Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu và bản đồ phông phóng xạ môi trường Tp.HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGÔ XUÂN TRƯỜNG

ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
VÀ BẢN ĐỒ PHƠNG PHĨNG XẠ MƠI
TRƯỜNG TP.HCM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số ngành: 60520320
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGÔ XUÂN TRƯỜNG

ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
VÀ BẢN ĐỒ PHƠNG PHĨNG XẠ MƠI
TRƯỜNG TP.HCM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số ngành: 60520320
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐẶNG QUỐC DŨNG
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2017

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. ĐẶNG QUỐC DŨNG
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng 05 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

Họ và tên

TT

Chức danh Hội đồng

1

GS. TSKH. Nguyễn Trọng Cẩn

Chủ tịch

2

TS. Nguyễn Quốc Bình

Phản biện 1

3

PGS. TS. Trịnh Xuân Ngọ

Phản biện 2

4

PGS. TS. Tôn Thất Lãng

Ủy viên

5

TS. Nguyễn Hoài Hương

Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. HCM, ngày ..… tháng 03 năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Ngơ Xn Trường............................................Giới tính: Nam .............
Ngày, tháng, năm sinh: 15-11-1977............................................Nơi sinh: Ninh Bình ......
Chun ngành: Kỹ thuật mơi trường...........................................MSHV: 1541810020 ..
I- Tên đề tài:
Ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu và bản đồ phơng phóng xạ mơi trường
Tp.hcm
II- Nhiệm vụ và nội dung:
 Nhiện Vụ:
-

Đề tài Ứng dụng GIS nhằm thiết lập CSDL về PXMT và xây dựng
bản đồ phông PXMT để phục vụ công tác cảnh báo PXMT, xử lý,
khắc phục ơ nhiễm mơi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng
và hỗ trợ phát triển mạnh và bền vững KT - XH của TP. HCM

 Nội dung:
-

Cơ sở lý thuyết và tổng quan tư liệu lĩnh vực nghiên cứu.

-

Xây dựng được CSDL về PXMT của TP. HCM phù hợp với và các
điều kiện cụ thể của TP. HCM.

-

Thành lập các bản đồ chuyên đề phông PXMT.

III- Ngày giao nhiệm vụ: 30/08/2016
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: …./03/2017
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Đặng Quốc Dũng
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
TS. Đặng Quốc Dũng

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Dưới sự hướng
dẫn của TS. Đặng Quốc Dũng. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Ngô Xuân Trường


iii

LỜI CÁM ƠN
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn các cá nhân và tập thể đã giúp đỡ và trợ giúp
cho tơi trong suốt qua trình thực hiện luận văn cụ thể là:
Với sự trợ giúp của các cá nhân Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Nghiên cứu
viên Thạc sĩ Trương Ý, Nghiên cứu viên Cử Nhân Trần Đình Khoa, Trung Tâm Ứng
Dụng Hệ thống Thơng Tin Địa Lý TP.HCM Cử nhân lập trình viên Hồ Hải Đăng.
Cảm ơn sự giúp đỡ của quý cơ quan Sở Khoa Hoạc Và Công Nghệ Tp.HCM,
Trung Tân Ứng Dụng Hệ Thống Thông Tin Địa Lý Tp.HCM, Viện Nghiên cứu hạt
nhân Đà Lạt, đã tạo điều kiện cho tôi về thời gian và tài liệu tham khảo trong suốt quá
trình thực hiện luận văn tận tình giúp đỡ về chun mơn lĩnh vực mình nghiên cứu có
liên quan đến luận văn cụ thế là cung cấp số liệu về phơng phóng xạ tài liệu tham khảo
của các tác giả đã thực hiện các dự án đề tài có liên quan và dụng cụ về chuyên môn để
đi lấy số liệu đầu vào để thực hiện luận văn, trợ giúp chuyên môn lý thuyết phơng
phóng xạ mơi trường.
Cảm ơn sự giúp đỡ của các cá nhân lập trình viên GIS của Trung tâm ứng dụng
hệ thống thông tin địa lý Tp.HCM đã gắn bó trợ giúp về chun mơn lập trình GIS và
thơng tin bản đồ nền địa lý Tp.HCM

Ngô Xuân Trường


iv

TĨM TẮT
Trong mơi trường hiện nay ln hiện diện các đồng vị phóng xạ tự nhiên (có
nguồn gốc từ vũ trụ và từ vỏ trái đất) và nhân tạo (do các vụ thử vũ khí hạt nhân,
chơn cất thải phóng xạ dưới đáy đại dương, các sự cố hạt nhân, hoạt động thăm dị,
khai thác dầu khí, sản xuất cơng nghiệp … Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) và bản
đồ phơng phóng xạ mơi trường (PXMT) nhằm tăng cường đảm bảo an toàn, an ninh
bức xạ và hỗ trợ phát triển bền vững môi trường phục vụ phát triển kinh tế - xã hội

