Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy đánh giá chất lượng môi trường không khí tại tỉnh đồng nai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH




KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ
TẠI TỈNH ĐỒNG NAI



Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ KIM OANH
Ngành: Hệ thống thông tin môi trƣờng
Niên khóa: 2010 - 2014






Tháng 06/2014
i

ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ TẠI TỈNH ĐỒNG NAI






 H
















Tháng 6 4
ii

LỜI CẢM ƠN
tôi 

- 

- tôi 

tôi 
- TS. Trn Thác Trung tâm Vin Thám và H Thng Thông Tin
a Lý- Via lý Tài nguyên Tp. H i trc ting dn
và góp ý cho tôi trong sut quá trình làm khóa lun. Cn tình ch
bo, h tr ng viên tôi trong sut thi gian qua.
- Tp th cán b ti Trung tâm Vin Thám và H Tha Lý- Vin
a lý Tài nguyên Tp. H Chí Minh .
- Tôi xin gi li tri ân sâu sn thy PGS.TS. Nguyn Kim Li cùng tt c
quý thi hc Nông Lâm Tp. H Chí Minh. Cn quý thy cô
v nhng kin th c tp
tng.
- Tôi xin chân thành cn thy KS. Nguyn Duy Liêm và thy KS. Lê
 tôi hoàn thành khóa lun này.
- Cui cùng, con xin nói li bii vi cha m y
ng viên tinh th con yên tâm hc tp.










iii

TÓM TẮT
 quá trình  hóa  
 gia  
.  
 và vô cùng  
. 
,
t

khí gây ra. .
.      .      
 Ngoài ra 
. 
  
 Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy đánh giá chất
lượng môi trường không khí tỉnh Đồng Nai

các 

 :
 Nghiên cu v các thut toán nm pháp lut v vic
thành lp b ng. m c
n   c        tài còn s dng các quy
chun Vit Nam (QCVN 05:2009/BTNMT17/2011/TT-BTNMT v
nh k thut thành lp b chng không khí.
 Thc hin ni suy các ch s AQI ca các cht CO, SO
2
, NO
2

và bi bng 3
i suy (IDW, Spline, Kriging).
 Nghiên c  hc hin tính toán h s   
2
và ch s Nash 
Sutcliffe (NSI)  t toán ni suy. T 
iv

pháp ni suy phù hp vi tng ch s AQI ca các thông s không khí ti các
thm khác nhau.
 B c xây dng da trên vic tính toán ch s AQI
max
ca mi cht ti
mi v trí a bàn tnh.
 Via bàn tc thc hin
da vào b phân vùng chng không khí. T ng kin ngh
thích hp cho các nhà qung.


-200. Ngoài ra, vào tháng

-)




                



v

MỤC LỤC
 ii
 iii
 v
 vii
 viii
 ix
 1
 1
 1
 1
 1
 2
 2
 3
 3
 3
 3
 8
 10
 10
 13
2 18
 19
 19
 24
2.4.  31
 31

 33
 34
3.1.  và  34
3 37
vi


2
 38
 40
 40
4 40
 48
 49
 49

2
54

2
58
 63
  67
 71
 84
 87
 87
 87
 89
  91

 91
P:  94









vii

DANH MỤC VIẾT TẮT

AQI
Air Quality Index (C).
CCN

CO
MonoCacbonxide
GIS

IDW
Inverse Distance Weighting
KCN

NO
2

Nitrogen dioxide
TCMT

TCVN
Tiê
Tp HCM

XLCTR













viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
2.1.  19
2.  22
 2.3  23
 2.4.  27
5.  29
 2.6.   2006-2010 30

.  34
.  35
3.3. 
2
: 39
1.Thb 51
2. Th e 52
3. Th  54
4. Th
2
 55
5. Th
2
 56
6. Th
2
 58
7. Th
2
 60
8. 
2
 61
9. Th
2
 62
10. Th 64
11. Thn 65
12.  67
13. So sánh R

2
/2012 67
14. So sánh R
2
 tháng 4/2012 68
15. So sánh R
2
  tháng 6/2012 68
16. So sánh R
2
và NSI  tháng 8/2012 69
17. So sánh R
2
tháng 10/2012 70
18. So sánh R
2
 tháng 12/2012 70
19.  71



ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1.  14
Hình 2.2.  15
Hình 2.3.  Kriging 17
Hình 2.4.  20
Hình 2.5.  31
Hình 3.1. 

