Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám để đánh giá chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 20142015 (Luận văn thạc sĩ)

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

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

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ THANH LOAN

HÀ NỘI, NĂM 2017
1


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

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

NGUYỄN THỊ THANH LOAN

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

HÀ NỘI, NĂM 2017
2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nghiên cứu của luận văn là những đóng góp riêng dựa trên số
liệu thu thập, những kết quả nghiên cứu kế thừa các công trình khoa học khác
đều được trích dẫn theo đúng quy định.
Nếu luận văn có sự sao chép từ các công trình khoa học khác, tác giả
xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Loan

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp
đỡ của nhiều cá nhân và cơ quan đơn vị. Nay luận văn đã hoàn thành, tôi xin
bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới:
PGS.TS. Trịnh Lê Hùng, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều
kiện thuận lợi, cùng những ý kiến đóng góp sâu sắc nhất để tôi hoàn thành
luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới TS. Lê Thị Trinh đã hướng dẫn
chu đáo và chỉ dẫn tận tình trong suốt thời gian hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Đồng thời tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô Khoa Môi trường,
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã hết lòng giảng dạy,

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

tháng

năm 2017

Học viên

Nguyễn Thị Thanh Loan

ii


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

1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm nước mặt ở Việt Nam ............................................... 4
1.1.2 Hiện trạng chất lượng nước sông Đáy những năm gần đây .................... 6
1.1.3 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt ................................................. 8
1.2 Tổng quan về GIS và viễn thám................................................................ 11
1.2.1 Tổng quan về GIS .................................................................................. 11
1.2.2 Tổng quan về viễn thám ......................................................................... 20
1.3 Tổng quan tình hình ứng dụng tư liệu GIS và viễn thám trong nghiên cứu
ô nhiễm nước ................................................................................................... 26
1.3.1 Trên thế giới ........................................................................................... 26
1.3.2 Trong nước ............................................................................................. 31
1.4 Tổng quan về địa bàn nghiên cứu ............................................................. 39
CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 45
2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ................................................................ 45
iii


2.2 Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 45
2.2.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu ............................................ 45
2.2.2 Phương pháp đánh giá chất lượng môi trường nước mặt bằng chỉ số
WQI ................................................................................................................. 52
2.2.3 Phương pháp ứng dụng công nghệ GIS trong đánh giá chất lượng môi
trường nước mặt .............................................................................................. 56
2.2.4 Phương pháp ứng dụng tư liệu viễn thám đánh giá chất lượng môi
trường nước mặt .............................................................................................. 57
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................. 59
3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước lưu vực sông Đáy ................ 59
3.2 Đánh giá chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015 .................... 61
3.2.1 Tính toán chỉ số WQI ............................................................................. 61
3.2.2 Phân vùng chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015 .............. 65

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

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
GIS

: Hệ thống thông tin địa lý

WQI

: Chỉ số chất lượng nước

GPS

: Hệ thống định vị toàn cầu

NSMI : Chỉ số chất rắn lơ lửng

COD

: Nhu cầu oxy hóa học

BOD

: Nhu cầu oxy sinh hóa

TSS

: Tổng chất rắn lơ lửng

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ
Bảng 1.1 Các bộ cảm viễn thám sử dụng phổ biến trong đánh giá chất lượng
nước ................................................................................................................. 22
Bảng 2.1 Tọa độ các điểm quan trắc sông Đáy của các năm 2014 - 2015 ..... 46
Bảng 2.2 Bảng quy định các giá trị qi và BPi .................................................. 54
Bảng 2.3 Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO%bão hòa .................... 54
Bảng 2.4 Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH ................. 55
Bảng 2.5 Bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng
nước ................................................................................................................. 56
Bảng 3.1 Giá trị WQI cho các đợt và năm 2014 ............................................. 62
Bảng 3.2 Giá trị WQI cho các đợt và năm 2015 ............................................. 63