(KT – XH) của đất nước là xu thế tất yếu đối với mỗi quốc gia và địa phương. Vì
vậy, luận văn này thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng CSDL và
bản đồ phơng phóng xạ mơi trường TP.HCM”.
Đề tài nhằm thiết lập CSDL về PXMT và xây dựng bản đồ phông PXMT để phục
vụ công tác cảnh báo PXMT, xử lý, khắc phục ơ nhiễm mơi trường, góp phần bảo
vệ sức khỏe cộng đồng và hỗ trợ phát triển mạnh và bền vững KT - XH của TP.
HCM. Trong đó, mục tiêu cụ thể là (1) Xây dựng được CSDL về PXMT của TP.
HCM phù hợp với các điều kiện cụ thể của TP. HCM; và (2) Thành lập các bản đồ
chun đề phơng PXMT.
Trong đó, CSDL được xây dựng dựa trên các phương pháp phân tích và tổng
hợp các nghiên cứu có liên quan đến xây dựng CSDL PXMT nhằm phân tích những
nội dung cần thiết của một CSDL PXMT; Phối hợp với Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân
(Viện NCHN) thu thập dữ liệu và xử lý liệu thứ cấp về các kết quả điều tra, khảo
sát, quan trắc PXMT hiện có trên địa bàn TP.HCM phục vụ cho việc xây dựng
CSDL theo mơ hình CSDL My SQL. CSDL gồm các đối tượng khơng gian và
thơng tin thuộc tính kèm theo, cụ thể là 2247 đối tượng suất liều gamma, 120 đối
tượng đất bề mặt, 25 đối tượng thực vật, 20 đối tượng nước bề mặt, 16 đối tượng
nước ngầm và 3 đối tượng son khí và rơi lắng. Trong đó, phần dữ liệu không gian
được tác giả thu thập bằng GPS và đưa vào CSDL theo hệ quy chiếu và Hệ toạ độ
quốc gia VN-2000; và dữ liệu thuộc tính được thu thập từ Viện NCHN
Từ CSDL đã xây dựng, các bản đồ phông PXMT được thành lập dựa trên


v

phương pháp nội suy bản đồ sử dụng thuật toán IDW trên phần mềm Arcgis 10.3.
Kết quả gồm 27 bản đồ phông PXMT từ CSDL quan trắc, gồm 8 bản đồ suất liều
gamma môi trường (bản đồ suất liệu gamma môi trường và suất liều gamma trong
đất, thực vật, nước mặt, nước ngầm) và 19 bản đồ hoạt độ các ĐVPX (Cs137,
Th232, K40 và U238) trong các thành phần môi trường (trừ mơi trường khơng khí,

vì dữ liệu q ít, không đủ để nội suy).
Như vậy, đề tài đã thiết lập CSDL về PXMT và xây dựng bản đồ phông
PXMT. Để sản phẩm của đề tài phục vụ công tác tốt công tác cảnh báo PXMT, xử
lý, khắc phục ô nhiễm mơi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và hỗ trợ
phát triển bền vững KT – XH của TP. HCM, cần có kế hoạch cập nhật CSDL để kịp
thời phát hiện các dị thường về PXMT cũng như những nghiên cứu tiếp theo phân
tích nồng độ phân bố của phông PXMT dựa trên các tiêu chuẩn/ quy chuẩn Việt
Nam có liên quan ảnh hưởng đến người dân trên địa bàn TP. HCM.


vi

ABSTRACT
Natural and man-made radioisotopes always exist in the environment. The
natural radioisotopes come from universe and the earth’s crust. Man-made ones
come from the nuclear weapon tests, radioactive waste dumps under the ocean
floor, nuclear incidents, exploration and exploitation of oil and gas, industrial
production…Radioactive database development and radioactive sources mapping
for strengthening the safety and security of radiation, supporting sustainable
development is a need, especially in big cities. Therefore, this thesis is titled “GIS
application for radioactive database development and radioactive sources mapping
in HCMC”.
The thesis aims at building a radioactive database and making maps of
radioactive sources in HCM for the purposes of warning, handling and recovering
from radioactive pollution. The GIS database is designed by open-source software –
MySQL with object-oriented model. The database includes features of sampled sites
of environmental gamma dose rates (2247 features); and radioisotopes in different
environmental components including surface soil (120 features), plants (25
features), surface water (20 features), ground water (16 features) and air (3
features). In the database, spatial data are point features which are primary data

acquired from GPS with the datum of VN-2000. The attribute data are collected
from Nuclear Research Institute. From the database, maps of radioactive sources are
made by IDW interpolation in ARCGIS 10.3. There are 8 maps of environmental
gamma dose rates and 19 maps of radioisotopes (Cs137, Th232, K40 and U238).
In general, the thesis has achieved the expected results. However, to better
use of these results for warning, handling and recovering from radioactive pollution,
it is necessary to update this database for timely detection of environmental
radioactivity.


vii

MỤC LỤC\
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................iii
TÓM TẮT

