TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ TRONG
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
HUYỆN TÂN THÀNH, TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU
Sinh viên thực hiện:
Phan Nguyễn Hồng Ngọc
Khóa:
01ĐH-ĐCMT01
TP. Hồ Chí Minh, 2016
MSSV: 0150100025
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ TRONG
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
HUYỆN TÂN THÀNH, TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU
này.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình
giúp em hoàn thành trọn vẹn sản phẩm này.
Xin chân thành cảm ơn!
i
MỤC LỤC
TÓM TẮT ..................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 2
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................2
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..............................................................3
3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...........................................................3
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................................6
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ......................................................................................... 7
1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ...................7
1.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước.................................................7
1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ...............................................10
1.1.3. Nhận xét chung ............................................................................................11
1.2. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU .........................................................12
1.2.1. Điều kiện tự nhiên .......................................................................................12
1.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ............................................................................13
1.2.3. Đặc điểm địa chất thủy văn .........................................................................15
1.2.4. Đặc điểm địa chất thủy văn, địa chất khu vực.............................................16
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 24
2.1. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, THAM KHẢO VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 24
2.2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ ....................................................25
2.2.1. Biểu diễn biểu đồ Piper ...............................................................................25
2.2.2. Cân bằng Ion................................................................................................26
CBE
Concentrations Balance Error
DO
Dissolved Oxygen
FA
Factor Analysis
HCA
Hierarchical Cluster Analysis
HP
Hight Pollutant
KT-XH
Kinh tế - Xã hội
LK
Lỗ khoan
LP
UBND
Ủy ban nhân dân
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Đặc điểm các giếng quan trắc tầng Pleistocen trên.......................................17
Bảng 1.2. Đặc điểm giếng quan trắc tầng Pleistocen giữa-trên (qp2-3) .......................19
Bảng 1.3. Đặc điểm giếng quan trắc tầng Pleistocen dưới (qp1) ..................................22
Bảng 2.1. Ví dụ về Eigenvalue từ PCA .........................................................................29
Bảng 2.2. Ví dụ về mối tương quan giữa các biến và thành phần chính .......................32
Bảng 2.3. Sơ đồ tích tụ cụm ..........................................................................................38
Bảng 3.1. Kết quả phân tích cân bằng ion .....................................................................42
Bảng 3.2. Ma trận tương quan các thông số chất lượng nước dưới đất mùa khô năm
2012 ...............................................................................................................................43
Bảng 3.3. Ý nghĩa hệ số tương quan .............................................................................44
Bảng 3.4. Tổng phương sai giải thích nhân tố...............................................................44
Bảng 3.5. Rút trích thành phần chính đại diện cho bộ dữ liệu ......................................46
Bảng 3.6. Hàm lượng trung bình các thông số qua các tầng chứa nước đặc trưng .......48
Bảng 3.7. Bảng giá trị trung bình thông số các giếng quan trắc mùa khô ....................52
v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................................4
Hình 2. Sơ đồ vị trí huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu .......................................6
biến thiên phương sai của tập mẫu. Phân tích cụm (CA) chỉ ra 3 nhóm khác nhau với
sự đồng nhất trong nội bộ từng cụm.
Nghiên cứu này thực sự rất cần thiết và hữu dụng khi xử lí một lượng lớn tập
dữ liệu quan trắc phức tạp nhằm đạt được những thông tin đơn giản mà hiệu quả hơn
trong việc đánh giá chất lượng nước dưới đất. Những thông tin này cung cấp những
nền tảng khoa học giúp các nhà quản lí dễ dàng hơn trong việc ra quyết định.
1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nước dưới đất là một hợp phần thiết yếu của tài nguyên nước, đóng vai trò
quan trọng trọng các hoạt động sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Nước dưới đất
thường ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người, trong nước dưới đất thường
không có các hạt keo lơ lửng, vi sinh hay vi trùng và có chất lượng tốt hơn nước mặt,
tuy nhiên nếu không có những biện pháp bảo vệ hợp lí thì vấn nạn ô nhiễm nước dưới
đất hoàn toàn có thể xảy ra. Ở các vùng đồi núi có mật độ dân số thấp, sự luân chuyển
nước đảm bảo được nước dưới đất là sạch, phục vụ tốt cho khai thác nhỏ quy mô hộ
gia đình. Ngược lại, ở các vùng đồng bằng với mật độ dân cư lớn, sự xuất hiện của các
khu công nghiệp, nông nghiệp cũng như nước thải sinh hoạt đã góp phần không nhỏ
trong việc gây ô nhiễm nguồn nước dưới đất.