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Tỷ lệ giữa các vùng về tổng lượng các chất ô nhiễm trong nước thải
sinh hoạt ............................................................................................................ 9
Hình 1.2 Các thành phần của GIS ................................................................... 11
Hình 1.3 Mô tả các chức năng của GIS .......................................................... 13
Hình 1.4 Nội suy IDW [10]............................................................................. 16
Hình 1.5 Nội suy Spline [10] .......................................................................... 16
Hình 1.6 Nội suy Kriging [10] ........................................................................ 17
Hình 1.7 Mô tả các giá trị của Kriging ........................................................... 18
Hình 1.8 Nội suy Trend [10] ........................................................................... 19
Hình 1.9 Nội suy Natural Neighbor [10] ........................................................ 19
Hình 1.10 Cơ chế hoạt động của hệ thống viễn thám ..................................... 21
Hình 1.11 Kết quả nội suy hàm lượng Canxi, Magie, Clo trong nước ngầm
khu vực Bhadravathia bằng phương pháp IDW [46] ...................................... 27
Hình 1.12 Kết quả nội suy hàm lượng pH trong nghiên cứu của Gharbia et al
(2016) [47]....................................................................................................... 28
Hình 1.13 Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của
Weipi He [31] .................................................................................................. 29
Hình 1.14 Kết quả xác định phân bố hàm lượng NO3-N và NH3-N trong
nghiên cứu của Weipi He [31] ........................................................................ 30
Hình 1.15 Bản đồ phân bố các trạm quan trắc chất lượng nước khu vực Quảng
Ninh – Hải Phòng [8] ...................................................................................... 33
Hình 1.16 Bản đồ phân bố hàm lượng chất ô nhiễm BOD và COD khu vực
Quảng Ninh – Hải Phòng [8] .......................................................................... 34
Hình 1.17 Hàm hồi quy giữa giá trị hàm lượng chất lơ lửng và tỉ lệ ảnh
kênh4/kênh2 ảnh Landsat 7 ETM+ khu vực hồ Trị An [19] .......................... 35

vii

Hình 1.18 Bản đồ hiện trạng phân bố hàm lượng chất lơ lửng (SPM) khu vực
ven bờ sông Hồng (ngày 25/09/2014) từ ảnh vệ tinh VNREDSat – 1A......... 38
Hình 1.19 Bản đồ phân bố hàm lượng Chl-a trung bình vùng biển Việt Nam
vào tháng 8 năm 2008 và 2011 ....................................................................... 39
Hình 1.20 Bản đồ khu vực nghiên cứu ........................................................... 40
Hình 2.1 Vị trí lấy mẫu phân tích chất lượng nước sông Đáy ........................ 48
Hình 2.2 Ảnh vệ tinh Sentinel – 2A ngày 08/10/2015 khu vực sông Đáy ..... 50
Hình 2.4 Kênh 3 (kênh xanh lục, green) ảnh Sentinel – 2A ngày 08/10/201551
Hình 2.5 Kênh 4 (kênh đỏ, red) ảnh Sentinel – 2A ngày 08/10/2015 ............ 51
Hình 3.1 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 9, tháng 11 năm
2014 ................................................................................................................. 66
Hình 3.2 Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Đáy tháng 9, tháng 11 năm
2015 ................................................................................................................. 67
Hình 3.3 Kết quả đánh giá độ chính xác của các phương pháp nội suy đối với
thông số TSS ................................................................................................... 71
Hình 3.4 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 9, 11 năm 2014 .................. 72
Hình 3.5 Bản đồ phân bố hàm lượng TSS tháng 9, 11 năm 2015 .................. 73
Hình 3.6 Kết quả xác định chỉ số NSMI từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A ........... 76
Hình 3.7 Kết quả xác định chỉ số độ đục từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A .......... 76
Hình 3.8 Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng chất lơ lửng trên cơ sở chỉ số
NSMI xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A .................................................. 77
Hình 3.9 Kết quả đánh giá phân bố độ đục trên cơ sở chỉ số độ đục xác định
từ ảnh vệ tinh Sentinel – 2A ............................................................................ 78

