Ứng dụng GIS và phương pháp nội suy không gian xây dựng bản đồ chất lượng nước suối nậm pàn chảy qua địa phận mai sơn tỉnh sơn la

Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến
nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cơ, gia đình
và bạn bè. Em xin gửi đến q Thầy cô Khoa
trường – Trường Đại Học Lâm

ghi p Hà

uản lý tài nguy n rừng và mơi
i lịng biết ơn sâu sắc nhất. Thầy

cô với tri thức và tâm huyết của mình đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho
chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
G .T

guy n Hải Hòa, người trực tiếp hướng dẫn và góp ý cho em

trong suốt q trình làm khóa luận. Cảm ơn thầy đã tận tình ch bảo và h trợ em
trong suốt thời gian qua.
Ban Giám đốc và tập thể cán b phịng

uan trắc, Phân tích mơi trường

tại Trung tâm quan trắc tài nguy n và môi trường t nh ơn a đã tạo điều ki n
giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập.
Đ c bi t, xin gửi lời cảm ơn đến anh

guy n Thanh Hưng cán b công

tác tại Trung tâm quan trắc môi trường t nh ơn a đã trao đổi kiến thức, kinh
nghi m quý báu cũng như chia sẻ tài li u, dữ li u để em hồn thành tốt bản khóa

luận này.
M c dù đã n lực hết mình, nhưng với khả năng, kiến thức cịn hạn chế
khơng thể tránh khỏi những sai sót trong q trình thực hi n khóa luận này. Em
kính mong q thầy cơ ch dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thi n vốn kiến
thức của mình và thành cơng trong cu c sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà N i, 15 tháng 6 năm 2018
Sinh viên
guy n Tuấn hương

i


ỜI C

........................................................................................................ i

C

C ............................................................................................................. ii

H

CH

H ............................................................................................. vi

H

C TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. vii

ĐẶT VẤ ĐỀ .................................................................................................... viii
HẦ I TỔ G U
VẤ ĐỀ GHIÊ CỨU ............................................... 1
1.1. Tổng quan về GI (Geographic Information ystems) ................................. 1
1.1.1. hái ni m h thống thông tin đ a lý GI .................................................... 1
1.1.2. Các thành phần và chức năng của GI ........................................................ 1
1.1.3. Giới thi u chung về rcGI ....................................................................... 2
1.1.4. Thuật toán n i suy ....................................................................................... 4
1.2. Tổng quan về chất lượng nước....................................................................... 6
1.2.1. hái ni m .................................................................................................... 7
1.2.2. Thông số chất lượng nước ........................................................................... 7
1.3. Tổng quan vấn đề nghi n cứu ........................................................................ 9
1.3.1. Tr n thế giới ................................................................................................ 9
1.3.2. Tại Vi t am ............................................................................................. 11
1.4. Tính cấp thiết của đề tài tại khu vực nghi n cứu ......................................... 12
HẦ II
2.1.
2.1.1.
2.1.2.

C TIÊU, ỘI U G VÀ HƯ

G HÁ

GHIÊ CỨU ...... 14

ục ti u nghi n cứu ..................................................................................... 14
ục ti u chung .......................................................................................... 14
ục ti u cụ thể .......................................................................................... 14

2.2. hạm vi nghi n cứu ...................................................................................... 14
2.3.

i dung nghi n cứu .................................................................................... 14

2.3.1. ghi n cứu thực trạng và hoạt đ ng quản lý chất lượng môi trường nước
suối ậm àn huy n ai ơn, t nh ơn a ........................................................ 14
2.3.2. ghi n cứu xây dựng bản đồ xây dựng chất lượng nước khu vực nghi n
cứu ....................................................................................................................... 14
2.3.3. ghi n cứu nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước suối ậm àn huy n
ai ơn, t nh ơn a .......................................................................................... 15
2.3.4. ghi n cứu đề xuất giải pháp nâng cao hi u quả công tác quản lý chất
lượng nước tại khu vực nghi n cứu..................................................................... 15
2.4. hương pháp nghi n cứu .............................................................................. 16

ii


2.4.1. Thực trạng và hoạt đ ng quản lý chất lượng môi trường nước suối ậm
àn huy n ai ơn, t nh ơn a ........................................................................ 16
2.4.2. Xây dựng bản đồ chất lượng nước khu vực nghi n cứu ........................... 22
2.4.3. Đánh giá nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước suối ậm àn huy n
ai ơn, t nh ơn a .......................................................................................... 23
2.4.4. Đề xuất giải pháp nâng cao hi u quả công tác quản lý chất lượng nước tại
khu vực nghi n cứu. ............................................................................................ 23
HẦ III ĐẶC ĐIỂ ĐIỀU IỆ TỰ HIÊ , I H TẾ XÃ HỘI HU VỰC
GHIÊ CỨU .................................................................................................... 24
3.1. Điều ki n tự nhi n ........................................................................................ 24
3.1.1. V trí đ a lý ................................................................................................ 24

3.1.2. Các nguồn tài nguy n ................................................................................ 26
3.2. Điều ki n kinh tế - xã h i ............................................................................. 29
3.2.1.

nh vực kinh tế ........................................................................................ 29

3.2.2.

nh vực văn hóa - xã h i ......................................................................... 36

HẦ IV ẾT U

GHIÊ CỨU VÀ TH O UẬ ................................. 41

4.1. Thực trạng và hoạt đ ng quản lý chất lượng môi trường nước suối ậm àn
huy n ai ơn, t nh ơn a ............................................................................... 41
4.1.1. Thực trạng chất lượng nước suối ậm àn .............................................. 47
4.2. Xây dựng bản đồ chất lượng nước khu vực suối ậm àn, huy n ai ơn.
............................................................................................................................. 63
4.2.1. Giá tr

O .................................................................................................. 63

4.2.2. Giá tr T

................................................................................................. 64

4.2.3. Giá tr đ đục ............................................................................................. 65
4.2.4. Giá tr CO ............................................................................................... 66
4.2.5. Giá tr O 5 .............................................................................................. 67

