 1.2: Biểu đồ diễn biến hàm lượng COD trên sông Đáy năm 2014 [6] .. 16
Hình 1.3: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD5 trên sông Đáy năm 2014 [6] . 17
+
Hình 1.4: Biểu đồ diễn biến hàm lượng NH
-N trên sông Đáy năm 2014 [6]
4
17


1
1

Hình 2.5: Ví dụ về các ”đối tượng tối” trên ảnh vệ tinh Landsat (nguồn
gisapmaps.com) ............................................................................................... 60
Hình 2.6: So sánh phổ phản xạ của thực vật trước và sau khi hiệu chỉnh KQ....
61
Hình 2.7: So sánh phổ phản xạ của nước trước và sau khi hiệu chỉnh KQ . 61
Hình 2.8: So sánh phổ phản xạ của đất trước và sau khi hiệu chỉnh KQ .. 61
Hình 3.1a: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (cảnh
ảnh 1) ............................................................................................................... 64
Hình 3.1b: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (cảnh
ảnh 2) ............................................................................................................... 64
Hình 3.1c: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (sau
khi khớp ảnh)................................................................................................... 65
Hình 3.1d: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (cảnh
ảnh 1) ............................................................................................................... 65
Hình 3.1e: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (cảnh
ảnh 2) ............................................................................................................... 66
Hình 3.1f: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (sau khi
khớp ảnh)......................................................................................................... 66
Hình 3.1: Giao diện phần mềm Erdas Imagine 2014 ...................................... 67
Hình 3.2: Giá trị phản xạ phổ (dạng số nguyên, chưa chia cho 10000) tại 4
kênh ảnh vệ tinh Sentinel-2A (kênh 2, 3, 4 và 8) tại từng vị trí lấy mẫu........ 70
Hình 3.3: Công cụ hồi quy (regression) trong tool Data Analysis của phần
mềm Microsoft Excel 2013 ............................................................................. 72
Hình 3.4: Kết quả hồi quy bội tuyến tính nhăm xác định hàm lượng TSS..... 73
Hình 3.5: Công cụ mô hình hóa (Modeler) trong phần mềm ERDAS Imagine
2014 ................................................................................................................. 76

ra là nghiên cứu đánh giá hiện trạng, dự báo xu thế diễn biến môi trường chất
lượng nước hạ lưu sông Đáy để làm cơ sở dữ liệu cho việc bảo vệ, xử lý và
quản lý nguồn nước nhăm đảm bảo cung cấp nguồn nước sạch phục vụ cho
dân sinh.
Có rất nhiều giải pháp nhăm cải thiện chất lượng nước sông đã được
đưa ra như: ban hành các văn bản pháp luật kèm theo các chế tài hợp lý, thành


2

lập các Ủy ban Bảo vệ Môi trường Lưu vực sông, áp dụng các công cụ kinh tế
như thu phí nước thải, lập quỹ Bảo vệ Môi trường, xây dựng các chương trình
quan trắc, giám sát môi trường lưu vực sông…Tuy nhiên, các giải pháp hiện
nay vẫn chưa đạt được hiệu quả như mong đợi. Ô nhiễm nước tại lưu vực
sông Đáy vẫn đang là vấn đề nan giải đối với các nhà quản lý và ngày càng
nhức nhối đối với cộng đồng.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ viễn thám
đã được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả quan trọng trong nghiên cứu,
đánh giá chất lượng nước mặt. Các phương pháp đánh giá chất lượng nước
mặt truyền thống dựa trên kết quả phân tích mẫu nước chỉ thể hiện chất lượng
nước cục bộ xung quanh điểm đo và trên thực tế không thể tiến hành lấy mẫu
dày đặc ở một khu vực rộng lớn do tốn kém về thời gian và chi phí. Phương
pháp sử dụng công nghệ viễn thám với các ưu điểm nổi bật như diện tích phủ
trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn đang trở thành một công cụ hiệu quả trong
nghiên cứu chất lượng nước mặt, đặc biệt đối với các khu vực rộng lớn như
lưu vực sông.
Trên cơ sở đó, đề tài “Ứng dụng công nghê viễn thám trong thành lập
bản đô hiên trạng chất lượng nước ha lưu sông Đáy giai đoạn 2017 –
2018” được thực hiện là xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, nhăm góp thêm một
hướng ứng dụng công nghệ mới phuc vụ quản lý chất lượng môi trường nước.