............................................................................................................ iv

ABSTRACT

............................................................................................................ vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. x
MỞ ĐẦU

............................................................................................................. 1

1.1 Lý do chọn đề tài và đặt vấn đề............................................................................ 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ....................................................................... 2
1.4 Nội dung nghiên cứu. ........................................................................................... 3
1.5 Phương pháp nghiên cứu. ..................................................................................... 3
1.6 Ý nghĩa khoa học và phạm vi áp dụng thực tiễn của đề tài. ................................ 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN TƯ LIỆU.......................... 4
2.1 Phóng xạ ............................................................................................................... 4
2.2 Phơng phóng xạ .................................................................................................... 5
2.3 Các đơn vị phóng xạ tự nhiên. ............................................................................. 5
2.4 Các đơn vị phóng xạ nhân tạo. ............................................................................. 8
2.5 Hàm lượng phóng xạ tự nhiên trong mơi trường. .............................................. 10
2.5.1 Các đơn vị đo liều bức xạ có liên quan: ...................................................... 10
2.6 Hệ thống thơng tin địa lý (GIS) ......................................................................... 12
2.6.1 Định nghĩa ................................................................................................... 12
2.6.2 Thành phần của GIS. ................................................................................... 13
2.6.3 Các phép nội suy GIS. ................................................................................. 14
2.6.4 Các ứng dụng của GIS ................................................................................ 21
2.7 Cơ sở dữ liệu GIS ((geographic information system). ....................................... 22
2.7.1 Dữ liệu địa lý. .............................................................................................. 22
2.7.2 Thể hiện dữ liệu địa lý. ............................................................................... 22
2.8 Cơ sở dữ liệu (CSDL) ........................................................................................ 26


viii

2.8.1 Khái niệm CSDL ......................................................................................... 26
2.8.2 Các mơ hình CSDL ..................................................................................... 27
2.9 Tình hình nghiên cứu ......................................................................................... 30
2.9.1 Ngồi nước .................................................................................................. 30
2.9.2 Ở quy mô quốc tế: ....................................................................................... 30
2.9.3 Ở các nước .................................................................................................. 31

2.9.4 Trong nước .................................................................................................. 32
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...................................... 37
3.1 Điều kiện tự nhiên Tp.HCM .............................................................................. 37
3.1.1 Vị trí địa lý .................................................................................................. 37
3.1.2 Địa chất thổ nhưỡng .................................................................................... 38
3.1.3 Thủy văn...................................................................................................... 41
3.1.4 Thời tiết – khí hậu ....................................................................................... 41
3.2 Điều kiện KT - XH TP. HCM ............................................................................ 42
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................. 45
4.1 Xây dựng CSDL PXMT và bản đồ phông phóng xạ mơi trường. ..................... 45
4.1.1 Thiết kế CSDL PXMT ................................................................................ 45
4.1.2 Bảng Phóng xạ (tên bảng phong_xa) .......................................................... 46
4.1.3 Bảng suất liều (tên bảng suat_lieu) ............................................................. 48
4.1.4 Bảng quận huyện (tên bảng quan_huyen). .................................................. 48
4.1.5 Bảng không khi rơi lắng (tên bảng khongkhi_roilang). .............................. 49
4.1.6 Bảng danh mục phân loại phóng xạ (tên bảng dm_loaipx). ....................... 49
4.1.7 Bảng danh mục đồng vị phóng xạ (tên bảng dm_dongvipx). ..................... 50
4.1.8 Bảng người dùng (tên bảng auth_user) ....................................................... 50
4.1.9 Bảng lưu danh mục quyên truy cập( tên bảng auth_item) .......................... 50
4.1.10 Bảng lưu dữ liệu phân quyền cho người dùng (tên bảng
auth_assignment).................................................................................................. 51
4.1.11 Truy vấn giúp tìm kiểm hơng tin ký hiệu (tên bảngVsearchpx) ............... 51
4.1.12 Truy vấn khơng khí rơi lắng (tên bảng Vkhongkhiroilang) ...................... 52


ix

4.1.13 Truy vấn tra cứu thông tin các đồng vị phóng xạ (tên bảng Vphongxa) . 52
4.2 Thu thập dữ liệu. ................................................................................................ 52
4.2.1 Dữ liệu nền: ................................................................................................. 52