4.2.6. Giá tr

-NH4 ............................................................................................ 68

4.2.7. Giá tr

-PO4.............................................................................................. 69

4.2.8. Giá tr Coliform ......................................................................................... 70
4.2.9. ản đồ phân cấp chất lượng nước theo giá tr W I ................................. 71
4.3. Xác đ nh nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước suối ậm àn, huy n ai
ơn, t nh ơn a .................................................................................................. 73
4.4. Đề xuất giải pháp nâng cao hi u quả công tác quản lý chất lượng nước tại
khu vực nghi n cứu ............................................................................................. 77
4.4.1. Các bi n pháp giảm thiểu ô nhi m từ nguồn thải ..................................... 77
4.4.2. Tăng cường nguồn lực cho công tác quản lý ............................................ 79
4.4.3. Đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng, trang thiết b ........................................... 81
iii


4.4.4. Thực hi n các công tác quản lý môi trường nước m t suối
HẦ V ẾT UẬ , T

T I VÀ IẾ

m àn ...... 82

GH ........................................... 86

5.1. ết luận ........................................................................................................ 86

5.2. Tồn tại........................................................................................................... 87
5.3. iến ngh ...................................................................................................... 87

iv


ng
ng

Giá tr các thông số môi trường theo CV .
ngh a của giá tr W I.

ng

: V trí lấy mẫu nước tại suối ậm àn.

ng

: ết quả phỏng vấn người dân xung quanh đ a phận suối ậm àn.

ng

ố li u quan trắc chất lượng nước suối ậm àn năm 2017 (Đợt 3

quý 4).
ng

ết quả giá tr W I tại các v trí quan trắc năm 2017.

ng

ố li u quan trắc chất lượng nước suối ậm àn năm 2018.

ng

ết quả giá tr W I tại các v trí quan trắc năm 2018.

ng

: o sánh giá tr ch ti u O giữa phương pháp n i suy và phân tích tại

phịng thí nghi m.
ng

: o sánh giá tr ch ti u T

giữa phương pháp n i suy và phân tích tại

phịng thí nghi m.
ng

: o sánh giá tr ch ti u đ đục giữa phương pháp n i suy và phân tích

tại phịng thí nghi m.
ng

: o sánh giá tr ch ti u CO giữa phương pháp n i suy và phân tích

tại phịng thí nghi m.
ng

: o sánh giá tr ch ti u O

5

giữa phương pháp n i suy và phân tích

tại phịng thí nghi m.
ng

: o sánh giá tr ch ti u -NH4 giữa phương pháp n i suy và phân

tích tại phịng thí nghi m.
ng

: o sánh giá tr ch ti u -PO4 giữa phương pháp n i suy và phân tích

tại phịng thí nghi m.
ng

: o sánh giá tr ch ti u Coliform giữa phương pháp n i suy và phân

tích tại phịng thí nghi m.
v


nh

:

nh

: ản đồ v trí lấy mẫu nước tại suối ậm àn, H. ai ơn, T. ơn a.

nh

: ản đồ n i suy giá tr

nh

: ản đồ n i suy giá tr T

nh

: ản đồ n i suy giá tr đ đục.

nh

: ản đồ n i suy giá tr CO .

nh

: ản đồ n i suy giá tr

O

nh

: ản đồ n i suy giá tr

-NH4.

nh

: ản đồ n i suy giá tr

-PO4.

nh

: ản đồ n i suy giá tr Coliform.

nh

ối quan h giữa mức đ ảnh hưởng và khoảng cách

O.
.

5.

: ản đồ phân cấp chất lượng nước suối ậm àn theo ch số W I.

vi


TỪ V ẾT TẮT
CCN

:

Cụm Công nghi p

CN

:

Công nghiêp

COD

:

CTNH

:

BOD

:

hu cầu oxy sinh học

BQL

:

an quản lý

BTNMT

:

Tài nguy n

BVTV

:

ảo v thực vật

BVMT

:

ảo v

BYT

:

DO

:

Hàm lượng oxy hịa tan

ĐT

:

Đánh giá tác đ ng mơi trường

GVHD

:

Giáo vi n hướng dẫn

G &ĐT

:

Giáo dục và đào tạo

HĐ

:

H i đồng nhân dân

KCN

:

hu công nghi p

KHCN

:

hoa học công ngh

Đ

:

gh đ nh

QCCP

:

Quy chuẩn cho phép

QCVN

:

uy chuẩn Vi t am

TSS

:

Tổng các chất rắn lơ lửng

TNMT

:

Tài nguy n

TNNM

:

Tài nguy n nước m t

TT

:

Th trấn

UBND

:

Ủy an nhân dân

SXSH

:

XLNT

:

WHO :

hu cầu oxy hóa học
Chất thải nguy hại

ôi trường

ôi trường

Y tế

ôi trường

ản xuất sạch hơn
Xử lý nước thải

Tổ chức Y tế Thế giớ
vii


ĐẶT VẤ ĐỀ
Hi n nay, nước ta là m t nước đang phát triển vì vậy ngồi vi c đẩy mạnh
phát triển kinh tế thì vi c bảo v mơi trường cũng đang là vấn đề mà nhà nước ta
quan tâm.

guồn nước là nhân tố quan trọng trong môi trường, do vậy công tác

bảo v môi trường cần chú trọng tới bảo v nguồn nước. Ô nhi m nước hay nói
khác là sự biến đổi chất lượng nước, làm nhi m bẩn nước và gây nguy hiểm cho
con người, sinh vật và hoạt đ ng sản xuất công nghi p, nơng nghi p. Ơ nhi m
nước có nguồn gốc tự nhi n và nguồn gốc nhân tạo.

