Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy không gian đánh giá chất lượng nước đoạn sông tích phục vụ công tác quản lý môi trường huyện thạch thất thành phố hà nội

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành đề tài khóa luận này, trong suốt quá trình thực hiện em đã nhận
đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của các thầy cơ, cá nhân và tổ chức.
Trƣớc tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa,
cùng tồn thể các thầy cơ khoa Quản lý tài ngun rừng và môi trƣờng tại trƣờng Đại
học Lâm nghiệp đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong
suốt thời gian em học tập tại trƣờng.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Hải Hịa đã định hƣớng, chỉ dẫn
tận tình cho em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận. Đồng thời, em xin cảm ơn tới
sự hỗ trợ hƣớng dẫn của các thầy cơ tại Trung tâm Phân tích mơi trƣờng và Ứng dụng
địa không gian đã tạo điều kiện cho em đánh giá phân tích tại trung tâm Thí nghiệm và
Thực hành trƣờng Đại học Lâm nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các hộ gia đình tại khu vực nghiên cứu đã tạo điều
kiện thuận lợi và cung cấp số liệu cho em hồnh thành đợt thực tập khóa luận.
Khóa luận này là một trong những thành quả đúc kết trong bốn năm học tập
trên giảng đƣờng.Mặc dù đã rất cố gắng song khơng tránh khỏi những sai sót.Chính vì
vậy, em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến từ các thầy cơ để đề tài đƣợc hồn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Trần Thanh Hà


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG
TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận: Ứng dụng GIS và thuật tốn nội suy khơng gian đánh giá chất
lƣợng nƣớc đoạn sơng Tích phục vụ công tác quản lý môi trƣờng huyện Thạch
Thất, thành phố Hà Nội.

2. Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Hà.
3. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Hải Hòa.
4. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá đƣợc hiện trạng nƣớc mặt tại huyện Thạch Thất – thành phố Hà Nội thông
qua các chỉ tiêu: nhiệt độ, pH, TSS, độ đục, TDS, DO, BOD, COD, NO2-, PO43-.
- Xây dựng bản đồ nồng độ chất lƣợng nƣớc sơng Tích dựa theo QCVN
08:2008/BTNMT.
- Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý chất lƣợng nƣớc sông.

5. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng chất lƣợng nƣớc mặt sơng Tích tại khu vực huyện Thạch Thất.
- Xây dựng bản đồ nội suy chất lƣợng nƣớc sông khu vực nghiên cứu.
- Đánh giá hoạt động quản lý chất lƣợng nƣớc và nguyên nhân ảnh hƣởng đến chất
lƣợng nƣớc sông trong khu vực nghiên cứu.
- Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản chất lƣợng nƣớc sông khu vực
nghiên cứu.

6. Kết quả đạt đƣợc
- Kết quả nghiên cứu cho thấy nƣớc Sông Tích chủ yếu sử dụng cho mục đích tƣới
tiêu và cấp nƣớc cho các diện tích ruộng của các khu vực ven sơng Tích tại huyện
Thạch Thất.
- Kết quả nội suy cho thấy sự khác biệt giữa giá trị nội suy với kết quả lấy mẫu phân
tích khơng lớn. Phƣơng pháp nội suy IDW có độ tin cậy tốt hơn so với Kriging.
- Kết quả điều tra thực địa và phân tích các chỉ tiêu mơi trƣờng cho thấy những nhân
tố gây ơ nhiễm sơng Tích huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội chủ yếu các chất thải
từ hoạt động sinh hoạt, sản xuất, chăn thả gia cầm.
- Nhằm cải thiện chất lƣợng nƣớc sơng Tích tại khu vực huyện Thạch Thất, Hà Nội
đề tài đƣa ra một số giải pháp nâng cao hiệu quả chất lƣợng nƣớc sông.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT KHÓA LUẬN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 3
1.1. Ứng dụng GIS quản lý chất lƣợng nƣớc mặt ............................................. 3
1.1.1. Khái niệm GIS ......................................................................................... 3
1.1.2. Các thành phần cơ bản củaGIS ............................................................... 4
1.1.3. Mơ hình dữ liệu củaGIS .......................................................................... 5
1.1.4. GIS và bài toán quản lý chất lƣợng nƣớc mặt......................................... 6
1.2. Thuật toán nội suy ...................................................................................... 8
1.2.1. IDW ......................................................................................................... 9
1.2.2. Spline.............................................................................................................. 11

1.2.3. Kriging .................................................................................................. 11
1.3. Tổng quan về chất lƣợng nƣớc................................................................. 13
1.3.1. Khái niệm ............................................................................................. 13
1.3.2. Thông số chất lƣợng nƣớc..................................................................... 13
1.4.1. Trên thế giới .......................................................................................... 15
1.4.2. Ở Việt Nam ........................................................................................... 16
Chƣơng 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 18
2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 18
2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 18

2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 18
2.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 18
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 18


2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 18
2.3.1. Đánh giá hiện trạng chất lƣợng nƣớc mặt sơng Tích tại khu vực huyện
Thạch Thất....................................................................................................... 18
2.3.2. Xây dựng bản đồ nội suy chất lƣợng nƣớc sông khu vực nghiên cứu.. 19
2.3.3. Đánh giá hoạt động quản lý chất lƣợng nƣớc và nguyên nhân ảnh
hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông trong khu vực nghiên cứu.......................... 19
2.3.4. Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản chất lƣợng nƣớc sông
khu vực nghiên cứu ......................................................................................... 19
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 19
2.4.1. Đánh giá hiện trạng chất lƣợng nƣớc mặt sơng Tích tại khu vực huyện
Thạch Thất....................................................................................................... 19
2.4.2. Xây dựng bản đồ nội suy chất lƣợng nƣớc sông khu vực nghiên cứu ........... 28
2.4.3 Đánh giá hoạt động quản lý chất lƣợng nƣớc và nguyên nhân ảnh hƣởng đến
chất lƣợng nƣớc sông trong khu vực nghiên cứu ..................................................... 30

2.4.4. Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản chất lƣợng nƣớc sông
khu vực nghiên cứu ......................................................................................... 32
Chƣơng 3 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................ 33
3.1. Vị trí địa lý ............................................................................................... 33
3.2. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 34
3.2.1. Địa hình, đất đai .................................................................................... 34
3.2.2. Khí hậu .................................................................................................. 34
3.2.3. Nguồn nƣớc ........................................................................................... 34
3.3. Điều kiện kinh tế - xã hội ......................................................................... 36
3.3.1. Kinh tế ................................................................................................... 36

