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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐỂ
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG ĐÁY GIAI
ĐOẠN 2014 - 2015

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ THANH LOAN

HÀ NỘI, NĂM 2017
1


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐỂ
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG ĐÁY GIAI
ĐOẠN 2014 - 2015

NGUYỄN THỊ THANH LOAN

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 60440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRỊNH LÊ HÙNG


truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè và những
người thân yêu nhất, đã giành cho tôi hết tình cảm và điều kiện, chia sẻ với tôi
những lúc khó khăn nhất để tôi có thể hoàn thành tốt khóa học này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Học viên

Nguyễn Thị Thanh Loan

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CHƯ VIẾT TẮT ...................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ.............................................................. vi
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................ vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của luận văn ........................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 3
3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 3
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................... 4
1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường nước.................................................... 4

3.3 Thành lập bản đồ thông số chất lượng nước băng phương pháp nội suy bề
mặt trong GIS .................................................................................................. 70
3.4 Đánh giá phân bố một số thông số chất lượng nước từ tư liệu viễn thám 75
3.5 Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước sông Đáy .............................. 80
3.5.1 Giải pháp kỹ thuật .................................................................................. 80
3.5.2 Giải pháp quản lý ................................................................................... 81
3.5.3 Giải pháp kinh tế .................................................................................... 81
3.5.4 Giải pháp tuyên truyền và giáo dục cộng đồng...................................... 81
3.5.5 Giải pháp xây dựng mạng lưới quan trắc và thu thập thông tin ............ 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

4


DANH MỤC CHƯ VIẾT TẮT
GIS
WQI

: Hệ thống thông tin địa lý
: Chỉ số chất lượng nước

GPS

: Hệ thống định vị toàn cầu

NSMI : Chỉ số chất rắn lơ lửng
COD


Hình 1.3 Mô tả các chức năng của GIS .......................................................... 13
Hình 1.4 Nội suy IDW [10]............................................................................. 16
Hình 1.5 Nội suy Spline [10] .......................................................................... 16
Hình 1.6 Nội suy Kriging [10] ........................................................................ 17
Hình 1.7 Mô tả các giá trị của Kriging ........................................................... 18
Hình 1.8 Nội suy Trend [10] ........................................................................... 19
Hình 1.9 Nội suy Natural Neighbor [10] ........................................................ 19
Hình 1.10 Cơ chế hoạt động của hệ thống viễn thám ..................................... 21
Hình 1.11 Kết quả nội suy hàm lượng Canxi, Magie, Clo trong nước ngầm
khu vực Bhadravathia bằng phương pháp IDW [46]...................................... 27
Hình 1.12 Kết quả nội suy hàm lượng pH trong nghiên cứu của Gharbia et al
(2016) [47]....................................................................................................... 28
Hình 1.13 Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của
Weipi He [31].................................................................................................. 29
Hình 1.14 Kết quả xác định phân bố hàm lượng NO3-N và NH3-N trong
nghiên cứu của Weipi He [31] ........................................................................ 30
Hình 1.15 Bản đồ phân bố các trạm quan trắc chất lượng nước khu vực Quảng
Ninh – Hải Phòng [8] ...................................................................................... 33
Hình 1.16 Bản đồ phân bố hàm lượng chất ô nhiễm BOD và COD khu vực
Quảng Ninh – Hải Phòng [8] .......................................................................... 34
Hình 1.17 Hàm hồi quy giữa giá trị hàm lượng chất lơ lửng và tỉ lệ ảnh
kênh4/kênh2 ảnh Landsat 7 ETM+ khu vực hồ Trị An [19] .......................... 35

vii


Hình 1.18 Bản đồ hiện trạng phân bố hàm lượng chất lơ lửng (SPM) khu vực
ven bờ sông Hồng (ngày 25/09/2014) từ ảnh vệ tinh VNREDSat – 1A......... 38
Hình 1.19 Bản đồ phân bố hàm lượng Chl-a trung bình vùng biển Việt Nam
vào tháng 8 năm 2008 và 2011 ....................................................................... 39

đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt, đặc biệt là tài nguyên nước mặt.
Sông Đáy là một con sông lớn ở miền Bắc nước ta, chảy qua các tỉnh
thành Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định với dòng chảy gần song
song bên hữu ngạn hạ lưu sông Hồng. Sông Đáy có chiều dài khoảng 240 km
và lưu vực (cùng với phụ lưu sông Nhuệ) hơn 7500 km 2, ngoài chức năng cơ
bản thoát lũ từ thượng nguồn còn có vai trò quan trọng trong cấp nước phục
vụ các hoạt động kinh tế - xã hội cho toàn khu vực. Tuy nhiên trong những
năm gần đây tình trạng ô nhiễm nước sông ngày càng tăng, đe dọa nghiêm
trọng đến khả năng cấp và thoát nước phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội.
Ngày nay, 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 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, đối tượng chịu tác động trực tiếp từ
vấn đề này. Với mục tiêu đặt ra là tiến tới phát triển tổng hợp và bền vững lưu
vực sông, sự phối hợp và chia sẻ thông tin giữa các ngành, các địa phương là
điều hết sức cần thiết.
1


Thiết nghĩ, việc tạo ra một công cụ hỗ trợ cho quản lý môi trường dựa
trên hệ thống thông tin địa lý cấp cao, tạo môi trường giao tiếp gần gũi, giúp
cộng đồng dễ dàng tiếp cận và theo dõi chất lượng môi trường, tăng mức độ
xã hội hóa công tác bảo vệ môi trường theo chủ trương của Nhà nước là hết
sức cần thiết.
Trước đây, ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới, để đánh giá mức độ
ô nhiễm nước mặt thường dựa vào việc phân tích các thông số chất lượng

lưu vực sông được triển khai trong thực tiễn vừa đóng góp không nhỏ cho
việc cải thiện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đưa ra được những giải pháp
cho công tác bảo vệ môi trường tại các lưu vực sông. Trên cơ sở đó, đề tài
“Ứng dụng công nghê GIS và viễn thám để đánh giá chất lượng nước
sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015” được chọn thực hiện, nhăm góp thêm một
hướng ứng dụng công nghệ mới phục vụ quản lý chất lượng môi trường nước.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015
bằng công nghệ GIS, viễn thám.
3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu trên, trong đề tài nghiên cứu các nội dung chính
sau:
 Thu thập, tổng hợp số liệu quan trắc, ảnh viễn thám lưu vực nước
sông
Đáy giai đoạn 2014 – 2015;
 Đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 –
2015;
 Ứng dụng công cụ GIS và viễn thám thành lập bản đồ đánh giá
chất
lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015;


Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước sông Đáy.


CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường nước
Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý - hóa
học - sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho
nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật, làm giảm độ đa dạng

qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực.
Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà
Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt
không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông,
hồ, kênh, mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước
thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước
thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không được thu gom hết… là
những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước.
Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như
Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt cũng
không được xử lý ô nhiễm, nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá
tiểu chuẩn cho phép (TCCP), các thông số chất lơ lửng (SS), BOD, COD, DO
đều vượt từ 5-10 lần, thậm chí 20 lần TCCP [1].
Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông
nghiệp, hiện nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn,
phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấm
xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt
hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn, số vi khuẩn FecalColiform trung bình biến đổi từ 1.500 -


3.500MNP/100ml ở các vùng ven sông Tiền và sông Hậu, tăng lên tới 3.800 12.500MNP/100ml ở các kênh tưới tiêu [1].
Trong sản xuất nông nghiệp, do lạm dụng các loại thuốc BVTV, các
nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi
trường nước và sức khoẻ người dân.
Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng diện
tích mặt nước sử dụng cho nuôi trồng thủy sản đến năm 2012 của cả nước là
1.059.000 ha [1].
Do hoạt động nuôi trồng thuỷ sản một cách ồ ạt, thiếu quy hoạch,
không tuân theo quy trình kỹ thuật nên gây ra nhiều tác động tiêu cực tới môi