Theo báo cáo của Trung tâm quan trắc T & T, ở T & T ơn a năm
2015 đã tổ chức quan trắc môi trường và kết quả cho thấy môi trường nước m t
cơ bản cũng có chất lượng khá tốt với nhiều sơng, suối, hồ nước có thể sử dụng
cho mục đích cấp nước sinh hoạt. ong, cục b tại m t số điểm như suối
àn (huy n

ai ơn), suối

u i (huy n Thuận Châu), suối

ậm a (T

ậm
ơn

a)… đã có dấu hi u b ô nhi m bởi chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, do sự tiếp
nhận nước thải sinh hoạt, sản xuất, kinh doanh của các khu dân cư. Chất lượng
môi trường nước dưới đất tại m t số v trí cũng có dấu hi u ơ nhi m bởi thủy
ngân, amoni, xianua… và ô nhi m vi sinh.

guy n nhân chủ yếu là do nước

dưới đất hầu hết lấy tại giếng nước của các h gia đình trong các khu dân cư.
Trong quá trình sinh hoạt hàng ngày, nguồn nước này không được che đậy,
đường ống dẫn nước không được v sinh n n d nhi m khuẩn.
Với m t đ a bàn r ng như huy n

ai ơn và suối ậm àn lại có chiều dài

khá lớn l n tới cỡ 90km thì cơng tác quản lý tuy khó nhưng với sự quyết li t từ

những cơ quan có thẩm quyền đã phần nào hạn chế mức đ ô nhi m như xử phạt
nghi m khắc các trường hợp gây ơ nhi m... Tuy nhi n vẫn cịn m t số hạn chế
trong công tác quản lý n n m t số cá nhân hay tập thể lợi dụng xả thải trực tiếp
mà không qua xử lý khiến cho nguồn nước b ô nhi m.
gày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, với ưu điểm là đánh giá
chất lượng nước m t cách nhanh chóng thì cơng ngh GI và thuật tốn n i suy
sử dụng phần mềm rcGI và các thuật toán n i suy I W để n i suy các thông
viii


số chất lượng nước (T

, pH, đ

đục,

O, CO ,

O , N-NH4, P-PO4,

Coliform) sẽ giúp ta d dàng quản lý môi trường và nguồn nước m t cách tồn
di n.
o đó, đề tài “Ứng dụng

S và phương pháp nội suy không gian xây

dựng b n đồ chất lượng nước suối
tỉnh Sơn

ậm Pàn ch y qua địa phận

ai Sơn,

a” nhằm làm tiền đề cho vi c xem xét, giải quyết các vấn đề môi

trường, làm cơ sở để đề ra các bi n pháp cải thi n chất lượng nước và nâng cao
hi u quả công tác quản lý môi trường nước suối ậm àn nói ri ng và nước m t
đ a bàn t nh ơn a nói chung.

ix


TỔ

QU

P Ầ
VẤ ĐỀ

Ê

ỨU

1.1. Tổng quan v
S eographic nformation Systems
1.1.1. hái ni m h thống thơng tin địa l
S
Có nhiều quan ni m khác nhau khi đ nh ngh a h thống thông tin đ a lý:
"H thông tin đ a lý là m t h thống thông tin bao gồm m t số h con
(subsystem) có khả năng biến đổi các dữ li u đ a lý thành những thông tin có

ích" – theo đ nh ngh a của Calkin và Tomlinson, 1977.
"H thông tin đ a lý là m t h thống quản tr cơ sở dữ li u bằng máy tính
để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển th không gian" (theo đ nh ngh a của
National Center for Geographic Information and Analysis, 1988).
Theo đ nh ngh a của E RI (Environmental ystem Research Institute)
thì “H thơng tin đ a lý là m t tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần
mềm máy tính, dữ li u đ a lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm
bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”.
Cho đến nay, đ nh ngh a được nhiều người sử dụng nhất là: h thống
thông tin đ a lý là m t h thống kết hợp giữa con người và h thống máy tính
cùng các thiết b ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển th các thơng tin đ a
lý để phục vụ m t mục đích nghi n cứu nhất đ nh.
1.1.2. ác thành phần và ch c n ng c a

S

Các thành phần của GI
t h thống GI gồm có 5 thành phần cơ bản sau:
1. hần cứng.
2. hần mềm.
3. Con người.
4. ữ li u.
5.

Các

quy
1

trình.

-

ác ch c n ng c a

S

ất kỳ m t h thống thông tin đ a lý nào cũng phải có sáu chức năng cơ
bản để giải quyết hi u quả các vấn đề trong thế giới thực. áu chức năng đó là:
• Thu thập dữ li u.
• ưu trữ dữ li u.
• Truy vấn dữ li u.
• hân tích dữ li u.
• Hiển th dữ li u.
• Xuất dữ li u
Thu thập dữ li u: ữ li u mô tả các đối tượng đ a lý được lưu trữ trong cơ
sở dữ li u đ a lý. Cơ sở dữ li u đ a lý là m t thành phần có chi phí xây dựng cao
và tồn trong m t thời gian dài cùng với h thống, vì vậy vi c thu thập dữ li u là
m t vấn đề hết sức quan trọng. àm thế nào để lấy dữ li u ch tồn tại tr n dạng
giấy vào cơ sở dữ li u?

ữ li u này ở dạng số nhưng khơng thể sử dụng được,

vậy nó ở đ nh dạng nào?

t h thống thông tin đ a lý phải cung cấp các

phương pháp để nhập dữ li u đ a lý (tọa đ ) và dữ li u dạng bảng (thu c tính).
H thống càng có nhiều phương pháp nhập dữ li u thì càng mềm dẻo và linh

đ ng.
ưu trữ dữ li u

0


Có hai mơ hình cơ bản được sử dụng để lưu trữ dữ li u đ a lý: vector và
raster.

t h thống thơng tin đ a lý cần phải có khả năng lưu trữ cả hai đ nh

dạng dữ li u này. Trong mơ hình dữ li u vector, đối tượng đ a lý được biểu di n
tương tự như cách chúng biểu di n tr n bản đồ (bằng các đối tượng điểm, đường
và vùng).

t h thống tọa đ x,y được sử dụng để xác đ nh v trí của các đối

tượng này trong thế giới thực.

ơ hình dữ li u raster biểu di n các đối tượng

bằng cách sử dụng m t lưới bao gồm nhiều ô. Các giá tr của các ơ sẽ mơ tả v
trí của các đối tượng.