Các chương trình đánh giá chất lượng nước dưới đất thường được đo đạc theo
chu kì các thông số ở các trạm quan trắc nước dưới đất, từ đó đánh giá bộ số liệu qua
việc so sánh với các quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam. Phương pháp này đơn thuần chỉ
là so sánh các thông số với quy chuẩn rồi từ đó đưa ra kết luận chất lượng nước ở khu
vực nghiên cứu có ô nhiễm hay không mà không nếu được mối quan hệ giữa các thông
số cũng như nhân tố chính gây ô nhiễm nguồn nước. Chính vì vậy, để có thể hiểu sâu
hơn về chất lượng nước dưới đất ta cần hiểu rõ về mối quan hệ trực tiếp và gián tiếp
giữa các thông số phân tích.
tài nguyên nước.
2.2. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể
- Đưa ra các thành phần chính, cụm giếng quan trắc mang các thông số đặc
trưng ảnh hưởng đến chất lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu
- Đánh giá được sự thay đổi chất lượng nước dưới đất theo không gian thông
qua sự phân bố dữ liệu quan trắc.
3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Nội dung nghiên cứu
3.1.1. Sơ đồ thể hiện nội dung nghiên cứu
3
Các nội dung nghiên cứu chính được trình bày cụ thể qua sơ đồ sau đây.
Thu thập tài liệu
Tổng hợp bản đồ
(Mapinfor,Google Earth)
Xử lí số liệu
Thống kê mô tả
(Excel 2010)
Biểu diễn biểu đồ
(boxplot, piper
diagrams)
3.1.2. Tóm tắt nội dung nghiên cứu
Để bảo đảm hoàn thiện các mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã tiến hành thực hiện
các nội dung sau, cụ thể:
Thu thập tài liệu
- Thu thập báo, chí, sách liên quan đến nội dung nghiên cứu
- Thu thập số liệu quan trắc chất lượng nước
- Thu thập các báo cáo tổng kết về quy hoạch, vận hành mạng lưới quan trắc
khu vực nghiên cứu
- Thu thập các bản đồ địa chất thủy văn, bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu
Xử lí số liệu
- Thống kê mô tả dữ liệu trên phần mềm Excel 2010
- Thống kê đặc điểm địa tầng, cấu trúc giếng quan trắc khu vực nghiên cứu
- Biểu diễn biểu đồ diễn biến chất lượng nước
- Biểu diễn biểu đồ hóa học nước
Phân tích thống kê đa biến
- Phân tích thành phần chính (PCA) trên phần mềm SPSS 20
- Phân tích cụm (CA) trên phần mềm SPSS 20
Báo cáo kết quả
Báo cáo kết quả đạt được sau quá trình nghiên cứu
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Huyện Tân Thành nằm trên quốc lộ 51 tuyến Thành phố Hồ Chí Minh - Vũng
Tàu với phía Đông giáp huyện Châu Đức, phía Tây giáp huyện Cần Giờ và thành phố
Vũng Tàu, phía Nam giáp thành phố Bà Rịa và phía Bắc giáp huyện Long Thành. Diện
tích tự nhiên của khu vực nghiên cứu khoảng 33.825 ha, dân số trung bình khoảng
137.334 người (2015), có 10 đơn vị hành chính gồm 9 xã và 1 thị trấn.
Trong nghiên cứu này, các thông số chất lượng nước dưới đất được lựa chọn
trong hai đợt quan trắc vào mùa mưa và mùa khô năm 2012 với bộ dữ liệu được thu
thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu bao gồm: Ca2+, Mg2+,
Na+, K+, HCO3-, pH, độ cứng, TDS, Cl-, F-, NO3-, SO42-, Cr6+, Cu2+ và Fe2+. Các mẫu
nước được tìm thấy bằng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích
cụm (CA). PCA biểu diễn những biến quan trọng đại diện cho sự bốc hơi mạnh mẽ bởi
khí hậu khô hanh (pH, TDS, SO42-), sự hòa tan khoáng (F- và HCO3-) ; các hoạt động
nhân sinh bao gồm xử lí nước thải và phân bón hóa học (NH4+, NO3-). Phương thức Q
của phân tích cụm chỉ ra được ba loại nước riêng biệt biểu thị các thành phần hóa học
khác nhau. Trong khi đó, phương thức R biểu diễn hai cụm riêng biệt từ trạm lấy mẫu
cho thấy khu vực nghiên cứu xuất hiện dấu hiệu chịu ảnh hưởng bởi tác nhân tự nhiên
và nhân sinh (Xuedi Zhang, et al., 2014).