Theo kết quả phân tích của Trung tâm Quan trắc Môi trường thuộc
Tổng cục Môi trường, tổng số đoạn sông được đánh giá phù hợp cho các mục
đích tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản gồm 14 đoạn (các đoạn sông chảy qua Hà
Nội, Hà Nam, Ninh Bình - Nam Định và đoạn hợp lưu sông Đào đến hợp lưu
sông Ân). Tuy vậy, nhìn chung chất lượng nước sông Đáy cũng bị suy giảm,
nhất là ở đoạn thượng lưu thuộc khu vực cầu Mai Lĩnh, bởi tiếp nhận nước
thải từ các quận, huyện: Đan Phượng, Quốc Oai, Hoài Đức, Chương Mỹ. Các
nhánh sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy tại thời điểm quan trắc tháng
7/2016, chất lượng nước còn tương đối tốt, phần lớn các điểm có giá trị WQI
năm trong khoảng 50-75, có thể sử dụng cho mục đích tưới tiêu và nuôi trồng
thủy sản [3].
Chất lượng nước của các con sông nội thành Hà Nội thuộc lưu vực
sông Nhuệ - Đáy rất kém, giá trị các thông số qua các đợt quan trắc đều vượt
quy chuân cho phép nhiều lần. Chẳng hạn giá trị DO tại các điểm trên sông
Tô Lịch (Nghĩa Đô, Cầu Mới), sông Lừ (Phương Liệt, Định Công), sông Sét
(cầu Sét), sông Kim Ngưu (Tựu Liệt) nằm trong khoảng 1-1,3mg/l. Hàm
7


lượng Amoni dao động từ 2,1-10,5mg/l... Nước sông Đáy ô nhiễm mang tính
cục bộ. Sông Đáy chủ yếu bị ô nhiễm hữu cơ ở từng đoạn sông với các mức
độ khác nhau. Càng về hạ lưu mức ô nhiễm trên sông Đáy có xu hướng giảm.
Hạ lưu sông Đáy (từ Kim Sơn - Ninh Bình ra cửa Đáy), do nguồn thải ở
thượng nguồn dồn về đã được pha loãng cộng với quá trình tự làm sạch của
dòng sông nên chất lượng nước ở hạ lưu sông Đáy được cải thiện so với các
đoạn trên [3].
1.1.3 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt
Ô nhiễm nguồn nước xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Do
tiếp nhận nhiều loại nguồn thải, môi trường nước mặt đang ở trong tình trạng
ô nhiễm tại nhiều nơi, tùy theo đặc trưng của từng khu vực khác nhau. Có 4



dân cư. Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công
nghiệp tập trung là rất lớn.
Ô nhiễm môi trường nước mặt do nước thải công nghiệp tập trung ở các
trung tâm công nghiệp như Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Bình Dương,
thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai... Sự gia tăng nước thải từ các khu công
nghiệp trong những năm gần đây là rất lớn với tốc độ gia tăng cao hơn nhiều
so với sự gia tăng tổng lượng nước thải chung trong toàn quốc. Nhiều khu
công nghiệp, nhà máy xả nước thải chưa qua xử lý ra các hệ thống sông, hồ
xung quanh. Chất lượng nước mặt tại một số khu vực tập trung các nhà máy,
xí nghiệp... đang ở mức báo động với nhiều thông số chất lượng nước vượt
nhiều lần so với tiêu chuân cho phép [1].
Nước thải y tế
Nhiều địa phương ở nước ta, đặc biệt là tại các thành phố lớn tập trung
nhiều bệnh viện các cấp, nhiều trung tâm y tế đang hoạt động. Mặc dù nhiều
bệnh viện lớn đã được trang bị hệ thống xử lý nước thải, nhưng các cơ sở y tế
với quy mô nhỏ phần lớn xả nước thải y tế chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa
triệt để ra môi trường xung quanh.
Nước thải y tế được xem là nguồn thải rất độc hại nếu không được xử
lý trước khi thải ra môi trường do chứa nhiều hóa chất độc hại với nồng độ
cao và chứa nhiều vi trùng, vi khuẩn lây lan bệnh truyền nhiễm. Mức độ gia
tăng lượng nước thải y tế ở nước ta ngày càng nhanh chóng do sự gia tăng số
lượng các bệnh viện và cơ sở y tế. Ô nhiễm nguồn nước mặt do nước thải, rác
thải y tế đang là một vấn đề gây bức xúc ở nhiều địa phương ở Việt Nam [1].
Nước thải nông nghiêp
Các hoạt động chăn nuôi gia súc; phân, nước tiểu gia súc, thức ăn thừa
không qua xử lý đưa vào môi trường và các hoạt động sản xuất nông nghiệp