3.3.2. Xã hội .................................................................................................... 38
Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 39
4.1. Hiện trạng chất lƣợng nƣớc mặt sơng Tích tại khu vực huyện Thạch Thất ......39
4.1.2. Đánh giá chỉ tiêu vật lý (pH, TSS) ........................................................ 41
4.1.3. Đánh giá chỉ tiêu hóa học (DO, BOD5, COD, PO43-, NO2-) ................. 41
4.2. Xây dựng bản đồ nội suy chất lƣợng nƣớc sông khu vực nghiên cứu ..... 43


4.2.1.Thực hiện nội suy và đánh giá cho thông số chất lƣợng nƣớc .............. 44
4.2.2. Biên tập và thành lập bản đồ ................................................................. 55
4.3. Đánh giá hoạt động quản lý chất lƣợng nƣớc và nguyên nhân ảnh hƣởng
đến chất lƣợng nƣớc sông tại khu vực nghiên cứu ......................................... 62
4.3.1. Đánh giá hoạt động quản lý chất lƣợng nƣớc sông khu vực nghiên cứu ...... 62
4.3.2. Xác định các nguyên nhân tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông .. 63
4.4. Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản chất lƣợng nƣớc sông khu
vực nghiên cứu ................................................................................................ 65
4.4.1.Giải pháp quản lý ................................................................................... 65
Chƣơng 5. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ .................................... 69
5.1. Kết luận .................................................................................................... 69
5.2. Tồn tại ...................................................................................................... 69
5.3. Kiến nghị .................................................................................................. 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu

Ý Nghĩa

GIS

Hệ thống thơng tin địa lý

IDW

Inverse Distance Weighted Interpolation

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Nhu cầu oxy hóa học

TSS

Tổng hàm lƣợng chất rắn lơ lửng

DO

Oxy hịa tan

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

LVHTS

Lƣu vực hệ thống sơng

TMDL

Total maximum daily loads


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1.Bảng vị trí lấy mẫu nƣớc phân tích trên sơng Tích,huyện Thạch
Thất.................................................................................................................. 21
Bảng 2.2.Các thơng số lựa chọn phân tích. ..................................................... 24
Bảng 2.3.Thơng tin các lớp dữ liệu nền. ......................................................... 29
Bảng 4.1.Bảng kết quả chất lƣợng nƣớc sơng Tích. ....................................... 39
Bảng 4.2.Bảng tổng hợp phân tích số liệu các thông số chất lƣợng nƣớc. ..... 40
Bảng 4.3. So sánh giá trị chỉ tiêu pH theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ....................................................................................... 45
Bảng 4.4. So sánh giá trị chỉ tiêu độ đục theo phƣơng pháp nội suy và phân
tích tại phịng thí nghiệm................................................................................. 46
Bảng 4.5. So sánh giá trị chỉ tiêu TSS theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ....................................................................................... 47
Bảng 4.6. So sánh giá trị chỉ tiêu DO theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ....................................................................................... 49
Bảng 4.7. So sánh giá trị chỉ tiêu COD theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ....................................................................................... 50
Bảng 4.8. So sánh giá trị chỉ tiêu BOD5 theo phƣơng pháp nội suy và phân
tích tại phịng thí nghiệm................................................................................. 51
Bảng 4.9. So sánh giá trị chỉ tiêu NO2- theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ....................................................................................... 53
Bảng 4.10. So sánh giá trị chỉ tiêu PO43- theo phƣơng pháp nội suy và phân

tích tại phịng thí nghiệm................................................................................. 54
Bảng 11: Bảng tổng hợp giá trị trung bình độ lệch chuẩn tuyệt đối của sai số
giữa giá trị phân tích và giá trị nội suy 2 phƣơng pháp IDW và Kriging. ...... 55


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Các thành phần của GIS. ................................................................... 4
Hình 1.2.Chồng lớp các mơ hình vector và raster. ........................................... 5
Hình 1.3. Phân bố khơng gian giá trị pH của hồ Trúc Bạch theo phƣơng pháp
IDW. .................................................................................................................. 9
Hình 1.4. Điểm cần nội suy và điểm quan trắc lân cận. ................................. 10
Hình 1.5. Mối quan hệ giữa mức độ ảnh hƣởng và khoảng cách. .................. 10
Hình 1.6. Phân bố khơng gian giá trị pH của hồ Trúc Bạch theo phƣơng pháp
Spline. .............................................................................................................. 11
Hình 1.7. Phân bố khơng gian giá trị pH của hồ Trúc Bạch theo phƣơng pháp
Kriging. ........................................................................................................... 12
Hình 2.1.Bản đồ điểm lấy mẫu nƣớc phân tích............................................... 20
Hình 3.1.Bản đồ vị trí địa lý huyện Thạch Thất – thành phố Hà Nội............. 33
Hình 4.1. Bản đồ nội suy giá trị pH theo phƣơng pháp IDW. ........................ 44
Hình 4.2. Bản đồ nội suy giá trị pH theo phƣơng pháp Kriging..................... 44
Hình 4.3. Bản đồ nội suy giá trị độ đục theo phƣơng pháp IDW. .................. 45
Hình 4.4. Bản đồ nội suy giá trị độ đục theo phƣơng pháp Kriging. .............. 45
Hình 4.5. Bản đồ nội suy giá trị TSS theo phƣơng pháp IDW. ...................... 47
Hình 4.6. Bản đồ nội suy giá trị TSS theo phƣơng pháp Kriging. .................. 47
Hình 4.7. Bản đồ nội suy giá trị DO theo phƣơng pháp IDW. ....................... 48
Hình 4.8. Bản đồ nội suy giá trị DO theo phƣơng pháp Kriging. ................... 48
Hình 4.9. Bản đồ nội suy giá trị COD theo phƣơng pháp IDW. .................... 49
Hình 4.10. Bản đồ nội suy giá trị COD theo phƣơng pháp Kriging. .............. 49
Hình 4.11. Bản đồ nội suy giá trị BOD5 theo phƣơng pháp IDW. ................. 51

Hình 4.12. Bản đồ nội suy giá trị BOD5 theo phƣơng pháp Kriging. ............. 51
Hình 4.13. Bản đồ nội suy giá trị NO2- theo phƣơng pháp IDW. ................... 52
Hình 4.14. Bản đồ nội suy giá trị NO2- theo phƣơng pháp Kriging................ 52
Hình 4.15. Bản đồ nội suy giá trị PO4 3- theo phƣơng pháp IDW. .................. 54
Hình 4.16. Bản đồ nội suy giá trị PO4 3-theo phƣơng pháp Kriging. .............. 54