Ở Tây Ban Nha, phương pháp trên được ứng dụng cho khu vực Bajo Andarax.
Cụ thể hơn, khu vực nghiên cứu trên xác định các thành phần chính gây biến động chất
lượng nước dưới đất. Kết quả thu được gồm ba nhân tố (V1 ảnh hưởng từ sunphate:
SO42-, Ca2+, Sr2+, V2 ảnh hưởng từ nhiệt độ: pH, nhiệt độ, Li+, V3: ảnh hưởng từ đại
dương: Cl-, Na+, Mg2+, K+, B3+). Phân tích về sự phân bố không gian được thực hiện
thông qua việc tính toán thực nghiệm va ứng dụng lí thuyết, là cơ sở cho dữ liệu đầu
vào của mô hình. Phép phân tích này biểu diễn xác xuất các dữ liệu được giữ lại bằng
cách bản đồ hóa ba biến này khắp các tầng chứa nước tại mỗi điểm lấy mẫu. Theo
7
cách này, họ có thể đánh giá được sự thay đổi theo không gian và thời gian của quy
trình lí hóa liên quan đến ba nhân tố chính tác động đến chất lượng nước dưới đất khu
vực nghiên cứu (Francisco Sanchez-Martos, et al., 2001).
Kỹ thuật phân tích thống kê đa biến, phân tích cụm thứ bậc, phân tích thành
phần chính kết hợp với biểu đồ hóa nước tam giác truyền thống được ứng dụng để xác
định các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước dưới đất thuộc khu vực ven bờ, tỉnh
Fujian phía nam Trung Quốc. Các mẫu nước dưới đất được thu thập ở 12 trạm quan
trắc vào tháng 1 (mùa khô) và tháng 7 năm 2011 (mùa mưa). Mười một thông số chất
lượng nước (pH, độ cứng, TDS, Ca2+, Mg2+, Na+, Cl¯, SO42-, HCO3¯, NO3¯, Mn) được
lựa chọn đêt thực hiện phân tích thống kê đa biến. Trong suốt mùa mưa và mùa khô,
kết quả PCA đưa ra được 3 thành phần chính có ý nghĩa nhằm giải thích quá trình
công nghiệp) và ô nhiễm dinh dưỡng (hoạt động nông nghiệp) (Feryal Akbal, et al.,
2010).
Ở Ấn Độ, kỹ thuật thống kê đa biến cũng đã được nhóm nghiên cứu (Gholami
Siamak Srikantaswamt) áp dụng trong đánh giá chất lượng nước sông vùng lân cận
của Đập KRS, Karnataka năm 2009. Kết quả trên đã giúp các cơ quan có thẩm quyền
quản lí, quy hoạch tài nguyên nước trong khu vực với nhiều mục đích khác nhau trong
tương lai. Các thông số chất lượng nước như oxy hòa tan, nhu cầu oxy hóa học, nhu
cầu oxy sinh hóa và các thông số khác cũng đac được lựa chọn phân tích. Kết quả thu
được so sánh với các quy chuẩn cho phép, các tham số có ý nghĩa thống kê (P
oxi sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxi hóa học (COD), nitrate (NO3-) và phosphate (PO43-).
Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật thống kê đa biến như phân tích tương quan, phân tích
thành phần chính (PCA), và phân tích cụm cluster (CA) để đánh giá chất lượng nước.
Phân tích tương quan chỉ ra sự tồn tại liên hệ có ý nghĩa thống kê giữa các thông số
chất lượng nước như nhiệt độ với DO và BOD5 với COD (p
tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Các yếu tố khí hậu được tổng hợp nhiều năm như sau:
Lượng mưa: lượng mưa hàng năm dao động từ 1.268mm đến 1.971mm, thấp
nhất là 931mm (năm 2005) và cao nhất là 1.971 (năm 1999), 80% lượng mưa tập trung
chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 10. Đặc biệt năm 2012-2013, lượng bắt
12
đầu từ tháng 4 đến tháng 10. Quy luật chung là vùng ven biển mùa mưa thường đến
sớm và kết thúc muộn hơn so với miền núi ven cao nguyên.
Nhiệt độ không khí: nhiệt độ không khí bình quân dao động từ 26,129,2ºC,
nhiệt độ trung bình tháng cao nhất đạt 30,4ºC và thấp nhất là 25ºC. Phía nam vùng
chênh lệch nhiệt độ thấp hơn do có sự điều hòa của gió biển. Biến thiên nhiệt độ trung
bình hàng tháng trong năm không lớn, từ 35ºC, nhưng chênh lệch nhiệt độ ngày và
đêm thường lớn, từ 68ºC.