4.2.2 Dữ liệu chuyên đề: ...................................................................................... 52
4.3 Kết quả xây dựng CSDL và bản đồ phông PXMT Tp.HCM ............................. 63
4.3.1 Kết quả xây dựng Csdl PXMT. ................................................................... 63
4.3.2 Phần thể hiện bản đồ trêm web ................................................................... 66
4.3.3 Thành lập bản đồ chuyên đề ....................................................................... 69
4.3.4 Thiết kế chung. ............................................................................................ 69
4.3.5 Kết quả thành lập bản đồ phơng phóng xạ mơi trường Tp.HCM ............... 72
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 95
1. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 95
2. KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 95


x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Các đơn vị đo
Gy : Gray – Đơn vị đo liều hấp thụ trong hệ thống đo lường quốc tế
SI,
1Gy = 1 J/kg
Sv : Sievert - Đơn vị đo liều tương đương hiệu dụng
1 Bq (Becquerel) = 1 phân rã/giây
Ký hiệu phân rã và hạt nhân


alpha

β

beta



gamma

238

U

Uranium - 238

232

Th

Thorium - 232

226

Ra

Radium - 226

210

Pb

Lead - 210

40
3

K

Potassium - 40

H

137
90

Tritium - 3

Cs

Sr

239

Cesium - 137
Strontium - 90

Pu

Plutonium - 239

Chữ viết tắt
CSDL: cơ sở dữ liệu
ĐHN: điện hạt nhân
ĐTM: Đánh giá tác động mơi trường
ĐVPX: đồng vị phóng xạ

GIS: Hệ thống thông tin địa lý
HQT CSDL: hệ quản trị CSDL
KT – XH: kinh tế – xã hội
NLNT: năng lượng nguyên tử


xi

PXMT: phóng xạ mơi trường
TP. HCM: Thành phố Hồ Chí Minh
Viện NCHN: Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân


xii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Chương trình quan trắc PXMT TP.HCM ..................................................... 35
Bảng 4.1 Bảng Phóng xạ (tên bảng phong_xa). ........................................................... 47
Bảng 4.2. Bảng suat_lieu ............................................................................................. 48
Bảng 4.3 Bảng quan_huyen ......................................................................................... 48
Bảng 4.4 Bảng khongkhi_roilang ................................................................................ 49
Bảng 4.5 Bảng dm_loaipx ............................................................................................ 49
Bảng 4.6 Bảng dm_dongvipx ....................................................................................... 50
Bảng 4.7 Bảng auth_user ............................................................................................. 50
Bảng 4.8 Bảng auth_item ............................................................................................. 51
Bảng 4.9 Bảng auth_assignment .................................................................................. 51
Bảng 4 .10. Nội dung, phương pháp và hình thức thể hiện của các bản đồ PXMT .... 71


xiii

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ phân rã của 40K ..................................................................................... 6
Hình 2.2. Sơ đồ chuỗi phân rã của238U, 235U và 232Th ................................................... 7
Hình 2.3 Sơ đồ phân rã để tạo thành 90Sr ....................................................................... 9
Hình2.4 Sơ đồ tạo thành và phân rã của 137Cs ............................................................... 9
Hình 2.5 Sơ đồ tạo thành và phân rã của 238U................................................................ 9
Hình 2.6 Sơ đồ tạo thành và phân rã của 3H ................................................................ 10
Hình 2.7 Thành phần của GIS ...................................................................................... 13
Hình 2.8 (a) Xác định vị trí điểm gốc

(b) Xác định địa bàn phục vụ ..................... 15

Hình 2.9 Nội suy Kriging ............................................................................................. 17
Hình 2.10 Mơ tả các giá trị của Kriging ...................................................................... 18
Hình 2.11 Nội suy Inverse Distance Weighted ............................................................ 19
Hình 2.12 Nội suy Spline ............................................................................................. 20
Hình 2.13 Sơ đồ ứng dụng GIS trong các lĩnh vực ...................................................... 22
Hình 2.14 Mơ hình dữ liệu raster và vector ................................................................. 23
Hình 2.15 Cấu trúc dữ liệu topology............................................................................ 24
Hình 2.16 Bảng dữ liệu thuộc tính ............................................................................... 25
Hình 2.17 Liên kết giữa khơng gian và thuộc tính....................................................... 25
Hình 2.18 Sự phân lớp của dữ liệu địa lý..................................................................... 26
Hình 2.19 Cấu trúc CSDL ............................................................................................ 27
Hình 2.20 Mơ hình dữ liệu phân cấp (trái) và mơ hình dữ liệu mạng (phải) ............... 28
Hình 2.21 Mơ hình quan hệ.......................................................................................... 29
Hình 2.22 Mơ hình hướng đối tượng ........................................................................... 30
Hình 3.1 Bản đồ hành chính Tp.HCM ......................................................................... 38
Hình 3.2 Bản đồ Thổ Nhưỡng Tp.HCM ...................................................................... 40
Hình 3.3 Bản đồ dân số và cơ cấu lao động. ................................................................ 44