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận văn
Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường, là yếu tố đặc

biệt quan trọng bảo đảm thực hiện thành công các chiến lược, quy hoạch, kế
hoạch phát triển kinh tế, xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia [5].
Trong thời gian vừa qua, do sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế đất nước đã
dẫn đến nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm và quan trọng này đang phải
đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt, đặc biệt là tài nguyên nước mặt.
Sông Đáy là một con sông lớn ở miền Bắc nước ta, chảy qua các tỉnh
thành Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định với dòng chảy gần song
song bên hữu ngạn hạ lưu sông Hồng. Sông Đáy có chiều dài khoảng 240 km
và lưu vực (cùng với phụ lưu sông Nhuệ) hơn 7500 km2, ngoài chức năng cơ
bản thoát lũ từ thượng nguồn còn có vai trò quan trọng trong cấp nước phục
vụ các hoạt động kinh tế - xã hội cho toàn khu vực. Tuy nhiên trong những
năm gần đây tình trạng ô nhiễm nước sông ngày càng tăng, đe dọa nghiêm
trọng đến khả năng cấp và thoát nước phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội.
Ngày nay, có rất nhiều giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nước sông
đã được đưa ra như ban hành các văn bản pháp luật kèm theo các chế tài hợp
lý, thành lập các Ủy ban Bảo vệ Môi trường Lưu vực sông, áp dụng các công
cụ kinh tế như thu phí nước thải, lập quỹ Bảo vệ Môi trường, xây dựng các
chương trình quan trắc, giám sát môi trường lưu vực sông… Tuy nhiên, các
giải pháp hiện nay vẫn chưa đạt được hiệu quả như mong đợi. Ô nhiễm nước
tại lưu vực sông Đáy vẫn đang là vấn đề nan giải đối với các nhà quản lý và
ngày càng nhức nhối đối với cộng đồng, đối tượng chịu tác động trực tiếp từ
vấn đề này. Với mục tiêu đặt ra là tiến tới phát triển tổng hợp và bền vững lưu
vực sông, sự phối hợp và chia sẻ thông tin giữa các ngành, các địa phương là
điều hết sức cần thiết.
1


Thiết nghĩ, việc tạo ra một công cụ hỗ trợ cho quản lý môi trường dựa
trên hệ thống thông tin địa lý cấp cao, tạo môi trường giao tiếp gần gũi, giúp
cộng đồng dễ dàng tiếp cận và theo dõi chất lượng môi trường, tăng mức độ

xã hội hóa công tác bảo vệ môi trường theo chủ trương của Nhà nước là hết
sức cần thiết.
Trước đây, ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới, để đánh giá mức độ
ô nhiễm nước mặt thường dựa vào việc phân tích các thông số chất lượng
nước riêng biệt, sau đó so sánh giá trị từng thông số đó với giá trị giới hạn
được quy định trong các tiêu chuẩn/quy chuẩn trong nước hoặc quốc tế. Tuy
nhiên, cách làm này có rất nhiều hạn chế do việc đánh giá từng thông số riêng
rẽ không nói lên diễn biến chất lượng tổng quát của nước mặt. Để khắc phục
khó khăn trên, cần phải có một hoặc một hệ thống chỉ số cho phép lượng hóa
được chất lượng nước. Một trong các chỉ số chất lượng nước được ứng dụng
rộng rãi và mang lại hiệu quả nhất trong đánh giá chất lượng nguồn nước trên
thế giới là chỉ số chất lượng nước WQI (Water Quality Index). Chỉ số WQI
được đề xuất vào những năm 70 thế kỷ trước dựa trên các thông số quan trắc
chất lượng nước. Đây được xem là phương pháp chuẩn ở nhiều quốc gia trong
đánh giá chất lượng môi trường nước mặt.
Phương pháp đánh giá chất lượng nước mặt dựa trên các thông số chất
lượng nước ở các trạm quan trắc mặc dù có nhiều ưu điểm, tuy nhiên phương
pháp này cũng có nhược điểm khi không thể thực hiện với khu vực có quy mô
lớn do tốn kém nhiều thời gian, chi phí, và trên thực tế cũng không thể tiến
hành quan trắc với mật độ dày đặc. Những nhược điểm này có thể khắc phục
khi kết hợp với công nghệ GIS và viễn thám.
Ứng dụng công nghệ GIS, viễn thám và chỉ số WQI trong đánh giá chất
lượng nước đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới và thu được những
kết quả khả quan. Công nghệ GIS với những ưu điểm vượt trội so với các
2