Hình 4.17. Bản đồ nồng độ pH của sơng Tích. ............................................... 56
Hình 4.18.Bản đồ nồng độ độ đục của sơng Tích. .......................................... 56
Hình 4.19.Bản đồ nồng độ TSS của sơng Tích. .............................................. 57
Hình 4.20. Bản đồ nồng độ DO của sơng Tích. .............................................. 58
Hình 4.21. Bản đồ nồng độ COD của sơng Tích. ........................................... 59
Hình 4.22. Bản đồ nồng độ BOD5 của sơng Tích. .......................................... 60
Hình 4.23. Bản đồ nồng độ NO2-của sơng Tích. ............................................. 61
Hình 4.24. Bản đồ nồng độ PO43- của sơng Tích. ........................................... 61
Hình 4.25.Mơ hình phân loại chất thải rắn. .................................................... 68
Sơ đồ 1.1.Tổng quát phƣơng pháp nội suy chất lƣợng nƣớc sơng Tích. ........ 30


ĐẶT VẤN ĐỀ
Tài nguyên nƣớc là thành phần chủ yếu của môi trƣờng, là yếu tố đặc biệt
quan trọng bảo đảm thực hiện thành công các chiến lƣợc, quy hoạch, kế hoạch phát
triển kinh tế, xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia [10]. Trong thời gian
vừa qua, sự phát triển triển mạnh mẽ của kinh tế đất nƣớc 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 nƣớc mặt.
Theo kết quả nghiên cứu về chất lƣợng nƣớc sơng tại khu vực Hà Nội cho thấy
tình trạng ơ nhiễm các sông trên địa bàn thành phố Hà Nội rất rõ rệt. Phân vùng chất
lƣợng nƣớc sông, hồ (phân vùng theo chất lƣợng và mức độ ô nhiễm nguồn nƣớc)
đối với một lƣu vực sông hoặc một địa phƣơng là nội dung đặc biệt quan trọng

không chỉ trong quản lý mơi trƣờng mà cịn phục vụ cho quy hoạch sử dụng và bảo
vệ môi trƣờng nƣớc. Kết quả nghiên cứu về phân vùng chất lƣợng nƣớc các con
sông nhỏ trong khu vực Hà Nội đã chỉ ra rằng: Các sông nhỏ khu vực tỉnh Hà Tây
cũ các huyện Thạch Thất, Quốc Oai, Chƣơng Mỹ, Mỹ Đức, Ứng Hịa... (sơng Tích,
sơng Con, sơng Bùi, sơng Giỗ...) đã bị ơ nhiễm ở mức trung bình, có điểm bị ơ
nhiễm nặng [8].
Ngày nay, có rất nhiều giải pháp nhằm cải thiện chất lƣợng nƣớc sông đã đƣợc
đƣa ra nhƣ: ban hành các văn bản pháp luật kèm theo các chế tài hợp lý (Luật Bảo
vệ Môi trƣờng, Luật Tài nguyên nƣớc, hệ thống tiêu chuẩn về nƣớc sông, nƣớc
thải…); Tuy nhiên, các biện pháp hiện nay vẫn chƣa đạt đƣợc hiệu quả nhƣ mong
đợi. Ơ nhiễm nƣớc tại các đoạn sơng trên địa bàn vẫn đang là vấn đề nan giải đối
với các nhà quản lý và ngày càng nhức nhối đối với cộng đồng – đối tƣợng chịu tác
động trực tiếp từ vấn đề này. Với mục tiêu đặt ra là tiến tới phát triển tổng hợp và
bền vững lƣu vực sông, sự phối hợp và chia sẻ thông tin giữa các ngành, các địa
phƣơng là điều hết sức cần thiết. Thiết nghĩ, việc tạo ra một công cụ hỗ trợ cho quản
lý môi trƣờng dựa trên hệ thống thông tin địa lý cấp cao, tạo môi trƣờng giao tiếp
gần gũi, giúp cho cộng đồng dễ dàng tiếp cận và theo dõi chất lƣợng mơi trƣờng,
tăng mức độ xã hội hóa công tác bảo vệ môi trƣờng theo chủ trƣơng của Nhà nƣớc
là điều hết sức cần thiết.

1


Sơng Tích (Tích Giang) ngồi chức năng cơ bản thốt lũ từ thƣợng nguồn cịn
có vai trị quan trọng trong cấp nƣớc phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội cho
toàn khu vực các huyện ngoại thành Hà Nội. Tuy nhiên trong những năm gần đây
tình trạng ơ nhiễm của đoạn sông ngày càng tăng, đe dọa nghiêm trọng đến khả
năng cấp và thoát nƣớc phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội.
Tận dụng các ƣu việt và thế mạnh của công nghệ GIS trongquản lý tổng hợp
nhằm bảo vệ mơi trƣờng nƣớc mặt sơng Tích bền vững “Ứng dụng GIS và thuật

tốn nội suy khơng gian đánh giá chất lƣợng nƣớc đoạn sơng Tích phục vụ
công tác quản lý môi trƣờng huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội” đƣợc tiến
hành nghiên cứu. Phƣơng pháp tiếp cận của đề tài là sử dụng phần mềm ArcGIS và
các thuật tốn nội suy IDW và Kriging tính tốn các thông số chất lƣợng nƣớc
(TSS, pH, độ đục, DO, COD, BOD, NO2-, PO43-) trên sơng Tích. Dựa vào các thông
số nội suy đƣợc so sánh với QCVN, phân vùng chất lƣợng nƣớc và đề xuất các giải
pháp trong công tác quản lý mơi trƣờng nƣớc sơng Tích.

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Ứng dụng GIS quản lý chất lƣợng nƣớc mặt
1.1.1. Khái niệm GIS
Hiện nay, những thách thức chính mà chúng ta đang phải đối mặt - bùng nổ
dân số, ô nhiễm, phá rừng, thiên tai - đều gắn liền một không gian địa lý. Vì vậy,
một cơng cụ hỗ trợ việc quản lý và giải quyết các vấn đề trên một cách trực quan,
gắn liền với đặc điểm cũng nhƣ vị trí địa lý đƣợc đặt ra. Sự phát triển không ngừng
của công nghệ thông tin đã đƣa tin học thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học
và đời sống, mở ra một giai đoạn mới trong quá trình phát triển khoa học. Hệ thống
thông tin địa lý (GIS) là một trong những ứng dụng rất có giá trị của cơng nghệ tin
học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đơ thị, cảnh báo mơi trƣờng,
v.v... Có rất nhiều định nghĩa về “Hệ thống thông tin địa lý” đã đƣợc đƣa ra, cụ
thểnhƣ:
Dueker (1979) đã đƣa ra định nghĩa: GIS là một trƣờng hợp đặc biệt của hệ
thống thông tin với cơ sở dữ liệu gồm những đối tƣợng, những hoạt động hay sự
kiện phân bố trong không gian đƣợc biểu diễn bằng điểm, đƣờng, vùng trong hệ
thống máy tính. GIS xử lý truy vấn dữ liệu theo điểm đƣờng vùng, phục vụ cho
những hỏi đáp và phân tích đặc biệt.

