Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy không gian xây dựng bản đồ chất lượng nước suối nậm la chảy qua thành phố sơn la

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 PGS.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 cô chú, anh chị tại Trung
tâm Quan trắc môi trƣờng tỉnh Sơn La cho em đánh giá phân tích tại trung tâm
Thí nghiệm.
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 6 năm 2018
Sinh viên thực hiện

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
MỤC LỤC ............................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... vi

DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. viii
DANH MỤC SƠ ĐỒ ......................................................................................... viii
DANH MỤC BIỂU ĐỒ ..................................................................................... viii
PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................ 1
PHẦN II TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................. 3
2.1. Tổng quan về nƣớc mặt .................................................................................. 3
2.1.1. Khái niệm nƣớc mặt .................................................................................... 3
2.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt ................................................. 3
2.2. Ứng dụng Gis trong quản lý chất lƣợng nƣớc mặt ........................................ 5
2.2.1. Khái niệm GIS ............................................................................................. 5
2.2.2. Các thành phần cơ bản của GIS .................................................................. 6
2.2.3. Mơ hình dữ liệu của GIS ............................................................................. 7
2.2.4. GIS và bài toán quản lý chất lƣợng nƣớc mặt ............................................. 9
2.3. Thuật toán nội suy ........................................................................................ 11
2.3.1. Inverse Distrance Weighted (IDW) .......................................................... 11
2.3.2. Spline ......................................................................................................... 13
2.3.3. Kriging ...................................................................................................... 14
2.4. Đánh giá hiệu quả sử dụng GIS đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt ......... 16
2.4.1. Trên Thế Giới ............................................................................................ 16
2.4.2. Ở Việt Nam ............................................................................................... 18
PHẦN III MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 20
3.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 20
3.1.1. Mục tiêu chung .......................................................................................... 20
3.1.2. Mục tiêu cụ thể .......................................................................................... 20
3.2. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 20
ii


3.3. Những nội dung cơ bản của khóa luận ......................................................... 21
3.3.1. Nghiên cứu thực trạng và hoạt động quản lý chất lƣợng nƣớc suối Nậm

La, tỉnh Sơn La .................................................................................................... 21
3.3.2. Nghiên cứu đánh giá chất lƣợng nƣớc và xây dựng bản đồ nội suy chất
lƣợng nƣớc suối Nậm La, tỉnh Sơn La ................................................................ 21
3.3.3. Đánh giá ảnh hƣởng của chất lƣợng nƣớc tới sức khỏe ngƣời dân sinh
sống tại khu vực nghiên cứu ............................................................................... 21
3.3.4. Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý chất
lƣợng nƣớc tại khu vực nghiên cứu..................................................................... 21
3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 22
3.4.1. Thực trạng và hoạt động quản lý chất lƣợng nƣớc suối Nậm La, tỉnh Sơn La ..... 22
3.4.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc và xây dựng bản đồ nội suy chất lƣợng suối
Nậm La, tỉnh Sơn La ........................................................................................... 23
3.4.3. Đánh giá ảnh hƣởng của chất lƣợng nƣớc tới sức khỏe ngƣời dân sinh
sống tại khu vực nghiên cứu ............................................................................... 26
3.4.4. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý chất lƣợng nƣớc tại
khu vực nghiên cứu ............................................................................................. 26
PHẦN IV ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU
VỰC NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 27
4.1. Điều kiện môi trƣờng tự nhiên ..................................................................... 27
4.1.1. Điều kiện về địa lý, địa chất ...................................................................... 27
4.1.2. Điều kiện về khí hậu, khí tƣợng ................................................................ 29
4.1.3. Điều kiện thủy văn .................................................................................... 32
4.1.4. Hiện trạng tài nguyên sinh học.................................................................. 33
4.2. Điều kiện kinh tế- đời sống xã hội ............................................................... 33
4.2.1. Điều kiện về kinh tế .................................................................................. 33
4.2.2. Điều kiện xã hội ........................................................................................ 38
PHẦN V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 41
5.1. Hiện trạng thực trạng và hoạt động quản lý chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt
suối Nậm La suối Nậm La, tỉnh Sơn La.............................................................. 41
iii