10

địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp
hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Dữ liệu được sử dụng
trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẻ mà còn phải được thiết kế trong
một cơ sở dữ liệu.
Phương pháp là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt
động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công
nghệ GIS. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận
này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu
quả để phục vụ người sử dụng thông tin.
Con người là thành phần quan trọng nhất của một hệ thống GIS. Con
người là nhân tố thực hiện tất cả các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ
thống GIS.
Chức năng của GIS [10]
Hiện nay, các phần mềm hệ thống GIS thương mại được phát triển rất
đa dạng với nhiều tính năng và tiện ích khác nhau. Nhìn chung, một hệ thống
GIS có rất nhiều chức năng, tuy nhiên có thể thấy các chức năng của GIS đều
xoay quanh dữ liệu (data): thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, truy vấn dữ liệu,
phân tích, trình bày kết quả, chức năng xuất nhập dữ liệu.

12


Hình 1.3 Mô tả các chức năng của GIS
Chức năng thu thập dữ liệu là khả năng của hệ thống GIS cho phép nhập
dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau như từ bản đồ giấy, số liệu bảng tọa độ, dữ
liệu ảnh vệ tinh, dữ liệu từ hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Hơn nữa, các dữ
liệu được lưu trữ theo một định dạng dữ liệu từ một phần mềm có thể nhập vào
các hệ phần mềm khác. Ví dụ, phần mềm ArcGIS cho phép nhập dữ liệu từ
các phần mềm Mapinfo, MicroStation, IDRISI và nhiều phần mềm GIS mã
nguồn

biến, các thuật toán cho đánh giá và quy hoạch sử dụng đất, các thuật toán và
mô hình giúp mô hình hóa chuyển đổi sử dụng đất và mô hình hóa các xu
hướng biến đổi khí hậu Trái đất.
Chức năng hiển thị dữ liệu của các hệ thống GIS là khả năng cho phép
hiển thị dữ liệu dưới nhiều dạng khác nhau như bản đồ, biểu đồ hoặc các báo
cáo.
Chức năng xuất dữ liệu là khả năng của hệ thống GIS cho phép xuất dữ
liệu được xuất dưới dạng bản đồ giấy, ảnh, tài liệu bản đồ hoặc qua mạng
Internet.
Phương pháp ứng dụng công nghê GIS
Ô nhiễm nước được đánh giá thông qua việc sử dụng số liệu thu được
từ trạm quan trắc. Mặc dù vậy, các số liệu đo đạc này chỉ có thể đánh giá
được chất lượng nước cục bộ xung quanh điểm đo. Công nghệ GIS với khả
năng phân tích không gian mạnh, trong đó có khả năng nội suy bề mặt có thể
sử dụng hiệu quả nhằm xây dựng bản đồ phân bố hàm lượng các thông số
chất lượng nước từ kết quả đã biết ở các vị trí lấy mẫu.
15