Theo Aronoff (1993) định nghĩa "GIS là một hệ thống gồm các chức năng:
nhập dự liệu, quản lý và lƣu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu".
Theo Viện nghiên cứu khoa học Trái đất Mỹ (Earth Science Research Institute
– ESRI), GIS là một hệ thống tích hợp phần cứng, phần mềm và dữ liệu để thu giữ,
quản lý, phân tích và hiển thị các dạng thơng tin có liên quan đến tính chất địa lý.
GIS cho phép xem, hiểu, truy vấn, trình diễn và hiển thị dữ liệu bằng nhiều cách để
diễn tả các mối quan hệ, các mơ hình và các xu hƣớng dƣới dạng bản đồ, biểu đồ,
báo cáo, đồ thị.
Tóm lại, GIS đƣợc định nghĩa nhƣ là một hệ thống thơng tin mà nó sử dụng dữ
liệu đầu vào, các thao tác phân tích, cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về mặt địa lý
không gian, nhằm trợ giúp việc thu nhận, lƣu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiện
thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp

3


thơng tin cho ra các mục đích của con ngƣời đặt ra, chẳng hạn nhƣ: Để hỗ trợ việc
ra các quyết định của việc quy hoạch và quản lý, sử dụng đất, tài nguyên thiên
nhiên, môi trƣờng, giao thông, dễ dàng trong việc quy hoạch phát triển đô thị và
những việc lƣu trữ dữ liệu hành chính.
Hệ thống thơng tin địa lý có thể là một hệ thống thơng tin lớn chạy trên máy
tính Mini.Nó có thể chứa đựng các chức năng AM/FM (Automated Mapping/
Facilities Mapping, Tự động hóa bản đồ/ Phƣơng tiện dễ dàng thành lập bản đồ).
1.1.2. Các thành phần cơ bản củaGIS
Những thành phần chính của GIS là hệ thống máy tính, cơ sở dữ liệu khơng
gian địa lý và ngƣời sử dụng nhƣ hình 1.1

Hình 1.1. Các thành phần của GIS.
Hệ thống máy tính bao gồm các cấu phần nhƣ: phần cứng, phần mềm và các
chuỗi phác họa để hỗ trợ cho việc nhập các cơ sỡ dữ liệu, tiến trính, phân tích, mơ

hình hóa và phô diễn số liệu không gian.
Phần cứng: là phần trông thấy đƣợc của hệ thống, đó có thể là hệ thống dựa
trên máy vi tính độc lập hay trạm làm việc đƣợc kết nối.
Phần mềm: hiện nay, có nhiều phần mềm GIS phổ biến và mỗi phần mềm có
thể mạnh riêng nhƣ: ArcInfo, MapInfo, ArcView, ArcGis, ENVI,...
Nguồn thông tin: các loại bản đồ nhƣ bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng sử
dụng đất..., các dữ liệu điều tra, dữ liệu từ các trạm theo dõi môi trƣờng... Các

4


nguồn thông tin phải cung cấp, các thông tin mà hệ thống yêu cầu nhƣ tọa độ địa lý,
quy mô, thuộc tính (đặc điểm), các mối quan hệ.
Con ngƣời: là thành phần quan trọng nhất. Hệ thống cần có sự tác động của
những ngƣời làm công tác quản lý để phát huy tác dụng. Những ngƣời làm công tác
này cần có khả năng nhận định tính chính xác, phạm vi suy diễn thông tin và kết nối
các mảng thông tin trong hệ thống.
Các nguồn cơ sở của dữ liệu không gian địa lý là những bản đồ số, không ảnh,
ảnh vệ tinh, bản biểu thống kê và các tài liệu liên quan khác.
Cơ sở dữ liệu không gian địa lý đƣợc phân loại thành 2 cấu phần là cơ sở dữ
liệu về mặt hình học và các thuộc tính. Dữ liệu hình học gồm 3 yếu tố: điểm, đƣờng
thẳng và đa giác trong cả hình thức Vector hoặc Raster mà nó đải diện về mặt hình
học của địa hình, kích cỡ, kiểu dáng, vịtrí.
Nguyên tắc cơ bản của ngƣời sử dụng là chọn đúng thông tin, thiết lập các
chuẩn cần thiết, cập nhập thơng tin để phân tích đầu ra của GIS cho mục đích và kế
hoạch khả thi.
1.1.3. Mơ hình dữ liệu củaGIS
Dữ liệu GIS bao gồm 2 phần dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc tính.
 Dữ liệu khônggian
Dữ liệu không gian là dữ liệu về đối tƣợng mà vị trí của nó đƣợc xác định trên

bề mặt Trái Đất. Hệ thống GIS sử dụng hai dạng mơ hình dữ liệu địa lý khác nhau mơ hình vector và mơ hình raster.Trong mơ hình vector, dữ liệu không gian đƣợc
thể hiện trên bản đồ dƣới dạng điểm, đƣờng hoặc vùng. Trong mơ hình raster, dữ
liệu khơng gian đƣợc thể hiện dƣới dạng mạng lƣới các pixcel.

Hình 1.2.Chồng lớp các mơ hình vector và raster.

5


 Dữ liệu thuộc tính
Dữ liệu thuộc tính mơ tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tƣợng xảy ra tại
các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là
khả năng liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc
tính. Thơng thƣờng GIS có 4 loại số liệu thuộc tính:
- Đặc tính của đối tƣợng: liên kết chặt chẽ với các thông tin khơng gian có
thể thực hiện SQL và phân tích.
- Số liệu hiện tƣợng, tham khảo địa lý: miêu tả những thơng tin, các hoạt
động thuộc vị trí xác định.
- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phƣơng hƣớng định vị,… liên quan đến
các đối tƣợng địa lý.
- Quan hệ giữa các đối tƣợng trong khơng gian, có thể đơn giản hoặc phức
tạp (sự liên kết, khoảng tƣơng thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tƣợng).
Chức năng của GIS
GIS có chức năng chính nhƣ quản lý, lƣu trữ, tìm kiếm, thể hiện, trao đổi
và xử lý dữ liệu khơng gian cũng nhƣ các dữ liệu thuộc tính.
Những module này là các hệ thống con thực hiện các công việc:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu (Datainput).
- Lƣu trữ và xử lý CSDL (DataBase).
- Biển đổi dữ liệu (DataTransformation).
- Xuất dữ liệu (Display Reporting).