5.1.1. Hiện trạng chất lƣợng nƣớc mặt toàn bộ suối Nậm La ............................. 41
5.1.2. Chất lƣợng nƣớc mặt suối Nậm La tại một số vị trí quan trắc ......................... 41
5.1.3. Hiện trạng công tác quản lý môi trƣờng nƣớc mặt của thành phố Sơn La
và tỉnh Sơn La ..................................................................................................... 53
5.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc và xây dựng bản đồ nội suy chất lƣợng nƣớc suối
Nậm La, tỉnh Sơn La ........................................................................................... 58
5.2.1. Đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt và xác định nguyên nhân ảnh hƣởng đến
chất lƣợng nƣớc mặt ............................................................................................ 58
5.3. Đánh giá ảnh hƣởng của chất lƣợng nƣớc tới sức khỏe ngƣời dân sinh sống
tại khu vực nghiên cứu ........................................................................................ 91
5.3.1. Ảnh hƣởng tới sức khỏe của ngƣời dân .................................................... 93
5.3.2. Ảnh hƣởng đến đời sống của ngƣời dân ................................................... 93
5.4. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý chất lƣợng nƣớc tại
khu vực nghiên cứu ............................................................................................. 94
5.4.1. Tăng cƣờng nguồn lực cho công tác quản lý ............................................ 94
5.4.2. Đầu tƣ xây dựng cơ sở hạ tầng, trang thiết bị ........................................... 96
5.4.3. Thực hiện các công tác quản lý môi trƣờng nƣớc mặt suối Nậm La ........ 97
5.4.4. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm từ nguồn thải ..................................... 99
PHẦN V KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ ........................................ 102
6.1. Kết luận ...................................................................................................... 102
6.2. Tồn tại......................................................................................................... 102
6.3. Kiến nghị .................................................................................................... 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT

Kí hiệu

Ý Nghĩa

1

GIS

Hệ thống thơng tin địa lý

2

IDW

Inverse Distance Weighted Interpolation

3

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

4

COD

Nhu cầu oxy hóa học

5

TSS

Tổng hàm lƣợng chất rắn lơ lửng

6

DO

Oxy hịa tan

7

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

8

LVHTS

Lƣu vực hệ thống sơng

9

TMDL

Total maximum daily loads

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thông tin các lớp dữ liệu nền. ............................................................ 25
Bảng 4.1: Vị trí quan trắc chất lƣợng môi trƣờng nƣớc trên suối Nậm La trong
các năm 2015 và 2016. ........................................................................................ 42
Bảng 4.2: Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc mặt suối Nậm La năm 2015 đợt 1
(3/2015). .............................................................................................................. 43
Bảng 4.3: Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc mặt suối Nậm La năm 2015 đợt 2
(9/2015). .............................................................................................................. 44
Bảng 4.4: Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc mặt suối Nậm La năm 2016 đợt 1
(3/2016) ............................................................................................................... 45
Bảng 4.5: Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc mặt suối Nậm La năm 2016 đợt 2
(9/2016) ............................................................................................................... 46
Bảng 4.6. Vị trí lấy mẫu nƣớc phân tích trên suối Nậm La đoạn chảy qua khu
vực TP. Sơn La. ................................................................................................... 59
Bảng 4.7a: Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc mặt suối Nậm La, TP. Sơn La. . 61
Bảng 4.7b: Kết quả giá trị trung bình các chỉ tiêu mơi trƣờng. .......................... 62
Bảng 4.8. So sánh giá trị chỉ tiêu pH theo phƣơng pháp nội suy và phân tích tại
phịng thí nghiệm. ................................................................................................ 73
Bảng 4.9. So sánh giá trị chỉ tiêu độ đục theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ........................................................................................... 75
Bảng 4.9. So sánh giá trị chỉ tiêu DO theo phƣơng pháp nội suy và phân tích tại
phịng thí nghiệm. ................................................................................................ 77
Bảng 4.10. So sánh giá trị chỉ tiêu BOD5 theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ........................................................................................... 79
Bảng 4.11. So sánh giá trị chỉ tiêu COD theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ........................................................................................... 81

