tiểu luận môn ỨNG DỤNG GIS và VIỄN THÁM TRONG QUẢN lý tài NGUYÊN và môi TRƯỜNGđề tài ỨNG DỤNG GIS và RS TRONG QUẢN lý tài NGUYÊN nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN

******************

BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH
MƠN ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG GIS VÀ RS TRONG QUẢN LÝ
TÀI NGUYÊN NƯỚC
GVHD: Lưu Đình Hiệp
NHĨM: 1
Họ tên sinh viên
Phan Lê Hạnh Uyên
Võ Tấn Thịnh
Trần Phùng Phương Yến

MSSV
1814733
1914190
1814877

TP. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2020

Mục Lục


I.

Giới thiệu về tài nguyên nước, ứng dụng gis và rs
1.
Tài nguyên nước
Tài nguyên nước là các nguồn nước mà con người sử dụng hoặc có thể sử dụng vào
những mục đích khác nhau. Nước được dùng trong các hoạt động nơng nghiệp, cơng
nghiệp, dân dụng, giải trí và mơi trường. Hầu hết các hoạt động trên đều cần nước ngọt.
Được chia ra làm nước mặt và nước ngầm.
Trong đó nước mặt là nước trong sông, hồ hoặc nước ngọt trong vùng đất ngập nước.
Nước mặt được bổ sung một cách tự nhiên bởi giáng thủy và chúng mất đi khi chảy
vào đại dương, bốc hơi và thấm xuống đất, còn nước ngầm là một dạng nước dưới đất,
là nước ngọt được chứa trong các lỗ rỗng của đất hoặc đá. Nó cũng có thể là nước chứa
trong các tầng ngậm nước bên dưới mực nước ngầm. Đôi khi người ta cịn phân biệt nước
ngầm nơng, nước ngầm sâu và nước chôn vùi.
2.

GIS

GIS là một hệ thống thông tin sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích cơ sở dữ
liệu đầu ra liên quan đến địa lý không gian, nhằm hỗ trợ việc thu nhận, lưu trữ, quản lý,
xử lý, phân tích và hiển thị các thơng tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn
đề tổng hợp thơng tin cho những mục đích của con người.
Các chức năng cơ bản của GIS gồm: thu thập, quản lý dữ liệu, tra cứu, hiển thị thơng tin,
phân tích khơng gian và xuất bản bản đồ. Các thành phần cơ bản của GIS gồm: dữ liệu
không gian, phần cứng, phần mềm, con người và các ứng dụng cụ thể. Trong cơng tác
quản lý, GIS có thể hỗ trợ quá trình ra quyết định.
Trong hoạt động kiểm sốt ơ nhiễm nước, GIS có thể hỗ trợ trong việc xác định các điểm
ơ nhiễm, vị trí các nguồn thải phục vụ theo dõi sự biến động chất lượng nước theo thời
gian và không gian. GPS là thiết bị hỗ trợ xác định vị trí trong khơng gian dựa trên vị trí
của các vệ tinh nhân tạo có thể sử dụng thu thập các dữ liệu không gian trong quá trình
ứng dụng GIS.

HỆ THỐNG GPS
3.

RS

Sơ lược về viễn thám: Viễn thám là một khoa học và nghệ thuật thu thập các thông tin về
bề mặt Trái Đất hoặc các thông tin về bề mặt Trái Đất thông qua hệ thống cảm biến được
gắn vào máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ,…và qúa trình giải đốn, xử lý các dữ liệu đó hữu ích
cho việc nhận biết cung như quản lý tài nguyên và môi trường.
Ảnh vệ tinh được sử dụng chuyên cho mục đích kiểm kê các nguồn nước mặt, qua cơng
tác hiện chỉnh bản đồ địa hình, ảnh vệ tinh là tài liệu chính dùng để cập nhật mạng lưới
thủy văn bao gồm sông, suối, kênh mương, các hồ chứa nước và hồ, đầm, ao. ảnh vệ tinh
đã được một số cơ quan sử dụng để khảo sát, thành lập bản đồ biến động lịng sơng ở các
tỉ lệ khác nhau, từ 1: 100 000 đến 1: 25 000 cho hệ thống sông Cửu Long, một số sông ở
miền Trung và sơng Hồng.
Ngồi ra, ảnh vệ tinh đã được một số đơn vị thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công
nghệ Quốc gia và Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường sử dụng để thành
lập bản đồ ngập lụt đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh miền Trung. ảnh vệ tinh
hiện nay có khả năng sử dụng để điều tra giám sát chất lượng nước như độ mặn, mức độ ô
nhiễm do chất thải cơng nghiệp và để điều tra, quản lí tổng hợp các lưu vực sông.


