ứng dụng công nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước hạ lưu sông Đáy by SadieGulgowski

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

VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ LƯU SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2017 2018 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỆT ANH HÀ NỘI, NĂM 2018

LUẬN

ĐẶNG

https://tailieucongchuc.net/

ANH

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ LƯU SÔNG ĐÁY GIAI ĐOẠN 2017 2018 ĐẶNG NGUYỆT

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. TRỊNH LÊ HÙNG 2. PGS.TS. LÊ THỊ TRINH HÀ NỘI, NĂM 2018 https://tailieucongchuc.net/

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Trịnh Lê Hùng

Cán bộ hướng dẫn phụ: PGS.TS. Lê Thị Trinh

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Nguyễn Văn Nam

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Lưu Thế Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 01 tháng 10 năm 2018

https://tailieucongchuc.net/

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Kết quả nghiên cứu của luận văn là những đóng góp riêng dựa trên số liệu thu thập, những kết quả nghiên cứu kế thừa các công trình khoa học khác đều được trích dẫn theo đúng quy định.

Nếu luận văn có sự sao chép từ các công trình khoa học khác, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Học viên

Đặng Nguyệt Anh

https://tailieucongchuc.net/

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều cá nhân và cơ quan đơn vị. Nay luận văn đã hoàn thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới: PGS.TS. Trịnh Lê Hùng, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi, cùng những ý kiến đóng góp sâu sắc nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn trân trọng tới PGS.TS. Lê Thị Trinh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ của đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường “Nghiên cứu đặc điểm phân bố, lịch sử tích lũy môt số kim loại nặng, hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong trầm tích và đánh giá rủi ro môi trường khu vực hạ lưu sông Đáy”, mã số TNMT 2017.04.09 cho các nội dung nghiên cứu thực nghiêm của luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội… đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn TS. Trịnh Thị Thắm giảng viên khoa Môi trường, nhóm các bạn sinh viên Phạm Thị Linh Chi, Nguyễn Thị Như Quỳnh, Nguyễn Thu Thảo, lớp ĐH4QM về sự hỗ trợ trong quá trình thực nghiệm.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, cán bộ, đồng nghiệp và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện luận văn một cách hoàn chỉnh nhất, song do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy, Cô để luận văn được hoàn thiện hơn.

iii

https://tailieucongchuc.net/

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Đặng Nguyệt Anh

https://tailieucongchuc.net/

Mục

thiết

nghiên

Nội dung nghiên

ĐỀ NGHIÊN CỨU

Tổng quan về khu vực nghiên cứu..........................................................4 1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám 18 1.2.1. Công nghệ viễn thám 18 1.2.2. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu chất lượng nước 20

1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 26

1.4. Đặc điểm tư liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2 41

1.5. Tổng kết chương 1................................................................................43 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................................45

2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu............................................................45

2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................45 2.2.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu.....................................46 2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa.....................................48 2.2.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích chất lượng nước .....................48 2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng thông số chất lượng nước từ dữ liệu viễn thám 54

v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.................................................................................. ii LỜI CẢM ƠN ...................................................................................... iii TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................Error! Bookmark not defined. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................ viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.........................................................ix MỞ ĐẦU................................................................................................1 1. Tính cấp

của luận văn........................................................................1 2.

tiêu

cứu ..................................................................................2 3.

cứu.................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN

...................4 1.1.

https://tailieucongchuc.net/

2.3. Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Sentinel 2 phục vụ xác định hàm lượng TSS 58

2.3.1. Tiền xử lý ảnh 58

2.3.2. Xác định phổ phản xạ bề mặt 59

2.3.3. Xác định hàm hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa phổ phản xạ mặt nước và hàm lượng TSS ...........................................................................62

2.4. Tổng kết chương 2................................................................................62

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................63

3.1. Đặc điểm tư liệu sử dụng trong nghiên cứu..........................................63

3.1.1. Tư liệu viễn thám............................................................................63

3.1.2. Số liệu quan trắc .............................................................................67

3.2. Xây dựng hàm quan hệ giữa chất lượng nước và phổ phản xạ ảnh vệ tinh Sentinel 2..............................................................................................70

3.3. Thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018 từ dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2A..........................75

3.4. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018.........................................................................................79 3.4.1. Đánh giá chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy theo kết quả quan trắc thực tế........................................................................................79 3.4.2. Theo bản đồ hiện trạng chiết xuất từ ảnh viễn thám 83 3.4.3. So sánh kết quả giữa

pháp

Bookmark

MÀU

TINH

Bookmark not defined.

THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

Error!

Bookmark not defined.

hai phương

84 3.6. Tổng kết chương 3................................................................................86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................87 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................89 PHỤ LỤC...................................................Error!

not defined. PHỤ LỤC 1: CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH TỔ HỢP

ẢNH VỆ

......................................................................Error!

PHỤ LỤC 2: CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH

.....

Bookmark not defined. PHỤ LỤC 3: HÌNH ẢNH THU THẬP.......Error!

https://tailieucongchuc.net/

vii https://tailieucongchuc.net/

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

GIS : Hệ thống thông tin địa lý

WQI GPS : Chỉ số chất lượng nước mặt : Hệ thống định vị toàn cầu

NSMI : Chỉ số chất rắn lơ lửng

COD : Nhu cầu oxy hóa học

BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa

DO : Oxy hòa tan

TSS : Tổng chất rắn lơ lửng

BVTV : Bảo vệ thực vật

RS : Viễn thám

LVS : Lưu vực sông

KQ : Khí quyển

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN : Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia Việt Nam

viii

https://tailieucongchuc.net/

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các bộ cảm viễn thám sử dụng phổ biến trong đánh giá chất lượng nước 22

Bảng 1.2: Đặc điểm một số bộ cảm siêu phổ sử dụng trong đánh giá chất lượng nước [8].................................................................................................24

Bảng 1.3: Đặc điểm các kênh phổ ảnh vệ tinh Sentinel 2A...........................42

Bảng 2.1: Phương pháp bảo quản mẫu ...........................................................49

Bảng 2.2: Các phương pháp đo nhanh tại hiện trường...................................50

Bảng 2.3: Các phương pháp pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ............50

Bảng 2.4: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu........................................................52

Bảng 3.1: Bảng kết quả phân tích chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu tại sông Đáy (ngày 09/04/2018)...........................................................................68

Bảng 3.2: Giá trị phản xạ phổ tại kênh ảnh tại các vị trí tương ứng...............70 Bảng 3.3: Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phản xạ phổ kênh 2, 3, 4, 8 ảnh vệ tinh Sentinel 2A và hàm lượng các thông số chất lượng nước..................73 Bảng 3.4: So sánh kết quả xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 09/4/2018................................................................................................75

https://tailieucongchuc.net/

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu 4 Hình 1.2: Biểu đồ diễn biến hàm lượng COD trên sông Đáy năm 2014 [6]..16 Hình 1.3: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD5 trên sông Đáy năm 2014 [6] 17 Hình 1.4: Biểu đồ diễn biến hàm lượng NH4 + N trên sông Đáy năm 2014 [6] 17 Hình 1.5: Quan hệ giữa thông số độ đục và phổ phản xạ chiết suất từ tư liệu viễn thám [8] 27

Hình 1.6: Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của Weipi He [16] 28

Hình 1.7: Kết quả xác định phân bố hàm lượng NO3 N và NH3 N từ tư liệu viễn thám [12] 28

Hình 1.8: Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SPM) vùng Gironde (Pháp) trên ảnh SPOT HRV và Landsat ETM+ [14] 29

Hình 1.9: Phân bố hàm lượng SPM khu vực German Bight từ ảnh SPOT 30

Hình 1.10: Bản đồ phân bố độ đục của nước khu vực sông Gomti Lucknow từ ảnh vệ tinh QuickBird [22] 32 Hình 1.11: Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SS) trong nước mặt hồ Buyukcekmece (Thổ Nhĩ Kỳ) từ tư liệu ảnh vệ tinh IKONOS [23] 33 Hình 1.12: Bản đồ phân bố hàm lượng Chl a trung bình vùng biển Việt Nam vào tháng 5 năm 2008 và 2011 [24]................................................................35

Hình 1.13 Bản đồ hiện trạng phân bố hàm lượng SPM khu vực ven bờ sông Hồng (ngày 25 tháng 9 năm 2014)[24] 35 Hình 1.14: Bản đồ phân bố các trạm quan trắc chất lượng nước khu vực Quảng Ninh Hải Phòng [25] 36 Hình 1.15: Bản đồ phân bố hàm lượng chất lơ lửng trong nước mặt hồ Trị An trong nghiên cứu của Trịnh Lê Hùng [26]......................................................37 Hình 1.16: Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng chất rắn lơ lửng sông Đáy vào tháng 3(a), tháng 5(b), tháng 7(c), tháng 9(d) và tháng 11(e) năm 2015 40 Hình 1.17: Cấu hình quỹ đạo 2 vệ tinh cùa Sentinel 2...................................42 Hình 2.1: Lược đồ thành lập bản đồ chất lượng nước sông Đáy....................46 Hình 2.2: Giao diện website tải ảnh vệ tinh Sentinel 2...................................48 Hình 2.3: Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên sông Đáy.................................................51 Hình 2.4: Ví dụ về nắn ảnh bằng điểm khống chế..........................................59

https://tailieucongchuc.net/

Hình 2.5: Ví dụ về các ”đối tượng tối” trên ảnh vệ tinh Landsat (nguồn gisapmaps.com)...............................................................................................60

Hình 2.6: So sánh phổ phản xạ của thực vật trước và sau khi hiệu chỉnh KQ....61

Hình 2.7: So sánh phổ phản xạ của nước trước và sau khi hiệu chỉnh KQ.61

Hình 2.8: So sánh phổ phản xạ của đất trước và sau khi hiệu chỉnh KQ ..61

Hình 3.1a: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (cảnh ảnh 1) 64

Hình 3.1b: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (cảnh ảnh 2) 64

Hình 3.1c: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (sau khi khớp ảnh) 65

Hình 3.1d: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (cảnh ảnh 1) 65

Hình 3.1e: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (cảnh ảnh 2) 66

Hình 3.1f: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (sau khi khớp ảnh) 66

Hình 3.1: Giao diện phần mềm Erdas Imagine 2014......................................67 Hình 3.2: Giá trị phản xạ phổ (dạng số nguyên, chưa chia cho 10000) tại 4 kênh ảnh vệ tinh Sentinel 2A (kênh 2, 3, 4 và 8) tại từng vị trí lấy mẫu........70 Hình 3.3: Công cụ hồi quy (regression) trong tool Data Analysis của phần mềm Microsoft Excel 2013.............................................................................72 Hình 3.4: Kết quả hồi quy bội tuyến tính nhằm xác định hàm lượng TSS.....73 Hình 3.5: Công cụ mô hình hóa (Modeler) trong phần mềm ERDAS Imagine 2014.................................................................................................................76

Hình 3.6: Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 20/12/2017............................................................................77

Hình 3.7: Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 09/4/2018..............................................................................78

Hình 3.8: So sánh giá trị TSS hạ lưu sông Đáy từ hai phương pháp..............84

https://tailieucongchuc.net/

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận văn

Lưu vực sông Nhuệ Đáy là một trong những lưu vực sông lớn của Việt Nam, có vị trí địa lý đặc biệt, giữ vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội vùng đồng bằng sông Hồng. Sông Đáy là sông chính của lưu vực sông Nhuệ Đáy ở phía tây nam vùng châu thổ sông Hồng và là một trong những con sông dài nhất ở miền Bắc nước ta. Với chiều dài khoảng 237 km, sông Đáy chảy qua các tỉnh và thành phố Hà Nội, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình. Đây là vùng lãnh thổ có điều kiện tự nhiên, môi trường phong phú đa dạng, có vị trí địa lý đặc biệt quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, sông Đáy hiện nay đang đứng trước nhiều nguy cơ và thách thức, nổi bật trong số đó là vấn đề chất lượng môi trường nước của con sông huyết mạch trong lưu vực. Trong những năm gần đây, tài nguyên nước trên sông Đáy đã thay đổi rất rõ rệt cả về chất và lượng nước, điều này ảnh hưởng xấu đến tình hình kinh tế xã hội và môi trường sống trong khu vực mà con sông này đi qua. Lưu vực sông Đáy đang chịu tác động mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế xã hội nhất là của các khu công nghiệp, làng nghề, khu khai thác và chế biến. Trong khi đó, nguồn nước từ hệ thống sông này vẫn đang được sử dụng để cung cấp ngược lại cho các hoạt động sản xuất công nông nghiệp. Vì vậy, trước những yêu cầu phát triển bền vững kinh tế xã hội, yêu cầu cấp thiết đặt ra là nghiên cứu đánh giá hiện trạng, dự báo xu thế diễn biến môi trường chất lượng nước hạ lưu sông Đáy để làm cơ sở dữ liệu cho việc bảo vệ, xử lý và quản lý nguồn nước nhằm đảm bảo cung cấp nguồn nước sạch phục vụ cho dân sinh.

Có rất nhiều giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nước sông đã được đưa ra như: ban hành các văn bản pháp luật kèm theo các chế tài hợp lý, thành

https://tailieucongchuc.net/

lập các Ủy ban Bảo vệ Môi trường Lưu vực sông, áp dụng các công cụ kinh tế như thu phí nước thải, lập quỹ Bảo vệ Môi trường, xây dựng các chương trình quan trắc, giám sát môi trường lưu vực sông…Tuy nhiên, các giải pháp hiện nay vẫn chưa đạt được hiệu quả như mong đợi. Ô nhiễm nước tại lưu vực sông Đáy vẫn đang là vấn đề nan giải đối với các nhà quản lý và ngày càng nhức nhối đối với cộng đồng. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ viễn thám đã được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả quan trọng trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước mặt. Các phương pháp đánh giá chất lượng nước mặt truyền thống dựa trên kết quả phân tích mẫu nước chỉ thể hiện chất lượng nước cục bộ xung quanh điểm đo và trên thực tế không thể tiến hành lấy mẫu dày đặc ở một khu vực rộng lớn do tốn kém về thời gian và chi phí. Phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám với các ưu điểm nổi bật như diện tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn đang trở thành một công cụ hiệu quả trong nghiên cứu chất lượng nước mặt, đặc biệt đối với các khu vực rộng lớn như lưu vực sông. Trên cơ sở đó, đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018” được thực hiện là xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, nhằm góp thêm một hướng ứng dụng công nghệ mới phuc vụ quản lý chất lượng môi trường nước.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Thành lập được bản đồ hiện trạng chất lượng nước và đánh giá được chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018 bằng công nghệ viễn thám.

3. Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu trên, trong luận văn tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:

https://tailieucongchuc.net/

(1) Xây dựng hàm quan hệ giữa chất lượng nước và phổ phản xạ ảnh vệ tinh

Thu thập số liệu nguồn thải chính phát sinh vào hạ lưu Sông Đáy giai đoạn 2017 2018

Lấy mẫu và phân tích chất lượng nước hạ lưu sông Đáy tại 37 điểm

Thu thập dữ liệu ảnh viễn thám quang học Sentinel 2 khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018;

Xác định phản xạ phổ mặt nước từ ảnh vệ tinh Sentinel 2 và xây dựng hàm hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa phổ phản xạ với hàm lượng các thông số chất lượng nước;

(2) Thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018 từ dữ liệu ảnh vệ tinh Thành lập bản đồ phân bố hàm lượng các thông số chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018; Đánh giá độ chính xác kết quả xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước từ dữ liệu ảnh viễn thám.

(3) Đánh giá hiện trạng chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018

https://tailieucongchuc.net/

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực hạ lưu sông Đáy a. Điều kiện tự nhiên [1]

Sông Đáy là một trong những con sông dài ở miền Bắc Việt Nam, nó là con sông chính của lưu vực sông Nhuệ - Đáy ở phía tây nam vùng châu thổ sông Hồng. Sông Đáy chảy qua các tỉnh thành Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định với dòng sông chảy gần song song bên hữu ngạn hạ lưu sông Hồng. Trong lưu vực sông Đáy có nhiều sông khác như sông Tích, sông Nhuệ, sông Bùi, sông Bôi, sông Lạng, sông Hoàng Long, sông Sắt, sông Vạc, sông Nam Định, liên quan đến nhau nên đã được quy hoạch thủy lợi chung vào hệ thống sông Đáy.

Hình 1.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu

https://tailieucongchuc.net/

Đặc điểm khí hậu

Do nằm trong khu vực Bắc Bộ nên có nền khí hậu mang đầy đủ những thuộc tính cơ bản của khí hậu miền Bắc Việt Nam đó là nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mùa đông khá lạnh và ít mưa, mùa hè nắng nóng nhiều mưa tạo nên bởi tác động qua lại của các yếu tố: bức xạ mặt trời, địa hình, các khối không khí luân phiên khống chế.

+ Chế độ nắng: Khu vực nghiên cứu nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 120 kcal/cm2 và có số giờ nắng thuộc loại trung bình, đạt khoảng 1600 1750 giờ/năm, trong đó tháng 7 có số giờ nắng nhiều nhất đạt 200 230 giờ/tháng và tháng 2, 3 có số giờ nắng ít nhất khoảng 25 45 giờ/tháng. Chế độ nắng cũng giống như chế độ nhiệt, nó ảnh hưởng đến tốc độ và dạng phân hủy các hợp chất hữu cơ và nồng độ oxy hòa tan trong nước. + Chế độ nhiệt: Chế độ nhiệt phân hóa rõ rệt theo đai cao trong khu vực nghiên cứu. Nhiệt độ trung bình năm ở vùng thấp đạt từ 27 300C, ở vùng đồi núi phía Tây và Tây Bắc nhiệt độ trung bình năm xấp xỉ 240C. Mùa đông nhiệt độ trung bình ở vùng cao giảm xuống còn 16 190C, mùa hè trung bình khoảng 220C; còn ở vùng thấp mùa đông nhiệt độ trung bình 18 200C, mùa hè từ 27 - 300C. Trong trường hợp cực đoan, nhiệt độ tối cao có thể lên tới 400C, và nhiệt độ tối thấp có thể xuống tới dưới 00C.Chế độ nhiệt của nước phụ thuộc vào chế độ nhiệt của không khí đã ảnh hưởng đến các quá trình hóa lý xảy ra trong nước, nó ảnh hưởng đến đời sống các vi sinh vật và vi khuẩn sống trong nước.

+ Chế độ mưa ẩm: Do địa hình khu vực nghiên cứu đa dạng và phức tạp nên lượng mưa cũng biến đổi không đều theo không gian. Phần hữu ngạn của lưu vực có mưa khá lớn (P > 1800 mm), nhất là vùng đồi núi phía Tây (P > 2000 mm). Phần tả ngạn lưu vực, lượng mưa tương đối nhỏ (P = 1500

https://tailieucongchuc.net/

1800 mm), nhỏ nhất ở thượng nguồn sông Đáy, sông Nhuệ (P = 1500 mm), và lại tăng dần ra phía biển (P = 1800 2000 mm).

Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10 với tổng lượng mưa chiếm tới xấp xỉ 83% tổng lượng mưa năm, lượng mưa trung bình năm đạt từ 1200 1800 mm với số ngày mưa vào khoảng 60 70 ngày Lượng mưa các tháng mùa khô đều dưới 100 mm/tháng, trong đó tháng 12 tháng 3 dưới 50 mm/tháng. Trong thời kỳ này, dòng chảy nhỏ, chủ yếu phụ thuộc vào thời gian mở cống Liên Mạc.

+ Chế độ gió: Mùa đông gió có hướng thịnh hành là Đông Bắc, tần suất đạt 60 70%. Một số nơi do ảnh hưởng của địa hình, hướng gió đổi thành Tây Bắc và Bắc, tần suất đạt 25 40%. Mùa hè các tháng 5 tháng 7 có hướng gió ổn định, thịnh hành là Đông và Đông Nam, tần suất đạt 60 70%. Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành nhất cũng chỉ đạt tần suất 20 25%. Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần suất mỗi hướng thay đổi trung bình từ 10 15%.

Mạng lưới thủy văn Sông Đáy nguyên là một phân lưu lớn đầu tiên của sông Hồng, bắt đầu từ cửa Hát Môn chảy theo hướng Đông Bắc Tây Nam. Nhưng đến năm 1937, sau khi xây dựng xong đập Đáy thì nước sông Hồng không thường xuyên đổ vào sông Đáy qua cửa đập Đáy trừ những năm phân lũ, vì vậy phần đầu nguồn sông (từ 0 km đến Ba Thá dài 71 km) sông Đáy coi như đoạn sông chết. Hiện tượng bồi lắng và nhân dân lấn đất canh tác cản trở việc thoát lũ mùa mưa. Lượng nước để nuôi sông Đáy chủ yếu là do các sông nhánh, quan trọng nhất là sông Tích, sông Bôi, sông Đào Nam Định, sông Nhuệ. Sông chảy theo hướng Tây Bắc Đông Nam. Hiện nay, sông Đáy đã bị xâm nhập mặn ở vùng hạ du. Phần thượng và trung lưu cũng đã bị ô nhiễm do nguồn thải ở vùng dân cư tập trung, khu công

https://tailieucongchuc.net/

nghiệp của các tỉnh Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình và Hà Nội, đặc biệt là úng, lụt ở vùng trũng Nam Định, Ninh Bình gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng. Chế độ thủy văn

Cũng như mưa, dòng chảy phân bố trên lưu vực cũng không đều, dòng chảy lớn nhất là ở núi Ba Vì, phần hữu ngạn lưu vực có dòng chảy lớn hơn. Dòng chảy mùa lũ từ tháng 6 tháng 10 cũng chiếm 70 80% lượng dòng chảy năm, tháng 9 là tháng có dòng chảy trung bình tháng lớn nhất chiếm khoảng 20 30% lượng dòng chảy năm và lũ lớn nhất năm của sông Đáy cũng thường xảy ra vào tháng 9.

Do độ dốc lòng sông và cường độ mưa lớn ở vùng thượng lưu vực nên lũ ở các sông suối vừa và nhỏ lên xuống rất nhanh với cường suất lũ lên lớn nhất có thể tới 2 m/h (tại trạm Hưng Thi 2,28 m/h). Thời gian kéo dài một trận lũ chỉ từ 1 3 ngày.

Sông Đáy có vị trí rất quan trọng, trước đây nó vừa là đường thoát nước chính của sông Hồng, vừa là đường tiêu lũ của bản thân LVS Đáy. Trên dòng chính sông Đáy ở trung và hạ lưu có các chi lưu là sông Nhuệ, sông Châu, sông Đào. Chế độ dòng chảy sông Đáy không những chịu ảnh hưởng của các yếu tố mặt đệm trong lưu vực, các yếu tố khí hậu (trước hết là mưa) chế độ nhiệt, chế độ thủy triều vịnh Bắc Bộ, mà còn phụ thuộc vào chế độ nước và hệ thống kênh tưới tiêu và đặc biệt là chế độ thủy văn của sông Hồng (chủ yếu thông qua sông Đào nhận nước sông Hồng tại Nam Định và sông Nhuệ nhận nước sông Hồng qua cống Liên Mạc, Hà Nội). Vì thế mà chế độ dòng chảy sông Đáy rất phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các đoạn sông. Do địa hình lòng dẫn ở một số đoạn bị thu hẹp (như eo Tân Lang), và sự lấn chiếm lòng sông, bãi sông làm cản trở thoát lũ, thêm vào đó là nước từ sông Đào do sông Hồng chảy sang và nhất là khi lũ gặp triều cường thì lũ rút rất

https://tailieucongchuc.net/

chậm, kéo dài trong nhiều ngày gây úng ngập ở các vùng trũng, ảnh hưởng xấu đến nước sinh hoạt và môi trường sống vùng úng ngập. Các kết quả đo đạc và tính toán dài năm tại các trạm thủy văn trên hệ thống sông Đáy cho thấy: Nhìn chung, khoảng 85% lượng nước của sông Đáy được cung cấp bởi sông Hồng, chỉ có khoảng 15% là do các dòng trong lưu vực. Tổng lượng nước hàng năm của các sông suối trong sông Đáy khoảng 28,8 tỷ m3, trong đó lượng nước sông Đào (Nam Định) khoảng 25,7 tỷ m3 (chiếm 89,5%), sông Hoàng Long ở Hưng Thi chỉ có 0,68 tỷ m3 (chiếm 2,4%), sông Tích và sông Đáy ở Ba Thá khoảng 1,35 tỷ m3 (chiếm 4,7%). b. Đặc điểm kinh tế xã hội Tài nguyên nước nói chung và tài nguyên nước mặt nói riêng là một trong những yếu tố ảnh hưởng sự phát triển kinh tế xã hội của một vùng lãnh thổ hay một quốc gia. Sự gia tăng dân số, quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ làm tăng nhu cầu sử dụng nước trong khi nguồn tài nguyên nước không thay đổi. Chính vì vậy dẫn đến việc tài nguyên nước bị suy giảm nghiêm trọng cả về chất và lượng. Nước thải công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt không những gây ra ô nhiễm nguồn nước mặt mà chúng còn gây ô nhiễm các tầng nước dưới đất., gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và đồng thời ảnh hưởng tới chu trình sinh địa hóa trong các hệ thống sông. Lưu vực sông Đáy có phạm vi không gian rộng, quá trình phát triển kinh tế với nhiều ngành nghề đa dạng thuộc hầu hết các lĩnh vực sản xuất. Các hoạt động kinh tế xã hội đã và đang ngày càng trở thành tác nhân chủ yếu gây ra các vấn đề về môi trường. Lưu vực sông Đáy nằm trong vùng kinh tế trọng điểm của vùng, đây cũng là khu vực tiềm ẩn những nguy cơ gây ô nhiễm môi trường lớn nhất bởi nhiều nguyên nhân. Dưới đây trình bày một số yếu tố kinh tế xã hội trong lưu vực, ảnh hưởng tới chất lượng môi trường trong lưu vực.

https://tailieucongchuc.net/

Phát triển sản xuất công nghiệp tiểu thủ công nghiệp trong lưu vực Trên lưu vực sông Đáy có khoảng 4113 cơ sở sản xuất lớn, được phân bố không đều trên 6 tỉnh trong lưu vực. Các làng nghề với những sản phẩm truyền thống mang tính chất hàng hóa cao và ngày càng tinh xảo đang được hồi phục và phát triển. Tuy nhiên, phần lớn công nghệ và kỹ thuật áp dụng cho sản xuất nghề còn lạc hậu, trình độ cơ khí hóa còn thấp, thiết bị phần lớn đã có, không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, an toàn và vệ sinh môi trường. Các làng nghề chủ yếu tập trung sản xuất hàng hóa mà thiếu đầu tư công nghệ, giải pháp thích hợp để xử lý chất thải. Hiện trạng sử dụng đất và phát triển nông nghiệp trong lưu vực

Trong lưu vực sông Đáy Nhuệ, theo thống kê, diện tích đất nông nghiệp chiếm phần lớn (49,5%). Đất rừng và đất trồng cây công nghiệp chiếm 19,1% và 13,8%. Đất đô thị chỉ chiếm phần nhỏ khoảng 4,9%

Trong những năm gần đây, do quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ, diện tích đất nông nghiệp trong lưu vực đã dần bị thay thế bởi diện tích đô thị hoặc các khu công nghiệp mới. Tuy nhiên, nông nghiệp vẫn là ngành sản xuất chính có đóng góp lớn vào kinh tế lưu vực sông Đáy. Trong nội bộ ngành nông nghiệp tỷ trọng ngành trồng trọt giảm dần trong khi ngành chăn nuôi tăng dần. Trong toàn bộ lưu vực, số dân tham gia hoạt động sản xuất nông nghiệp chiếm khoảng 60 70% tổng dân số thuộc lưu vực. Hệ thống kênh tưới, tiêu dày đặc trong lưu vực đã và đang phục vụ đắc lực cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp trong vùng. Song song với việc phát triển kinh tế, các hoạt động canh tác phát triển mạnh cũng gây ra những ảnh hưởng đáng kể cho môi trường nước sông Đáy. 1.1.2. Các nguồn thải chính phát sinh vào hạ lưu sông Đáy Sông Đáy là phân lưu của sông Hồng, có đặc tính thuỷ chế phụ thuộc vào tổng các nguồn nước cấp ở trong, ngoài phân lưu. Sông Đáy không chỉ

https://tailieucongchuc.net/

đóng vai trò phân lũ, tiêu thoát nước trong lưu vực mà quan trọng hơn là chức năng cung cấp phù sa tái tạo dinh dưỡng tự nhiên cho đất, cung cấp nước sinh hoạt cho cư dân trong vùng và các hoạt động phát triển kinh tế, phát triển giao thông, và cũng là môi trường nước thuận lợi cho phát triển nuôi trồng thuỷ sản, phát triển du lịch [2] Môi trường nước sông Nhuệ - sông Đáy đóng vai trò quyết định đến hoạt động sống không chỉ của người dân lao động mà quyết định đến cả chiến lược phát triển kinh tế xã hội của lưu vực. Môi trường nước bị ô nhiễm, sức lao động của người lao động bị ảnh hưởng, sức tái tạo tài nguyên suy giảm, lợi thế về điều kiện địa lý tự nhiên chưa được khai thác hợp lý. Nguồn thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp

Theo số liệu thống kê của các tỉnh năm 2016, số cơ sở công nghiệp trên LVS khoảng 563 cơ sở sản xuất kinh doanh với quy mô khác nhau, trong đó ở Hà Nam 215 cơ sở, Nam Định 206 cơ sở và Ninh Bình là 142 cơ sở sản xuất nằm ngoài khu, cụm công nghiệp. Hoạt động của các cơ sở công nghiệp trên đã tạo ra nhiều nguồn thải (rắn, lỏng, khí) gây ô nhiễm và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường trên LVS sông Đáy.