phương pháp nghiên cứu truyền thống như khả năng phân tích không gian,
chồng xếp lớp, nội suy bề mặt...là một công cụ mạnh trong thành lập bản đồ
chất lượng nước có chi phí thấp, cho được bộ số liệu trong tính toán định

lượng trên toàn khu vực. Trong khi đó, công nghệ viễn thám với diện tích phủ
trùm rộng, thời gian cập nhật nhanh chóng và dải phổ đa dạng có thể kết hợp
hiệu quả với GIS trong nghiên cứu ô nhiễm môi trường nước.
Từ những phân tích trên cho thấy, việc ứng dụng công nghệ GIS và
viễn thám kết hợp chỉ số chất lượng nước WQI trong bảo vệ môi trường các
lưu vực sông được triển khai trong thực tiễn vừa đóng góp không nhỏ cho
việc cải thiện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đưa ra được những giải pháp
cho công tác bảo vệ môi trường tại các lưu vực sông. Trên cơ sở đó, đề tài
“Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám để đánh giá chất lượng nước
sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015” được chọn thực hiện, nhằm góp thêm một
hướng ứng dụng công nghệ mới phục vụ quản lý chất lượng môi trường nước.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015
bằng công nghệ GIS, viễn thám.
3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu trên, trong đề tài nghiên cứu các nội dung chính
sau:
 Thu thập, tổng hợp số liệu quan trắc, ảnh viễn thám lưu vực nước sông
Đáy giai đoạn 2014 – 2015;
 Đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015;
 Ứng dụng công cụ GIS và viễn thám thành lập bản đồ đánh giá chất
lượng nước sông Đáy giai đoạn 2014 – 2015;
 Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước sông Đáy.

3


CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường nước
Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý - hóa

học - sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho
nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật, làm giảm độ đa dạng
sinh học trong nước. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô
nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất.
Hiến chương châu Âu định nghĩa về nước: “Ô nhiễm nước là sự biến đổi
nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây
nguy hiểm cho con người, cho nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho
động vật nuôi và các loài hoang dã” [2].
Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô
nhiễm: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, sinh học, ô nhiễm bởi các
tác nhân vật lý.
1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm nước mặt ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam, tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh
và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước
trong vùng lãnh thổ. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng
nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các
thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi
trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô nhiễm nước
do sản xuất công nghiệp là rất nặng; ở ngành công nghiệp dệt may, ngành
công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11;
chỉ số nhu cầu ô xy sinh hoá (BOD), nhu cầu ô xy hoá học (COD) có thể lên
đến 700mg/1 và 2.500mg/1; hàm lượng chất rắn lơ lửng... cao gấp nhiều lần
giới hạn cho phép [1].