Ứng dụng viễn thám trong quản lý tài nguyên nước
II.

Cơ sở lý thuyết

1. Nội suy không gian

Khái niệm: Nội suy là q trình dự đốn các giá trị thuộc tính cho các vị trí khơng được
đo đạc,căn cứ các giá trị đo được ở các vị trí khác trong cùng một khu vực. Nội suy được
dùng để chuyển đổi dữ liệu điểm sang dữ liệu cho các bề mặt liên tục,qua đó có thể xác
định giá trị bất kì trong vùng.
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY
IDW
Phương pháp IDW xác định giá trị của các điểm chưa biết bằng cách tính trung bình trọng
số khoảng cách các giá trị của các điểm đã biết giá trị trong vùng lân cận của mỗi pixel.

•
•
•
•

Những điểm càng cách xa điểm cần tính giá trị càng ít ảnh hưởng đến giá trị tính tốn.
Cơng thức: z= với W=
Trong đó:
i: các điểm dữ liệu đã biết giá trị
n: số điểm đã biết
Zi: gía trị điểm thứ i
d: khoảng cách đến điểm i


•
•
•

k: hằng số DW
Một số ưu điểm của IDW
IDW nên được sử dụng khi có một tập hợp các điểm dày đặc, phân bố rộng khắp

trên bề mặt tính tốn.
Phương pháp này nhanh chóng, dễ thực hiện.
SPLINES
•

S

pline sử dụng một hàm toán học giảm thiểu độ cong tổng thể của bề mặt. Điều này dẫn
đến kết quả là một bề mặt nhẵn mà chính xác thơng qua các điểm đầu vào. Phương pháp
nội suy Spline là phương pháp nội suy tổng quát, phương pháp này hiệu chỉnh bề mặt

•

đường cong.
Một số ưu điểm của Spline:
Các thuật toán được sử dụng để làm mịn bề mặt kết quả, đảm bảo kết quả hiển thị

•

mơ hình khơng dao động nhiều ở giữa các điểm quan trắc.
Splines là một phương pháp phù hợp để nội suy các yếu tố khí hậu theo khoảng
thời gian hàng tháng hoặc hàng năm nhưng ít phù hợp với khoảng thời gian hàng ngày và
hàng giờ.
KRIGING


•

Kriging là một nhóm các kỹ
thuật sử dụng trong địa thống kê, để

nội suy một giá trị của trường ngẫu
nhiên (như độ cao z của địa hình) tại
điểm khơng được đo đạc thực tế từ

•

những điểm được đo đạc gần đó.
Kriging nội suy giá trị cho các
điểm xung quanh một điểm giá trị.
Những điểm gần điểm gố sẽ ảnh
hưởng nhiều hơn những điểm ở xa.
Quá trình hai bước của Kriging bắt đầu với ước tính mức độ tương quan và sau đó thực
hiện phép nội suy.

1. Phân tích, báo cáo số liệu

Quan trắc thủy hóa: pH, nhiệt độ, Độ đục, độ dẫn điện, TDS, BOD,COD,…
Quan trắc thủy sinh: động vật nổi, thực vật nổi, động vật đáy.
Xác định tồn lưu tác nhân ơ nhiễm đặc biệt trong trầm tích.
Đo đạc tính tốn khí tượng, thủy văn;
Danh mục và số liệu quan trắc các nguồn ơ nhiễm chính trong lưu vực.
2. Cơ sở dữ liệu nguồn tài nguyên nước

Một số điểm cần chú ý đối với số liệu quan trắc là :
•
•

Phải được thu thập thường xun và được phân tích kịp thời
Được cung cấp cho các cơ quan quản lý Trung ương, địa phương và cộng đồng
Là công cụ để thu thập, chia sẻ và phân tích tự động, đưa ra được những luận cứ vững

chắc cho các quyết định, chính sách bảo vệ chất lượng nước.

3.

Sự lan truyền các chất gây ô nhiễm
Sự lan truyền các chất ô nhiễm trong môi trường cũng được GIS xử lý, xây dựng các bản
đồ lan truyền theo thời gian và không gian bằng cách sử dụng chức năng mơ hình hóa
khơng gian.