ức đ chi tiết của đối tượng phụ thu c vào kích thước

của các ơ trong lưới. Đ nh dạng dữ li u raster rất phù hợp cho các bài tốn phân
tích khơng gian cũng như vi c lưu các dữ li u dạng ảnh.

ữ li u dạng raster

khơng thích hợp cho các ứng dụng như quản lý thửa đất vì ranh giới của các đối
tượng cần phải được phân bi t rõ ràng.
Truy vấn dữ li u:
t h thống GI phải có các cơng cụ để tìm ra các đối tượng cụ thể dựa
tr n v trí đ a lý ho c thu c tính của nó. Các truy vấn, thường được tạo ra bởi các
câu l nh ho c biểu thức logic, sẽ được sử dụng để chọn ra các đối tượng tr n bản
đồ và các bản ghi của chúng trong cơ sở dữ li u.

t truy vấn của m t h thống

GIS thông thường sẽ trả lời câu hỏi: Cái gì? Ở đâu? Trong kiểu truy vấn này,
người sử dụng biết đối tượng nằm ở v trí nào, và muốn biết các thu c tính của
nó. Điều này có thể được thực hi n trong h thống GI bởi vì đối tượng đ a lý
được thể hi n tr n bản đồ sẽ có li n kết với thơng tin thu c tính của nó lưu trong
cơ sở dữ li u.

t kiểu truy vấn khác của là tìm các v trí thỏa mãn m t số tính

chất nào đó. Trong trường hợp này, người sử dụng biết rõ các tính chất quan
trọng và muốn tìm xem những đối tượng nào có thu c tính đó.
hân tích dữ li u: hân tích đ a lý thường li n quan đến nhiều tập dữ li u
khác nhau và y u cầu m t quá trình nhiều bước để cho ra kết quả cuối cùng.

t

h thống GI phải có khả năng phân tích mối quan h khơng gian giữa các tập
dữ li u để trả lời câu hỏi và giải quyết vấn đề mà người sử dụng đ t ra.
phương pháp phân tích thơng tin đ a lý phổ biến là:

1

a


• hân tích gần kề xấp x : ử dụng thuật toán buffering để xác đ nh mối
quan h gần kề giữ các đối tượng.
• hân tích chồng xếp: ết hợp các đối tượng của hai lớp dữ li u để tạo ra
m t lớp mới, lớp kết quả này sẽ chứa đựng các thu c tính có trong cả hai lớp
gốc. ớp kết quả có thể được phân tích để tìm ra những đối tượng chồng phủ,
ho c để tìm ra mức đ m t đối tượng nằm trong m t vùng ho c nhiều vùng nào
đó là bao nhi u.
• hân tích mạng lưới: Để giải quyết các bài tốn như mạng lưới giao
thơng, mạng lưới thủy văn...
iển thị dữ li u
H thống GI cũng cần phải có các công cụ để hiển th các đối tượng đ a
lý sử dụng nhiều ký hi u khác nhau. Đối với nhiều loại phép tốn phân tích, kết
quả cuối cùng chính là bản đồ, đồ th ho c các báo cáo.
Xuất dữ li u
Hiển th kết quả là m t y u cầu bắt bu c của h thống GI . Vi c hiển th
được thực hi n bằng nhiều cách khác nhau. Càng nhiều dạng đầu ra mà GI có
thể đưa ra thì khả năng tiếp cận thơng tin và đối tượng chính xác càng cao.
ác phần m m GIS
ã nguồn mở: GI , GrassGI ,
hần mềm bản quyền: rcGI ,

ap Windows, SAGA GIS
apInfo

Web-GIS: GeoServer, MapGuide Open Source, Mapnik, MapServer

1.1.3.

iới thi u chung v

rc

S

rcGI là h thống GI hàng đầu hi n nay, cung cấp m t giải pháp toàn
di n từ thu thập/nhập số li u, ch nh lý, phân tích và phân phối thơng tin tr n
mạng Internet tới các cấp đ khác nhau như CSDL đ a lý cá nhân hay C

của

các doanh nghi p. Về m t công ngh , hi n nay các chuy n gia GI coi công
ngh E RI là m t giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hồn ch nh, có khả
năng khai thác hết các chức năng của GI tr n các ứng dụng khác nhau như:
desktop ( rcGI

esktop), máy chủ ( rcGI
2

erver), các ứng dụng Web


( rcI

, rcGI Online), ho c h thống thiết b di đ ng ( rc

)... và có khả

năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau.
rcGI

esktop (với phi n bản mới nhất là

rcGI 10) bao gồm những

công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thơng tin và xuất bản tạo n n
m t h thống thông tin đ a lý (GI ) hoàn ch nh, cho phép:
Tạo và ch nh sửa dữ li u tích hợp (dữ li u khơng gian tích hợp với dữ li u
thu c tính) - cho phép sử dụng nhiều loại đ nh dạng dữ li u khác nhau thậm chí
cả những dữ li u lấy từ Internet;
Truy vấn dữ li u không gian và dữ li u thu c tính từ nhiều nguồn và bằng
nhiều cách khác nhau;
Hiển th , truy vấn và phân tích dữ li u không gian kết hợp với dữ li u
thu c tính;
Thành lập bản đồ chuy n đề và các bản in có chất lượng trình bày chuy n
nghi p.
rcGI

estop là m t b phần mềm ứng dụng gồm:

ArcMap,
rcGlobe.

ArcCatalog,

ArcToolbox,

ModelBuilder,

ArcScene

và

hi sử dụng các ứng dụng này đồng thời, người sử dụng có thể thực

hi n được các bài tốn ứng dụng GI bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm
cả thành lập bản đồ, phân tích đ a lý, ch nh sửa và bi n tập dữ li u, quản lý dữ
li u, hiển th và xử lý dữ li u. hần mềm

rcGI

esktop được cung cấp cho

người dùng ở 1 trong 3 cấp bậc với mức đ chuy n sâu khác nhau là

rcView,

ArcEditor, ArcInfo:
rc ap là m t phần mềm quan trọng trong b

rcGI . rc ap cho phép

người sử dụng thực hi n các chức năng sau:
Hiển th trực quan: Thể hi n dữ li u theo sự phân bố không gian giúp
người dùng nhận biết được các quy luật phân bố của dữ li uc các mối quanh
không gian mà nếu sử dụng phương pháp truyền thống thì rất khó nhận biết.