4


Ở thành phố Thái Nguyên, tổng lượng nước thải công nghiệp từ các cơ
sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than chiếm
khoảng 15% lưu lượng nước sông Cầu; nước thải sản xuất giấy có màu nâu,

mùi khó chịu, giá trị pH từ 8,4-9, hàm lượng NH4+ là 4mg/1, hàm lượng chất
hữu cơ cao,... [1]
Khảo sát một số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhôm, chì, giấy, dệt
nhuộm ở Bắc Ninh cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m3/ngày không
qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực.
Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà
Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt
không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông,
hồ, kênh, mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước
thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước
thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không được thu gom hết… là
những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước.
Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như
Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt cũng
không được xử lý ô nhiễm, nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá
tiểu chuẩn cho phép (TCCP), các thông số chất lơ lửng (SS), BOD, COD, DO
đều vượt từ 5-10 lần, thậm chí 20 lần TCCP [1].
Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông
nghiệp, hiện nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn,
phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấm
xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt
hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn, số vi khuẩn FecalColiform trung bình biến đổi từ 1.500 -

5


3.500MNP/100ml ở các vùng ven sông Tiền và sông Hậu, tăng lên tới 3.800 12.500MNP/100ml ở các kênh tưới tiêu [1].
Trong sản xuất nông nghiệp, do lạm dụng các loại thuốc BVTV, các
nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi

trường nước và sức khoẻ người dân.
Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng diện
tích mặt nước sử dụng cho nuôi trồng thủy sản đến năm 2012 của cả nước là
1.059.000 ha [1].
Do hoạt động nuôi trồng thuỷ sản một cách ồ ạt, thiếu quy hoạch,
không tuân theo quy trình kỹ thuật nên gây ra nhiều tác động tiêu cực tới môi
trường nước. Cùng với việc sử dụng nhiều và không đúng cách các loại hoá
chất trong nuôi trồng thuỷ sản, các thức ăn dư lắng xuống đáy ao, hồ, lòng
sông làm cho môi trường nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ, làm phát triển một
số loài sinh vật gây bệnh và xuất hiện một số tảo độc; thậm chí đã có dấu hiệu
xuất hiện thủy triều đỏ ở một số vùng ven biển Việt Nam.
Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến tình trạng ô
nhiễm môi trường nước, như sự gia tăng dân số, cơ sở hạ tầng yếu kém, lạc
hậu, nhận thức của người dân về vấn đề môi trường còn chưa cao… Đáng chú
ý là sự bất cập trong hoạt động quản lý, bảo vệ môi trường. Nhận thức của
nhiều cấp chính quyền, cơ quan quản lý, tổ chức và cá nhân có trách nhiệm về
nhiệm vụ bảo vệ môi trường nước chưa sâu sắc và đầy đủ; chưa thấy rõ ô
nhiễm môi trường nước là loại ô nhiễm gây nguy hiểm trực tiếp, hàng ngày và
khó khắc phục đối với đời sống con người cũng như sự phát triển bền vững
của đất nước.
1.1.2 Hiện trạng chất lượng nước sông Đáy những năm gần đây
Hiện nay, tình trạng ô nhiễm nước lưu vực sông Đáy ngày càng trở nên
nghiêm trọng: Nước sông chịu tác động rất lớn của nước thải công nghiệp,
6


sinh hoạt,… Theo báo cáo quan trắc thường niên của các đơn vị quản lý, tại
một số điểm trên sông, hàm lượng chất hữu cơ trong nước cao, giá trị COD
vượt quá giới hạn cho phép chất lượng nước mặt loại A từ 2-3 lần trong khi
giá trị BOD5 vượt quá giới hạn này từ 4-6 lần, hàm lượng DO rất thấp chỉ đạt