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÊ VẤN ĐÊ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực hạ lưu sông Đáy
a. Điều kiên tự nhiên [1]
Sông Đáy là một trong những con sông dài ở miền Bắc Việt Nam, nó là
con sông chính của lưu vực sông Nhuệ - Đáy ở phía tây nam vùng châu thổ
sông Hồng. Sông Đáy chảy qua các tỉnh thành Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình
và Nam Định với dòng sông chảy gần song song bên hữu ngạn hạ lưu sông
Hồng. Trong lưu vực sông Đáy có nhiều sông khác như sông Tích, sông
Nhuệ, sông Bùi, sông Bôi, sông Lạng, sông Hoàng Long, sông Sắt, sông Vạc,
sông Nam Định, liên quan đến nhau nên đã được quy hoạch thủy lợi chung
vào hệ thống sông Đáy.

Hình 1.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu


5

- Đặc điểm khí hậu
Do năm trong khu vực Bắc Bộ nên có nền khí hậu mang đầy đủ những
thuộc tính cơ bản của khí hậu miền Bắc Việt Nam đó là nhiệt đới gió mùa
nóng ẩm, mùa đông khá lạnh và ít mưa, mùa hè nắng nóng nhiều mưa tạo nên
bởi tác động qua lại của các yếu tố: bức xạ mặt trời, địa hình, các khối không
khí luân phiên khống chế.
+ Chế độ nắng: Khu vực nghiên cứu năm trong miền khí hậu nhiệt đới
gió mùa, với lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 - 120
kcal/cm2 và có số giờ nắng thuộc loại trung bình, đạt khoảng 1600 - 1750
giờ/năm, trong đó tháng 7 có số giờ nắng nhiều nhất đạt 200 - 230 giờ/tháng

suất đạt 60 - 70%. Một số nơi do ảnh hưởng của địa hình, hướng gió đổi thành
Tây Bắc và Bắc, tần suất đạt 25 - 40%. Mùa hè các tháng 5 – tháng 7 có
hướng gió ổn định, thịnh hành là Đông và Đông Nam, tần suất đạt 60 - 70%.
Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành nhất cũng chỉ đạt tần suất
20 - 25%. Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần suất mỗi
hướng thay đổi trung bình từ 10 - 15%.
- Mạng lưới thủy văn
Sông Đáy nguyên là một phân lưu lớn đầu tiên của sông Hồng, bắt đầu
từ cửa Hát Môn chảy theo hướng Đông Bắc – Tây Nam. Nhưng đến năm
1937, sau khi xây dựng xong đập Đáy thì nước sông Hồng không thường
xuyên đổ vào sông Đáy qua cửa đập Đáy trừ những năm phân lũ, vì vậy phần
đầu nguồn sông (từ 0 km đến Ba Thá dài 71 km) sông Đáy coi như đoạn sông
chết. Hiện tượng bồi lắng và nhân dân lấn đất canh tác cản trở việc thoát lũ
mùa mưa. Lượng nước để nuôi sông Đáy chủ yếu là do các sông nhánh, quan
trọng nhất là sông Tích, sông Bôi, sông Đào Nam Định, sông Nhuệ. Sông
chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam.
Hiện nay, sông Đáy đã bị xâm nhập mặn ở vùng hạ du. Phần thượng và
trung lưu cũng đã bị ô nhiễm do nguồn thải ở vùng dân cư tập trung, khu công


7

nghiệp của các tỉnh Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình và Hà Nội, đặc biệt là
úng, lụt ở vùng trũng Nam Định, Ninh Bình gây ô nhiễm môi trường nói
chung và môi trường nước nói riêng.
- Chế độ thủy văn
Cũng như mưa, dòng chảy phân bố trên lưu vực cũng không đều, dòng
chảy lớn nhất là ở núi Ba Vì, phần hữu ngạn lưu vực có dòng chảy lớn hơn.
Dòng chảy mùa lũ từ tháng 6 – tháng 10 cũng chiếm 70 - 80% lượng dòng
chảy năm, tháng 9 là tháng có dòng chảy trung bình tháng lớn nhất chiếm