3


Tạo lập bản đồ:

hằm giúp cho người sử dụng dể dàng xây dựng các bản

đồ chuy n đề để truyền tải thơng tin cần thiết m t cách nhanh chóngvà chuẩn
xác, rc ap cung cấp hàng loạt các công cụ để người dùng đưa dữ li u của họ
l n bản đồ, thể hi n, trình bày chúng sao cho có hi u quả và ấn tượng nhất.
Trợ giúp ra quyết đ nh: rc ap cung cấp cho người dùng các cơng cụ để
phân tích, xử lý dữ li u khơng gian, giúp cho người dùng dể dàng tìm được lời
giải đáp cho các câu hỏi như là “Ở đâu…?”, “Có bao nhi u…?”,… Các thơng
tin này sẽ giúp cho người dùng có những quyết đ nh nhanh chóng, chính xác
hơn về m t vấn đề cụ thể xuất phát từ thực tế mà cần phải được giải quyết.
Trình bày: ArcMap cho phép người dùng trình bày, hiển th kết quả công
vi c của họ m t cách d dàng.

gười dùng có thể xây dựng những bản đồ chất

lượng và tạo các hiển th tương tác để kết mối các báo cáo, đồ th , biểu đồ, bảng
biểu, bản vẽ, tranh ảnh và những thành phần khác với dữ li u của người dùng.
Họ có thể tìm kiếm, truy vấn thông tin đ a lý thông qua các công cụ xử lý dữ
li u rất mạnh và chuy n nghi p của rc ap.
hả năng tùy biến của chương trình: Môi trường tùy biến của

rc ap

cho phép người dùng tự tạo các giao di n phù hợp với mục đích, đối tượng sử
dụng, xây dựng những công cụ mới để thực hi n công vi c của người dùng m t

cách tự đ ng, ho c tạo những chương trình ứng dụng đ c lập thực thi tr n nền
tảng của rc ap.
1.1.4. Thuật toán nội suy
Các dữ li u n i suy có mối quan h khơng gian với nhau, tức là các điểm
gần nhau thì “giống” nhau nhiều hơn so với những điểm ở xa. hương pháp n i
suy không gian hi n nay được sử dụng khá r ng rãi tr n thế giới. Chẳng hạn như
trong các Trung tâm dự báo về thời tiết (các bản đồ dự đoán xây dựng từ các
trạm thuỷ văn). ự quan trọng của phương pháp n i suy phụ thu c vào di n tích
vùng khảo sát bởi vì mục ti u của sự n i suy không gian là xây dựng bề m t xấp
x tốt nhất với các dữ li u thực nghi m. Chính vì vậy, với m i phương pháp n i
suy được sử dụng thì đ chính xác phải đạt được tốt nhất. Các phương pháp n i
4


suy trong GI có thể được xem là các phương pháp n i suy khơng gian khá tốt
hi n nay.

ó được thừa nhận tr n toàn thế giới về khả năng thực thi và b tài

li u cung cấp tr n mạng rất r ng rãi. Các phương pháp n i suy không gian:
IDW, Spline, Kriging (phương pháp n i suy thống k không gian), TI .
1.1.4.1. Phương pháp nội suy nverse istance Weight – IDW
Phương pháp I W xác đ nh các giá tr cell bằng cách tính trung bình các
giá tr của các điểm mẫu trong vùng lân cận của m i cell do Shepard đề xuất [2].
Điểm càng gần điểm trung tâm (mà ta đang xác đ nh) thì càng có ảnh hưởng
nhiều hơn. Chẳng hạn, khả năng ti u dùng của khách hàng sẽ giảm theo khoảng
cách (đến cửa hàng).
Cơng thức n i suy :

Trong đó dij là khoảng cách không gian giữa 2 điểm thứ i và thứ j, số mũ p

càng cao thì mức đ ảnh hưởng của các điểm ở xa càng thấp và m t số xem như
không đáng kể, thông thường p = 2.

nh

ối quan h giữa mức đ ảnh hưởng và khoảng cách [3]

5


án kính tìm kiếm ( earch Radius) Đ c trưng của bề m t n i suy còn ch u
ảnh hưởng của bán kính tìm kiếm.

án kính này giới hạn số lượng điểm mẫu

được sử dụng để tính cell được n i suy.
Có hai loại bán kính tìm kiếm : cố đ nh (fixed) và biến đổi (variable).
Fixed search radius: à bán kính với m t số lượng điểm mẫu nhỏ nhất và
m t khoảng cách xác đ nh. hi số lượng điểm mẫu khơng đủ trong bán kính này
thì nó sẽ tự đ ng nới r ng ra chừng nào đủ số điểm mẫu bé nhất có thể.
Variable search radius: ố lượng các điểm mẫu cố đ nh và khoảng cách
tìm kiếm lớn nhất. án kính biến thi n tìm các điểm mẫu gần nhất với khoảng
cách tìm kiếm lớn nhất cho đến khi số lượng điểm thu được đầy đủ.

ếu số

lượng điểm mẫu phải thu được không đủ b n trong khoảng cách tìm kiếm lớn
nhất thì ch có những điểm mẫu thu được là được dùng cho n i suy.
arrier (vùng che chắn)

t barrier là m t tập polyline như m t sự gián

đoạn giới hạn vùng tìm kiếm điểm mẫu.
t polyline có thể là m t vách đá, m t ngọn núi, hay m t số vật che
chắn khác trong vùng (landscape).

hi xuất hi n yếu tố này thì ch có những

điểm mẫu cùng phía với nó và cell đang khảo sát mới được xem xét.
1.1.4.2. Phương pháp nội suy

riging

riging là m t nhóm các kỹ thuật sử dụng trong đ a thống k , để n i suy
m t giá tr của trường ngẫu nhi n (như đ cao z của đ a hình) tại điểm không
được đo đạc thực tế từ những điểm được đo đạc gần đó.
Cơng thức của riging như sau:

∑
Trong đó: T* : giá tr cần ước lượng tại 1 tọa đ trong khơng gian; u: giá
tr trung bình; W: trọng số phụ thu c vào v trí của dữ li u; gj: giá tr những
điểm khác; n: số dữ li u xung quanh dùng để ước lượng giá tr T.
1.2. Tổng quan v chất lượng nước
6


hái ni m

1.2.1.