Hình 4.1 Các bước xây dựng CSDL ............................................................................ 45
Hình 4.2 Mơ hình quan hệ CSDL PXMT .................................................................... 46


xiv

Hình 4.3 Sơ đồ 120 các vị trí đo suất liều gamma ....................................................... 57
Hình 4.4 Sơ đồ 120 vị trí lấy mẫu đất .......................................................................... 58
Hình 4.5 Sơ đồ 25 vị trí lấy mẫu thực vật .................................................................... 59
Hình 4.6 Sơ đồ 20 vị trí lấy mẫu nước mặt. ................................................................. 60
Hình 4.7 Sơ đồ 16 vị trí lấy mẫu nước ngầm ............................................................... 61
Hình 4.8 Sơ đồ 3 vị trí lấy mẫu son khí và rơi lắng ..................................................... 62
Hình 4.9 : Csdl 120 điểm lấy mẫu bề mặt đất .............................................................. 63
Hình 4.10 : Csdl 20 vị trí lấy mẫu nước bề mặt ........................................................... 63
Hình 4.11 : Csdl 18 vị trí lấy mẫu nước ngầm ............................................................. 64
Hình 4.12 : Csdl 3 điểm lấy mẫu son khí ..................................................................... 64
Hình4.13 : Csdl 3 điểm lây mẫu rơi lắng ..................................................................... 65
Hình4.14: Csdl 25 điểm lấy mẫu thực vật.................................................................... 65
Hình4.15 : Csdl 24 điểm lấy mẫu Gamma Quận, Huyện ............................................ 66
Hình 4.16 : Bản đồ Gamma mơi trường Tp.HCM ....................................................... 66
Hinh 4.17 : Bản đồ hoạt độ K40 Tp.HCM ................................................................... 67
Hình4.18 : Bản đồ hoạt độ CS-137 Tp.HCM .............................................................. 67
Hình4.19 : Bản đồ hoạt độ TH-232 Tp.HCM .............................................................. 68
Hình4.20 : Bản đồ hoạt độ U-238 Tp.HCM ................................................................ 68
Hình 4.21 Nội suy bản đồ theo thuật toán IDW với phần mềm ArcGis 10.3 như đã
trình bày ở phần phương pháp nội suy ......................................................................... 70

PHỤ LỤC
1. Vị trí các điểm đo lấy mẫu gamma.
2. Vị trí các điểm đo lấy mẫu thực vật.

3. Vị trí các điểm đo lấy mẫu khơng khí rơi lắng.
4. Vị trí các điểm đo lấy mẫu son khí.
5. Vị trí các điểm đo lấy mẫu nước ngầm và nước mặt.
6. Vị trí các điểm đo lấy mẫu đất.


1

MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài và đặt vấn đề
Trong môi trường hiện nay luôn hiện diện các đồng vị phóng xạ tự nhiên và
nhân tạo. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên có nguồn gốc từ vũ trụ và từ vỏ trái đất,
mà chủ yếu là 3H, 7Be, 40K, các đồng vị thuộc chuỗi 232Th, 235U và 238U. Các đồng vị
phóng xạ nhân tạo xuất hiện do các vụ thử vũ khí hạt nhân, đặc biệt là các vụ thử
trong khí quyển và thủy quyển, chơn cất thải phóng xạ dưới đáy đại dương, các sự
cố hạt nhân và phóng thích thơng lệ mức thấp có kiểm sốt của các cơ sở hạt nhân,
đặc biệt là của các nhà máy điện hạt nhân (ĐHN) và các cơ sở xử lý lại nhiên liệu
và sử dụng các chất phóng xạ trong y học và nghiên cứu. Phông các đồng vị phóng
xạ cũng có thể bị tăng cao do các cơng nghệ phi hạt nhân như thăm dị, khai thác
dầu khí, sản xuất cơng nghiệp và sử dụng phân bón phốt phát, sản xuất nhiệt điện
dùng than, vận chuyển các đồng vị phóng xạ tự nhiên bởi các dịng sơng chảy qua
các vùng mỏ khai thác…Do đó, xây dựng CSDL và bản đồ phông PXMT nhằm
phục vụ yêu cầu tăng cường đảm bảo an toàn, an ninh bức xạ và hỗ trợ phát triển
bền vững môi trường phục vụ phát triển KT – XH của đất nước là xu thế tất yếu đối
với mỗi quốc gia. Trong đó, Việt Nam cũng đã có đã có những chiến lược, quy
hoạch phát triển, ứng dụng năng lượng nguyên tử (NLNT) phục vụ phát triển đất
nước.
Khi con người bị tác động bởi các bức xạ ion ở mức thấp thì việc gây tác hại không
thể nhận biết ngay được, nên phải sau một thời gian chứng bệnh mới biểu hiện. Tuy
nhiên nếu chiếu lên cơ thể một liều lượng quá lớn so với giới hạn tối đa cho phép

thì chỉ sau 7 đến 10 ngày, bệnh trạng đã xuất hiện rõ. Nguy hiểm nhất đối với những
người thường xuyên tiếp xúc với các bức xạ ion là dẫn đến ung thư.
Cụ thể, các bệnh thường gặp nhất gồm có: rụng tóc, ung thư da; đục thủy tinh thể;
cường giáp, ung thư tuyến giáp; ung thư phổi; máu dễ bị nhiễm trùng; buồn nôn, ói
mửa, tiêu chảy; bức xạ giết chết các tế bào thần kinh và mạch máu nhỏ, có thể gây
co giật và chết ngay lập tức; làm hủy hoại trực tiếp đến các mạch máu nhỏ, có thể
gây suy tim và tử vong; suy thối tiền liệt tuyến, tinh hồn, buồng trứng, ung thư