1.1.4. GIS và bài toán quản lý chất lượng nước mặt
GIS là một công cụ cho phép ngƣời sử dụng tạo ra hệ thống tƣơng tác lẫn
nhau,phân tích thơng tin khơng gian và chỉnh sửa dữ liệu. Sự phát triển hệ thống
quản lýchất lƣợng nƣớc dựa trên GIS đƣợc giới thiệu để quản lý và phân tích thơng
tin chấtlƣợng nƣớc, và hỗ trợ cho q trình ra quyết định trên các cải thiện về chất
lƣợng nƣớc.
Quản lý chất lƣợng nƣớc là một vấn đề không chỉ liên quan đến tính khơng
gian mà cịn bao hàm cả tính thời gian. Các đánh giá chất lƣợng nƣớc của một lƣu
vực phải dựa trên diễn biến chất lƣợng tại các nhánh lƣu vực từ thƣợng lƣu đến hạ
lƣu (tính khơng gian) theo các mốc thời gian nhất định (tính thời gian). Nhƣ vậy,
6


một lƣợng số liệu khổng lồ cần đƣợc lƣu trữ, phục vụ cơng tác phân tích, đánh giá.
Một u cầu đƣợc đặt ra là quản lý số liệu một cách có hệ thống, dễ truy cập và sử
dụng trong trƣờng hợp cần thiết.GIS chính là một cơng cụ hỗ trợ các tính năng
trên.Dữ liệu khơng chỉ đƣợc lƣu trữ thuần túy trong hệ thống mà còn đƣợc gắn liền
với vị trí khơng gian đã thực hiện thuthập.
Một lợi thế rất quan trọng của GIS là khả năng tích hợp các mơ hình tính tốn
để mơ tả chất lƣợng nƣớc cũng nhƣ đƣa ra các dự báo về ô nhiễm. Hầu hết các mơ
hình đƣợc sử dụng hiện nay đều có thể tích hợp vào GIS nhƣ MIKE,
QUAL2E,…Tuy nhiên, tính năng quan trọng nhất của GIS vẫn là khả năng hiển thị
kết quả phân tích, xử lý số liệu ở dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Chính khả năng này
đem tới cho ngƣời dùng một cái nhìn trực quan, cụ thể, qua đó hỗ trợ hiệu quả cho
q trình ra quyết định.
Hàn Quốc là một trong những quốc gia châu Á nghiên cứu và ứng dụng khá
thành công công nghệ GIS trong quản lý chất lƣợng nƣớc. Một đề tài của đại học
Inhale đã tích hợp giữa sự tính tốn khả năng chịu tải của dòng chảy (Total
maximum daily loads - TMDL) với công nghệ GIS trong đánh giá ô nhiễm nƣớc do
sự phát triển đô thị khá cao tại vùng dun hải phía Tây Nam – Hàn Quốc, tạo một

cơng cụ quản lý nhằm hỗ trợ đạt mục tiêu bảo tồn mơi trƣờng nƣớc và duy trì sự
phát triển đơ thị bền vững. TMDL – lƣợng chất thải tối đa mà dịng chảy có thể tiếp
nhận nhƣng vẫn duy trì đƣợc chất lƣợng nƣớc đạt tiêu chuẩn cho phép – đƣợc Bộ
Môi trƣờng Hàn Quốc xem xét, kiểm tra từ năm 1996. Hiện nay, TMDL đã đƣợc
chấp nhận một cách hợp pháp và ứng dụng tại các lƣu vực sông Guem, sông
Yeongsan và sông Nakdong. Sự kết hợp giữa TMDL và GIS nhằm tạo ra một hệ
thống ƣớc tính ơ nhiễm nƣớc tự động – tính tốn lƣợng chất ơ nhiễm phát sinh và
phát thải cho từng tiểu lƣu vực thuộc vùng nghiên cứu. GIS đã làm tăng hiệu quả
cho việc sử dụng TMDL trong quản lý chấtlƣợng nƣớc bởi khả năng xử lý, phân
tích, đánh giá và hiển thị các dữ liệu qua nhiều hình thức. GIS cũng giúp cho việc
đƣa thơng tin kết quả tính tốn đến các nhà khoa học, nhà quản lý và cộngđồng.
Để tính tốn tổng lƣợng chất ô nhiễm phát thải và phát sinh tại khu vực nghiên
cứu, tất cả những nguồn chất gây ô nhiễm đƣợc tích hợp trong các lớp dữ liệu GIS
và các hệ số đơn vị thích hợp cũng đƣợc áp dụng.

7


- Cơ sở dữ liệu GIS ƣớc lƣợng tải lƣợng chất gây ô nhiễm nƣớc phát sinh và
phát thải đƣợc xây dựng nhƣ sau:
- Dữ liệu thuộc tính và đồ họa của các đối tƣợng đƣợc thu thập để hiểu đƣợc
những đặc điểm mang tính địa phƣơng của các nguồn thải và cách tích tụ các chất
ơ nhiễm trong khu vực nghiên cứu.
- Một hệ thống tính tốn tổng lƣợng chất ô nhiễm đƣợc phát triển dựa trên
các hƣớng dẫn kỹ thuật của TMDL. Các nguồn ô nhiễm đƣợc phân thành 5 loại gồm
4 nguồn ô nhiễm điểm và 1 nguồn ô nhiễm không điểm. Nguồn ô nhiễm điểm đƣợc
xác định đƣợc bao gồm dân số, vật nuôi, công nghiệp và thủy sản trong khi nguồn ô
nhiễm không điểm đƣợc xác định là sử dụng đất. Cũng tƣơng tự vậy, đặc điểm của
những nguồn thải ra đƣợc xem xét để tính tốn số lƣợng các chất ơ nhiễm phát sinh
và tải lƣợng ơ nhiễm thải ra. Các tính tốn này đƣợc thực hiện cho từng tiểu lƣu vực