Chất lượng nước là m t yếu tố ảnh hưởng tới tất cả khía cạnh của h sinh
thái và đời sống con người, như sức khỏe c ng đồng, hoạt đ ng kinh tế và đa
dạng sinh học. Chất lượng nước bao gồm tất cả các yếu tố vật lý, hóa học và
sinh học ảnh hưởng đến vi c sử dụng nước.
1.2.2. Thông số chất lượng nước
1.2.2.1.

xi h a tan

Oxi hòa tan hay còn được gọi tắt là

O ( issolved Oxygen), là lượng

dưỡng khí oxy hịa tan trong nước, rất cần thiết cho sự hô hấp của sinh vật dưới
nước như cá, tôm, đ ng vật lưỡng cư, cơn trùng v.v....
O thường được tạo ra do sự hịa tan của oxi trong khí quyển và m t
phần nhỏ là do sự quang hợp của tảo v.v... hi nồng đ

O trở n n quá thấp sẽ

dẫn đến hi n tượng khó hơ hấp, giảm hoạt đ ng ở các lồi đ ng thực vật dưới
nước và có thể gây chết.

ồng đ

O trong tự nhi n khoảng từ 8-10ppm, phụ

thu c vào nhi t đ , sự phân hủy hóa chất và m t số tác nhân khác.

O còn là

m t ch số quan trọng trong vi c đánh giá sự ô nhi m nước trong ngành thủy
đi n.
1.2.2.2. hu cầu oxi h a h c
hu cầu ơxy hóa học hay gọi tắt là CO

(Chemical Oxygen

emand) là

lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả vô
cơ và hữu cơ. Như vậy, CO là lượng oxy cần để oxy hố tồn b các chất hoá
học trong nước.
COD được sử dụng r ng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất ô
nhi m hữu cơ tìm thấy trong nước bề m t (ví dụ trong các con sơng hay hồ). o
đó, CO là m t phép đo hữu ích về chất lượng nước.
1.2.2.3. hu cầu oxi sinh h c
hu cầu ôxy sinh học hay gọi tắt là
Oxygen

O

( iochemical ( iological)

emand) là lượng oxy cần thiết phải cung cấp để vi sinh vật phân hủy

các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều ki n hiếu khí.
7

hu

cầu oxy sinh hóa ( O ) được xác đ nh dựa tr n kinh nghi m phân tích tiến
hành tại nhiều phịng thí nghi m, trong vi c tìm sự li n h giữa nhu cầu oxy đối
với hoạt đ ng sinh học hiếu khí trong nước thải ho c dịng chảy b ơ nhi m.
BOD được ứng dụng trong vi c đánh giá tính chất nước thải sinh hoạt và nước
thải công nghi p. Đây là ch ti u duy nhất xác đ nh lượng chất hữu cơ có khả
năng phân hủy sinh học và đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước.
1.2.2.4. Độ đục
Đ đục do sự hi n di n của các chất huyền trọc như đất sét, bùn, chất hữu
cơ li ti và nhiều loại vi sinh vật khác.

ước có đ đục cao chứng tỏ nước có

nhiều tạp chất chứa trong nó, khả năng truyền ánh sáng qua nước giảm.
1

Độ màu

àu sắc

àu sắc của nước gây ra bởi lá cây, g , thực vật sống ho c đã phân hủy
dưới nước, từ các chất bào mịn có nguồn gốc từ đất đá, từ nước thải sinh hoạt,
cơng nghi p.

àu sắc của nước có thể là kết quả từ sự hi n di n của các ion có

tính kim khí như sắt, mangan.
1.2.2.6.

iá trị p
H có ý ngh a quan trọng về m t môi sinh, trong thi n nhi n pH ảnh

hưởng đến hoạt đ ng sinh học trong nước, li n quan đến m t số đ c tính như
tính ăn mịn, hịa tan,… chi phối các q trình xử lý nước như: kết bông tạo cợn,
làm mềm, khử sắt di t khuẩn. Vì thế, vi c xét nghi m pH để hoàn ch nh chất
lượng và phù hợp với y u cầu kỹ thuật đóng m t vai trị hết sức quan trọng trong
kỹ thuật môi trường.
1.2.2.7. Tổng rắn lơ l ng TSS
Thường đo bằng máy đo đ đục (turbidimeter). Đ đục gây ra bởi hi n
tượng tương tác giữa ánh sáng và các chất lơ lửng trong nước như cát, sét, tảo và
những vi sinh vật và chất hữu cơ có trong nước. Các chất rắn lơ lửng phân tán
ánh sáng ho c hấp thụ chúng và phát xạ trở lại với cách thức tùy thu c vào kích
thước, hình dạng và thành phần của các hạt lơ lửng và vì thế cho phép các thiết

8


b đo đ đục ứng dụng để phản ánh sự thay đổi về loại, kích thước và nồng đ
của các hạt có trong mẫu....
1.2.2.8. N-NH4
à sản phẩm của q trình chuyển hóa
các chất thải sinh hoạt và cơng nghi p.

itơ trong nước m t tự nhi n do

moni tồn tại dưới dạng Vết (khoảng

0.05mg/ ) rất đ c với cá và các đ ng vật thủy sinh khác.

hi nước có pH thấp

amoni chuyển sang dạng muối amoni ( H4+), với sự có m t của oxy amoni
chuyển thành itrat ( O3-).
1.2.2.9. P-PO4
Trong thi n nhi n phosphate được xem là sản phẩm của q trình lân hóa
và thường g p dưới dạng vết đối với nước thi n nhi n.