Bảng 4.12. So sánh giá trị chỉ tiêu TSS theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ........................................................................................... 83

vi


Bảng 4.13. So sánh giá trị chỉ tiêu NH4+ theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ........................................................................................... 85
Bảng 54.14. So sánh giá trị chỉ tiêu NO2theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ........................................................................................... 87
Bảng 4.15. So sánh giá trị chỉ tiêu E.coli theo phƣơng pháp nội suy và phân tích
tại phịng thí nghiệm. ........................................................................................... 89
Bảng 4.16. So sánh giá trị chỉ tiêu Coliform theo phƣơng pháp nội suy và phân
tích tại phịng thí nghiệm. .................................................................................... 91
Bảng 4.17. Kết quả tổng hợp phiếu điều tra ảnh hƣởng của ô nhiễm nƣớc suối
Nậm La đến đời sống ngƣời dân khu vực nghiên cứu ........................................ 92

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Các thành phần của GIS. ....................................................................... 6
Hình 1.2. Chồng lớp các mơ hình vector và raster................................................ 8
Hình 1.3. Điểm cần nội suy và điểm quan trắc lân cận. ..................................... 12
Hình 1.4. Mối quan hệ giữa mức độ ảnh hƣởng và khoảng cách. ...................... 12
Hình 1.5. Phƣơng pháp nội suy Spline................................................................ 14
Hình 1.6.Phƣơng pháp nội suy Kriging. ............................................................. 15
Hình 3.1. Địa điểm khu vực nghiên cứu. ............................................................ 27
Hình 4.1. Vị trí điểm lấy mẫu nƣớc phân tích. ................................................... 60
Hình 4.2. Giá trị pH theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ............ 72

Hình 4.3. Giá trị pH theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La ............. 72
Hình 4.4. Giá trị độ đục theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ...... 74
Hình 4.5. Giá trị độ đục theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ...... 74
Hình 4.6. Giá trị DO theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ........... 76
Hình 4.7. Giá trị DO theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ........... 76
Hình 4.8. Giá trị BOD5 theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ...... 78
Hình 4.9. Giá trị BOD5 theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La ....... 78
Hình 4.10. Giá trị COD theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ...... 80
Hình 4.11. Giá trị COD theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ...... 80
Hình 4.12. Giá trị TSS theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ........ 82
Hình 4.13. Giá trị TSS theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ........ 82
Hình 4.14. Giá trị NH4+ theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ..... 84
Hình 4.15. Giá trị NH4+ theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. .... 84
Hình 4.16. Giá trị NO2 theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ........ 86
Hình 4.17. Giá trị NO2 theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ........ 86
Hình 4.18. Giá trị E.coli theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ...... 88
Hình 4.19. Giá trị E.coli theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. ...... 88
Hình 4.20. Giá trị Coliform theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. 90
Hình 4.21. Giá trị Coliform theo phƣơng pháp nội suy IDW tại Suối Nậm La. 90

viii


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1. Tổng quát phƣơng pháp nội suy chất lƣợng nƣớc suối Nậm La. ...... 26
Sơ đồ 4.1. hệ thống các tổ chức tham gia quản lý tài nguyên nƣớc mặt. .......... 53
Sơ đồ 4.2. Quy trình XLNT bệnh viện thƣờng áp dụng. .................................. 101

DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 4.1: Diễn biến hàm lƣợng Ơxy hịa tan năm 2015 và 2016. .................. 47

Biểu đồ 4.2: Diễn biến hàm lƣợng TSS năm 2015 và 2016 ............................... 48
Biểu đồ 4.3: Diễn biến hàm lƣợng BOD5 năm 2015 và 2016 ............................ 49
Biểu đồ 4.4: Diễn biến hàm lƣợng hàm lƣợng Amoni năm 2015 và 2016 ......... 50
Biểu đồ 4.5: Diễn biến hàm lƣợng hàm lƣợng NO2- năm 2015 và 2016 ........... 51
Biểu đồ 4.6: Diễn biến hàm lƣợng hàm lƣợng E.Coli năm 2015 và 2016.......... 52
Biểu đồ 4.7: Biểu diễn giá trị pH tại các điểm nghiên cứu. ................................ 63
Biểu đồ 4.8: Biểu diễn giá trị DO tại các điểm nghiên cứu. ............................... 63
Biểu đồ 4.9: Biểu diễn giá trị BOD5 tại các điểm nghiên cứu ........................... 64
Biểu đồ 4.10: Biểu diễn giá trị TSS tại các điểm nghiên cứu. ............................ 64
Biểu đồ 4.11: Biểu diễn giá trị Độ đục tại các điểm nghiên cứu ........................ 65
Biểu đồ 4.12: Biểu diễn giá trị NH4+ tại các điểm nghiên cứu .......................... 65
Biểu đồ 4.13: Biểu diễn giá trị NO2 tại các điểm nghiên cứu ............................ 66
Biểu đồ 45.14: Biểu diễn giá trị Coliform tại các điểm nghiên cứu ................... 66
Biểu đồ 4.15: Biểu diễn giá trị E.coli tại các điểm nghiên cứu .......................... 67
Biểu đồ 4.16: Biểu diễn giá trị COD tại các điểm nghiên cứu. .......................... 67