Theo kết quả thống kê của các nguồn thải đã điều tra thông tin của Tổng cục môi trưởng thì tổng lượng nước thải của các cơ sở sản xuất thải ra LVS Nhuệ Đáy ước tính khoảng 149.553 m3/ngày.đêm [3]

Trong nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất công nghiệp có chứa các thành phần hữu cơ, hoá chất độc hại, các kim loại nặng, dầu mỡ... Tuy vậy, ý thức chấp hành các quy định bảo vệ môi trường của các cơ sở còn thấp, đặc biệt trong việc tuân thủ các quy định về đánh giá tác động môi trường, một phần nguyên nhân là do tiềm lực tài chính của các cơ sở còn hạn chế, không đủ khả năng đầu tư hệ thống xử lý nước thải đồng bộ.

https://tailieucongchuc.net/

Nguồn thải từ hoạt động nông nghiệp và chăn nuôi Đặc trưng nhất của vùng đất thuộc lưu vực sông Đáy là sản xuất nông nghiệp. Hoạt động canh tác trên lưu vực ven sông chủ yếu là trồng ngô, đỗ, lạc, các loại cây hoa màu,… Các hóa chất dùng trong hoạt động nông nghiệp như các loại thuốc trừ sâu DDT, các loại thuốc diệt cỏ,… là các chất bền vững, tốc độ phân hủy trong nước chậm. Ngoài ra, hàm lượng các chất dùng trong nông nghiệp còn tồn tại trong bùn đất một lượng đáng kể và từ đất bị rửa trôi, một phần thẩm thấu vào tầng nước ngầm nông, một phần chuyển tới hệ thống sông ngòi, ao hồ. Hoạt động chăn nuôi thải ra môi trường một lượng lớn chất thải như phân, nước tiểu, thức ăn dư thừa,… các chất thải này có đặc thù khá giống chất thải sinh hoạt, chúng chứa nhiều chất hữu cơ, hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng TSS rất cao gây ô nhiễm nguồn nước sông. Hiện nay, nguồn thải này ngày càng gia tăng nhưng vẫn chưa có biện pháp thu gom và xử lý hợp lý nên đã và đang gây ô nhiễm môi trường rất lớn, tiềm ẩn nguy cư gây ra dịch bệnh cho người và vật nuôi, đa phần lượng nước thải này được thải thông qua các hệ thống cống rãnh rồi thải trực tiếp vào lưu vực sông, làm ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước sông. Nguồn thải từ các đô thị và khu dân cư tập trung Hiện nay trên LVS Nhuệ sông Đáy có khoảng trên 11 triệu dân. Ước tính dân số nông thôn trong lưu vực khoảng 5,7 triệu người với lượng nước sử dụng trung bình 30 l/ngày thì tổng lượng nước sử dụng cho sinh hoạt nông thôn khoảng 64,2 triệu m3/năm. Lượng nước thải sinh hoạt ở các đô thị trong lưu vực tăng từ 200.000 m3/ngày đêm (năm 1989) lên khoảng 721.500 m3/ngày đêm năm 2006 [2]. Bên cạnh nguồn thải sinh hoạt lớn nhất từ Hà Nội, các nguồn thải sinh hoạt từ các khu đô thị khác chiếm từ 5 17% lượng thải nằm phân bố khắp

https://tailieucongchuc.net/

lưu vực. Theo tính toán sơ bộ, lượng nước thải sinh hoạt được tính bằng 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt (cấp từ tất cả các nguồn: nước mặt, nước ngầm...). Dự báo tổng lượng nước thải tại các đô thị, khu công nghiệp, nông thôn phát sinh trong phạm vi LVS Nhuệ Đáy đến năm 2020 có thể lên tới 1,9 triệu m3/ngày đêm [1]. Ngày 3/5/2013, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Quyết định 681/QĐ-TTg về Quy hoạch hệ thống thoát nước và xử lý thải khu vực dân cư, khu công nghiệp thuộc LVS Nhuệ Đáy đến năm 2030 [4]. Nguồn nước thải từ các đô thị chứa nhiều chất hữu cơ là nguyên nhân quan trọng gây nên tình trạng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trên hệ thống sông Nhuệ, sông Đáy như hiện nay. Nguồn thải từ làng nghề

Theo kết quả thống kê của các nguồn thải đã điều tra thông tin năm 2013, trong LVS sông Đáy có 143 làng nghề với các quy mô khác nhau và hơn 100 ngàn cơ sở sản xuất hộ cá thể với tổng lượng nước thải chảy ra LVS Nhuệ Đáy ước tính khoảng 203.062 m3/ngày.đêm [3]. Hầu như tất cả các nguồn thải đều tập trung đổ vào sông Nhuệ sông Đáy mà không qua hệ thống xử lý nước thải nào. Số lượng các làng nghề của từng tỉnh trên lưu vực xả vào sông Nhuệ sông Đáy với tỷ lệ như sau:

+ Hà Nội: có 99 làng nghề - chiếm 69,2% tổng số làng nghề;

+ Hà Nam: có 10 làng nghề chiếm 7 % tổng số làng nghề;

+ Nam Định: có 6 làng nghề chiếm 4,2% tổng số làng nghề;

+ Ninh Bình: có 28 làng nghề - chiếm 19,6% tổng số làng nghề;

Các làng nghề trong lưu vực đều hình thành tự phát có quy mô nhỏ, phương thức thủ công lạc hậu, lại nằm xen kẽ giữa các khu dân cư nên chưa được quy hoạch tổng thể và xây dựng hệ thống thoát nước và xử lý chất thải hoàn chỉnh. Nguồn thải làng nghề chủ yếu do nước thải và chất thải rắn từ làng nghề nhuộm, dệt vải, nghề mạ kim loại, tái chế phế thải,

https://tailieucongchuc.net/

chế biến nông sản, sản xuất đồ gỗ, đồ gốm... với lưu lượng lớn, nồng độ nhiễm bẩn chất hữu cơ khó phân hủy và đặc biệt độ pH và các hóa chất độc hại không được xử lý đã ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước mặt của sông. Nguồn thải từ y tế Trên toàn thể lưu vực có 132 cơ sở y tế với tổng lượng nước thải chảy ra lưu vực khoảng 16.992 m3/ngày.đêm. Theo kết quả thống kê điều tra thông tin nguồn thải của Tổng cục môi trường năm 2013 thì Hà Nội có 77 cơ sở y tế, Hà Nam có 11 cơ sở y tế; Nam Định có 13 cơ sở y tế; Ninh Bình có 17 cơ sở y tế.

Chất thải y tế là loại chất thải đặc biệt được phát sinh từ trong quá trình khám và chữa bệnh, nó thuộc loại chất thải nguy hại cần được xử lý triệt để trước khi thải vào nguồn tiếp nhận của môi trường. Các chất thải bệnh viện có ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ cộng đồng nếu như công tác quản lý không được thực hiện đúng yêu cầu vệ sinh. Các bệnh có nguy cơ lây truyền rất lớn qua rác thải, nước thải bệnh viện là tiêu chảy, viêm gan B, lao phổi,… khi rác thải và nước thải không được xử lý mà để chảy tự do theo nước mưa, theo cống rãnh vào mương tiếp nhận và cuối cùng chảy vào sông [3].

Từ các hoạt động khác Trong nhóm các hoạt động khác có ảnh hưởng đến môi trường nước bao gồm ảnh hưởng của các hoạt động du lịch, hoạt động khai thác cát trên sông, hoạt động đóng tàu ở hai bên bờ sông,…. Quá trình đô thị hóa dẫn đến sự phát triển của hàng loạt các khu chế xuất, khu công nghiệp mới, kèm theo đó là đòi hỏi tăng lực lượng lao động, tăng sức ép về nhà ở và vệ sinh môi trường. Từng yếu tố trên có tác động với qui mô và cường độ rất khác nhau trong không gian và thời gian.

https://tailieucongchuc.net/

1.1.3. Hiện trạng môi trường nước sông Đáy Tổng lượng nước: Lưu vực sông Đáy có lượng mưa thuộc loại trung bình so với cả nước do đó tài nguyên nước trên lưu vực sông chưa phải là phong phú. Lương mưa và dòng chảy phân bố không đều theo cả không gian và thời gian. Do đó, sự phân bố nguồn nước, tài nguyên nước trên lưu vực cũng phân bố không đều giữa các vùng và các mùa trong năm.

+ Theo không gian: Lượng mưa và dòng chảy có xu hướng tăng dần từ Đông sang Tây, từ khu vực đồng bằng lên khu vực miền núi.

+ Theo thời gian: Mùa mưa kéo dài từ 4 5 tháng, từ tháng 6 đến tháng 9, chiếm một lượng nước lớn trong năm. Mùa lũ xuất hiện vào tháng 7 và tháng 8, chậm hơn so với mùa mưa 1 tháng. Vì vậy, vào mùa mưa, lượng nước trên lưu vực sông Đáy cung cáp đủ cho nhu cầu thiết yếu của người dân Mùa khô từ tháng 7 đến tháng 5 năm sau, trong đó tháng 12 và tháng 1 là những tháng có lượng mưa và dòng chảy nhỏ nhất. Trong mùa này, nước sông cạn kiệt, trong khi đó nhu cầu sử dụng nước vào mùa này tương đối cao thì chỉ có khoảng 15 25% lượng nước cả năm Chất lượng nước: Chất lượng nước sông Đáy thay đổi thất thường và phụ thuộc chủ yếu và chất lượng và lưu lượng nước thải từ sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, làng nghề xuống các kênh mương, sông đồng, sau đó đổ dồn vào sông Đáy dọc theo sông.

Hiện nay, tình trạng ô nhiễm nước lưu vực sông Đáy ngày càng trở nên nghiêm trọng: Nước sông chịu tác động rất lớn của nước thải công nghiệp, sinh hoạt,… Theo báo cáo quan trắc thường niên của các đơn vị quản lý, tại một số điểm trên sông, hàm lượng chất hữu cơ trong nước cao, giá trị COD

https://tailieucongchuc.net/

vượt quá giới hạn cho phép chất lượng nước mặt loại A từ 2 3 lần trong khi giá trị BOD5 vượt quá giới hạn này từ 4 6 lần, hàm lượng DO rất thấp chỉ đạt 2,89 mg/l [5].

Tại Hội nghị Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ sông Đáy lần thứ 8 diễn ra tại Hòa Bình tháng 1/2017 vừa qua, báo cáo đánh giá hiện trạng chất lượng nước giai đoạn 2015 - 2016 tại lưu vực này vẫn chưa được cải thiện rõ rệt. Tình trạng ô nhiễm nước thải công nghiệp vẫn diễn biến phức tạp; công tác phối hợp giữa các địa phương chưa thực sự đồng bộ và hiệu quả…[5].

Nước sông Đáy ô nhiễm mang tính cục bộ. Sông Đáy chủ yếu bị ô nhiễm hữu cơ ở từng đoạn sông với các mức độ khác nhau. Càng về hạ lưu mức ô nhiễm trên sông Đáy có xu hướng giảm. Hạ lưu sông Đáy (từ Kim Sơn - Ninh Bình ra cửa Đáy), do nguồn thải ở thượng nguồn dồn về đã được pha loãng cộng với quá trình tự làm sạch của dòng sông nên chất lượng nước ở hạ lưu sông Đáy được cải thiện so với các đoạn trên [5]. Dự báo trong tương lai, lượng các chất ô nhiễm thải ra sông sẽ còn tiếp tục tăng cao. Vì vậy cần phải đưa ra các phương án để hạn chế và kiểm soát tình trạng ô nhiễm nước sông hiện tại cũng như là trong tương lai. Nước mặt sông Đáy ô nhiễm nhẹ hơn sông Nhuệ và ô nhiễm chỉ mang tính cục bộ. Sông Đáy chủ yếu bị ô nhiễm hữu cơ ở từng đoạn sông với các mức độ khác nhau. Theo kết quả phân tích chất lượng nước của Tổng cục Môi trường năm 2014, chất lượng nước sông Đáy đang ô nhiễm cục bộ tại một số điểm tiếp nhận nước thải của dân cư sống dọc hai bên bờ sông, không đáp ứng được QCVN 08:2008/BTNMT loại A1. Đoạn từ cầu Mai Lĩnh đến Ba Thá do ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt và công nghiệp nên mức độ ô nhiễm khá cao; đoạn phía hạ lưu, chất lượng

https://tailieucongchuc.net/

nước được cải thiện, tuy nhiên vẫn có thời gian không đạt QCVN 08:2008/BTNMT loại A2.

Hình 1.2: Biểu đồ diễn biến hàm lượng COD trên sông Đáy năm 2014 [6] Kết quả quan trắc COD trên sông Đáy cho thấy: từ Hà Đông đến Phủ Lý nước sông Đáy chủ yếu bị ô nhiễm hữu cơ cục bộ với mức độ khác nhau. Tại cầu Mai Lĩnh, Ba Thá có giá trị COD cao nhất do ảnh hưởng trực tiếp từ nước thải sinh hoạt của quận Hà Đông và các hộ dân hai bên bở sông.

https://tailieucongchuc.net/

Hình 1.3: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD5 trên sông Đáy năm 2014 [6] Kết quả quan trắc BOD5 trên sông Đáy cho thấy: tại 18 điểm quan trắc trên sông Đáy có giá trị BOD5 đạt QCVN 08:2008/BTNMT loại B1. Duy nhất điểm quan trắc cầu Mai Lĩnh có giá trị BOD5 không đạt BOD5 loại B1.