2,89 mg/l [12].
Tại Hội nghị Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy
lần thứ 8 diễn ra tại Hòa Bình tháng 1/2017 vừa qua, báo cáo đánh giá hiện
trạng chất lượng nước giai đoạn 2015 - 2016 tại lưu vực này vẫn chưa được
cải thiện rõ rệt. Tình trạng ô nhiễm nước thải công nghiệp vẫn diễn biến phức
tạp; công tác phối hợp giữa các địa phương chưa thực sự đồng bộ và hiệu
quả…[3]
Theo kết quả phân tích của Trung tâm Quan trắc Môi trường thuộc
Tổng cục Môi trường, tổng số đoạn sông được đánh giá phù hợp cho các mục
đích tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản gồm 14 đoạn (các đoạn sông chảy qua Hà
Nội, Hà Nam, Ninh Bình - Nam Định và đoạn hợp lưu sông Đào đến hợp lưu
sông Ân). Tuy vậy, nhìn chung chất lượng nước sông Đáy cũng bị suy giảm,
nhất là ở đoạn thượng lưu thuộc khu vực cầu Mai Lĩnh, bởi tiếp nhận nước
thải từ các quận, huyện: Đan Phượng, Quốc Oai, Hoài Đức, Chương Mỹ. Các
nhánh sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy tại thời điểm quan trắc tháng
7/2016, chất lượng nước còn tương đối tốt, phần lớn các điểm có giá trị WQI
nằm trong khoảng 50-75, có thể sử dụng cho mục đích tưới tiêu và nuôi trồng
thủy sản [3].
Chất lượng nước của các con sông nội thành Hà Nội thuộc lưu vực
sông Nhuệ - Đáy rất kém, giá trị các thông số qua các đợt quan trắc đều vượt
quy chuẩn cho phép nhiều lần. Chẳng hạn giá trị DO tại các điểm trên sông
Tô Lịch (Nghĩa Đô, Cầu Mới), sông Lừ (Phương Liệt, Định Công), sông Sét
(cầu Sét), sông Kim Ngưu (Tựu Liệt) nằm trong khoảng 1-1,3mg/l. Hàm
7


lượng Amoni dao động từ 2,1-10,5mg/l... Nước sông Đáy ô nhiễm mang tính
cục bộ. Sông Đáy chủ yếu bị ô nhiễm hữu cơ ở từng đoạn sông với các mức
độ khác nhau. Càng về hạ lưu mức ô nhiễm trên sông Đáy có xu hướng giảm.
Hạ lưu sông Đáy (từ Kim Sơn - Ninh Bình ra cửa Đáy), do nguồn thải ở

thượng nguồn dồn về đã được pha loãng cộng với quá trình tự làm sạch của
dòng sông nên chất lượng nước ở hạ lưu sông Đáy được cải thiện so với các
đoạn trên [3].
1.1.3 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt
Ô nhiễm nguồn nước xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Do
tiếp nhận nhiều loại nguồn thải, môi trường nước mặt đang ở trong tình trạng
ô nhiễm tại nhiều nơi, tùy theo đặc trưng của từng khu vực khác nhau. Có 4
nguồn thải chính tác động đến môi trường nước mặt ở nước ta: nước thải
nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và y tế. Mức độ gia tăng các nguồn nước
thải hiện nay ngày càng lớn với quy mô mở rộng ở hầu hết các vùng miền
trong cả nước [1].
Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là một trong những nguyên nhân chính gây ô
nhiễm nguồn nước mặt. Nước thải sinh hoạt chiếm trên 30% tổng lượng thải
trực tiếp ra các sông hồ, hay kênh rạch dẫn ra sông [1].

8


Hình 1.1 Tỷ lệ giữa các vùng về tổng lượng các chất ô nhiễm trong nước
thải sinh hoạt
Nguồn: Báo cáo môi trường quốc gia 2012
Lượng nước thải sinh hoạt đổ ra các hệ thống sông, hồ hàng năm đều
tăng do tốc độ đô thị hóa cao. Mức đô thị hóa diễn ra với tốc độ nhanh chóng,
năm 1990 cả nước có 550 đô thị, trong khi đó đến tháng 6 năm 2012 đã là 758
đô thị. Ngay cả ở khu vực nông thôn, lượng nước thải sinh hoạt chiếm tỉ lệ rất
lớn và tăng nhanh qua từng năm. Trong khi đó, phần lớn các đô thị ở Việt
Nam đều chưa có nhà máy xử lý nước thải tập trung, hoặc đã xây dựng nhưng
chưa đi vào hoạt động cũng như hoạt động không có hiệu quả, khiến tình
trạng ô nhiễm nguồn nước mặt do nước thải sinh hoạt càng thêm trầm trọng