(chiếm 89,5%), sông Hoàng Long ở Hưng Thi chỉ có 0,68 ty m 3 (chiếm
2,4%), sông Tích và sông Đáy ở Ba Thá khoảng 1,35 ty m3 (chiếm 4,7%).
b. Đặc điểm kinh tê xa hội
Tài nguyên nước nói chung và tài nguyên nước mặt nói riêng là một
trong những yếu tố ảnh hưởng sự phát triển kinh tế – xã hội của một vùng
lãnh thổ hay một quốc gia. Sự gia tăng dân số, quá trình công nghiệp hóa và
đô thị hóa diễn ra mạnh me làm tăng nhu cầu sử dụng nước trong khi nguồn
tài nguyên nước không thay đổi. Chính vì vậy dẫn đến việc tài nguyên nước
bị suy giảm nghiêm trọng cả về chất và lượng. Nước thải công nghiệp, nông
nghiệp, sinh hoạt không những gây ra ô nhiễm nguồn nước mặt mà chúng còn
gây ô nhiễm các tầng nước dưới đất., gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người
và đồng thời ảnh hưởng tới chu trình sinh – địa – hóa trong các hệ thống sông.
Lưu vực sông Đáy có phạm vi không gian rộng, quá trình phát triển
kinh tế với nhiều ngành nghề đa dạng thuộc hầu hết các lĩnh vực sản xuất.
Các hoạt động kinh tế xã hội đã và đang ngày càng trở thành tác nhân chủ
yếu gây ra các vấn đề về môi trường. Lưu vực sông Đáy nằm trong vùng
kinh tế trọng điểm của vùng, đây cũng là khu vực tiềm ẩn những nguy cơ
gây ô nhiễm môi trường lớn nhất bởi nhiều nguyên nhân. Dưới đây trình
bày một số yếu tố kinh tế – xã hội trong lưu vực, ảnh hưởng tới chất lượng
môi trường trong lưu vực.


9

- Phát triển sản xuất công nghiêp – tiểu thủ công nghiệp trong lưu vực
Trên lưu vực sông Đáy có khoảng 4113 cơ sở sản xuất lớn, được phân
bố không đều trên 6 tỉnh trong lưu vực. Các làng nghề với những sản phẩm
truyền thống mang tính chất hàng hóa cao và ngày càng tinh xảo đang được
hồi phục và phát triển. Tuy nhiên, phần lớn công nghệ và kỹ thuật áp dụng
cho sản xuất nghề còn lạc hậu, trình độ cơ khí hóa còn thấp, thiết bị phần lớn

Môi trường nước sông Nhuệ - sông Đáy đóng vai trò quyết định đến
hoạt động sống không chỉ của người dân lao động mà quyết định đến cả
chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của lưu vực. Môi trường nước bị ô
nhiễm, sức lao động của người lao động bị ảnh hưởng, sức tái tạo tài
nguyên suy giảm, lợi thế về điều kiện địa lý tự nhiên chưa được khai thác
hợp lý.
- Nguồn thải tư các cơ sở sản xuất công nghiệp
Theo số liệu thống kê của các tỉnh năm 2016, số cơ sở công nghiệp trên
LVS khoảng 563 cơ sở sản xuất kinh doanh với quy mô khác nhau, trong đó ở
Hà Nam 215 cơ sở, Nam Định 206 cơ sở và Ninh Bình là 142 cơ sở sản xuất
năm ngoài khu, cụm công nghiệp. Hoạt động của các cơ sở công nghiệp trên
đã tạo ra nhiều nguồn thải (rắn, lỏng, khí) gây ô nhiễm và ảnh hưởng nghiêm
trọng đến môi trường trên LVS sông Đáy.
Theo kết quả thống kê của các nguồn thải đã điều tra thông tin của
Tổng cục môi trưởng thì tổng lượng nước thải của các cơ sở sản xuất thải ra
LVS Nhuệ - Đáy ước tính khoảng 149.553 m3/ngày.đêm [3].
Trong nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất công nghiệp có chứa các
thành phần hữu cơ, hoá chất độc hại, các kim loại nặng, dầu mỡ... Tuy vậy, ý
thức chấp hành các quy định bảo vệ môi trường của các cơ sở còn thấp, đặc
biệt trong việc tuân thủ các quy định về đánh giá tác động môi trường, một
phần nguyên nhân là do tiềm lực tài chính của các cơ sở còn hạn chế, không
đủ khả năng đầu tư hệ thống xử lý nước thải đồng bộ.


11

- Nguồn thải tư hoạt động nông nghiêp và chăn nuôi
Đặc trưng nhất của vùng đất thuộc lưu vực sông Đáy là sản xuất nông
nghiệp. Hoạt động canh tác trên lưu vực ven sông chủ yếu là trồng ngô, đỗ,
lạc, các loại cây hoa màu,… Các hóa chất dùng trong hoạt động nông nghiệp