hi hàm lượng

phosphate phát triển mạnh mẽ sẽ là m t yếu tố giúp rong r u phát triển mạnh.
hosphate không thu c loại hóa chất đ c hại với con người, nhưng sự tồn tại của
chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở quá trình xử lý.
1.3. Tổng quan vấn đ nghi n c u
1.3.1. Tr n th giới
hững nghi n cứu và ứng dụng công ngh vào quản lý sử dụng nước là
vấn đề mà nhiều quốc gia tr n thế giới quan tâm, đ c bi t đối với các khu vực
các nước phát triển, vấn đề bảo v môi trường rất được quan tâm như châu

ỹ,

châu Âu, châu Úc. hiều nghi n cứu tập trung vào vi c đánh giá lưu lượng dòng
chảy và chất lượng nước của lưu vực dưới tác đ ng của biến đổi sử dụng đất,
biến đổi khí hậu,…
Liên quan đến phương pháp đánh giá chất lượng nước có 2 phương pháp
phổ biến: Ứng dụng mơ hình tồn và phương pháp n i suy.
được sử dụng như là
RIV1…

I E,

, W T,

U

2E, W

t số mơ hình tốn
5, CE- QUAL -

t số nghi n cứu sử dụng GI và phương pháp n i suy không gian

trong quản lý chất lượng nước:
Tác giả Cynthia
chất lượng nước tại hạt

eyer (2006) đã thực hi n đề tài với mục ti u đánh giá
inellas, U

. Trong nghi n cứu tác giả sử dụng
9


phương pháp n i suy không gian I W cho ch ti u O. ết quả của nghi n cứu
này h trợ cho người quản lý trong sàng lọc thông tin và thực hi n các đánh giá
sự suy thoái chất lượng nước m t của Tampa ay.
debayo Olubukola Oke và c ng sự (2013) đã thực hi n đề tài thành lập
bản đồ chất lượng nước tr n lưu vực sông Ogun – Osun,
pháp I W.

igeria bằng phương

ết quả cho thấy chất lượng nước vẫn còn trong giới hạn cho phép

trong lưu vực sông.

c dù,

O3-N và T

nằm trong phạm vi giới hạn do đó

khơng có nhiều mối lo ngại về môi trường ở khu vực này, O4- P và TP còn khá
cao tr n lưu vực nghi n cứu. iến đổi theo các mùa ảnh hưởng đến nồng đ các
chất gây ơ nhi m trong đó cho thấy dịng chảy góp phần gây ơ nhi m. Điều này
thể hi n rõ qua vi c ch số O 5, O4- P, E. coli và F. Coliform cao trong mùa
mưa. Các bản đồ GI chất lượng nước dựa tr n phương pháp n i suy I W cho
phép các nhà quản lý theo dõi được quá trình lan truyền của các chất ô nhi m
trong tất cả các h thống sông tr n lưu vực.
Rajkumar V. Raikar và c ng sự (2012) đã thực hi n đề tài ứng dụng GI
để phân tích chất lượng nước ngầm của hadravathi taluk sử dụng phương pháp
n i suy không gian I W. Các bản đồ I W cho thấy sự phân bố không gian của
các thơng số lý hóa khác nhau tạo tiền đề trong vi c xác đ nh các khu vực thích
hợp cho vi c sử dụng nước uống. Ch số chất lượng nước (W I) cho thấy m t
sự khác bi t lớn trong số tất cả các mẫu nước. Vì vậy, địi hỏi nhà quản lý phải
có kỹ thuật xử lý chất thải tránh tình trạng gây ơ nhi m.
Salvatore Spinella và c ng sự (2008) đã thực hi n đề tài đánh giá chất
lượng nước sông với phương pháp n i suy mờ.

ết quả nghi n cứu cho thấy

rằng phương pháp mờ thể hi n hi n trạng về môi trường thông qua các dữ li u
quan trắc. Hơn nữa, n i suy mờ có thể được sử dụng để đánh giá chất lượng môi
trường từ dữ li u trực tiếp, mà không cần xem xét dữ li u thống k . hương
pháp n i suy mờ, áp dụng cho giám sát chất lượng nước cho phép mô tả tốt hơn
vi c phân loại dựa tr n các quy chuẩn kỹ thuật. hương pháp n i suy mờ giúp
cải thi n đ tin cậy của vi c đánh giá chất lượng nước.
10


1.3.2. T i Vi t am
Hi n nay, với sự phát triển của công ngh thông tin cũng như khoa học kỹ
thuật nói chung, phương pháp n i suy ngày càng được ứng dụng nhiều. Tuy
nhiên do điều ki n tự nhi n đ c thù của Vi t

am thì phương pháp n i suy chủ

yếu dùng vào đánh giá các yếu tố khí tượng do đó các nghi n cứu sử dụng trong
đánh giá chất lượng nước khá ít, chủ yếu tập trung vào các mơ hình tốn ứng
dụng.

t số nghi n cứu sử dụng mơ hình tốn để đánh giá chất lượng nước

như:
guy n Thanh Tuấn (2009) đã thực hi n đề tài ứng dụng GI và mô hình
SWAT đánh giá chất lượng nước lưu vực hồ

ầu Tiếng.

ghi n cứu đã tiến

hành thu thập bản đồ đất, bản đồ sử dụng đất, bản đồ đ a hình và dữ li u thời
tiết. Từ đó chạy mơ hình W T để đánh giá chất lượng nước của lưu vực hồ
ầu Tiếng. ết quả của nghi n cứu đã đề xuất những giải pháp thích hợp để bảo
v và nâng cao chất lượng nước của hồ ầu Tiếng.
han Viết Chính (2011) đã thực hi n đề tài ứng dụng mô hình tốn đánh
giá chất lượng nước hạ lưu sơng Đồng ai đến năm 2020, trong bài sử dụng mơ
hình tốn dịng chảy m t chiều
nước hạ lưu sơng Đồng