[1].
Nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp,
tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải. Hàm lượng nước thải của các ngành
công nghiệp này có chứa xyanua (CN-), H2S, NH4+ vượt hàng chục lần tiêu
chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước mặt trong vùng
9


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

lượng các bệnh viện và cơ sở y tế. Ô nhiễm nguồn nước mặt do nước thải, rác
thải y tế đang là một vấn đề gây bức xúc ở nhiều địa phương ở Việt Nam [1].
Nước thải nông nghiệp
Các hoạt động chăn nuôi gia súc; phân, nước tiểu gia súc, thức ăn thừa
không qua xử lý đưa vào môi trường và các hoạt động sản xuất nông nghiệp

10


khác; thuốc trừ sâu, phân bón từ các ruộng lúa, dưa, vườn cây, rau chứa các
chất hóa học độc hại có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt [1].
1.2 Tổng quan về GIS và viễn thám
1.2.1 Tổng quan về GIS
Khái niệm cơ bản
GIS (Geographical Information System) là hệ thống chuyên làm việc với
dữ liệu địa lý. Cho đến nay, nhiều định nghĩa về GIS theo cấu trúc và chức
năng đã và đang được sử dụng. Tuy nhiên, cách định nghĩa theo chức năng
đang được sử dụng phổ biến hơn. Theo chức năng, GIS là một hệ thống nhằm
thu thập, lưu trữ, truy vấn, tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu
không gian. Với khả năng lưu trữ, xử lý và phân tích không gian mạnh, GIS
đang trở thành một công cụ hết sức hiệu quả trong nghiên cứu, quản lý tài
nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường [10].
Các thành phần của GIS [10]
Một hệ thống GIS hoàn chỉnh thường bao gồm 5 thành phần chính, bao
gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp và con người (hình 1.2).

Hình 1.2 Các thành phần của GIS
11

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

12


Hình 1.3 Mô tả các chức năng của GIS

Chức năng thu thập dữ liệu là khả năng của hệ thống GIS cho phép nhập
dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau như từ bản đồ giấy, số liệu bảng tọa độ, dữ
liệu ảnh vệ tinh, dữ liệu từ hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Hơn nữa, các dữ
liệu được lưu trữ theo một định dạng dữ liệu từ một phần mềm có thể nhập vào
các hệ phần mềm khác. Ví dụ, phần mềm ArcGIS cho phép nhập dữ liệu từ các
phần mềm Mapinfo, MicroStation, IDRISI và nhiều phần mềm GIS mã nguồn
mở.
Chức năng lưu trữ dữ liệu của hệ thống GIS hỗ trợ lưu dữ liệu cả dạng
cấu trúc dữ liệu Vector và cấu trúc dữ liệu Raster. Khả năng lưu trữ dữ liệu của
các hệ GIS cho phép xây dựng các ngân hàng dữ liệu không gian phục vụ công
tác quản lý tài nguyên và môi trường. Cơ sở dữ liệu lớp phủ thực vật, cơ sở dữ
liệu bản đồ đất, cơ sở dữ liệu địa chính là những ví dụ hữu ích về khả năng của
GIS trong lưu trữ dữ liệu phục vụ quản lý chuyên ngành quản lý tài nguyên.
Chức năng truy vấn dữ liệu là chức năng cơ bản nhất của tất cả các phần
mềm GIS. Nhiều hệ thống GIS tích hợp cả hệ quản trị cơ sở dữ liệu bên trong
nó dựa trên mô hình dữ liệu quan hệ như phần mềm ArcGIS, IDRISI để giúp tổ