ix


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. Trong thời
gian vừa qua, do sự phát 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. Chất lƣợng nƣớc mặt bị
ảnh hƣởng bởi các hoạt động do con ngƣời và quá trình tự nhiên, bao gồm điều
kiện thời tiết, tình trạng xói mịn, đặc trƣng về thủy văn, ảnh hƣởng của biến đổi
khí hậu, lƣợng mƣa, các hoạt động công nghiệp, sử dụng đất nông nghiệp, tình
trạng xả nƣớc thải và việc khai thác và sử dụng tài nguyên nƣớc. Trong đó, chất

lƣợng nƣớc mặt tại ao, hồ, sông, suối thƣờng dễ bị ảnh hƣởng và biến đổi bởi
hoạt động của con ngƣời nhƣ các hoạt động sinh hoạt, hoạt động đô thị, hoạt
động nông nghiệp và cơng nghiệp. Ngồi các yếu tố nhân tạo trên, điều kiện thời
tiết nhƣ hạn hán và mƣa cũng ảnh hƣởng đến tính chất của nguồn nƣớc mặt.
Trong nghiên cứu của Lee và Bang về tính chất của nƣớc mặt khu vực đô
thị Taejon và Chọngju (Hàn Quốc) cho thấy nƣớc mƣa tác động mạnh đến tính
chất của nƣớc thải và chất lƣợng nƣớc thủy vực tiếp nhận. Việc đánh giá chất
lƣợng nƣớc mặt ở hầu hết các quốc gia đã trở thành một vấn đề bức thiết trong
những năm gần đây, đặc biệt là những lo ngại cho rằng nƣớc ngọt sẽ là một
nguồn tài nguyên khan hiếm trong tƣơng lai. Với tầm quan trọng vô cùng đặc
biệt của nguồn tài nguyên này, việc quản lý, bảo vệ tài nguyên nƣớc và giúp
đƣa ra các biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc của mỗi khu vực càng trở nên
cấp thiết hơn bao giờ hết.
Suối Nậm La chảy qua thành phố Sơn La từ hƣớng Tây Nam của thành
phố qua trung tâm thành phố rồi chảy xuống hang ngầm tại khu vực xã Chiềng
Xơm thành phố Sơn La. Ngồi chức năng cơ bản thốt lũ từ thƣợng nguồn cịn
có vai trò rất quan trọng trong cấp nƣớc, phục vụ các hoạt động kinh tế, xã hội
cho toàn khu vực. Tuy nhiên, theo nhiều kết quả quan trắc hàng năm về chất
lƣợng nƣớc suối Nậm La trong những năm gần đây nhận thấy đã có dấu hiệu suy
1


giảm về chất lƣợng nƣớc, tình trạng ơ nhiễm ngày càng tăng lên, đe dọa đến khả
năng cấp nƣớc phục vụ cho sinh hoạt và phát triển kinh tế, xã hội.
Suối Nậm La hình thành từ các dãy núi cao của huyện Thuận Châu và
huyện Mai Sơn rồi chạy qua thành phố Sơn La, Suối Nậm La tiếp nhận các
nguồn thải chính phát sinh từ các hoạt động cơng, nơng nghiệp và nƣớc thải sinh
hoạt hầu hết đều đƣợc thải trực tiếp khơng qua sử lý. Ơ nhiễm nƣớc thải của
thành phố Sơn La làm mất đi vẻ đẹp thơ mộng của sông, ảnh hƣởng đến nguồn
cấp nƣớc sinh hoạt, đặc biệt là cƣ dân vùng hạ nguồn.