Hình 1.4: Biểu đồ diễn biến hàm lượng NH4 + N trên sông Đáy năm 2014 [6]

https://tailieucongchuc.net/

Kết quả quan trắc NH4 + N sông Đáy cho thấy: NH4 + N sông Đáy tăng cao ở những điểm chịu ảnh hưởng của nước thải như khu vực Mai Lĩnh (chịu nước thải sinh hoạt từ Hà Đông); khu vực Ba Thá (chịu nước từ sông Bùi đổ vào). Tại 14/19 điểm quan trắc có nồng độ NH4 + N cao hơn quy chuẩn cho phép QCVN 08:2008/BTNMT loại A2. Tại các điểm quan trắc hạ nguồn sông Đáy, đến thời điểmhiện tại chưa có dấu hiệu ô nhiễm NH4 +-N [6]. 1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu việc đo đạc, thu thập thông tin về một đối tượng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị đo tác động một cách gián tiếp với đối tượng nghiên cứu. Ban đầu, dữ liệu viễn thám là ảnh chụp phim thu nhận từ khinh khí cầu, máy bay…Hiện nay, nguồn dữ liệu chính trong viễn thám là ảnh số thu nhận từ các hệ thống vệ tinh quan sát trái đất. Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng xét cho cùng tất cả các định nghĩa đều có một đặc điểm chung, nhấn mạnh “viễn thám là khoa học nghiên cứu các thực thể, hiện tượng trên trái đất từ xa mà không cần tác động trực tiếp vào nó”. Ngày nay, dữ liệu thu được thường được lưu trữ và thao tác bằng máy tính. Các phần mềm phổ biến nhất được sử dụng trong viễn thám là ERDAS Imagine, ESRI, MapInfo và ERMapper [7]. 1.2.1. Công nghệ viễn thám a. Các loại dữ liệu của công nghệ viễn thám Các loại dữ liệu của công nghệ viễn thám rất đa dạng. Mỗi loại lại đóng một vai trò quan trọng trong việc phân tích một khu vực từ khoảng cách xa. Cách đầu tiên để thu thập dữ liệu từ xa là thông qua radar. Ứng dụng quan trọng nhất của công nghệ viễn thám là kiểm soát không lưu và phát hiện bão hoặc thiên tai tiềm ẩn. Ngoài ra, radar Doppler là một loại radar phổ biến được sử dụng trong phát hiện dữ liệu khí tượng, được cơ quan thực thi pháp

https://tailieucongchuc.net/

luật sử dụng để theo dõi lưu lượng và tốc độ lái xe. Các loại radar khác cũng được sử dụng để tạo ra mô hình số hóa. Một loại thu thập dữ liệu viễn thám từ laser. Chúng thường được sử dụng trong các máy đo độ cao trên vệ tinh để đo tốc độ, hướng gió và hướng các dòng hải lưu. Các máy đo độ cao này cũng hữu ích trong việc lập bản đồ biển vì chúng có khả năng đo dưới nước. Độ sâu của đại dương cũng có thể được đo và phân tích để tạo bản đồ địa hình biển. Cũng phổ biến trong viễn thám là LIDAR Light Detection và Ranging. Đây là loại công cụ phổ biến nhất sử dụng cho vũ khí, nhưng cũng có thể được sử dụng để đo hóa chất trong không khí và chiều cao của vật thể trên bề mặt Trái đất.

Các loại dữ liệu viễn thám khác bao gồm các cặp hình ảnh được tạo ra từ nhiều bức ảnh trên không (thường được sử dụng để tạo bản đồ địa hình, xem các tính năng trong bản đồ địa hình 3 chiều), đo phóng xạ và trắc quang thu thập bức xạ phát xạ trong ảnh hồng ngoại, dữ liệu trên không thu được bằng các vệ tinh quan sát trái đất như những gì tìm thấy trong chương trình Landsat.

b. Các ứng dụng của công nghệ viễn thám Cũng giống như các loại dữ liệu khác nhau, các ứng dụng cụ thể của viễn thám cũng rất đa dạng. Tuy nhiên, viễn thám chủ yếu được thực hiện để xử lý và giải đoán hình ảnh. Hình trên không và và hình ảnh vệ tinh có thể sử dụng cho các mục đích khác nhau. Việc xử lý và giải đoán các hình ảnh viễn thám cũng có những ứng dụng cụ thể trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Ví dụ, trong địa chất học, viễn thám có thể được áp dụng để phân tích và lập bản đồ các vùng rộng lớn, vùng sâu vùng xa. Các hình ảnh viễn thám cũng làm cho các nhà địa chất

https://tailieucongchuc.net/

học dễ dàng hơn trong trường hợp xác định các loại đá, địa mạo và thay đổi từ các sự kiện tự nhiên như lũ lụt hay trượt lở đất. Viễn thám cũng hữu ích trong việc nghiên cứu các loại thực vật. Việc diễn giải các hình ảnh viễn thám cho phép các nhà vật lý học, địa lý học, các nhà sinh thái học, những người nghiên cứu về nông nghiệp và những người lâm nghiệp dễ dàng phát hiện được thực vật ở những khu vực nhất định, tiềm năng tăng trưởng và đôi khi điều kiện thuận lợi cho sự tồn tại của thảm thực vật. Ngoài ra, những nhà quản lý và quy hoạch đô thị và các ứng dụng đất khác cũng quan tâm đến viễn thám vì nó cho phép họ dễ dàng nhận ra những mục đích sử dụng đất nào có trong một khu vực. Điều này sau đó có thể được sử dụng làm dữ liệu trong các ứng dụng lập kế hoạch thành phố và nghiên cứu môi trường sống các loài. Cuối cùng, viễn thám đóng một vai trò quan trọng trong GIS. Hình ảnh của nó được sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho các mô hình độ cao dựa trên raster (viết tắt là DEM) một loại dữ liệu phổ biến được sử dụng trong GIS. Các bức ảnh trên không chụp trong ứng dụng viễn thám cũng được sử dụng trong quá trình số hoá GIS để tạo các đa giác, sau đó được sử dụng để tạo bản đồ. Vì các ứng dụng đa dạng và khả năng cho phép người dùng thu thập, diễn giải và thao tác dữ liệu thông qua các vùng thường không dễ tiếp cận và đôi khi nguy hiểm, viễn thám đã trở thành công cụ hữu ích cho tất cả các nhà địa lý, bất kể mối quan tâm là gì. 1.2.2. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu chất lượng nước Cùng với sự phát triển của công nghệ vũ trụ và công nghệ thông tin, từ những thập kỷ cuối thế kỷ XX, kỹ thuật viễn thám đã được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả quan trọng trong nghiên cứu đánh giá chất lượng nước.

https://tailieucongchuc.net/

Tư liệu ảnh viễn thám với độ phân giải không gian đa dạng cho phép nghiên cứu, giám sát các vùng nước ở các quy mô khác nhau. Một số ảnh vệ tinh thương mại hiện nay như QuickBird, WorldView... có thể đạt độ phân giải không gian lên đến 1m hoặc cao hơn. Tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao có thể áp dụng hiệu quả cho các nghiên cứu ở mức độ chi tiết (ao, hồ, các đoạn sông). Trong khi đó, ảnh vệ tinh độ phân giải không gian trung bình (từ 10 đến 100m) thường được sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá chất lượng nước ở quy mô lưu vực sông. Đối với những khu vực rộng lớn như biển, đại dương, tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải thấp như MODIS, AVIRIS...có thể được áp dụng do diện tích phủ trùm của một cảnh ảnh có thể lên đến một vài triệu km2

Các vùng nước với hàm lượng thông số chất lượng nước khác nhau sẽ có đặc trưng phản xạ phổ khác nhau. Đặc trưng phản xạ phổ này có thể được sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp để ước lượng hàm lượng các thông số chất lượng nước như chất lơ lửng (TSS), chất diệp lục (Chrolophyll), nhiệt độ, pH, hàm lượng chất hữu cơ hòa tan.... Do vậy, tư liệu viễn thám chủ đạo sử dụng trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước là ảnh vệ tinh quang học. Trong bảng 1.1 trình bày các bộ cảm biến quang học sử dụng phổ biến trong đánh giá chất lượng nước, trong đó các bộ cảm được chia thành ba nhóm chính: độ phân giải không gian cao (dưới 10m), độ phân giải không gian trung bình (khoảng 10 đến 100m) và độ phân giải không gian thấp (lớn hơn 100m).

https://tailieucongchuc.net/

Bảng 1.1: Các bộ cảm viễn thám sử dụng phổ biến trong đánh giá chất lượng nước

Loại Vệ tinh Bộ cảm Ngày phóng

Độ phân giải không gian (m)

Độ rộng dải chụp

Độ phân giải thời gian (ngày)

Digital Globe WorldView 1 18/09/2007 0,5 17,7 1,7

Độ phân giải cao

Digital Globe WorldView 2 08/10/2009 1,85 0,46 16,4 1,1 NOAA WorldView 3 13/08/2014 1,24 3,7 0,31 13,1 1 4,5

Digital Globe Quickbird 18/10/2001 2,62 0,65 18 2,5

GeoEye Geoeye 1 06/09/2010 1,65 0,41 15,2 <3 GeoEye IKONOS 24/09/1999 3,2 0,82 11,3 3

SPOT 5 HRG 05/05/2002 2,5; 5 10 20 60 2 3

CARTOSAT 05/05/2002 2,5 30 5 ALOS AVNIR 2 24/01/2006 2,5 10 70 2

Độ phân giải trung bình

Landsat 8 OLI/TIRS 11/02/2013 30 15 100 170 16

Landsat 7 ETM+ 15/04/1999 30 15 60 183 16

Landsat 5 TM 01/03/1984 30 120 185 16 Landsat 5 MSS 01/03/1984 80 185 18 EO 1 Hyperion 21/11/2000 30 7,5 16 https://tailieucongchuc.net/

Độ phân giải thấp

EO 1ALI 21/11/2000 10 30 185 16

Terra ASTER 18/12/1999 15 30 90 60 16

PROBA CHRIS 22/10/2001 18 36 14 7 HICO 10/09/2009 100 45 50 10

Terra MODIS 18/12/1999 250 500 1000 2330 1 2

Envisat 1 MERIS 01/03/2002 300 1200 1150 Hàng ngày OrbView 2 SeaWiFS 01/08/1997 1130 2806 16 NIMBUS 7 CZCS 24/10/1978 825 1556 6

ERS 1 ATSR 1 17/06/1991 1000 500 3 6 ERS 2 ATSR 2 22/04/1995 1000 500 3 6

ENVISAT AATSR 01/03/2001 1000 500 3 6

Suomi NPP VIIRS 28/10/2011 375 750 3060 1 2 lần/ngày

NOAA 16 AVHRR 21/09/2000 1100 4000 3000 9 Ảnh vệ tinh quang học mặc dù được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước, tuy nhiên cũng có nhược điểm do số kênh phổ tương đối ít, độ rộng từng kênh phổ lớn nên một số thông tin quan trọng về chất lượng nước có thể bị lẫn vào nhau và luồng thông tin mang lại hạn chế. Những năm gần đây, ảnh viễn thám siêu phổ (hyperspectrial image) với số lượng kênh phổ lên đến hàng trăm kênh đã được áp dụng nhằm giải đoán

https://tailieucongchuc.net/

những yếu tố hết sức chi tiết mà trên ảnh viễn thám truyền thống không thể nhận biết được như các loại đất, các khoáng vật, các thông số chất lượng nước... [8].

Bảng 1.2: Đặc điểm một số bộ cảm siêu phổ sử dụng trong đánh giá chất lượng nước [8]

Tên bộ cảm Tên đầy đủ Số kênh phổ Dải phổ (µm) Độ phân giải không gian (m)

AVIRIS Airbone Visible Infrared Imaging Spectrometer 224 0,40 2,50 17

HYDICE

Hyperspectral Digital Imagery Collection Experiment

210 0,40 2,50 0,8 đến 4

HyMap Tên gọi khác là PROBE 1 128 0,40 2,50 3 đến 10

APEX Airborne Prism Experiment VIS/NIR (300), SWIR (199)

VIS/NIR (0,380,97), SWIR (0,97 2,50) 2 đến 5

CASI 1500

Compact Airborne Spectrographic Imager

EPS H Environmental Protection System

228 0,40 1,00 0,5 đến 3

VIS/NIR (76), SWIR1 (32), SWIR2 (32),

VIS/NIR (0,431,05), SWIR1 (1,50 1,80), Khoảng 1m

https://tailieucongchuc.net/

TIR (12) SWIR2 (2,00 2,50), TIR (8 12,50) DAIS 7915

Digital Airbone Imaging Spectrometer

VIS/NIR (32), SWIR1 (8), SWIR2 (8), MIR (1), TIR (12)

VIS/NIR (0,431,05), SWIR1 (1,50 1,80), SWIR2 (2,002,50), MIR (3,00 5,00), TIR (8,70 12,30)

3 đến 20 AISA Airborne Imaging Spectrometer 288 0,43 0,90 1 MIVIS

Multisspectral Infrared and Visible Imaging Spectrometerr

Deadalus Deadalus Multispectral Scanner (MSS)

VIS/NIR (28), MIR (64), TIR (10)

VIS (0,43 0,83), NIR (1,15-1,55), MIR (2,00 2,50), TIR (8,20 12,70)

3 đến 8

VIS/NIR (8), SWIR (2), TIR (2) 0,42 0,90 25 HySpex ODIN2014

HySpex hyperspectral cameras

VIS/NIR1 (128), VIS/NIR2 (160), SWIR1 (160), SWIR2 (256)

0,40 2,50 0,5 đến 2000

https://tailieucongchuc.net/

1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.3.1. Trên thế giới Với những ưu điểm nổi bật so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống, phương pháp viễn thám đã được sử dụng phổ biến trên thế giới trong quan trắc, đánh giá và giám sát diễn biến các thông số chất lượng nước với độ chính xác cao, tiết kiệm được thời gian và chi phí. Các nghiên cứu ban đầu trong ứng dụng viễn thám để quan trắc hàm lượng các thông số chất lượng nước chủ yếu tập trung chứng minh sự tồn tại mối quan hệ giữa phổ phản xạ thu được từ ảnh vệ tinh và hàm lượng các thông số chất lượng nước xác định dựa trên các phương pháp thực nghiệm [9][10][11]. Nhiều nghiên cứu đã tìm ra mối quan hệ tuyến tính giữa phản xạ phổ và hàm lượng một số thông số chất lượng nước như chất lơ lửng (TSS) và chlorophyll trong nước mặt [9][11]. Ouillon và cộng sự (2008) [8] đã sử dụng đa nguồn tư liệu viễn thám, bao gồm ảnh vệ tinh MODIS, MERIS, TM, ETM+, SeaWiFS, OCTS trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước khu vực ven biển Cuba, Fiji và New Caledonia. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã thử nghiệm với nhiều phương án khác nhau, bao gồm phổ phản xạ từ các kênh ảnh đơn ở các bước sóng 0,620 µm và 0,681 µm, sử dụng tỉ lệ giữa hai kênh ảnh bao gồm R412/R620, R443/R670 và R510/R681 và giá trị thống số độ đục tại hàng trăm điểm lấy mẫu nhằm tìm ra hàm quan hệ tốt nhất giữa phổ phản xạ và độ đục (Turbility). Kết quả nhận được cho thấy, tỉ lệ ảnh ở các dải sóng 0,510 và 0,681 µm cho phép thể hiện tốt nhất sự phân bố giá trị thông số độ đục [8].

https://tailieucongchuc.net/

Hình 1.5: Quan hệ giữa thông số độ đục và phổ phản xạ chiết xuất từ tư liệu viễn thám [8]

Kết hợp các bước sóng trong dải sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại, Ouillon và cộng sự đưa ra hàm quan hệ giữa phản xạ phổ chiết xuất từ tư liệu viễn thám và thông số độ đục như sau: Năm 2008, Weipi He và cộng sự [12] đã sử dụng tư liệu ảnh viễn thám quang học Landsat và GIS trong nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước mặt các hồ ở Bắc Kinh (Trung Quốc). Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng ảnh LANDSAT TM và 76 điểm lấy mẫu chất lượng nước nhằm xác định hàm lượng chlorophyll, COD, tổng nito (TN), ammonia nitrogen (NH3 N)... trong các hồ chứa nước ở thành phố Bắc Kinh (Trung Quốc). Nghiên cứu này đã

https://tailieucongchuc.net/

chứng minh rằng, các kênh phổ ở dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại có thể sử dụng dụng để xây dựng các mô hình tính toán hàm lượng các tạp chất trên với độ chính xác đảm bảo [12].