thuộc vùng nghiên cứu.
- Hệ số tải lƣợng đơn vị đƣợc sử dụng trong tính tốn lƣợng chất ơ nhiễm
phát sinh. Mỗi nguồn ô nhiễm đều có hệ số tải lƣợng đơn vị thích hợp, do đó tải
lƣợng chất ơ nhiễm phát sinh trong một loại nguồn thải đƣợc tính bằng cách lấy số
lƣợng nguồn thải nhân với hệ số tải lƣợng. Nhƣ vậy, tổng tải lƣợng ơ nhiễm trên
tồn lƣu vực đƣợc tính bằng tổng các tải lƣợng đơn vị ứng với từng loại nguồn thải.
Nhƣ vậy, các kết quả tính tốn, đánh giá về tải lƣợng ô nhiễm tối đa đƣợc thực hiện
một cách tự động, có hệ thống và biểu diễn ở dạng đồ họa thông qua việc ứng dụng
GIS, hỗ trợ cho các nhà quản lý đƣa ra các giải pháp quản lý phùhợp.
1.2. Thuật toán nội suy
Nội suy khơng gian là q trình tính tốn giá trị của các điểm chƣa biết từ
điểm đã biết trên miền bao đóng của tập giá trị đã biết bằng một phƣơng pháp hay
hàm tốn học nào đó.
Hiện nay, có nhiều thuật tốn nội suy khác nhau, nhƣng mỗi thuật tốn có
điểm mạnh riêng. Có thể phân loại theo cách sau:
- Nội suy điểm/ Nội suy bề mặt.
- Nội suy toàn diện/ Nội suy địa phƣơng.
- Nội suy chính xác/ Nội suy gần đúng.

8


Có 3 phƣơng pháp nội suy thơng dụng trong ArcGIS đó là IDW, Spline,
Kriging.
1.2.1. IDW
Phuơng pháp IDW xác định giá trị của các điểm chƣa biết bằng cách tính
trung bình trọng số khoảng cách các giá trị của các điểm đã biết giá trị trong vùng
lân cận của mỗi pixel.Những điểm càng cách xa điểm cần tính giá trị càng ít ảnh
huởng đến giá trị tính tốn.
Cơng thức nội suy của phƣơng pháp này

∑
∑
Với

Trong đó:
i: các điểm dữ liệu đã biết giá trị
n: số điểm đã biết
Zi: gía trị điểm thứ i
d: khoảng cách đến điểm i
k: hằng số DW

Hình 1.3. Phân bố không gian giá trị pH của hồ Trúc Bạch theo phƣơng pháp IDW.

Bài giảng Công nghệ quản lý Môi trƣờng (2017)
- GIS đƣợc đầu tiên ứng dụng trong nội suycác chỉ tiêu quan trắc chất lƣợng
nƣớc. Sự phânbố về không gian các chỉ tiêu quan trắc đƣợcthực hiện bằng phần
mềm ArcGIS 9.3 với thuậttoán nội suy trọng số nghịch khoảng cách -IDW (inverse
9


distance weighted interpolation) do Shepard đề xuất [19].Trong thuật toán IDW, các
điểm cần nộisuy đƣợc xác định bằng cách tính trung bình các giá trị của các điểm
quan trắc trong vùnglân cận (Hình 1.4). Điểm càng gần điểm cần nộisuy càng có
ảnh hƣởng nhiều hơn, nghĩa là cótrọng số lớn hơn. Điểm cần nội suy đƣợc xácđịnh
theo công thức (1):
̂(

)

∑

( ) (1)

Trong đó:
S0, n là số lƣợng điểm quan trắc lân cận
Z(Si) là giá trị điểm quan trắc lân cận Si
̂(
i

)là giá trị nội suy của điểm cầnnội suy

là trọng số đƣợc xác định bởi cơng thức (2):
∑

(2)

Trong đó:
là khoảng cách không gian giữa điểm cần nội suy S0 và điểm lân cận Si, số mũ p
càng cao thì mức độ ảnh hƣởng của các điểm ở xa càng thấp (thông thƣờng p=2).
Mối quan hệ giữa mức độ ảnh hƣởng và khoảng cách khơng gian đƣợc thể hiện
trong hình 1.5.

Hình 1.4. Điểm cần nội suy và điểm quan

Hình 1.5. Mối quan hệ giữa mức độ ảnh

trắc lân cận.

hƣởng và khoảng cách.

Một số ƣu điểm của IDW
- IDW nên đƣợc sử dụng khi có một tập hợp các điểm dày đặc, phân bố rộng
khắp trên bề mặt tính tốn.
- Phƣơng pháp này nhanh chóng, dễ thực hiện.
10


1.2.2. Spline
Spline sử dụng một hàm toán học giảm thiểu độ cong tổng thể của bề
mặt.Điều này dẫn đến kết quả là một bề mặt nhẵn mà chính xác thơng qua các
điểm đầuvào.

Hình 1.6. Phân bố khơng gian giá trị pH của hồ Trúc Bạch theo phƣơng pháp Spline.
Bài giảng Công nghệ quản lý Môi trƣờng (2017)

Phƣơng pháp nội suy Spline là phƣơng pháp nội suy tổng quát, phƣơng pháp
này hiệu chỉnh bề mặt đƣờng cong.
Một số ƣu điểm của Spline:
- Các thuật toán đƣợc sử dụng để làm mịn bề mặt kết quả, đảm bảo kết quả
hiển thị mô hình khơng dao động nhiều ở giữa các điểm quan trắc.
- Splines là một phƣơng pháp phù hợp để nội suy các yếu tố khí hậu theo
khoảng thời gian hàng tháng hoặc hàng năm nhƣng ít phù hợp với khoảng thời
gian hàng ngày và hàng giờ.
1.2.3. Kriging
Kriging là một nhóm các kỹ thuật sử dụng trong địa thống kê, để nội suy một
giá trị của trƣờng ngẫu nhiên (nhƣ độ cao z của địa hình) tại điểm khơng đƣợc đo
đạc thực tế từ những điểm đƣợc đo đạc gần đó.
Cơng thức của Kriging nhƣ sau:
∑

(

Trong đó:
T* : giá trị cần ƣớc lƣợng tại 1 tọa độ trong không gian
11

)


u: giá trị trung bình
W: trọng số phụ thuộc vào vị trí của dữ liệu
: giá trị những điểm khác
n: số dữ liệu xung quanh dùng để ƣớc lƣợng giá trị T

Hình 1.7. Phân bố khơng gian giá trị pH của hồ Trúc Bạch theo phƣơng pháp Kriging.
Bài giảng Công nghệ quản lý môi trƣờng (2017)