2

vú; ảnh hưởng trực tiếp tới tủy xương nơi sản xuất ra các tế bào máu dẫn tới nguy
cơ mắc các bệnh như máu trắng, ung thư máu
Các nghiên cứu xây dựng CSDL và bản đồ phông PXMT cũng được đã bắt
đầu thực hiện trên một số địa phương trong cả nước. Tuy nhiên, còn tồn tại những
hạn chế so với CSDL chuẩn. TP. HCM – trung tâm kinh tế – văn văn hóa – chính trị
và khoa học của cả nước cũng nằm trong tình cảnh này. Cụ thể, CSDL của TP.
HCM cịn thiếu những đối tượng mơi trường cần được nghiên cứu xác định nền
phơng phóng xạ như bản đồ nền phơng γ chiếu ngồi; số liệu về phóng xạ trong mơi
trường biển của TP. HCM; mơi trường nước mặt bao gồm nước mưa, nước ở các
nguồn cấp nước sinh hoạt cho TP.HCM; những thành phần ĐVPX quan trọng trong
nhiều đối tượng môi trường cần được xác định sớm mức nền để tạo cơ sở đánh giá
tác động môi trường (ĐTM) của việc đưa ĐHN vào Việt Nam.
Với những bất cập, khiếm khuyết về CSDL và bản đồ phông PXMT, tác giả
chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng CSDL và bản đồ phơng phóng xạ
mơi trường TP.HCM”.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài nhằm thiết lập CSDL về PXMT và xây dựng bản đồ phông PXMT để phục
vụ công tác cảnh báo PXMT, xử lý, khắc phục ơ nhiễm mơi trường, góp phần bảo
vệ sức khỏe cộng đồng và hỗ trợ phát triển mạnh và bền vững KT - XH của TP.

HCM. Trong đó, mục tiêu cụ thể như sau:
+ Xây dựng được CSDL về PXMT của TP. HCM phù hợp với và các điều
kiện cụ thể của TP. HCM.
+ Thành lập các bản đồ chuyên đề phông PXM
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
+ Đối tượng nghiên cứu: suất liều gamma môi trường, hoạt độ các ĐVPX tự
nhiên và nhân tạo chính trong khơng khí, rơi lắng, đất bề mặt, nước mặt, nước ngầm
và thực vật
+ Phạm vi nghiên cứu: 19 quận và 5 huyện của TP. HCM với tổng diện tích
2.095,01 km2.


3

1.4 Nội dung nghiên cứu.
-

Cơ sở lý thuyết và tổng quan tư liệu lĩnh vực nghiên cứu

-

Xây dựng được CSDL về PXMT của TP. HCM phù hợp với và các
điều kiện cụ thể của TP. HCM.

-

Thành lập các bản đồ chuyên đề phông PXMT
1.5 Phương pháp nghiên cứu.
a. Phương pháp khảo sát thực địa.
Thu thập, phân tích và tổng hợp các nghiên cứu có liên quan đến xây

dựng CSDL PXMT nhằm phân tích những nội dung cần thiết của một CSDL
PXMT.
b. Phương pháp kế thừa số liệu.
Phối hợp với Viện NCHN thu thập dữ liệu và xử lý liệu thứ cấp về các
kết quả điều tra, khảo sát, quan trắc PXMT hiện có trên địa bàn TP.HCM
phục vụ cho việc xây dựng CSDL theo mơ hình CSDL My SQL. Trong đó,
tác giả đã sử dụng GPS thu thập vị trí (tọa độ) của các điểm lấy mẫu.
c. Phương pháp bản đồ.
Phương pháp bản đồ - GIS được sử dụng để xây dựng bản đồ phông
PXMT, cụ thể là sử dụng phương pháp nội suy bản đồ và phương pháp trực
quan hóa bản đồ, sử dụng phần mềm Arcgis 10.3.
1.6 Ý nghĩa khoa học và phạm vi áp dụng thực tiễn của đề tài.
-

Ý nghĩa khoa học: Bổ sung và hoàn thiện phương pháp luận xây dựng
CSDL trên địa bàn cụ thể.

-

Ý nghĩa và khả năng áp dụng thực tiễn: Cung cấp CSDL và bản đồ
phông PXMT, giúp cho các nhà chun mơn có cái nhìn tổng qt về
PXMT của TP.HCM, hỗ trợ ra quyết định.