Hình 1.6: Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của Weipi He [16]

Hình 1.7: Kết quả xác định phân bố hàm lượng NO3-N và NH3-N từ tư liệu viễn thám [12]

https://tailieucongchuc.net/

Nghiên cứu của D. Doxaran và cộng sự (2002, 2006, 2009) [13] [14] [15] sử dụng tư liệu ảnh SPOT HVR và LANDSAT ETM+ nhằm xác định hàm lượng các chất ô nhiễm vùng cửa sông Gironde (Pháp). Trong nghiên cứu này, các tác giải đã phân tích đặc trưng phản xạ phổ của nước và cơ sở khoa học của phương pháp ứng dụng tư liệu viễn thám quang học (SPOT, LANDSAT) trong đánh giá chất lượng nước. Từ phân tích đặc trưng phản xạ phổ của nước, các tác giả đã chứng minh rằng dải sóng cận hồng ngoại (NIR) và xanh lục (green) có khả năng phản ánh tốt nhất hàm lượng TSS trong nước và đề xuất sử dụng tỉ số giữa hệ số phản xạ phổ tại kênh cận hồng ngoại (kênh 4 đối với ảnh LANDSAT ETM+ và SPOT tương ứng). Từ mối quan hệ giữa phản xả phổ tại các kênh sóng này cùng với số liệu đo thực địa, tác giả đã đưa ra mô hình ước lượng hàm lượng chất lơ lửng tại vùng cửa sông Gironde (hình 1.8) [14].

Hình 1.8: Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SPM) vùng Gironde (Pháp) trên ảnh SPOT HRV và Landsat ETM+ [14]

https://tailieucongchuc.net/

Lehner và cộng sự (2004) [16] sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh SPOT trong đánh giá sự phân bố hàm lượng các hợp chất lơ lửng khu vực German Bight (Đức). Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng các kênh ảnh ở dải sóng 0,50 0,59 µm, 0,61 0,68 µm và 0,79 0,89 µm từ 4 cảnh ảnh SPOT chụp vào ngày 02, 15 và 17 tháng 5 năm 1998, ngày 03 tháng 09 năm 1999 nhằm đánh giá phân bố hàm lượng SPM.

Hình 1.9: Phân bố hàm lượng SPM khu vực German Bight từ ảnh SPOT Trong nhiều nghiên cứu khác, như của Emmanuell Olet (2010) [17], Jian Jun Wang và cộng sự (2009) [18], Xing Ping Wen (2010) [19], các tác giả cũng sử dụng tư liệu viễn thám và số liệu các trạm quan trắc trong đánh giá hàm lượng chất lơ lửng, chất diệp lục khu vực cửa sông và ven biển. Kết quả nhận được từ các nghiên cứu này đã được sử dụng trong xây dựng các hệ thống giám sát chất lượng nước mặt khu vực cửa sông và ven biển và cung cấp cơ sở khoa học phục vụ công tác ứng phó tình trạng ô nhiễm nước, cải thiện chất lượng nước.

https://tailieucongchuc.net/

Bên cạnh việc sử dụng các kênh ảnh trong dải sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại nhằm xây dựng hàm quan hệ giữa phổ phản xạ và hàm lượng các thông số chất lượng nước, một số nghiên cứu cũng sử dụng các ảnh tỉ lệ như tỉ lệ ảnh giữa kênh xanh lục (0,50 0,60µm) và kênh đỏ (0,60 0,70µm), tỉ lệ giữa kênh cận hồng ngoại (NIR) và kênh đỏ, giữa kênh xanh lục và xanh lam, giữa kênh xanh lam và đỏ... trong nghiên cứu, xác định hàm lượng chất diệp lục, chất hữu cơ hòa tan.

Trong các nghiên cứu ở quy mô lớn, dữ liệu ảnh độ phân giải thấp MODIS đã được sử dụng rộng rãi nhằm đánh giá hàm lượng chất lơ lửng, chất diệp lục và nhiệt độ bề mặt nước biển. Do ưu điểm diện tích vùng chụp rộng, dải phổ và số lượng kênh phổ lớn, ảnh MODIS tỏ ra có hiệu quả đặc biệt trong nghiên cứu môi trường biển và ven bờ. Trong nghiên cứu của Guzman V.R và cộng sự (2009), các tác giả sử dụng dữ liệu ảnh MODIS xác định hàm lượng chất lơ lửng khu vực vịnh Mayaguez (Perto Rico) trên cơ sở đánh giá mối quan hệ với hiện trạng xói mòn và trượt lở đất. Nghiên cứu trên đã chứng minh rằng, kênh 1 ảnh MODIS (bước sóng trong khoảng 0,589 0,645µm) có khả năng thể hiện sự phân bố hàm lượng chất lơ lửng, chất diệp lục tốt nhất [20].

Trong các nghiên cứu ở mức độ chi tiết, tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao như QuickBird, Ikonos... đã được áp dụng rộng rãi nhằm đánh giá hàm lượng các thông số chất lượng nước. Oki và cộng sự (2012) đã sử dụng tư liệu ảnh QuickBird trong ước lượng hàm lượng tổng nito (total nitrogen TN), tổng photpho (total phosphorus TP) và tổng cacbon hữu cơ TOC trong các hồ chứa khu vực sông Koise giai đoạn 2007 2008 [21] Somvanshi và cộng sự (2011) cũng sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao QuickBird trong xác định phân bố thông số độ đục (turbidity) phục vụ đánh giá chất lượng nước mặt. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử

https://tailieucongchuc.net/

dụng chỉ số độ đục khác biệt (NDTI Normalized Difference Turbidity Index) và kết quả lấy mẫu thực địa nhằm xây dựng bản đồ phân bố thông số độ đục khu vực sông Gomti Lucknow (Ấn Độ) [22].

Hình 1.10: Bản đồ phân bố độ đục của nước khu vực sông Gomti Lucknow từ ảnh vệ tinh QuickBird [22] Ustun (2011) [23] cũng sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh IKONOS nhằm xác định phân bố hàm lượng chất lơ lửng và nitrogen trong nước mặt hồ Buyukcekmece (Thổ Nhĩ Kỳ), trong đó tác giả sử dụng phản xạ ở các kênh 1, 2, 3, 4 nhằm xây dựng hàm quan hệ với các giá trị đo thực địa. Kết quả nhận được cho thấy, hệ số R2 trong nghiên cứu trên đạt trên 0,90.

https://tailieucongchuc.net/

Hình 1.11: Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SS) trong nước mặt hồ Buyukcekmece (Thổ Nhĩ Kỳ) từ tư liệu ảnh vệ tinh IKONOS [23] Nhìn chung, các nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy tính hiệu quả của phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám trong đánh giá và ước lượng hàm lượng các thông số chất lượng nước. Các nghiên cứu trên cũng cho thấy, giữa phản xạ phổ xác định từ ảnh viễn thám và hàm lượng các thông số chất lượng nước có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Do vậy, bản chất của việc ứng dụng tư liệu viễn thám trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước mặt là xây dựng hàm quan hệ giữa phổ phản xạ và hàm lượng các thông số chất lượng nước.

https://tailieucongchuc.net/

1.3.2. Trong nước

Trước đây ở Việt Nam, để đánh giá mức độ ô nhiễm nước mặt thường dựa vào việc phân tích các thông số chất lượng nước riêng biệt, sau đó so sánh giá trị từng thông số đó với giá trị giới hạn được quy định trong các tiêu chuẩn/ quy chuẩn trong nước hoặc quốc tế. Tuy nhiên, cách làm này có rất nhiều hạn chế do việc đánh giá từng thông số riêng rẽ không nói lên diễn biến chất lượng tổng quát của nước mặt. Cho đến nay, ở nước ta đã có một số nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt, trong đó sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình như SPOT, Landsat (nghiên cứu chất lượng nước mặt lục địa) hoặc ảnh vệ tinh độ phân giải thấp như MODIS (nghiên cứu chất lượng nước biển ven bờ). Nguyễn Văn Thảo (2016) [24] trong đề tài “Nghiên cứu các phương pháp phân tích, đánh giá và giám sát chất lượng nước ven bờ bằng tư liệu viễn thám độ phân giải cao và độ phân giải trung bình, đa thời gian; Áp dụng thử nghiệm cho ảnh của vệ tinh VNREDSat-1” đã tiến hành 7 chuyến khảo sát thực địa tại 3 vùng nghiên cứu. Đề tài đã sử dụng các phương pháp mô hình toán, phương pháp xây dựng thuật toán, bản đồ, cơ sở dữ liệu, công nghệ thông tin, khảo sát và đo đạc thực địa... để triển khai thực hiện các nội dung nghiên cứu.

https://tailieucongchuc.net/

Hình 1.12: Bản đồ phân bố hàm lượng Chl a trung bình vùng biển Việt Nam vào tháng 5 năm 2008 và 2011 [24]

Hình 1.13 Bản đồ hiện trạng phân bố hàm lượng SPM khu vực ven bờ sông Hồng (ngày 25 tháng 9 năm 2014)[24]

https://tailieucongchuc.net/

Lương Chính Kế và cộng sự (2011) [25] đã sử dụng tư liệu viễn thám trong xác định hàm lượng một số thông số chất lượng nước như BOD, COD, TSS khu vực ven biển Hải Phòng Quảng Ninh. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình SPOT 5 kết hợp kết quả quan trắc tại 10 điểm lấy mẫu khu vực cửa sông, ven biển (hình 1.14) nhằm xác định hàm quan hệ giữa phản xạ phổ thu được từ ảnh vệ tinh và giá trị các thông số chất lượng nước.

Hình 1.14:

quan trắc chất lượng nước khu vực Quảng Ninh Hải Phòng [25]

quả xác định hàm hồi quy giữa giá trị đo thực địa hàm lượng chất ô nhiễm BOD (biochemical oxygen demand), COD (chemical oxygen demand), TSS (total suspended sediment) từ tư liệu ảnh quang học SPOT 5 đối với khu vực Quảng Ninh Hải Phòng được trình bày trong các công thức sau: 1.0339*0.037510 1.0331*11.245 1.0319*2.6409

BOD CODFB

Trong đó FB là tổ hợp lớp cao phân tử các kênh ảnh SPOT 5. Trong nghiên cứu trên, hệ số tương quan trong xác định hàm lượng các chất BOD, COD, TSS đối với khu vực Quảng Ninh Hải Phòng tương ứng là

Bản đồ phân bố các trạm

Kết

TSSFB   

https://tailieucongchuc.net/

0.74, 0.84 và 0.91. Như vậy, có thể khẳng định, phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước khu vực ven biển Hải Phòng Quảng Ninh có kết quả đảm bảo độ chính xác. Trịnh Lê Hùng (2014) [26] sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học Landsat và kết quả quan trắc chất lượng nước tại 10 điểm lấy mẫu để đánh giá phân bố hàm lượng chất lơ lửng trong nước mặt hồ Trị An. Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng tỉ lệ ảnh giữa kênh 4 (kênh cận hồng ngoại) và kênh 2 (kênh green) ảnh Landsat 7 ETM+ nhằm xây dựng hàm quan hệ với giá trị hàm lượng chất lơ lửng tại các điểm quan trắc: ()131.55.()94.335()18.838 2

band band

24 2

4  band

band l SSmg     Bình phương hệ số tương quan R2 trong nghiên cứu này đạt trên 0.98. Mặc dù vậy, có thể nhận thấy trong nghiên cứu này vẫn còn hạn chế do số lượng điểm lấy mẫu chất lượng nước tương đối ít (10 điểm).

88.0(mg/l) Hình 1.15: Bản đồ phân bố hàm lượng chất lơ lửng trong nước mặt hồ Trị

An trong nghiên cứu của Trịnh Lê Hùng [26]

1.5(mg/l)

https://tailieucongchuc.net/

Cũng sử dụng ảnh vệ tinh Landsat, Nguyễn Quốc Phi và cộng sự (2014) đã nghiên cứu và đánh giá chất lượng nước mặt khu vực ven biển Cửa Đáy phục vụ công tác giám sát môi trường. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã trích lọc thông tin về chất lượng nước thông qua việc tính toán các chỉ số phản xạ phổ cũng như áp dụng các chỉ số kinh nghiệm và phân tích đặc trưng phản xạ phổ để xác định phân bố tổng chất rắn chất lơ lửng, chlorophyll, chỉ số trầm tích lơ lửng, độ đục/độ trong. Lê Minh Sơn (2008) [27] trong đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh để xác định nhiệt độ và hàm lượng chlorophyll bề mặt nước biển” đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải thấp MODIS trong tính toán nhiệt độ bề mặt cũng như hàm lượng chất diệp lục (chlorophyll) bề mặt nước biển. Trong nghiên cứu này, các kênh hồng ngoại nhiệt ảnh MODIS được sử dụng để tính nhiệt độ bề mặt nước biển, trong khi đó hàm lượng chất diệp lục được xác định trên cơ sở áp dụng thuật toán truyền thống đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới là OC Ocean Color. Thuật toán OC được xây dựng dựa trên quan hệ hàm mũ giữa hàm lượng chlorophyll với tỉ số phản xạ phổ giữa bước sóng 440 nm và 551 nm. Nguyễn Thị Thu Hà và Koike [28] đã sử dụng tư liệu viễn thám và địa thống kê trong quan trắc chất lượng nước biển ven bờ, áp dụng cho khu vực vịnh Tiên Yên, chứng minh tư liệu ảnh MODIS có khả năng cung cấp dữ liệu nhằm đánh giá hiệu quả chất lượng các vùng nước ven biển.

Lê Thị Phương Mai (2012) [29] trong đề tài nghiên cứu khoa học “Sử dụng ảnh vệ tinh đa thời gian để đánh giá ảnh hưởng do biến động của một số đối tượng bao gồm sử dụng đất, rừng ngập mặn, hàm lượng chất lơ lửng trong bề mặt nước biển đến biến động đường bờ khu vực tỉnh Cà Mau” đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình SPOT 5 nhằm ước lượng sự phân bố hàm lượng chất lơ lửng (TSS) khu vực ven biển Cà Mau.

https://tailieucongchuc.net/

Mặc dù vậy, trong nghiên cứu này tác giả mới chỉ dừng lại ở việc thử nghiệm các mô hình, thuật toán đã được áp dụng trên thế giới vào điều kiện thực tế ở Việt Nam.