Kriging nội suy giá trị cho các điểm xung quanh một điểm giá trị. Những
điểm gần điểm gốc sẽ ảnh hƣởng nhiều hơn những điểm ở xa. Quá trình hai bƣớc
của Kriging bắt đầu với ƣớc tính mức độ tƣơng quan và sau đó thực hiện phép nội
suy.
Một số ƣu điểm của phƣơng pháp này là giá trị của các điểm đƣợc gán không
chỉ phụ thuộc vào khoảng cách mà còn phụ thuộc vào sự phân bố không gian các
điểm. Điều này làm cho các giá trị nội suy mang tính tƣơng quan khơng gian nhiều
hơn.
Một bất lợi là nó địi hỏi nhiều thời gian tính tốn và mơ hình hóa, và địi hỏi
nhiều dữ liệu đầu vào.
Nhận xét chung về 3 thuật toán
IDW và Spline hai phƣơng pháp tạo ra các bề mặt từ các mẫu dựa trên mức
độ tƣơng đồng hoặc mức độ làm mịn. Tuy nhiên, trong khi bề mặt spline đi chính

xác qua từng điểm mẫu, IDW sẽ khơng đi qua bất kỳ điểm nào.Kriging là phƣơng
pháp thống kê địa lý sử dụng kỹ thuật thống kê mạnh mẽ dự đoán các giá trị dựa

12


trên mối quan hệ giữa các điểm đã biết giá trị và kỹ thuật trung bình trọng số phức
tạp.
Đề tài tiến hành so sánh độ chính xác của 2 phƣơng pháp là IDW và Kriging
các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc, từ đó xác định đƣợc phƣơng pháp tối ƣu để
xây dựng bản đồ nồng độ các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc sơng Tích.
1.3. Tổng quan về chất lƣợng nƣớc
1.3.1. Khái niệm
Chất lƣợng nƣớc là một yếu tố ảnh hƣởng tới tất cả khía cạnh của hệ sinh thái
và đời sống con ngƣời, nhƣ sức khỏe cộng đồng, hoạt động kinh tế và đa dạng sinh
học. Chất lƣợng nƣớc bao gồm tất cả các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học ảnh
hƣởng đến việc sử dụng nƣớc.

1.3.2. Thông số chất lượng nước
1.3.2.1. Độ pH
Giá trị pH của nƣớc thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý.Giá trị pH
cho phép ta lựa chọn phƣơng pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lƣợng hóa chất cần
thiết trong q trình xử lý nƣớc. Các cơng trình xử lý nƣớc bằng phƣơng pháp sinh
học thƣờng hoạt động ở pH từ 6,5 – 9,0. Môi trƣờng tối ƣu nhất để vi khuẩn phát
triển thƣờng là 7 – 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH khác nhau. Ví
dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4,8 – 8,8, còn vi khẩn nitrat
với pH từ 6,5 – 9,3.
1.3.2.2. Tổng chất rắn lơ lửng – TSS
Là các chất có khối lƣợng nhỏ khơng chìm xuống nƣớc, bị lơ lửng trong nƣớc.
Các chất này có thể tạo nên từ các chất keo trong nƣớc nhƣ keo SiO 2 ,

Al(OH) 3 , Fe(OH) 3 …; ngồi ra chúng có thể đƣợc tạo nên từ các chất mùn, các
hạt đất, cát có khối lƣợng nhỏ khơng chìm xuống đáy đƣợc. Đơn vị của TSS
là mg/l.
Các chất lơ lửng có tầm quan trọng đối với đời sống của nhiều sinh vật sống
trong nƣớc nhƣ động vật không xƣơng sống, tuy nhiên các chất lơ lửng cũng cản trở
đến q trình quang hợp của một số lồi thủy sinh. Các chất rắn lơ lửng thƣờng làm
cho nƣớc bị đục và do đó sẽ làm giảm tầm nhìn xa của các thủy sinh và ngăn cản sự
xuyên qua của ánh sáng mặt trời.
13


1.3.2.3. Oxi hòa tan
Oxi hòa tan hay còn đƣợc gọi tắt là DO (Dissolved Oxygen), là lƣợng dƣỡng
khí oxy hịa tan trong nƣớc, rất cần thiết cho sự hô hấp của sinh vật dƣới nƣớc nhƣ
cá, tôm, động vật lƣỡng cƣ, côn trùng v.v....
DO thƣờng đƣợc tạo ra do sự hịa tan của oxi trong khí quyển và một phần nhỏ
là do sự quang hợp của tảo v.v... Khi nồng độ DO trở nên quá thấp sẽ dẫn đến hiện
tƣợng khó hơ hấp, giảm hoạt động ở các lồi động thực vật dƣới nƣớc và có thể gây
chết. Nồng độ DO trong tự nhiên khoảng từ 8-10ppm, phụ thuộc vào nhiệt độ, sự
phân hủy hóa chấtvà một số tác nhân khác. DO còn là một chỉ số quan trọng trong
việc đánh giá sự ô nhiễm nƣớc trong ngành thủy điện..
1.3.2.4. Nhu cầu ơxy hóa học
Nhu cầu ơxy hóa học hay gọi tắt là COD (Chemical Oxygen Demand) là
lƣợng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nƣớc bao gồm cả vô cơ
và hữu cơ. Nhƣ vậy, COD là lƣợng oxy cần để oxy hố tồn bộ các chất hoá học
trong nƣớc.
COD đƣợc sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lƣợng các hợp chất ô nhiễm
hữu cơ tìm thấy trong nƣớc bề mặt (ví dụ trong các con sơng hay hồ). Do đó, COD
là một phép đo hữu ích về chất lƣợng nƣớc.
1.3.2.5. Nhu cầu ôxy sinh học

Nhu cầu ôxy sinh học hay gọi tắt là BOD (Biochemical (Biological) Oxygen
Demand) là lƣợng 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 kiện hiếu khí. Nhu cầu oxy sinh hóa
(BOD) đƣợc xác định dựa trên kinh nghiệm phân tích tiến hành tại nhiều phịng thí
nghiệm, trong việc tìm sự liên hệ giữa nhu cầu oxy đối với hoạt động sinh học hiếu
khí trong nƣớc thải hoặc dịng chảy bị ơ nhiễm.
BOD đƣợc ứng dụng trong việc đánh giá tính chất nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc
thải công nghiệp.Đây là chỉ tiêu duy nhất xác định lƣợng chất hữu cơ có khả năng
phân hủy sinh học và đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nƣớc.
1.3.2.6. Chỉ tiêu hóa học
Các chỉ tiêu NO2-, PO43-… dùng để đánh giá các quá trình phân hủy các chất
hữu cơ chứa nito, phospho trong nƣớc.