Nai  36
Hình 3.2.  37
trung bình b 40
Hình 4.2. trung bình b 41
Hình 4.3. trung bình b 41
Hình 4.4. trung bình  42
Hình 4.5. trung bình 
2
c KCN 43
Hình 4.6.  trung bình 
2
khu XLCTR 43
Hình 4.7. 
2
 44
Hình 4.8. 
2
 44
Hình 4.9. trung bình NO
2
 45
Hình 4.10.  trung bình NO
2
khu XLCTR 45
Hình 4.11. NO
2
 46
Hình 4.12. 
2
 46

Hình 4.13.  47
Hình 4.14.   47
Hình 4.15.    48
Hình 4.16.    48
Hình 4.17.  49
Hình 4.18. b 50
Hình 4.19. b 51
Hình 4.20.  b Kriging 53
Hình 4.21. SO
2
IDW 54
Hình 4.22. SO
2
Spline. 56
x

Hình 4.23. 
2
Kriging 57
Hình 4.24. NO
2
IDW 59
Hình 4.25.  
2
 60
Hình 4.26. NO
2
Kriging 62
Hình 4.27. CO

 IDW 63
Hình 4.28. CO

 Spline 65
Hình 4.29. CO

 Kriging 66
Hình 4.30.  AQI tháng 2 73
Hình 4.31. tháng 4 75
Hình 4.32. tháng 6 77
Hình 4.33. tháng 8 79
Hình 4.34. tháng 10 81
Hình 4.35. tháng 12 83


1

Chƣơng 1
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
g
          
 


 - , l
, l
  
lý, có 
p toàn vùng nên 


 

càng cao. h giá





              
 

1


- 
 ,


,15 -1,

  







: “Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy để thành lập bản đồ

đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường không khí tại tỉnh Đồng Nai” 
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1. 


             

1.2.2. 
 Thc hin ni suy các ch s AQI ca các cht CO, SO
2
, NO
2
và bi bng 3
i suy (IDW, Spline, Kriging).
 Thc hit toán ni suy bng h s 
2
và ch s
Nash  Sutcliffe (NSI).
2

 Chn ra các i suy tc thành lp b phân vùng
m ô nhim không khí a bàn tng Nai.
 ng không khí tng Nai thông qua b phân vùng cht
c thành lp.
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

sau:
 

2

, NO
x

 
1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
 

phân tích, 

 c:


               




lên 
3

Chƣơng 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan ô nhiễm không khí
2.1.1.  

              
 

 (Bùi Sỹ Lý, 2007).



 (Bùi Sỹ Lý, 2007).
2.1.2.  gây ô 
a. 

- 

- 


 (TSP, PM
10
), CO, SO
2
, NO
x


4

 oxit Sunfua (SO
2
):
Khí SO
2

Ðioxit sunfua
(SO
2
 


-  
v.v 

2

            


2
SO
4
 trùng

2


- SO
2


2

 SO
2


2
SO
3

. SO
2

 axit. SO
2


2


2


 Cacbon monoxit (CO):

sôi  192
o
 
               
2
.

5

- Ngun phát thi: Khí CO sinh ra do quá  t nhiên liu (trong sn xut
công nghip và trong sinh hoc bi  ng hp cháy không hoàn
toàn t các ng khói nhà máy, ng x ca xe máy, ô tô. c hình thành do
vit cháy không ht nhiên liu hoá thu và mt s cht hu
i t n gây ô nhim CO ch yu 
các thành phu sn sinh khong 600 triu tn CO.

- Tác hi: c vi thc vt vì cây xanh có th chuyn hoá CO thành
CO
2
và s dng nó trong quá trình quang hp. Vì vy, thm thc vc xem
là tác nhân t nhiên có tác dng làm gim ô nhii  trong
không khí có n CO khong 250 ppm s b t vong. Khi thâm nhp vào
phi, CO thay th O
2
trong hp cht vi hemoglobin (Hb) ca máu to ra t hp
 nh, gi là cacboxil  hemoglobin. i v  ng xuyên hít th
không khí có n CO, thm chí không cao ví d n ng có trên
ng ph có xe c hong v ng b ng c CO mãn
tính  ng n ngc, phi, tuyn giáp và tâm thn. Và vi 10% COHb
trong máu do hút thuc lá có th làm gim sc chng ci nghii
vi CO.
 oxit (NO
x
):

2
, NO
3
, N
2
O, N
2
O
3
, N
2

O
4
, N
2
O
5

 
2



- Ngun phát thi: ng không khí b ô nhim cht khí NO
x
ch yu là 
các thành ph và khu công nghip, n ng là khong
1ppm, và n khí NO
2
ng khong trên 0.5ppm. C hai loi khí
u có vai trò quan trng trong s hình thành khói quang hóa. Các ngun
phát thi NO
x
t các nhà máy nhin, nhà máy sn xut HNO
3
và các hóa
ch
x
trong khí quyn, 40% còn lt
trong (ca ô tô); trong s các ngun c nh (t các nhà máy), s d
6

m 70%. Bt c nhà máy nào phát thi NO
x
u vi ti
ng ln, ví d   n 750MW dùng nhiên liu khí thay than có ti
ng NO
x
là 75-100 tn / ngày.
- Tác hi: N
2
O là loi khí gây hiu t
các nhiên liu hoá thng c dn trên phm vi toàn
cng t 0,2 -0,3%. Mng nh N
2
O khác xâm nhp vào
khí quyn do kt qu ca quá trình nitrat hoá các loi phân bón h