Trịnh Lê Hùng và cộng sự [30] sử dụng phương pháp nội suy khoảng cách ngược có trọng số IDW trong ArcGIS nhằm đánh giá phân bố hàm lượng chất lơ lửng TSS trong nước mặt sông Đáy. Các bản đồ phân bố hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước mặt khu vực sông Đáy vào tháng 3, tháng 5, tháng 7, tháng 9 và tháng 11 năm 2015 được thể hiện dưới hình 1.16: a) b)

https://tailieucongchuc.net/

c) d)

e)

Hình 1.16: Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng chất rắn lơ lửng sông Đáy vào tháng 3(a), tháng 5(b), tháng 7(c), tháng 9(d) và tháng 11(e) năm 201

5 https://tailieucongchuc.net/

Có thể nhận thấy, cho đến nay tư liệu viễn thám đã được sử dụng hiệu quả tại Việt Nam trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước mặt. Mặc dù vậy, do vệ tinh Sentinel 2 mới hoạt động chưa lâu, các nghiên cứu sử dụng ảnh Sentinel 2 trong đánh giá chất lượng nước ở Việt Nam và trên thế giới còn khá hạn chế. 1.4. Đặc điểm tư liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2 Vệ tinh Sentinel 2A được phóng lên quỹ đạo tháng 6 năm 2015, cung cấp ảnh ở 13 kênh phổ, trong đó các kênh 2 (490 nm), 3 (560 nm), 4 (665 nm) và 8 (842 nm) có độ phân giải không gian 10 m; các kênh 5 (705 nm), 6 (740 nm), 7 (783 nm), 8a (865 nm), 11 (1610 nm) và 12 (2190 nm) có độ phân giải không gian 20 m và các kênh 1 (443 nm), 9 (940 nm) và 10 (1375 nm) có độ phân giải không gian 60 m. Chiều rộng của quỹ đạo là 290km. Vệ tinh Sentinel-2B với đặc điểm giống như Sentinel-2A được phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 07/03/2017, giúp rút ngắn thời gian chụp lặp lại tại một điểm trên bề mặt Trái đất còn 05 ngày. Với ưu điểm độ phân giải không gian cao, có thể lên đến 10m ở các kênh đa phổ và cận hồng ngoại; độ phân giải phổ tốt, đặc biệt được cung cấp hoàn toàn miễn phí với chu kỳ chụp lặp lại ngắn, ảnh vệ tinh Sentinel 2 đang trở thành nguồn dữ liệu quan trọng phục vụ công tác nghiên cứu quản lý, giám sát tài nguyên và môi trường.

https://tailieucongchuc.net/

Hình 1.17: Cấu hình quỹ đạo 2 vệ tinh cùa Sentinel-2

Hai vệ tinh của SENTINEL 2 cung cấp tính liên tục của dữ liệu hình ảnh SPOT và LANDSAT, góp phần vào các quan sát đa phổ và hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng của Copernicus như quản lý đất đai, nông nghiệp và lâm nghiệp, kiểm soát thiên tai, cứu trợ nhân đạo, lập bản đồ rủi ro và các vấn đề an ninh. Sentinel 2A có nhiệm vụ giám sát các hoạt độ canh tác nông nghiệp, rừng, sử dụng đất, thay đổi thực phủ/ sử dụng đất...

Bảng 1.3: Đặc điểm các kênh phổ ảnh vệ tinh Sentinel-2A

Kênh Tên kênh Bước sóng (nm)

Độ phân giải không gian (m)

Kênh 1 Coastal aerosol 0,421 0,457 60

Kênh 2 Blue 0,439 0,535 10

Kênh 3 Green 0,537 0,582 10 Kênh 4 Red 0,646 0,685 10

https://tailieucongchuc.net/

Kênh 5 Vegetation Red Edge 0,694 0,714 20

Kênh 6 Vegetation Red Edge 0,731 0,749 20

Kênh 7 Vegetation Red Edge 0,768 0,796 20

Kênh 8 Near Infrared 0,767 0,908 10

Kênh 8a Vegetation Red Edge 0,848 0,881 20

Kênh 9 Water vapour 0,931 0,958 60

Kênh 10 SWIR Cirrus 1,338 1,414 60

Kênh 11 SWIR 1,539 1,681 20

Kênh 12 SWIR 2,072 2,312 20

1.5. Tổng kết chương 1

Phương pháp nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước truyền thống dựa trên kết quả phân tích các mẫu nước thử nghiệm chỉ giải quyết được vấn đề ở quy mô hạn chế. Phương pháp viễn thám với những ưu điểm nổi bật như diện tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn, dải phổ đa dạng... đã được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả to lớn trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt trên thế giới cũng như Việt Nam. Phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, nguồn tư liệu viễn thám sử dụng trong đánh giá chất lượng nước có thể chia thành hai nhóm: ảnh vệ tinh độ phân giải thấp như MODIS, Envisat MERIS,... sử dụng trong nghiên cứu xác định hàm lượng chất diệp lục, hàm lượng muối hoặc nhiệt độ bề mặt nước biển; ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình và cao như Landsat, Spot, QuickBird... sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá chất lượng nước mặt lục địa nhằm ước lượng hàm lượng các thông số nước như chất lơ lửng, COD, BOD, chất diệp lục... Các nghiên cứu ở Việt Nam hầu hết mới dừng lại ở việc áp dụng các mô hình, hàm số... ước lượng hàm lượng một số thông số chất lượng nước đã

https://tailieucongchuc.net/

được sử dụng trong các nghiên cứu trên thế giới. Một số nghiên cứu đã sử dụng các kết quả đo thực, tuy nhiên kết quả vẫn còn hạn chế do số lượng điểm đo chất lượng nước còn ít. Trong khi đó, cho đến nay hầu như chưa có nghiên cứu nào sử dụng ảnh Sentinel 2 trong đánh giá chất lượng nước.

https://tailieucongchuc.net/

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: đổi tượng nghiên cứu trong luận văn là chất lượng nước mặt khu vực hạ lưu sông Đáy

Phạm vi nghiên cứu:

+ Phạm vi không gian: hạ lưu sông Đáy đoạn chảy qua các tỉnh bao gồm Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình.

+ Phạm vi thời gian: trong luận văn giới hạn nghiên cứu chất lượng nước mặt khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018.

+ Sử dụng thông số tổng chất rắn lơ lửng (TSS) để tính toán cho việc lập bản đồ.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2 và hàm lượng các thông số chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu, cách tiếp cận thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước sông Đáy được sử dụng trong luận văn này sử dụng các phần mềm xử lý ảnh và phần mềm GIS khác nhau, bao gồm phần mềm ERDAS Imagine 2014 và ArcGIS 10.1. Các nội dung chính trong quá trình thành lập bản đồ phân bố hàm lượng các thông số chất lượng nước bao gồm:



Thu thập tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao Sentinel 2 giai đoạn 2017 2018, cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu và xác định phổ phản xạ bề mặt;

 Thu thập và phân tích các mẫu nước mặt khu vực hạ lưu sông Đáy, bao gồm 37 điểm ngày 09/4/2018;

 Xây dựng hàm hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa phổ phản xạ mặt nước và hàm lượng các thông số chất lượng nước, đánh giá độ chính xác;

 Thành lập bản đồ phân bố hàm lượng TSS hạ lưu sông Đáy.

https://tailieucongchuc.net/

Mục tiêu thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước hạ lưu sông Đáy

Thu thập dữ liệu

Ảnh vệ tinh

Số liệu quan trắc thực đo o

Ghép ảnh, cắt ảnh

Tiền xử lý (tăng cường chất lượng ảnh)

Tính phản xạ phổ bề mặt

So sánh Kết quả xác định hàm hồi quy Đánh giá độ chính xác

Tìm hiểu đặc điểm lưu vực

Các nguồn thải chính

Bản đồ hiện trạng chất lượng nước

Có chấp nhận được không?

Biên tập bản đồ Có

Không

Hình 2.1: Lược đồ thành lập bản đồ chất lượng nước sông Đáy

https://tailieucongchuc.net/

2.2.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu Phương pháp thu thập tài liệu chủ yếu dựa vào các đề tài, dự án, chương trình đã và đang thực hiện có liên quan đến khu vực nghiên cứu về tài liệu, số liệu, bản đồ, vị trí lấy mẫu. Tài liệu thu thập được xử lý, phân tích và phân loại để từ đó xác định những vấn đề cần đánh giá.

Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế, xã hội của khu vực bằng phương pháp tổng hợp các số liệu thống kê tại các địa phương trong lưu vực sông Đáy.

Thu thập các thông tin về các nguồn thải, số liệu quan trắc bằng phương pháp tổng hợp số liệu từ các phòng Tài nguyên môi trường các địa phương trong lưu vực sông Đáy, các báo cáo về hiện trang môi trường và các tài liệu khác có liên quan đến nội dung nghiên cứu.

Thu thập số liệu, tài liệu đã có: từ các phòng ban, internet, văn bản quy phạm pháp luật, các số liệu, dữ liệu, thông tin có sẵn trong và ngoài nước liên quan đến nội dung của đề tài nghiên cứu.

Dữ liệu ảnh vệ tinh

Dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2 được thu thập miễn phí tại website https://earthexplorer.usgs.gov/, bao gồm 02 cảnh ảnh vào giai đoạn cuối năm 2017 và đầu năm 2018. Ví dụ về ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 09/4/2018 khu vực hạ lưu sông Đáy trên giao diện website https://earthexplorer.usgs.gov/ được thể hiện trên hình 2.2.

https://tailieucongchuc.net/

2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa Điều tra và khảo sát thực địa xác định nguồn thải từ cơ sở sản xuất, khu công nghiệp, y tế, dân cư trên địa bàn địa phương dọc lưu vực sông Đáy. Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa được thực hiện với mục đích: - Điều tra thực tế hiện trạng, vị trí các nguồn thải của các địa phương thuộc diện tích của lưu vực sông Đáy. Lấy mẫu phân tích phục vụ đánh giá chất lượng nước theo tiêu chuẩn hiện hành. 2.2.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích chất lượng nước a. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu + Phương pháp quan trắc ngoài hiện trường được áp dụng theo các văn bản quy định hiện hành, bao gồm:

 TCVN 6663 1:2011 (ISO 5667 1:2006) Chất lượng nước Lấy mẫu. Phần 1: Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu và kỹ thuật lấy mẫu.

 TCVN 6663 3:2008 (ISO 5667 3:2003) Chất lượng nước Lấy mẫu. Phần 3: Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu.

Hình 2.2: Giao diện website tải ảnh vệ tinh Sentinel 2

https://tailieucongchuc.net/



TCVN 6663 6:2008 (ISO 5667 6:2005) Chất lượng nước Lấy mẫu Phần 6: Hướng dẫn lấy mẫu ở sông và suối.

+ Mẫu được lấy bằng thiết bị lấy mẫu ngang “Van Dorn Sampler” loại 4 lít.

+ Các chỉ tiêu đo nhanh tại hiện trường được đo bằng thiết bị đo chất lượng nước đa chỉ tiêu TOA WQC 22A.

+ Tọa độ của điểm lấy mẫu được xác định bằng thiết bị định vị toàn cầu (GPS)

+ Các mẫu nước được thu thập ở giữa sông, ở độ sâu 0 25 cm, cùng thời điểm thu nhận ảnh vệ tinh Sentinel 2A ngày 09/4/2018

+ Mẫu được bảo quản lạnh ở 40C và chuyển về trong phòng thí nghiệm để phân tích ngay

Bảng 2.1: Phương pháp bảo quản mẫu

TT Chỉ tiêu phân tích

Lượng mẫu

Loại bình chứa

1 TSS 500 ml Nhựa

Kỹ thuật bảo quản

Thời gian bảo quản tối đa đề nghị trước khi phân tích sau khi bảo quản

Làm lạnh đến giữa 1oC và 5oC 2 ngày

Ghi chú

2 COD 500 ml Nhựa Axit hóa đến pH từ 1 đến 2 với H2SO4

1 tháng 3 NH4 + 21 ngày

4 BOD5 500 ml Nhựa

5 PO4 3 1,5 l Nhựa

Làm lạnh đến giữa 1oC và 5oC 24 h

Làm lạnh đến giữa 1oC và 5oC 1 tháng

Lưu giữ mẫu ở nơi tối

https://tailieucongchuc.net/

b. Phương pháp phân tích chất lượng nước

Các thông số chất lượng nước bao gồm BOD5, COD, N NH4, P PO4, TSS được phân tích trong phòng thí nghiệm và DO, nhiệt độ được đo nhanh tại hiện trường.

Các phương pháp phân tích được thực hiện dựa trên QCVN 08 MT:2015/BTNMT và theo Sổ tay hướng dẫn tại Phòng thí nghiệm khoa Môi trường Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội với các thông số và phương pháp được thể hiện ở bảng 2.2 và 2.3

Bảng 2.2: Các phương pháp đo nhanh tại hiện trường

STT Thông số Phương pháp Trang thiết bị

1 pH TCVN 6492:2011 Máy Hach HQ440d

2 Nhiệt độ SMEWW 2550B:2012 Máy Hach HQ440d

3 Oxy hòa tan (DO) TCVN 7325:2004 Máy Hach HQ440d

Bảng 2.3: Các phương pháp pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

STT Chỉ tiêu phân tích Tiêu chuẩn quy định Phương pháp phân tích

1 BOD5

TCVN 6001-1: 2008 (ISO 5815 1: 2003) Phương pháp pha loãng và cấy có bổ sung Allythiourea

2 COD SMEWW 5220 D Phương pháp chuẩn độ Đicromat

3 NH4 + 4500 NH3 - F, SMEWW,2012 Phương pháp trắc quang

PO4 3

5 TSS

TCVN 6202: 2008 (ISO 6878: 2004)

TCVN 6625: 2000 (ISO 11923 : 1997)

Phương pháp trắc quang dùng thuốc thử Molipdat

Phương pháp phân tích khối lượng

https://tailieucongchuc.net/

Quy trình phân tích được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội (VILAS 955)

c. Thực nghiệm Nghiên cứu thực hiện lấy 37 mẫu nước dọc theo chiều dài của sông Đáy từ Kim Bảng, Hà Nam đến Nghĩa Hưng, Nam Định. Thời gian và địa điểm lấy mẫu được thực hiện theo kế hoạch lấy mẫu của đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường, mã số TNMT 2017.04.09 vào tháng 4/2018. Các vị trí lấy mẫu được tiến hành ở giữa sông nhằm tranh sai số do ảnh hưởng

của độ phân giải không gian ảnh vệ tinh. Sơ đồ vị trí lấy mẫu được thể hiện như Hình 2.3: Hình 2.3: Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên sông Đáy Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu được thể hiện trong bảng sau: https://tailieucongchuc.net/