Ô nhiễm đầu nguồn nƣớc ở huyện Thuận Châu, cũng nhƣ du lịch vào
thăm hang, đang gây ô nhiễm nƣớc ở Thẳm Tát Tòng, là nguồn cấp nƣớc sinh
hoạt cho thành phố Sơn La. Sự tàn phá rừng đầu nguồn thì làm cho lũ lụt ngày
càng dữ dội, nhiều lần lũ quét qua đƣờng phố gây thiệt hại về ngƣời và tài sản.
Do đó, nghiên cứu “Ứng dụng GIS và thuật tốn nội suy không gian xây dựng
bản đồ chất lượng nước suối Nậm La chảy qua Thành Phố Sơn La” đƣợc
thực hiện có ý nghĩa đặc biệt quan trọng với mục đích làm cơ sở khoa học trong
việc quản lý nguồn nƣớc mặt, 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 cơng tác bảo vệ môi trƣờng theo chủ trƣơng của nhà nƣớc.

2


PHẦN I
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nƣớc mặt
1.1.1. Khái niệm nước mặt
Theo QCVN 08:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất
lƣợng nƣớc mặt: Nƣớc mặt là nƣớc chảy qua hoặc đọng lại trên mặt đất, sông,
suối, kênh, mƣơng, khe, rạch, hồ, ao, đầm.
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước mặt
Các chỉ tiêu cơ bản trong đánh giá chất lƣợng nƣớc nhƣ màu sác, mùi vị,
độ đục, nhiệt độ, DO, COD, BOD, pH, NO2 , NH4+, Coliform, E.Coli, kim loại
nặng...
Tuy nhiên tùy thuộc vào mục địch đánh giá chất lƣợng nƣớc, các chỉ tiêu
quan trọng sẽ đƣợc lựa chọn sử dụng. Một số chỉ tiêu phổ biến bao gồm:
a. 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 8-10 ppm, phụ
thuộc vào nhiệt độ, sự phân hủy hóa chất và một số tắc nhân khác.
b. Nhu cầu ôxy 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 hố
học trong nƣớc.

3


COD đƣợc sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lƣợng các hợp chất ơ
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.
c. Nhu cầu ôxy sinh học
Nhu cầu ôxy sinh hóa hay gọi tắt là: BOD (Biochemical (hay Biological)
Oxygen Demand) là lƣợng oxy cần thiết để vi sinh vật ơxy 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.
d. Độ pH
Giá trị pH là chỉ số đo độ hoạt động (hoạt độ) của các ion hiđrô (H+) trong

dung dịch và vì vậy là độ axít hay bazơ của nó. Là một chỉ tiêu quan trọng để
kiểm tra chất lƣợng nƣớc cấp và nƣớc thải, pH đƣợc xác định bằng máy đo
nhanh pH hoặc phƣơng pháp chuẩn độ.
e. Tổng chất rắn lơ lửng-TSS
Là tổng lƣợng vật chất hữu cơ và vô cơ (phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo) lơ
lửng trong nƣớc. Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng tổng hoặc hàm lƣợng chất rắn có
khả năng lắng tụ là chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của nƣớc.
f. Hàm lượng Fe
Nhƣ chúng ta đã biết, kim loại nặng là những nguyên tố vi lƣợng cần thiết
cho cơ thể con ngƣời, động vật và thực vật ở nồng độ thấp nhƣng ở nồng độ cao
lại rất nguy hiểm. Với hàm lƣợng lớn hơn 0,5 mg/l, nƣớc có mùi tanh khó chịu,
làm vàng quần áo khi giặt... do vậy xác định đƣợc hàm lƣợng Fe trong nƣớc là
yếu tố quan trọng để đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt tại khu vực nghiên cứu.