Với bản đồ kết quả, nhà quản lý phải cho ra các quyết định nhanh chóng và chính xác về
cơng tác cải tạo vùng ô nhiễm, di dời các sinh vật sống và con người ra khỏi vùng chịu
ảnh hưởng, và có biện pháp ngăn chặn sự lan truyền rộng thêm của các chất ô nhiễm…

III. Ứng dụng GIS và RS trong quản lý tài nguyên nước
1. Quản lý nước mặt

Một số phần mềm GIS ứng dụng trong quản lý nước mặt. MapInfo, , ArcView ArcInfo,
ArcEditor và các extensions như ArcGIS Spatial Analyst, ArcGIS 3D Analyst, ArcGIS
Maplex, ArcGIS Publisher, ArcHydro.


THỰC HIỆN
Cơ sở dữ liệu nguồn nước cần cho việc quan trắc: (Tuân theo quy định số
24/2017/TT-BTNMT )
•
•
•

Cơ sở dữ liệu này địi hỏi phân tích các số liệu liên quan của các trạm khí tượng.

Sự đo lường lập lại nhiều lần về dòng chảy.
Đánh giá tiềm năng tồn trử nước ngầm thơng qua việc phân tích các lổ giếng khoan, và số

lượng cũng như loại sử dụng thật sự của các nguồn tài nguyên nước.
• Các số liệu thu thập được từ hoạt động quan trắc một lưu vực sơng nào đó rất cần thiết để
đánh giá mức độ ô nhiễm nhằm đưa ra những quyết định kịp thời. Sẽ rất lãng phí nếu
những số liệu này khơng được sử dụng và phân tích.
Một số điểm cần chú ý đối với số liệu quan trắc là:
•

Phải được thu thập thường xuyên và được phân tích kịp thời đồng thời được cung cấp cho
các cơ quan quản lý Trung ương, địa phương và cộng đồng. Vì nếu khơng cập nhật
thường xun thì dữ liệu của chúng ta sẽ khơng chính xác và không đưa ra được các

phương án quản lý phù hợp với thực tế hiện tại.
• Cơ sở dữ liệu này là công cụ để thu thập, chia sẻ và phân tích tự động, đưa ra được những
luận cứ vững chắc cho các quyết định, chính sách bảo vệ chất lượng nước.


•

Việc sử dụng các mơ hình tốn học mơ phỏng chất lượng nước LVS kết hợp GIS sẽ đưa ra
những phương án, những kịch bản cụ thể khác nhau cho các nhà ra quyết định.
Thực hiên quản lý các lưu vực sông.
Quản lý lưu vực sông là công tác nghiên cứu đặc tính của lưu vực nhằm mục đích phân
loại độ bền vững và ảnh hưởng của cơng trình, dự án đến chức năng của lưu vực tác động
đến thảm thực vật, động vật và con người trong ranh giới lưu vực.
Các thông số đánh giá bao gồm nguồn nước cấp, chất lượng nước, tháo nước qua
kênh dẫn, nước mưa, luật pháp và công tác quy hoạch và sử dụng lưu vực.
Việc xây dựng chương trình quan trắc cho từng lưu vực sơng địi hỏi phải tn theo

các bước trong hướng dẫn đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng (QA/QC)
trong quan trắc môi trường, bao gồm các nội dung sau:
•

Lựa chọn phương án quan trắc phù hợp với từng lưu vực sông.
- Xác định các nguồn gây tác động, dạng chất gây ô nhiễm chủ yếu đối với các khúc
-

sông và trong cả lưu vực. Điều này sẽ giúp bố trí các điểm quan trắc cho phù hợp;
Xác định ranh giới khu vực quan trắc;
Xác định các vấn đề, đối tượng rủi ro tiềm năng trong khu vực quan trắc: các LVS
rất rộng, cần đánh giá trước các khó khăn cũng như đối tượng rủi ro nhằm xây