Bảng 2.4: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu

STT Ký hiệu mẫu Tọa độ

Địa chỉVĩ độ Kinh độ

1 Đ01.1 20°34'04.9"N 105°51'11.4"E

2 Đ01.2 20°34'05.7"N 105°51'12.1"E

3 Đ02 20°34'26''N 105°52'11''E

Liên Sơn Kim Bảng Hà Nam

4 Đ03 20°34'19''N 105°53'23''E

5 Đ04 20°33'14''N 105°53'41''E

Kim Bình Kim Báng - Hà Nam

Phù Vân Phủ Lý Hà Nam

6 Đ05 20°32'36.6''N 105°54'29.1''E TP Phủ Lý Hà Nam

7 Đ06.1 20°32'33.9''N 105°54'31.8''E TP Phủ Lý Hà Nam

8 Đ06.2 20°32'34.3"N 105°54'35.9"E TP Phủ Lý Hà Nam

9 Đ06.3 20°32'36.8"N 105°54'37.5"E TP Phủ Lý Hà Nam

10 Đ07 20°31'46.3"N 105°54'44.9"E

11 Đ08 20°30'44.0"N 105°54'24.0"E

Cầu Phú Lý, Phủ LýHà Nam

Châu Sơn, Phủ Lý Hà Nam

12 Đ09 20°29'41.3"N 105°53'37.1"E

13 Đ10 20°28'37.5"N 105°53'23.2"E

TTKiệnKhê Thanh Liêm HàNam

Thanh Thúy - Thanh Liêm Hà Nam

14 Đ11 20°24'27.0"N 105°54'26.0"E Thanh Nghị Thanh

https://tailieucongchuc.net/

15 Đ12 20°22'27.5"N 105°54'57.3"E

16 Đ13 20°21'17.4"N 105°57'10.9"E

Liêm Hà Nam

Điểm giao Hà Nam Ninh Bình

Gia Trấn - Gia ViễnNinh Bình

17 Đ14.1 20°19'41.7"N 105°56'08.4"E

18 Đ14.2 20°19'37.7"N 105°56'10.0"E

Gián Khẩu - Gia Viễn Ninh Bình

Gián Khẩu Gia Viễn Ninh Bình

19 Đ15 20°18'38.2"N 105°58'05.7"E

20 Đ16.1 20°15'47.0"N 105°58'52.0"E

21 Đ16.2 20°15'43.8"N 105°58'59"E

22 Đ17 20°15'06.4"N 106°01'59.1"E

23 Đ18 20°15'07.2"N 106°02'48.6"E

24 Đ19 20°13'27.4"N 106°02'12.0"E

25 Đ20 20°15'18.0"N 106°05'27.0"E

Ninh Khanh - Hoa Lư - Ninh Bình

Đông Thành TP Ninh Bình

Thanh Bình TP Ninh Bình

Khánh Phú - Yên Khánh - Ninh Bình

Yên Khang TP Ninh Bình Ninh Bình

Xã Khánh An Yên Khánh Ninh Bình

Yên Nhân, Nghĩa Hưng Nam Định

26 Đ21.1 20°15'02.0"N 106°05'55.0"E

Hoàng Nam Nghĩa Hưng Nam Định

27 Đ21.2 20°15'02.6"N 106°05'51.4"E

28 Đ22 20°12'60.0"N 106°06'31.0"E

Hoàng Nam Nghĩa Hưng Nam Định

Hoàng Nam - Nghĩa Hưng Nam Định

29 Đ23 20°12'08.7"N 106°09'34.8"E Nghĩa Sơn Nghĩa

https://tailieucongchuc.net/

30 Đ24.1 20°7'23"N 106°09'44.0"E

31 Đ24.2 20°7'21"N 106°09'38.0"E

Hưng Nam Định

Nghĩa Lạc Nghĩa Hưng Nam Định

Nghĩa Lạc - Nghĩa Hưng Nam Định

32 Đ25 20°5'45"N 106°08'43.0"E

33 Đ26 20°3'22"N 106°07'53.0"E

Nghĩa Hồng Nghĩa Hưng Nam Định

Nghĩa Hòa Nghĩa Hưng, Nam Định

34 Đ27.1 20°02'59.5"N 106°07'00.5"E

35 Đ27.2 20°03'01.3"N 106°06'58.7"E

Nghĩa Hùng Nghĩa Hưng, Nam Định

Nghĩa Hòa Nghĩa Hưng, Nam Định

36 Đ28 20°00'21.1"N 106°06'27.4"E

37 Đ29 19°58'56.8"N 106°05'54.4"E

Nghĩa Hòa Nghĩa Hưng, Nam Định

Nam Điền Nghĩa Hưng, Nam Định

2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng thông số chất lượng nước từ dữ liệu viễn thám a. Cơ sở khoa học Theo Mobley, giá trị phản xạ viễn thám Rrs đối với nước được xác định bằng công thức sau: (2.1) Trong đó: là bức xạ rời khỏi mặt nước, là bức xạ từ mặt trời hay bức xạ nguồn sáng đi tới mặt nước. https://tailieucongchuc.net/

Bức xạ nguồn sáng đi tới mặt nước, vẫn theo nghiên cứu của Mobley, 1999, có giá trị: (2.2)

Trong đó: là bức xạ phổ đo được, là tham số phản xạ, λ kênh ảnh ứng với bước sóng tương thích.

Giá trị bức xạ phổ ở trên mặt nước (above water radiance) là tổng bức xạ rời khỏi mặt nước và bức xạ phản xạ bề mặt nước , nghĩa là:

Với k là tham số tỷ lệ giữa bức xạ bầu trời và bức xạ phản xạ trực tiếp từ bề mặt nước .

Bức xạ rời khỏi mặt nước có dạng: (2.3)

Giá trị k phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường khí quyển. Cho trường hợp sử dụng ảnh vệ tinh quang học như SPOT, Landsat, vv giá trị này phụ thuộc vào bước sóng của từng kênh ảnh.

Do đặc điểm thu nhận, ảnh viễn thám quang học nói chung để đưa vào sử dụng cần phải tiến hành hiệu chỉnh ảnh hưởng của môi trường khí quyển. Để hiệu chỉnh các ảnh hưởng của khí quyển đến chất lượng ảnh, ảnh gốc cần biến đổi từ giá trị số nguyên (digital number DN) về ảnh phản xạ ở đỉnh khí quyển R* (top of atmospheric TOA), sau đó đưa về phản xạ bề mặt thông qua phép hiệu chỉnh khí quyển.

https://tailieucongchuc.net/

Phản xạ R* liên quan với đối tượng nước, cụ thể là phản xạ rời khỏi mặt nước Rw thông qua biểu thức (2.4)

Trong đó: Ra và Rr là phản xạ sol khí (aerosol) và phản xạ Rayleigh, Tg và Td là tham số truyền dẫn và khuyếch tán bức xạ trong khí quyển. Như vậy, phản xạ viễn thám Rrs được tính theo mối quan hệ sau: (1.)

R R SR

(2.5) Ở đây S là giá trị suất phân chiếu bầu trời (albedo). Từ những phân tích trên có thể kết luận rằng, phản xa viễn thám xác định từ tư liệu ảnh vệ tinh quang học tuân theo quy luật khách quan khi có tương tác của ánh sáng vào đối tượng nước.

b. Xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước Các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, hàm lượng các thông số chất lượng nước như chất lơ lửng, chất diệp lục, BOD, COD,...có mối quan hệ chặt chẽ với phản xạ phổ mặt nước, trong đó giá trị bình phương hệ số tương quan R2 có thể đạt trên 0,8. Như vậy, để thành lập bản đồ phân bố hàm lượng các thành phần ô nhiễm nước mặt từ dữ liệu ảnh viễn thám, điểm mấu chốt cần thiết lập mô hình ước lượng các thông số chất lượng nước dựa trên phản xạ rời khỏi bề mặt nước. Bản chất của việc thiết lập mô hình này là xây dựng hàm hồi quy giữa giá trị đo hàm lượng các thành phần ô nhiễm nước mặt từ các trạm đo thực địa và phản xạ rời khỏi bề mặt nước xác định từ dữ liệu ảnh viễn thám quang học.

Tùy đặc điểm cụ thể của khu vực nghiên cứu, có thể sử dụng các mô hình hàm hồi quy khác nhau như hàm mũ, hàm tuyến tính, hàm đa thức...Các mô hình hồi quy phổ biến có thể tóm tắt ở bốn dạng cơ bản như sau:

w rs w

  

https://tailieucongchuc.net/

(2.6) (2.7) (2.8) (2.9)

Trong đó:

Y là biến số chất lượng nước (hàm lượng BOD, COD, TSS...), Xi là phản xạ rời khỏi mặt nước trong một dải sóng cụ thể, ai, ci là các hệ số, k là số lượng kênh ảnh. Khi xây dựng mô hình, mấu chốt là cần phản ánh đúng, mang tính khách quan mà không phụ thuộc vào sự áp đặt ý thức của con người về mối quan hệ hữu cơ giữa các biến chất lượng nước với phản xạ rời khỏi bề mặt nước. Giải quyết điều này chính là bản chất đúng đắn của công nghệ. Nhằm thực hiện được mục tiêu đó cần thực hiện 2 nội dung: Tìm mối quan hệ tồn tại khách quan giữa biến chất lượng nước với phản xạ rời khỏi bề mặt nước.

Lựa chọn mô hình thích hợp để lập bản đồ chất lượng nước. Công cụ hữu hiệu để giải quyết công nghệ nêu trên là dựa vào lý thuyết hàm hồi quy với việc xử lý và tổ hợp ảnh ở mức cao. Độ chính xác kết quả ước lượng hàm lượng các thông số chất lượng nước từ dữ liệu viễn thám có thể đánh giá bằng cách sử dụng hệ số tương quan giữa dữ liệu đo và phản xạ phổ mặt nước (giá trị R2). Ngoài ra, bên cạnh một phần số liệu phân tích chất lượng nước tại các điểm đo được sử dụng để xây dựng mô hình hàm quan hệ với phản xạ bề mặt nước xác định từ ảnh vệ tinh, một phần số liệu có thể được sử dụng để đánh giá độ chính xác kết quả xây dựng mô hình.

https://tailieucongchuc.net/

2.3. Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Sentinel-2 phục vụ xác định hàm lượng TSS 2.3.1. Tiền xử lý ảnh Ảnh viễn thám sau khi được thu nhận từ vệ tinh thông thường vẫn tồn tại nhiều sai số. Sai số của ảnh viễn thám là những yếu tố làm sai lệch giá trị phổ hoặc đặc điểm hình học của ảnh. Do vậy, để có thể sử dụng trong các bài toán cụ thể, một yêu cầu bắt buộc là phải tiền xử lý ảnh viễn thám. Có 2 loại sai số của ảnh viễn thám, bao gồm sai số về phổ (radiometric error) liên quan đến độ xám của các pixel ảnh và sai số về hình học (geometric error) liên quan đến hình dạng ảnh. Hiệu chỉnh sai số về phổ. Sai số về phổ thường xuất phát từ các nguyên nhân như ảnh hưởng của bầu khí quyển, tán xạ năng lượng (hiệu ứng Rayleigh, hiệu ứng Mie), do lỗi của sensor. Việc hiệu chỉnh các sai số về phổ thường được thực hiện bởi nhà cung cấp ảnh ở giai đoạn tiền xử lý (pre processing).

Hiệu chỉnh sai số hình học. Các sai số hình học làm méo mó ảnh viễn thám được chia làm 2 nhóm: sai số hình học của chính hệ thống sensor và sai số do ảnh hưởng của các yếu tố ngoài hệ thống. Sai số méo hình học của hệ thống sensor phát sinh chủ yếu do có sự thay đổi trong hoạt động của sensor như méo hình quang học của sensor, thay đổi tốc độ quét tuyến tính, sự lặp lại của các đường quét,....Các sai số này nhìn chung là nhỏ so với các sai số do ảnh hưởng của các yếu tố ngoài hệ thống, trong một chừng mực nào đó có thể bỏ qua sai số này. Sai số do các yếu tố ngoài hệ thống gây ra do sự thay đổi các nguyên tố định hướng ngoài (vị trí quỹ đạo sensor), khúc xạ khí quyển, độ cong Trái đất, chênh độ cao địa hình,...

https://tailieucongchuc.net/

Hình 2.4: Ví dụ về nắn ảnh bằng điểm khống chế Ảnh viễn thám thường được nhà cung cấp ảnh nắn chỉnh sai số hệ thống và đăng ký theo một hệ tọa độ địa lý nào đó (UTM, Lat/Long, ...), tuy nhiên, độ chính xác của những ảnh như thế thường không đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Thông thường, những ảnh vệ tinh được nhà cung cấp nắn chỉnh ban đầu có sự sai lệch so với vị trí ngoài thực địa lên đến hàng km. Từ thực trạng đó yêu cầu phải nắn chỉnh ảnh bằng các phép biến đổi hình học và các điểm khống chế (GCP Ground Control Points) (Hình 2.4). 2.3.2. Xác định phổ phản xạ bề mặt Giá trị số nguyên tại các kênh nhìn thấy (kênh 2, 3, 4) và cận hồng ngoại (kênh 8) ảnh vệ tinh Sentinel 2 được chuyển đổi sang giá trị phản xạ đỉnh khí quyển (TOA Top of Atmospheric). Do ảnh vệ tinh Sentinel 2 khi tải về đã được nhà cung cấp hiệu chỉnh bức xạ, trong luận văn chỉ tiến hành hiệu chỉnh khí quyển dựa vào phương pháp DOS (Dark Object Subtraction). Trong phương pháp này, các đối tượng tối được xem là các pixel có giá trị độ xám thấp nhất trên ảnh (hình 2.5). Các đối tượng tối được xác định trực tiếp trên ảnh dựa trên phân tích histogram. Năm 1996, Chavez đã phát triển phương pháp này sau khi bổ sung thêm các thông số khí quyển khác trong quá

https://tailieucongchuc.net/

trình hiệu chỉnh. Hiện nay có nhiều phiên bản DOS khác nhau, từ phiên bản đơn giản (DOS simple) chỉ sử dụng các thông tin trích xuất từ ảnh vệ tinh đến những phiên bản cao hơn có tính đến ảnh hưởng của các yếu tố khí quyển cho từng khu vực.