14


1.4. Đánh giá hiệu quả sử dụng GIS đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt.
1.4.1. Trên thế giới
Những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vào quản lý sử dụng nƣớc là vấn đề
mà nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm, đặc biệt đối với các khu vực các nƣớc
phát triển, vấn đề bảo vệ môi trƣờng rất đƣợc quan tâm nhƣ châu Mỹ, châu Âu,
châu Úc. Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá lƣu lƣợng dòng chảy và chất
lƣợng nƣớc của lƣu vực dƣới tác động của biến đổi sử dụng đất, biến đổi khí hậu,…
Liên quan đến phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc có 2 phƣơng pháp phổ
biến: Ứng dụng mơ hình tồn và phƣơng pháp nội suy. Một số mơ hình tốn đƣợc
sử dụng nhƣ là MIKE, NAM, SWAT, QUAL2E, WASP5, CE- QUAL - RIV1…
Một số nghiên cứu sử dụng GIS và phƣơng pháp nội suy không gian trong quản lý
chất lƣợng nƣớc:
- Tác giả Cynthia Meyer (2006) đã thực hiện đề tài với mục tiêu đánh giá
chất lƣợng nƣớc tại hạt Pinellas, USA. Trong nghiên cứu tác giả sử dụng phƣơng

pháp nội suy không gian IDW cho chỉ tiêu DO. Kết quả của nghiên cứu này hỗ trợ
cho ngƣời quản lý trong sàng lọc thông tin và thực hiện các đánh giá sự suy thoái
chất lƣợng nƣớc mặt của Tampa Bay.
- Rajkumar V. Raikar và cộng sự (2012) đã thực hiện đề tài ứng dụng GIS để
phân tích chất lƣợng nƣớc ngầm của Bhadravathi taluk sử dụng phƣơng pháp nội
suy không gian IDW. Các bản đồ IDW cho thấy sự phân bố khơng gian của các
thơng số lý hóa khác nhau tạo tiền đề trong việc xác định các khu vực thích hợp cho
việc sử dụng nƣớc uống.Chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) cho thấy một sự khác biệt
lớn trong số tất cả các mẫu nƣớc.Vì vậy, địi hỏi nhà quản lý phải có kỹ thuật xử lý
chất thải tránh tình trạng gây ô nhiễm.
- Adebayo Olubukola Oke và cộng sự (2013) đã thực hiện đề tài thành lập
bản đồ chất lƣợng nƣớc trên lƣu vực sông Ogun – Osun, Nigeria bằng phƣơng pháp
IDW.Kết quả cho thấy chất lƣợng nƣớc vẫn cịn trong giới hạn cho phép trong lƣu
vực sơng. Mặc dù, NO3-N và TN nằm trong phạm vi giới hạn do đó khơng có nhiều
mối lo ngại về mơi trƣờng ở khu vực này, PO4- -P và TP còn khá cao trên lƣu vực
nghiên cứu. Biến đổi theo các mùa ảnh hƣởng đến nồng độ các chất gây ô nhiễm
trong đó cho thấy dịng chảy góp phần gây ơ nhiễm. Điều này thể hiện rõ qua việc

15


chỉ số BOD5, PO4- P, E. coli và F. Coliform cao trong mùa mƣa. Các bản đồ GIS
chất lƣợng nƣớc dựa trên phƣơng pháp nội suy IDW cho phép các nhà quản lý theo
dõi đƣợc quá trình lan truyền của các chất ô nhiễm trong tất cả các hệ thống sông
trên lƣu vực.
- Mouna Ketata-Rokbani và cộng sự (2011) đã thực hiện đề tài sử dụng hệ
thống thông tin địa lý và chỉ số chất lƣợng nƣớc để đánh giá Chất lƣợng nƣớc ngầm
ở El Khairat Deep Aquifer (Enfidha, Tunisian Sahel). Đề tài sử dụng phƣơng pháp
nội suy IDW có đƣợc sự phân bố không gian của các thông số chất lƣợng nƣớc
ngầm, từ đó chỉ ra sự phù hợp của nƣớc ngầm khu vực nghiên cứu cho ngƣời tiêu

dùng.
- S.V. Sarath Prasanth và cộng sự (2012) đã thực hiện đề tài đánh giá chất
lƣợng nƣớc ngầm và tính phù hợp của nó đối với mục đích nƣớc uống và sử dụng
nông nghiệp ở dải ven biển Alappuzha, Kerala, Ấn Độ bằng phƣơng pháp IDW. Kết
quả cho thấy dựa trên TH và TDS của hầu hết các mẫu, nƣớc ngầm từ dải bờ biển
Alappuzha đƣợc tìm thấy an tồn và phù hợp cho mục đích uống nƣớc. Phần lớn
các nguồn nƣớc ngầm thuộc về C2S1, cho thấy nƣớc muối trung bình - nƣớc muối
natri có thể đƣợc sử dụng để tƣới cho tất cả các loại đất mà khơng có nguy cơ muối
trao đổi.Việc đánh giá chất lƣợng nƣớc là tiền đề để hình thành các chính sách khả
thi đối với việc quản lý hệ thống nƣớc ngầm của vùng ven biển.
1.4.2. Ở Việt Nam
Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng nhƣ khoa học kỹ
thuật nói chung, phƣơng pháp nội suy ngày càng đƣợc ứng dụng nhiều. Tuy nhiên
do điều kiện tự nhiên đặc thù của Việt Nam thì phƣơng pháp nội suy chủ yếu dùng
vào đánh giá các yếu tố khí tƣợng do đó các nghiên cứu sử dụng trong đánh giá chất
lƣợng nƣớc khá ít, chủ yếu tập trung vào các mơ hình tốn ứng dụng. Một số nghiên
cứu sử dụng mơ hình toán để đánh giá chất lƣợng nƣớc nhƣ:
- Bùi Nguyên Linh (2013) đã thực hiện đề tài ứng dụng công cụ GIS đánh giá
chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt dựa trên số liệu quan trăc áp dụng cho tỉnh Bà Rịa
– Vũng Tàu.Đề tài Dựa vào phần mềm chuyên dụng Mapinfo, mơ hình WQI và các
số liệu quan trắc, có thể đánh giá đƣợc chất lƣợng môi trƣờng nƣớc cho sông tỉnh

16