dựng các kế hoạch phù hợp.
• Thiết kế phương án lấy mẫu đại diện: xác định tuyến, điểm lấy mẫu trên sơ đồ, mơ tả
vị trí địa lý, tọa độ điểm lấy mẫu trong bảng, quy định ký hiệu tuyến, điểm mẫu trên
sơ đồ và trong bảng (có thể xác định điểm lấy mẫu chính và phụ).
• Xác định và lập bảng các thành phần mơi trường cần quan trắc.
• Xác định và lập danh mục các thông số quan trắc theo các thành phần môi trường: các
thông số đo đạc tại hiện trường, các thơng số phân tích trong phịng thí nghiệm.
• Xác định tần suất, thời gian, phương pháp lấy mẫu vŕ phương pháp phân tích trong
phịng thí nghiệm: cần khảo sát, nghiên cứu kỹ các điều kiện tự nhiên của lưu vực,
điều kiện địa hình, quy luật dịng chảy, các yếu tố thủy văn,... để xác định tần suất,
thời gian và phương pháp lấy mẫu phù hợp nhằm phản ánh đúng hiện trạng chất
•

lượng nước mặt của lưu vực.
Lập danh mục và kế hoạch bảo dưỡng, kiểm chuẩn thiết bị lấy mẫu hiện trường và
trong phịng thí nghiệm, bao gồm cả phương tiện bảo đảm an toàn lao động.

•
•
•

Kế hoạch bố trí nhân lực thực hiện quan trắc.
Dự tốn kinh phí hàng năm cho việc thực hiện chương trình quan trắc mơi trường.
Phân tích, báo cáo số liệu. Các thông số thông tin cần quan trắc, thu thập sẽ được lựa
chọn cho từng LVS, bao gồm:
- Quan trắc thủy hóa: pH, Nhiệt độ, Độ đục, Độ dẫn điện, TDS (Tổng chất rắn hịa
tan), BOD5, COD, DO, SS, Amơniac, Nitrat, Nitrit, PO 43-, Clorua, Sắt, Chì,
-

Cadimi, Tổng Coliform, Dầu mỡ, Tổng hóa chất bảo vệ thực vật;
Quan trắc thủy sinh: trong thời gian trước mắt, quan trắc 3 thông số chỉ thị sinh

-

học là động vật nổi, thực vật nổi, động vật đáy;
Xác định tồn lưu tác nhân ô nhiễm đặc biệt trong trầm tích (kim loại nặng, dầu mỡ,

-

thuốc bảo vệ thực vật);
Đo đạc tính tốn khí tượng, thủy văn;
Danh mục và số liệu quan trắc các nguồn ô nhiễm chính trong lưu vực như các cơ
sở sản xuất, khu dân cư, khu công nghiệp, cảng...

2. Quản lý nước ngầm
ArcGIS Spatial Analyst bao gồm nhiều công cụ cho phân tích thuỷ văn học. Các cơng

cụ phân tích nước ngầm có thể được sử dụng để thực hiện mơ hình truyền tải - phân tán
2D dịng chảy ngầm và các thành phần trong nước ngầm.

Quy trình ứng dụng GIS trong quản lý nước ngầm


Thu thập và xử lí, kết nối và tổ chức dữ liệu tài nguyên nước ngầm
Quy trình:
- Xử lý biên tập và chuyển đổi dữ liệu địa chất thủy văn và bản đồ tài nguyên nước
-

ngầm với ArcGIS
Xử lý và kết nối bảng dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phân tích lỗ khoan địa chất thủy văn

-

và dữ liệu quan trắc)
Cập nhật dữ liệu khảo sát GPS và hoàn thiện quản lý CSDL GIS tài nguyên nước
ngầm
Khai thác CSDL GIS và phân tích khơng gian phục vụ đánh giá và quản lý tài nguyên
nước ngầm: Sử dụng phần mở rộng Spatial Analyst lập mơ hình DEM và xây dựng
bản đồ đẳng sâu các tầng nước ngầm.
Lập bản đồ đánh giá ô nhiễm mức độ ô nhiễm mặn các tầng nước ngầm và mức độ
ảnh hưởng đến người dân trong vùng.