4

CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN TƯ

LIỆU

2.1 Phóng xạ
 Sự phóng xạ
Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân khơng bền tự động phân rã phóng
ra những bức xạ gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Đây là một quá
trình biến đổi hạt nhân mang tính tự phát, ngẫu nhiên và khơng điều khiển được.
Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt mang điện dương (hạt alpha, hạt proton), mang
điện âm như chùm electron (phóng xạ beta), khơng mang điện (hạt nơtron, tia
gamma..). Các tia phóng xạ khơng nhìn thấy được nhưng có những tác dụng lý hóa
như là ion hóa khơng khí, làm phát quang một số chất, gây ra ra phản ứng quang
hóa… Dưới tác dụng của điện trường, tia phóng xạ được chia làm 3 loại tia chính là
tia alpha (ký hiệu là α), tia beta (kí hiệu là β), tia gamma (kí hiệu là γ):
+ Tia α thực chất hạt nhân của nguyên tử Heli. Trong khơng khí, tia α chuyển
động với vận tốc khoảng 107 m/s. Tia này có thể đi được vài cm trong khơng
khí, vài μm trong vật rắn, và khơng xun qua được tấm bìa dày 1 mm.
+ Tia β (gồm β+ và β–) là các hạt phóng xạ với tốc độ lớn (xấp xỉ tốc độ ánh
sáng), cũng làm ion hóa khơng khí nhưng yếu hơn tia α. Tia β có thể đi được vài
mét trong khơng khí và vài mm trong kim loại.
+ Tia γ là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt photơn có năng
lượng cao, thường đi kèm trong cách phóng xạ β+ và β–. Tia γ có khả năng xuyên
thấu lớn hơn nhiều so với tia α và β.
Các ngun tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ (ĐVPX). Các ngun
tử khơng có tính phóng xạ gọi là các đồng vị bền. ĐVPX là đồng vị mà các hạt nhân
của nó có thể phóng ra các hạt của tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân nguyên
tử của nguyên tố khác. Các ĐVPX của một nguyên tố hóa học có cùng tính chất hóa
học như đồng vị bền của nguyên tố đó. Có 2 loại ĐVPX:
+ ĐVPX tự nhiên: thường có sẳn trong tự nhiên

5

+ ĐVPX nhân tạo: thường thuộc phân rã β và γ.
2.2

Phơng phóng xạ

Nguồn phóng xạ hay cịn gọi là phơng phóng xạ, bao gồm phơng phóng xạ tự nhiên
và phong phóng xạ nhân tạo. Trong mơi trường ln hiện diện các ĐVPX tự nhiên
và nhân tạo.
Phơng phóng xạ tự nhiên là những bức xạ có nguồn gốc tự nhiên như bức xạ từ vũ
trụ, từ các hạt nhân phóng xạ tự nhiên có trong đất đá, khơng khí, nước, cơ thể con
người và sinh vật, vật liệu … Các ĐVPX tự nhiên có nguồn gốc từ vũ trụ và từ vỏ
Trái đất, mà chủ yếu là 3H, 7Be,

40

K, các đồng vị thuộc chuỗi

232

Th,

235

U và

238

U.

Ngồi ra, phơng các ĐVPX tự nhiên cũng có thể bị tăng cao do các cơng nghệ phi
hạt nhân như thăm dị, khai thác dầu khí, sản xuất và sử dụng phân bón phốt phát,
sản xuất nhiệt điện dùng than, vận chuyển các ĐVPX tự nhiên bởi các dịng sơng
chảy qua các vùng mỏ khai thác…
Nguồn phóng xạ nhân tạo do con người chế tạo ra bằng cách chiếu các chất trong lò
phản ứng hạt nhân hay các máy gia tốc. Các ĐVPX nhân tạo xuất hiện do các vụ
thử vũ khí hạt nhân, đặc biệt là các vụ thử trong khí quyển và thủy quyển; chơn cất
thải phóng xạ dưới đáy đại dương; các sự cố hạt nhân và phóng thích thơng lệ mức
thấp có kiểm soát của các cơ sở hạt nhân, đặc biệt là của các nhà máy ĐHN và các
cơ sở xử lý lại nhiên liệu.
2.3

Các đơn vị phóng xạ tự nhiên.

Các ĐVPX có nguồn gốc tự nhiên là những bức xạ đến từ vũ trụ và từ vỏ trái đất.
Các ĐVPX có nguồn gốc từ vũ trụ chủ yếu là từ ngoài hệ mặt trời. Đó có thể là
chùm hạt photon năng lượng cao, hạt muon, hay chùm hạt nặng mang điện. Các bức
xạ này tương tác với các hạt nhân nitơ và oxy trong tầng cao của khí quyển và tạo ra
các hạt nhân phóng xạ như 3H, 7Be, 14C, 22Na… Các hạt nhân này được vận chuyển
đến bề mặt trái đất, xâm nhập vào hệ sinh thái và địa chất. Trong số các hạt nhân
phóng xạ do bức xạ vũ trụ tạo ra, có hai hạt nhân phổ biến nhất là Tritium (3H) và
Beryllium-7 (7Be):


6

+ 3H có trên trái đất là do bức xạ vũ trụ tương tác với các hạt nhân Nitơ, ví
dụ như phản ứng giữa neutron nhanh với