2
O xâm nhp vào không khí s i dng trong thi gian dài,
ch t ti nhng tng trên ca khí quyn nó mng mt cách chm
chp vi nguyên t oxy. i tip xúc vi NO
2
khong 0.
trm trng thêm các bnh v phi.Vì vy, có th nói rng, không khí  các vùng
 b nhim bn khí NO
2
s gây tác hi vi sc khe ci.
 Bi:
 


hia thành:
 Bụi lắng (bi trng): có kc l
nh . Các bi ln nên tn
ti lâu trong khí quyn ng mt gây ô nhit,
c và h sinh thái.
 Bụi lơ lửng (bng tng s TSP) là tp hp các hc bi có kích
c =< 10 µm.



 


7

 Bi PM
10
là tp hp các ht bµm.
 Bi PM
5
là tp hp các hµm.
 Bi PM
2.5
là tp hp các hµm.
 Bi PM
1
là tp hp các hµm.
- Ngun phát thi: Ngun t n ng gia các phát thi t
nhiên, nhiên liu và các quá trình công ngh   , luy  
t, lò nu, dt si, Các phát thi công ngh  lý vt

liu, bc d ti, vn chuyn Các quá trình công ngh nhanh: bng, hot
ng nông nghip, xây dng, cháy Giao thông vn ti: ng x xe c, các hot
n quá trình cháy n, do khp ni và s mài mòn khi ngng
hong.
- Tác hi:    nh bi tng cng trong không khí xung quanh
0,5mg/m
3
. Bi vào phi dn các bnh v
hô h, ho và khMt s b
bi kim loi, sng tác nhân
gây bi vng vt. Bi gây tác hi làm g kim loi,
bn nhà ca, qun áo, v     t hi cho mt s công
nghic phm và công ngh thc phm. (Đinh
Xuân Thắng, 2007).
b. 
               



.
 
2
, NO
x
, CO, CO
2
, O
3
        
               

tr


2
, NO
x
và CO.
8




 m (
 (Đinh Xuân Thắng, 2007).
2.1.3. 
a. 
- 








n






  



 Khi


9

 

- 











không
khí 
- 
 





2
, SO
3
hóa

2
SO
3
và H
2
SO
4





- 
                

 
10





. (Đinh

Xuân Thắng, 2007).


b. 

  
 

 


âm. 

                  
         
(Đinh Xuân Thắng, 2007).
2.2. Tổng quan cơ sở lý thuyết
2.2.1. 
a. 

  


11


tr


 








b. 

- Phn cng: Bao gm h thng máy tính mà các phn mm GIS ch
Vic la chn h thng máy tính có th là máy tính cá nhân hay siêu máy tính.
Các máy tính cn thit phi có b vi x  m chy phn mm và dung
ng b nh    thông tin (d liu).
- Phn mm: Phn mm GIS cung cp các ch cn thi 
tr, phân tích, và hin th d liu không gian. Nhìn chung, tt c các phn mm
GIS có th c nhng yêu cn ca chúng có th
khác nhau.
- D liu: D lia lý và d liu thuc tính liên quan là nn tng ca GIS. D
liu này có th c thu thp ni b hoc mua t mt nhà cung cp d liu
 mi. B s là hình thc d lin cho GIS. D liu
thung b  i d liu s.
Mt h thng GIS s tích hp dliu không gian và các d liu khác bng cách
s dng h qun tr  d liu.
- t h thng GIS vn hành theo mt k hong mô
hình và cách thc hoi vi mi nhim v. V n, nó bao gm các
t ng dng c th. Ví d, trong thành
12

lp b, có nhi ng chuyi t raster sang
vector hoc vector hóa th công trên nn nh quét.

- i s dng GIS có th i
thit k và thc hin h thng GIS, hay có th i s d h tr
cho các công ving ngày. GIS gii quyt các v không gian theo thi
gian thi lên k hoch, thc hin và v ng
kt lun, h tr cho vic ra quynh.
- Mi: vi s phát trin nhanh chóng ca công ngh thông tin, ngày nay
thành phn có l  n nht trong GIS chính là m i. Nu thiu nó,
không th có bt cgiao tip hay chia s thông tin s. GIS ngày nay ph thuc
cht ch vào mng internet, thu thp và chia s mt khng ln d lia
lý.


 
i 

Ba:
- 


 

- 


- 
                

-  

13


chú ý 
2.2.2. 





a. 

t






sau:
- Nm / ni suy b mt.
- Ni suy toàn din / n
- Ni suy chính xác/ Ni suy g


b. 
 Inverse Distance Weighting (IDW):
               .

 
 

tính toán, 