Độ ẩm không khí: độ ẩm không khí trung bình nhiều năm dao động từ
75,882,8%, độ ẩm cao nhất thường vào tháng 9 và tháng 10, có khi đạt đến 87% và
thấp nhất vào các tháng mùa khô, có khi chỉ đạt 72%.
Bốc hơi: lượng bốc hơi bình quân trong năm dao động từ 1.2311.571mm, phụ
thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ không khí. Lượng bốc hơi cao nhất vào các tháng mùa
khô (có độ ẩm thấp nhất) và thấp nhất vào các tháng mùa mưa.
Gió: hướng gió chính thay đổi theo mùa, mùa khô đón gió đông bắc do ảnh
hưởng gió mùa đông bắc, khí hậu mát mẻ dễ chịu; mùa mưa chịu ảnh hưởng của gió
mùa tây nam. Tần suất lặng gió trung bình năm là 26%, lớn nhất là tháng 8 (33,5%),
nhỏ nhất là tháng 4 (14,1%). Tốc độ gió trung bình 23m/s.
1.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
a) Dân cư
Theo kết quả điều tra dân số năm 2013, dân số toàn huyện là 137.334 người.
Dân cư chủ yếu là người Việt, ngoài ra còn có người Hoa, Châu Ro, Khmer, Mường,
Tày.
sản xuất nông nghiệp. Diện tích trồng rau khoảng 1.000 ha, cây ăn quả khoảng 2.200
ha nhiều nhất tỉnh, diện tích trồng điều khoảng 1.000 ha (đứng thứ hai sau huyện
Xuyên Mộc), diện tích trồng cà phê khoảng 2.050 ha (đứng thứ ba sau huyện Châu
Đức và Xuyên Mộc). Chăn nuôi khá phát triển, tổng đàn gia cầm đứng đầu tỉnh.
c) Nhu cầu nước cho sinh hoạt và tình hình khai thác nước dưới đất
Nước dưới đất là nguồn tài nguyên đóng vai trò quan trọng trong nhu cầu sinh
hoạt của một số xã thuộc huyện Tân Thành. Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt và
hoạt động khai khác nước dưới đất là rất cần thiết.
Nhu cầu nước cho sinh hoạt
Tổng lưu lượng khai thác nước dưới đất là 50.982m3/ngày, trong đó:
- Sử dụng cho ăn uống, sinh hoạt là 36.094m3/ngày.
- Sử dụng cho sản xuất là 14.888m3/ngày.
14
Mức độ khai thác nước dưới đất
Một số xã có mức độ khai thác >100 và
a) Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen trên (qp3)
Tầng chứa nước Pleistocen trên phân bố thành một dải dài từ tây sang đông dọc
theo ranh giới phía nam của tỉnh từ Tân Thành xuống Bà Rịa, Vũng Tàu qua Long
Điền, Đất Đỏ đến Xuyên Mộc, đôi chỗ bị gián đoạn bởi các núi sót nằm rải rác hoặc bị
bào mòn. Phần lớn bị phủ bởi thành tạo rất nghèo nước Holocen (Q2) và Pleistocen
trên (Q13), một vài nơi lộ trực tiếp trên mặt. Các trầm tích này phủ trực tiếp lên trên
thành tạo rất nghèo nước Pleistocen giữa-trên (Q12-3) và bề mặt phong hóa của các đá
Mesozoi.
16
(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu)
Hình 1.1. Mặt cắt tầng Pleistocen trên (qp3)
Bảng 1.1. Đặc điểm các giếng quan trắc tầng Pleistocen trên
TRẠM QUAN TRẮC
TẦNG CHỨA
NƯỚC LỖ HỔNG
CÁC TRẦM TÍCH
QT5B
VT4B
VT6
NB1B
NB2C
TẦNG
PLEISTOCEN TRÊN
sông, sôngbiển)
NB3A
NB3B
QT7B
30
22-26:4
23
14-18:4
20
10-14:4
(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu)
Thành phần thạch học gồm chủ yếu là cát hạt mịn đến trung thô chứa sạn sỏi,
có nơi lẫn sét bột hoặc xen kẹp các thấu kính mỏng sét bột, bột cát mịn. Loại hình hóa
học nước chủ yếu là Clorua Natri, Clorur-Bicarbonat Natri, Bicarbonat-Clorur NatriCalci.
17
Copyright: Tài liệu đại học ©