13


chức thông tin của một hệ GIS. Dữ liệu được tổ chức theo mô hình dữ liệu
quan hệ này cho phép truy vấn thông tin của các đối tượng riêng biệt cũng như
theo các điều kiện nào đó theo giá trị thuộc tính hoặc không gian địa lý.
Chức năng phân tích dữ liệu là nhóm chức năng quan trọng của các hệ
phần mềm GIS, đặc biệt trong phân tích dữ liệu không gian. Hầu hết các hệ
thống GIS đều cung cấp các công cụ phân tích không gian cơ bản như hiển thị
dữ liệu, phân tích liền kề, chồng xếp bản đồ, phân tích mạng lưới. Tuy nhiên,
một số phần mềm GIS thương mại hiện nay tích hợp rất nhiều các thuật toán,
các mô hình tính toán cho phép phân tích dữ liệu không gian. Người sử dụng
chỉ việc lựa chọn thuật toán phù hợp với lĩnh vực ứng dụng cụ thể. Ví dụ, hệ

phần mềm IDRISI tích hợp các thuật toán thống kê, các mô hình phân tích đa
biến, các thuật toán cho đánh giá và quy hoạch sử dụng đất, các thuật toán và
mô hình giúp mô hình hóa chuyển đổi sử dụng đất và mô hình hóa các xu
hướng biến đổi khí hậu Trái đất.
Chức năng hiển thị dữ liệu của các hệ thống GIS là khả năng cho phép
hiển thị dữ liệu dưới nhiều dạng khác nhau như bản đồ, biểu đồ hoặc các báo
cáo.
Chức năng xuất dữ liệu là khả năng của hệ thống GIS cho phép xuất dữ
liệu được xuất dưới dạng bản đồ giấy, ảnh, tài liệu bản đồ hoặc qua mạng
Internet.
Phương pháp ứng dụng công nghệ GIS
Ô nhiễm nước được đánh giá thông qua việc sử dụng số liệu thu được
từ trạm quan trắc. Mặc dù vậy, các số liệu đo đạc này chỉ có thể đánh giá
được chất lượng nước cục bộ xung quanh điểm đo. Công nghệ GIS với khả
năng phân tích không gian mạnh, trong đó có khả năng nội suy bề mặt có thể
sử dụng hiệu quả nhằm xây dựng bản đồ phân bố hàm lượng các thông số
chất lượng nước từ kết quả đã biết ở các vị trí lấy mẫu.
14


Có nhiều phương pháp nội suy bề mặt như IDW, Kriging, Spline…có
thể sử dụng hiệu quả trong nội suy nhằm thành lập bản đồ phân bố các thông
số chất lượng nước. Trong các phần mềm GIS thông dụng hiện nay như
AcrGIS, MapInfo, MicroStation…đều cung cấp các công cụ nội suy không
gian phục vụ công tác thành lập bản đồ.
Nội suy không gian là quá trình tính toán của các điểm chưa biết từ
điểm đã biết trên miền bao đóng của tập giá trị đã biết rằng một phương pháp
hay hàm toán học nào đó. Hiện nay, có nhiều thuật toán nội suy khác nhau,
nhưng mỗi thuật toán có điểm mạnh riêng.
Trong Arcgis 10.1, cung cấp một số phép nội suy như: IDW, Kriging,

Spline, Trend, Natural Neighbor.
Trong đó, ba phép nội suy phổ biến là IDW, Spline và Kriging.
Nội suy giá trị trung bình trọng số (IDW)
Phương pháp IDW xác định các giá trị cell bằng cách tính trung bình
các giá trị của các điểm mẫu trong vùng lân cận của mỗi cell. Điểm càng gần
điểm trung tâm (mà ta đang xác định) thì càng có ảnh hưởng nhiều hơn. IDW
là phương pháp nội suy có tốc độ tính toán nhanh và dễ thực hiện và có thể
được sử dụng hiệu quả khi có một tập hợp các điểm dày đặc, phân bố rộng
khắp trên bề mặt tính toán.

15