4


g. Chỉ tiêu hóa học
Các chỉ tiêu NO2-, NH4+… dùng để đánh giá các quá trình phân hủy các
chất hữu cơ chứa nito trong nƣớc, các hợp chất này thƣờng đƣợc xem là những
chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nƣớc.
h. Chỉ tiêu sinh học
Trong nƣớc thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo và
các loài thủy vi sinh khác. Tùy theo tính chất, các loại vi sinh trong nƣớc có thể
vơ hại hoặc có hại. Nhóm có hại bao gồm các loại vi trùng gây bệnh, các loài
rong rêu, tảo… Nhóm này cần phải loại bỏ khỏi nƣớc trƣớc khi sử dụng. Trong
chất thải của ngƣời và động vật ln có loại vi khuẩn E.Coli sinh sống và phát
triển. Đó là vi khuẩn đặc trƣng cho mức độ nhiễm trùng của nƣớc ảnh hƣởng
đến chất lƣợng nƣớc sinh hoạt.
1.2. Ứng dụng Gis trong quản lý chất lƣợng nƣớc mặt

1.2.1. 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 khơng 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
khơng 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 công nghệ tin học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch
đô thị, cảnh báo môi trƣờng, v.v... Có rất nhiều định nghĩa về “Hệ thống thơng
tin địa lý” đã đƣợc đƣa ra, cụ thể nhƣ:
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.

5


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 liện nghiên cứu khoa học Trái đất Mỹ (Earth Science Research
Institute – ESRI), GIS là một hệ thống tích hợp phần cứng, phần ầu 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 thơng tin khơng gian từ thế giới thực để giải quyết các
vấn đề tổng hợp 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).
1.2.2. Các thành phần cơ bản của GIS
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 2.1.

Hình 1.1. Các thành phần của GIS.
6


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 phơ 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
nguồn thông tin phải cung cấp, các thông tin mà hệ thống yêu cầu nhƣ tọa độ địa
lý, quy mơ, 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 cơng tác quản lý để phát huy tác dụng. Những ngƣời làm
cơng tác này cần có khả năng nhận định tính chính xác, phạm vi suy diễn thơng
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 đại diện về
mặt hình học của địa hình, kích cỡ, kiểu dáng, vị trí.
Ngun tắc cơ bản của ngƣời sử dụng là chọn đúng thông tin, thiết lập các
chuẩn cần thiết, cập nhập thông tin để phân tích đầu ra của GIS cho mục đích và
kế hoạch khả thi.
1.2.3. Mơ hình dữ liệu của GIS
Dữ liệu GIS bao gồm 2 phần dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính.


Dữ liệu khơnggian

Dữ liệu khơng 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
7


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 pixel.

Hình 1.2. Chồng lớp các mơ hình vector và raster.
 Dữ liệu thuộctính
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 không 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 thơng tin khơng gian có
thể thực hiện SQL và phân tích.
Số liệu hiện tƣợng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông 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 không 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 không 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 (Data input).
Lƣu trữ và xử lý CSDL (DataBase).
8


Biển đổi dữ liệu (DataTransformation).
Xuất dữ liệu (Display anh Reporting).
1.2.4. 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 không gian và chỉnh sửa dữ liệu. Sự phát triển hệ thống
quản lý chất lƣợng nƣớc dựa trên GIS đƣợc giới thiệu để quản lý và phân tích
thơng tin chất lƣợng nƣớc, và hỗ trợ cho quá 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, 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 thu thập.
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 ơ 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 quá 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 dịng 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 duyên hải phía Tây Nam –
Hàn Quốc, tạo một công cụ quản lý nhằm hỗ trợ đạt mục tiêu bảo tồn môi
9


trƣờng nƣớc và duy trì sự phát triển đơ thị bền vững. TMDL – lƣợng chất thải
tối đa mà dòng 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 cộng đồng.
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.
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 ơ 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 ô nhiễm phát sinh và tải lƣợng ô 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 ơ nhiễm đều có hệ số tải lƣợng đơn vị thích hợp, do đó tải
lƣợng chất ô nhiễm phát sinh trong một loại nguồn thải đƣợc tính bằng cách lấy
10


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 ơ 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
phù hợp.
1.3. 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 toán nội suy khác nhau, nhƣng mỗi thuật toán 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.
Có 3 phƣơng pháp nội suy thơng dụng trong ArcGIS đó là IDW, Spline,
Kriging.
1.3.1. Inverse Distrance Weighted (IDW)
Phƣơng 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: Giá trị
điểm thứ i; d: Khoảng cách đến điểm i; k: Hằng số DW.
11