Ví dụ: Ứng dụng Gis trong xây dựng cơ sở dữ liệu để quản lý tài nguyên nước dưới
đất của Quận 2
Các thông số quan trắc
Động thái nước dưới đất
Quan trắc mực nước

Quan trắc nhiệt độ nước
Chất lượng nước dưới đất
Các thông số quan trắc về chất lượng nước bao gồm: pH, hàm lượng sunfat và clorua,
hàm lượng sắt, các hợp chất nitơ, độ cứng, hàm lượng kim loại nặng, vi sinh,..
Tần số quan trắc: Các đối tượng liên quan đến công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất
được thể hiện theo từng lớp thông tin nền và chuyên đề thơng qua các lớp dữ liệu thuộc
tính sau:
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Lớp ranh giới hành chính khu vực thành phố Hồ Chí Minh
Lớp bản đồ nền khu vực nghiên cứu
Lớp các lỗ khoan quan trắc tầng Holocen
Lớp các lỗ khoan quan trắc tầng Pleistocen
Lớp các lỗ khoan quan trắc tầng Pliocen trên
Lớp các lỗ khoan quan trắc tầng Pliocen dưới
Lớp phân cấp nước theo chỉ tiêu pH
Lớp phân cấp nước theo chỉ tiêu Clo
Lớp phân cấp nước theo chỉ tiêu nhóm Nitơ


•
•

•
•
•
•

Lớp phân cấp nước theo chỉ tiêu Sắt
Lớp phân cấp nước theo chỉ tiêu thủy ngân(Hg)
Lớp các giếng hộ dân cư
Lớp thể hiện mức phân cấp theo độ pH
Lớp thể hiện mức phân loại theo chỉ tiêu Sắt
Lớp thể hiện mức phân loại theo chỉ tiêu Clo

 Trình tự thiết lập cơ sở dữ liệu trong quản lý nước ngầm đơ thị

Xây dựng các bản đồ
•

Xây dựng bản đồ vị trí các giếng quan trắc và giếng hộ dân

cư
Ở 2 bản đồ này thực hiện chức năng tạo điểm trong phần mềm Mapinfor 9,0( Create
point). Sau đó mở đồng thời lớp ranh giới hành chính quận, huyện và lớp các giếng quan
trắc ta thu được bản đò xác định vị trí cảu các giếng quan trắc và các giếng trong hộ dân.
Đối với đố tượng là các giếng quan trắc do có 2 loại giếng khác nhau tùy vào cơ quan
quản lý nên sau khi nhập thuộc tính cơ quan quản lý, ta tiến hành seclect query đối tượng
theo dữ liệu trong filed coquanquanly: sau đó đổi ký hiệu của đối tượng đã được truy vấn.
• Xây dựng bản đồ phân loại chất lượng nước


Đề xây dựng các bản đò thể hiện sự phân cấp chất lượng nước theo các chỉ tiêu phân tích

dựa trên các cơ sở dữ liệu đã xây dựng, tiến hành tạo Thematic cho các lớp bản đồ (Create
Thematic Map).
•

Áp dụng các bước thực hiện trên cho các bản đồ phân cấp chất
lượng nước theo chỉ tiêu Clo, pH, sắt, nhóm Nitơ.

IV.
CÁC HẠN CHẾ KHI THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC
1. Hạn chế nội bộ
•

•
•
2.
•
•

Thuê người dân địa phương lấy mẫu → Chưa được đào tạo về quy trình lấy mẫu, vận
hành trang thiết bị lấy mẫu, khó kiểm sốt chất lượng mẫu.
→ Cách khắc phục: Triển khai các lớp tập huấn ngắn hạn, trang bị kiến thức lấy mẫu.
Trang thiết bị → Nhiều trang thiết bị đã cũ và không hoạt động
→ chờ dự án đầu tư xây dựng phịng thí nghiệm.
Hóa chất
Hạn chế bên ngồi
Khả năng tiếp cận vị trí lấy mẫu
Thời gian đi lại

V. Ưu điểm và khuyết điểm của Gis và RS trong quản lý tài nguyên nước

Ưu điểm:
Dễ cập nhật, chỉnh sửa, in ấn nhanh
Lưu trữ dễ, lâu dài, sao chép nhanh
Có thể tích hợp với CSDL, viễn thám, cơng cụ mơ hình
Tạo ra những giá trị mới thơng qua phân tích khơng gian - thời gian hoặc mơ hình hố các
dữ liệu có toạ độ.
Nhược điểm:
Chi phí cao
Khó tiếp cận
Dễ xảy ra lỗi
Địi hỏi lượng dữ liệu lớn
VI.
Kết luận và nhận xét
Gis và rs giúp chúng ta quản lý tài nguyên nước một cách hiệu quả hơn rất nhiều nhưng
đòi hỏi người quản lý phải có chun mơn cao, hiểu biết nhiều về cơng nghệ thơng tin để
có thể ứng dụng các phần mềm vào công việc một cách hiệu quả.