I E 11 để phỏng đoán đánh giá chất lượng

ai đoạn chảy qua thành phố i n Hòa hi n trạng năm

2005 và mô phỏng dự báo chất lượng nước năm 2011 và 2020 do tác đ ng bởi
các nguồn xả thải của đơ th

i n Hịa theo qui hoạch phát triển kinh tế xã h i

đến năm 2020 của t nh Đồng

ai. Tác giả sử dụng số li u đ a hình, số li u thủy

lực, thủy văn năm 2003, số li u chất lượng nước thực đo năm 2003 và năm 2005
để hi u ch nh và kiểm tra mô hình. au đó đã sử dụng b thơng số hi u ch nh để
mô phỏng dự báo chất lượng nước cho các phương án phát triển kinh tế xã h i
của thành phố i n Hòa đến năm 2020.
Trần Tấn Hưng (2008) đã thực hi n đề tài mô phỏng chất lượng nước
sông Đồng

ai (đoạn chảy qua thành phố i n Hịa) bằng mơ hình

I E11 và

tin học phục vụ công tác quản lý chất lượng nước m t tại thành phố i n Hoàt nh Đồng

ai.

ghi n cứu đã xem xét các k ch bản phát triển kinh tế xã h i
11


khác nhau cho phép làm sáng tỏ vai trò của các v trí thải, yếu tố thuỷ văn từ đó
có thể đưa ra các bi n pháp ngăn ngừa ở tầm v mơ.
Hồng

nh Huy (2016) đã thực hi n đề tài Ứng dụng GI để xây dựng

bản đồ ô nhi m nước m t tại thành phố Cẩm hả,
I W.

uảng

inh bằng thuật toán

ết quả cho thấy chất lượng nước m t sông, suối khu vực Cẩm hả b ô

nhi m n ng, các thông số (pH, CO ,

H4, T

, Coliform) đều vượt quá

CV . Đề tải ch ra GI là phương pháp hi u quả để xây dựng bản đồ ơ nhi m
nước m t.
Tuy nhiên, mơ hình tốn dù có đ chính xác cao nhưng cịn nhiều hạn chế
như tốn nhiều thời gian để thu thập, xử lý số li u và chạy mơ hình. hương pháp
n i suy không gian với ưu điểm thời gian thực hi n nhanh chóng sẽ giúp ta xác
đ nh những khu vực lân cận với đ chính xác cao.
1

Tính cấp thi t c a đ tài t i khu vực nghi n c u
Huy n

ai ơn là m t huy n của t nh ơn a, tập trung khá đông dân cư

và có tốc đ phát triển kinh tế khá nhanh, hi n tr n đ a bàn tập trung khá nhiều
các nhà máy, cơ sở sản xuất và các khu công nghi p lớn và nhỏ, chính vì vậy đời
sống kinh tế của người dân ngày càng được cải thi n.
Tuy nhi n, cũng do vậy mà làm cho tình trạng nguồn nước ngày càng b ô
nhi m do hoạt đ ng xả thải bừa bãi, xả thải chưa qua xử lý của các nhà máy, cơ
sở sản xuất,… Trong khi đó huy n
đ c bi t là suối

ai ơn có mạng lưới thủy vực khá r ng,

ậm àn với chiều dài >90km để kiểm soát, quản lý cũng như

bảo v cho nguồn nước suối được ổn đ nh thì địi hỏi cần có m t bi n pháp để d
dàng theo dõi và cho cái nhìn tồn di n về chất lượng nước suối đồng thời hạn

chế được các hoạt đ ng gây ô nhi m nước.
Trong l nh vực giám sát ô nhi m hi n nay ở Vi t am chủ yếu là sử dụng
các thông số quan trắc thường xuy n tại các trạm quan trắc để đánh giá và
nghi n cứu. Tính tới thời điểm hi n tại thì các nghi n cứu sử dụng cơng ngh
vi n thám và gis cho vi c giám sát và quản lý môi trường nước chưa được áp
dụng phổ biến.
12


Chính vì vậy, nhằm mục ti u bảo v tài nguy n nước cũng như hạn chế
các hoạt đ ng gây ô nhi m nước n n đề tài “Ứng dụng GI và thuật toán n i suy
xây dựng bản đồ chất lượng nước suối

ậm àn, huy n

ai ơn, t nh ơn a”

được tiến hành nghi n cứu. Trước ti n là cung cấp cở sở cho hoạt đ ng quản lý
chất lượng nước suối

ậm àn của huy n

ai ơn. au là làm tiền đề cho các

nghi n cứu sau này để đưa ra các nghi n cứu, giải pháp giúp cho vi c quản lý,
bảo v chất lượng môi trường nước.

13

T ÊU, Ộ

U

P Ầ
VÀ P Ư

P ÁP

Ê

ỨU

ục ti u nghi n c u

2

ục ti u chung

2

ết quả nghi n cứu cung cấp thêm cơ sở khoa học ứng dụng GI trong
xây dựng bản đồ phân cấp chất lượng nước, góp phần nâng cao hi u quả quản lý
và giám sát môi trường nước m t tại vi t nam.
ục ti u cụ thể

2

ghi n cứu thực trạng và hoạt đ ng quản lý chất lượng môi trường nước
suối ậm àn huy n

ai ơn, t nh ơn La.

Xây dựng bản đồ phân cấp chất lượng nước khu vực nghi n cứu.
Đề xuất giải pháp nâng cao hi u quả công tác quản lý chất nước tại khu
vực nghi n cứu.
2

Ph m vi nghi n c u
hạm vi về không gian và thời gian: Toàn b suối

huy n
2.3

ậm àn chảy qua

ai ơn
ội dung nghi n c u

2.3.1. ghi n c u thực tr ng và ho t động qu n l chất lượng môi trường
nước suối ậm Pàn huy n ai Sơn, tỉnh Sơn La
ghi n cứu thực trạng chất lượng nước tại khu vực nghi n cứu.
ghi n cứu đánh giá công tác quản lý chất lượng nước khu vực nghi n
cứu.
Thành lập bản đồ v trí các điểm lấy mẫu đánh giá chất lượng nước.
2.3.2. ghi n c u xây dựng b n đồ xây dựng chất lượng nước khu vực
nghi n c u

14