14

N: n+14N → 12C+3H. 3H phát bức xạ β

mềm, có chu kì bán rã là 12,33 năm và tồn tại phần lớn trong môi trường nước,
tham gia vào chu trình hydro tồn cầu.
+ 7Be được tạo ra khi bức xạ vũ trụ tương tác với các hạt nhân Nitơ và Oxy
của khí quyển, có chu kì bán rã là 53,28 ngày; và phát bức xạ .
Các ĐVPX có nguồn gốc từ vỏ trái đất cịn gọi là các ĐVPX ngun thủy, có chu
kỳ bán rã dài, phổ biến nhất là

40

K và các nhân tạo thành chuỗi là

232

Th. Một số nhân phóng xạ khác, ít phổ biến hơn là

138

La,

142

Ce,

144

Nd,

147

Sm,

174

50

V, 87Rb,

238

113

Cd,

U,

115

235

In,

U và

123

Te,

Hf… có hoạt độ phóng xạ nhỏ và hầu như không ảnh

hưởng đến tổng lượng phóng xạ trên trái đất, cũng như suất liều hàng năm đối với
dân chúng. Sơ đồ phân rã của 40K, các chuỗi 238U, 235U và 232Th như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ phân rã của 40K


7

Hình 2.2. Sơ đồ chuỗi phân rã của238U, 235U và 232Th
Theo nguồn gốc phát sinh, ĐVPX tự nhiên được chia chúng thành 3 nhóm:
+ Nhóm thứ nhất: các đồng vị thuộc nhóm này liên quan đến sự tổng hợp
chung khi hình thành thái dương hệ. Chu kỳ bán rã của chúng vào cỡ tuổi trái đất
9

(khoảng 5 x 10 năm). Nhóm này bao gồm các nguyên tố U-238, U-235, Th-232, K40, Rb-87, Sn-124, La-138, Sm-147, Lu-176 và một số hạt nhân rất hiếm khác.


8

+ Nhóm thứ hai: sinh ra do sự phân rã và phân chia tự phát của nhóm thứ nhất.
Số lượng các đồng vị thuộc nhóm này có thể lên đến vài chục, chu kỳ bán rã từ nhỏ
4

5

hơn 1s đến 10 - 10 năm.
+ Nhóm thứ ba: các hạt nhân phóng xạ tự nhiên cịn lại. Chúng sinh ra do

tương tác của các tia vũ trụ năng lượng cao với khí quyển, như H-3, Be-7, Be-10, C14, Cl-17 và một số đồng vị khác sinh ra do sự bắt neuron hay có nguồn gốc từ các
thiên thạch trong vũ trụ đi vào trái đất.
Ảnh hưởng của bức xạ tự nhiên đối với sức khoẻ con người giữ vai trò rất lớn
không thể bỏ qua được. Việc hiểu biết và kiểm sốt ảnh hưởng của nó đến chất
lượng cuộc sống là rất cần thiết. Ở các nước có nền kinh tế phát triển như Hoa Kỳ,
Liên Xô (cũ), Anh, Pháp, Nhật… việc nghiên cứu xác định phơng phóng xạ tự
nhiên đã được tiến hành từ những năm 80 của thập kỷ 20.
2.4

Các đơn vị phóng xạ nhân tạo.

Trong một trăm năm trở lại đây, việc sử dụng ĐVPX nhân tạo trong các lĩnh vực
cơng nghiệp, nơng nghiệp, y học, quốc phịng… đã làm tăng lượng chất phóng xạ
nhân tạo xâm nhập vào mơi trường. Các nguồn phóng xạ nhân tạo có thể kể đến là
các vụ thử vũ khí hạt nhân, đặc biệt là các vụ thử trong khí quyển và thủy quyển; sự
chơn cất thải phóng xạ dưới đáy đại dương; các sự cố hạt nhân và phóng thích thơng
lệ mức thấp có kiểm sốt của các cơ sở hạt nhân, đặc biệt là của các nhà máy ĐHN
và các cơ sở xử lý lại nhiên liệu. Ở Việt Nam, hai nguồn tác động chính đến tình
trạng PXMT là các vụ thử hạt nhân và các sự cố hạt nhân.
Sự phóng thích trực tiếp các chất phóng xạ vào mơi trường lúc đầu sẽ dẫn đến quá
trình lan truyền và tích lũy các đồng vị, đặc biệt là các ĐVPX nhân tạo sóng dài,
độc tính sinh học cao như Strontium-90 (90Sr), Caesium-137 (137Cs), Plutonium-239
(239Pu) và Tritium-3 (3H):
+ 90Sr là suất phân hạch của 90Sr khi phân chia
90

235

U do nơtrôn nhiệt là 3,5%,

Sr là đồng vị phát thuần bêta với năng lượng cực đại 0,6 MeV, biến đổi thành 90Y

với chu kỳ bán rã T1/2  28,82 năm. 90Y cũng phát thuần bêta với năng lượng cực đại