GIS đƣợc đầu tiên ứng dụng trong nội suy các chỉ tiêu quan trắc chất
lƣợng nƣớc. Sự phân bố về không gian các chỉ tiêu quan trắc đƣợc thực hiện

bằng phần mềm ArcGIS 10.3 với thuật toán nội suy trọng số nghịch khoảng
cách -IDW (inverse distance weighted interpolation) do Shepard đề xuất. Trong
thuật toán IDW, các điểm cần nội suy đƣợc xác định bằng cách tính trung bình
các giá trị của các điểm quan trắc trong vùng lân cận (Hình 1.3). Điểm càng gần
điểm cần nội suy càng có ảnh hƣởng nhiều hơn, nghĩa là có trọng 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
̂(

) là giá trị nội suy của điểm cầnnội suy

ƛ I là trọng số đƣợc xác định bởi công thức (2):
(2)

∑

Trong đó:

là khoảng cách khơng 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
không gian đƣợc thể hiện trong Hình 1.4.

Hình 1.3. Điểm cần nội suy và

Hình 1.4. Mối quan hệ giữa mức độ ảnh

điểm quan trắc lân cận.

hưởng và khoảng cách.

12


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.
1.3.2. 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
đầu vào.
Phƣơng pháp nội suy Spline là phƣơng pháp nội suy tổng quát, phƣơng
pháp này hiệu chỉnh bề mặt đƣờng cong.
Điều này dẫn đến kết quả là một bề mặt nhẵn mà chính xác thơng qua các
điểm đầu vào.
Khi so sánh phƣơng pháp Spline với phƣơng pháp IDW, cùng là phƣơng
pháp nội suy chính xác .
IDW sẽ khơng bao giờ nội suy các giá trị vƣợt quá các giá trị max & min

của dữ liệu đã biết. Ngƣợc lại, sử dụng phƣơng pháp Spline có thể nội suy các
giá trị vƣợt quá max & min của dữ liệu đã biết.
Các thuật toán đƣợc sử dụng để làm mịn bề mặt kết quả, đảm bảo kết quả hiển
thị mơ hình khơng dao động nhiều ở giữa các điểm quan trắc. Spline 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.
Tuy nhiên, Spline sẽ khơng thích hợp khi dữ liệu có sự thay đổi lớn trong
một khoảng cách ngắn theo chiều ngang. Khi dữ liệu điều tra không chắc chắn
về độ chính xác, hoặc có nhiều sai số.

13


Hình 1.5. Phương pháp nội suy Spline.
1.3.3. 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
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

14


Hình 1.6.Phương pháp nội suy Kriging.
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.
Phƣơng pháp nội suy dựa trên một cách tiếp cận khác về phân tích khơng
gian (Geostatistical). Đƣợc sử dụng phổ biến và đem lại kết quả nội suy chính
xác cao hơn khi so sánh với các phƣơng pháp nội suy khác. Dựa trên một mơ
hình tốn học về sự liên hệ lẫn nhau (Autocorrelation) giữa các điểm đã biết.
Kriging khơng chỉ nội suy giá trị mà cịn đo lƣờng đƣợc độ chắc chắn
(certainty) & chính xác (accuracy) của những giá trị đƣợc nội suy. Kriging giả
định rằng các điểm đã biết (Sample points) đều có một sự liên hệ với nhau trong
khơng gian (Spatial correlation) & có thể dùng quy luật liên hệ đó để mơ phỏng
sự biến động của bề mặt.
Tại mỗi địa điểm & khoảng cách tìm kiếm xác định (search radius),
Kriging sẽ xác định một hàm toán học để nội suy giá trị. Kriging rất thích hợp
khi ngƣời nghiên cứu biết đƣợc mối liên hệ về không gian của dữ liệu, phƣơng
pháp này thƣờng đƣợc sử dụng trong khoa học đất và địa lý.
* 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
15


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 trên mối quan hệ giữa các điểm đã biết giá trị và kỹ thuật trung bình
trọng số phức tạp. Do đó, khóa luận sử dụng phƣơng pháp IDW để đánh gia chất
lƣợng nƣớc mặt tại khu vực nghiên cứu.
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 toán
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

16