Hình 2.5: Ví dụ về các ”đối tượng tối” trên ảnh vệ tinh Landsat (nguồn gisapmaps.com)

So sánh đồ thị phản xạ phổ của một số đối tượng như thực vật, nước và đất trước và sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển bằng phương pháp “trừ đối tượng tối” DOS được mô tả trên các hình 2.6 2.8. Có thể nhận thấy, phổ phản xạ bề mặt trước và sau khi hiệu chỉnh khí quyển đối với một số đối tượng cơ bản như nước, thực vật và đất có sự khác nhau khá đáng kể. Như vậy, quá trình hiệu chính khí quyển giúp nâng cao độ chính xác khi xác định mối quan hệ giữa phản xạ phổ mặt nước và hàm lượng các thông số chất lượng nước.

https://tailieucongchuc.net/

Hình2.6:SosánhphổphảnxạcủathựcvậttrướcvàsaukhihiệuchỉnhKQ

Hình 2.7: So sánh phổ phản xạ của nước trước và sau khi hiệu chỉnh KQ

Hình 2.8: So sánh phổ phản xạ của đất trước và sau khi hiệu chỉnh KQ

https://tailieucongchuc.net/

2.3.3. Xác định hàm hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa phổ phản xạ mặt nước và hàm lượng TSS Giá trị phản xạ phổ mặt nước xác định từ các kênh nhìn thấy và cận hồng ngoại ảnh vệ tinh Sentinel 2 và hàm lượng TSS tại các điểm lấy mẫu chất lượng nước được sử dụng để xây dựng hàm hồi quy. Trong nghiên cứu này, phương pháp hồi quy bội tuyến tính được sử dụng để xác định hàm số thể hiện mối quan hệ giữa phổ phản xạ mặt nước và giá trị hàm lượng TSS. 2.4. Tổng kết chương 2 Hàm lượng các thông số chất lượng nước, trong đó có TSS có mối quan hệ chặt chẽ với phổ phản xạ xác định từ ảnh vệ tinh. Do vậy, để nghiên cứu xác định hàm lượng TSS, cần phải tính toán phổ phản xạ mặt nước từ dữ liệu viễn thám kết hợp với sử dụng số liệu quan trắc tại các điểm lấy mẫu chất lượng nước. Ảnh vệ tinh Sentinal 2 với độ phân giải không gian cao có thể sử dụng hiệu quả trong đánh giá chất lượng nước. Để xác định phổ phản xạ bề mặt từ ảnh vệ tinh Sentinal 2, dữ liệu ảnh cần được hiệu chỉnh bức xạ và hiệu chỉnh hình học nhằm loại bỏ các sai số đến giá trị độ xám và hình dạng ảnh. Ở bước tiếp theo, phổ phản xạ mặt nước được xác định dựa trên phép hiệu chỉnh khí quyển DOS.

Quy trình đánh giá chất lượng nước mặt từ tư liệu ảnh vệ tinh Sentinal 2 cho phép ước lượng hàm lượng các chất gây ô nhiễm nước mặt, từ đó xây dựng bản đồ phân bố hàm lượng các thông số này phục vụ công tác giám sát và quản lý chất lượng môi trường nước mặt.

https://tailieucongchuc.net/

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đặc điểm tư liệu sử dụng trong nghiên cứu 3.1.1. Tư liệu viễn thám Tư liệu viễn thám sử dụng trong luận văn là 02 ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao Sentinel 2 bao phủ lưu vực sông Đáy, chụp ngày 20/12/2017 và 09/04/2018. Các ảnh này được chụp vào thời điểm thời tiết tốt, không bị ảnh hưởng bởi mây và sương mù. Cảnh ảnh có định danh S2A_MSIL1C_20180409T032541_N0206_R018_T48QXH_20180409T070457, S2A_MSIL1C_20171220T034151_N0206_R018_T48QWH_20171220T08454, bao gồm 13 kênh ảnh, trong đó tác giả sử dụng các kênh ở dải sóng nhìn thấy(kênh 2 xanh lam, 3 xanh lục, 4 đỏ) và cận hồng ngoại (kênh 8) với độ phân giải không gian 10m để xác định phản xạ phổ phục vụ tính toán hàm lượng TSS. Do lưu vực sông Đáy tương đối rộng, đối với mỗi cảnh ảnh, trong luận văn tiến hành khớp từ 02 cảnh ảnh nhỏ hơn (hình 3.1 3.6). Ảnh được nhà cung cấp hiệu chỉnh hình học và hiệu chỉnh bức xạ, tuy nhiên vẫn còn tồn tại sai số đáng kể về mặt hình học. Trong nghiên cứu này, ảnh vệ tinh Sentinel 2 tiếp tục được hiệu chỉnh hình học và đưa về hệ tọa độ địa phương (VN 2000). Ở bước tiếp theo, phương pháp hiệu chỉnh khí quyển DOS được sử dụng để tính phản xạ phổ tại các kênh nhìn thấy và cận hồng ngoại.

Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 và 09/4/2018 ở tổ hợp màu tự nhiên được trình bày trên các hình (Hình 3.1 a, b, c, d, e, f).

https://tailieucongchuc.net/

Hình 3.1a: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (cảnh ảnh 1)

Hình 3.1b: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (cảnh ảnh 2)

https://tailieucongchuc.net/

Hình 3.1c: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 20/12/2017 (sau khi khớp ảnh)

Hình 3.1d: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (cảnh ảnh 1)

https://tailieucongchuc.net/

Hình 3.1e: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (cảnh ảnh 2)

Hình 3.1f: Ảnh vệ tinh Sentinel 2 khu vực sông Đáy ngày 09/4/2018 (sau khi khớp ảnh)

https://tailieucongchuc.net/

Quá trình xử lý ảnh vệ tinh Sentinel 2 trong luận văn này được tiến hành bằng cách sử dụng phần mềm ERDAS IMAGINE 2014 (quy trình cụ thể được trình bày ở Phụ lục 01). Giao diện phần mềm ERDAS Imagine 2014 được trình bày trên hình 3.1.

Hình

Erdas Imagine 2014

quả phân tích hàm lượng các thông số

lượng nước được thể hiện qua bảng 3.1:

3.1: Giao diện phần mềm

3.1.2. Số liệu quan trắc Tọa độ các điểm quan trắc, kết

chất

https://tailieucongchuc.net/

3.1: Bảng

Mã điểm Kí hiệu mẫu

quả

tích chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu tại sông Đáy (ngày 09/04/2018)

BOD5 COD N-NH4 P-PO4 TSS DO pH Nhiệt độ (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (oC)

NM01 1.1 6 48 0 0 22 5.63 7.5 24.4

NM02 1.2 5 48 0 0.009 23 4.13 6.77 24.4

NM03 2 7 48 0 0.105 24 5.36 6 24.4

NM04 3 6 24 0 0.018 26 5.35 6 24.4

NM05 4 6 24 0.340 0 22 7.71 6 24.4

NM06 5 10 24 0.329 0.025 27 7.71 6 24.4

NM07 6.1 6 24 0.207 0.022 28 8.14 6 24.4

NM08 6.2 10 24 0.249 0.011 28 7.39 6 24.4 NM09 6.3 5 48 0.256 0 28 7.07 6 24.4

NM10 7 10 24 0.622 0 26 7.79 7 24.4

NM11 8 11 48 0.119 0 25 6.82 7 24.4

NM12 9 15 48 0.253 0 25 5.1 7 24.4

NM13 10 11 48 0.131 0 28 6.02 6 24.4

NM14 11 11 48 0.180 0 28 6.3 7 24.4

NM15 12 10 24 0.519 0 26 6.47 6 24.4

NM16 13 4 48 0.161 0 24 7.1 6 24.1 NM17 14.1 7 48 0.066 0.0317 24 6.72 6 24

68 Bảng

kết

phân

https://tailieucongchuc.net/

NM18 14.2 10 48 0.203 0.0113 29 7.14 6 24

NM19 15 14 48 0.104 0.048 30 6.83 6 24

NM20 16.1 7 48 0.561 0 31 6.29 6 21

NM21 16.2 6 48 0.527 0 29 6.42 6 21

NM22 17 16 48 0.557 0.009 30 6.18 6 21

NM23 18 9 24 0.740 0.018 30 5.6 6 21

NM24 19 11 48 0.062 0 33 6.74 6 21

NM25 20 10 24 0.275 0.010 35 7.73 7 21

NM26 21.1 9 24 0.036 0.021 36 8.13 7 21

NM27 21.2 9 120 0.062 0.021 36 7.82 6 21

NM28 22 8 48 0.161 0.019 33 8.15 6 20 NM29 23 10 72 0.032 0.051 32 8.06 7 20

NM30 24.1 5 48 0 0.013 33 8.1 6 20

NM31 24.2 5 48 0 0.018 35 8.26 6 20

NM32 25 9 48 0 0.030 35 7.94 6 20

NM33 26 5 48 0 0.017 40 7.72 6 20

NM34 27.1 7 48 0 0.039 36 7.64 6 20

NM35 27.2 6 48 0.842 0.029 36 6.73 6 20 NM36 28 7 96 0 0.021 37 8.32 6 20 NM37 29 4 72 0.013 0.0535 36 7.84 7 20 QCVN 08/2015 A2 6 15 0.3 0.2 30 ≥ 5 6 - 8,5B1 15 30 0.9 0.3 50 ≥ 4 5,5 - 9 -

https://tailieucongchuc.net/

3.2. Xây dựng hàm quan hệ giữa chất lượng nước và phổ phản xạ ảnh vệ tinh Sentinel-2 Phổ phản xạ mặt nước thu được sau khi hiệu chỉnh khí quyển ảnh vệ tinh Sentinel 2 được sử dụng để xác định hàm hồi quy thể hiện mối quan hệ với hàm lượng các thông số chất lượng nước tại các điểm quan trắc. Do ảnh Sentinel 2 đã được hiệu chỉnh bức xạ ở mức L1C, trong nghiên cứu chỉ tiến hành chia giá trị ở dạng số nguyên cho 10000 đến nhận được giá trị phản xạ phổ (đơn vị %).

Trong luận văn, để xây dựng hàm hồi quy, tác giả sử dụng phản xạ phổ tại 4 kênh ảnh vệ tinh Sentinel 2 bao gồm kênh 2 (xanh lam), kênh 3 (xanh lục), kênh 4 (đỏ) và kênh 8 (cận hồng ngoại).

Hình 3.2: Giá trị phản xạ phổ (dạng số nguyên, chưa chia cho 10000) tại 4 kênh ảnh vệ tinh Sentinel-2A (kênh 2, 3, 4 và 8) tại từng vị trí lấy mẫu Giá trị phản xạ phổ tại 4 kênh ảnh vệ tinh Sentinel 2 được trình bày trên bảng 3.2: Bảng 3.2: Giá trị phản xạ phổ tại kênh ảnh tại các vị trí tương ứng STT Ký hiệu mẫu Giá trị phản xạ phổ Kênh 8 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 1 1.1 0,1121 0,0959 0,0752 0,0589

https://tailieucongchuc.net/

2 1.2 0,1114 0,947 0,750 0,1285

3 2 0,1159 0,1043 0,861 0,521

4 3 0,1188 0,1052 0,885 0,584

5 4 0,1163 0,1027 0,811 0,573

6 5 0,1138 0,995 0,774 0,556

7 6.1 0,1160 0,1025 0,803 0,541

8 6.2 0,1170 0,1028 0,804 0,532

9 6.3 0,1168 0,1029 0,801 0,524

10 7 0,1175 0,1034 0,823 0,547

11 8 0,1169 0,1039 0,812 0,597

12 9 0,1219 0,1091 0,907 0,714

13 10 0,1421 0,1340 0,1288 0,988 14 11 0,1387 0,1353 0,1320 0,934 15 12 0,1337 0,1241 0,1213 0,1137

16 13 0,1300 0,1233 0,1250 0,711 17 14.1 0,1417 0,1297 0,1374 0,1205 18 14.2 0,1318 0,1264 0,1276 0,742 19 15 0,1301 0,1243 0,1237 0,758 20 16.1 0,1323 0,1239 0,1226 0,730 21 16.2 0,1302 0,1216 0,1193 0,694 22 17 0,1307 0,1254 0,1206 0,678 23 18 0,1291 0,1261 0,1213 0,646 24 19 0,1324 0,1282 0,1202 0,650 25 20 0,1317 0,1312 0,1177 0,585 26 21.1 0,1321 0,1318 0,1208 0,590

21.2 0,1323 0,1333 0,1224 0,590 28 22 0,1335 0,1321 0,1231 0,624

23 0,1359 0,1348 0,1234 0,629

24.1 0,1306 0,1281 0,1276 0,628

24.2 0,1293 0,1314 0,1280 0,646

25 0,1302 0,1278 0,1159 0,526

26 0,1273 0,1212 0,1123 0,563

27.1 0,1298 0,1248 0,1159 0,558

27.2 0,1282 0,1222 0,1116 0,543

28 0,1272 0,1235 0,1110 0,505

29 0,1328 0,1266 0,1056 0,487

https://tailieucongchuc.net/

Trong mô hình này, biến phụ thuộc là hàm lượng thông số chất lượng nước (bảng 3.1), trong khi các biến giải thích là giá trị phản xạ phổ tại 4 kênh ảnh vệ tinh Sentinel 2A (bảng 3.2), bao gồm 3 kênh nhìn thấy (kênh 2, 3, 4) và kênh cận hồng ngoại (kênh 8). Số liệu hàm lượng thông số chất lượng nước tại 30 điểm được sử dụng để xây dựng hàm hồi quy, giá trị hàm lượng thông số chất lượng nước tại 7 vị trí lấy mẫu (Đ24.2, Đ25, Đ26, Đ27.1, Đ27.2, Đ28, Đ29) được dùng để đánh giá độ chính xác của mô hình hồi quy. Quá trình hồi quy bội tuyến tính được thực hiện trong phần mềm Microsoft Excel 2013 với sự trợ giúp của công cụ Regression trong tool Data Analysis.

Hình 3.3: Công cụ hồi quy (regression) trong tool Data Analysis của phần mềm Microsoft Excel 2013 Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phản xạ phổ tại 4 kênh đa phổ ảnh vệ tinh Sentinel 2A và hàm lượng các thông số chất lượng nước tại các điểm đo được thể hiện trong hình 3.4.

https://tailieucongchuc.net/

SUMMARY

Regression Statistics

Multiple R 0.879392

R Square 0.77333

Adjusted R Square 0.737063 Standard Error 2.048811

Observations 30 ANOVA df SS MS F

Significance F

Regression 4 358.026 89.50651 21.32313 9.34E 08 Residual 25 104.9406 4.197625 Total 29 462.9667

Coefficients Standard Error t Stat P value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0%

Intercept 24.32305 14.30714 1.700064 0.101529 5.14306 53.78915 5.14306 53.78915

X Variable 1 550.1 222.5822 2.47145 0.020621 1008.52 91.6832 1008.52 91.6832

X Variable 2 749.823 155.5346 4.820941 5.93E 05 429.4936 1070.152 429.4936 1070.152

X Variable 3 121.834 80.90471 1.50589 0.144626 288.46 44.79239 288.46 44.79239

X Variable 4 26.222 26.51085 0.9891 0.332089 80.8221 28.37814 80.8221 28.37814

tính nhằm xác định hàm lượng TSS Nguồn: Tool Data Analysis của phần mềm Microsoft Excel 2013 Tương tự xác định hàm hồi quy với các thông số được thể hiện trên bảng 3.3: Bảng 3.3: Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phản xạ phổ kênh 2, 3, 4, 8 ảnh vệ tinh Sentinel-2A và hàm lượng các thông số chất lượng nước STT Thông số chất lượng nước Hàm hồi quy R2 Giá trị sai số chuẩn (mg/l) 1 BOD5 (mg/l) 228,396B2 + 176,775B3 171,461B4 0,615B8 22,534 0,155 2,98

OUTPUT

Hình 3.4: Kết quả hồi quy bội tuyến

https://tailieucongchuc.net/

2 COD(mg/l) 6555,513B2 3863,78B3 304,01B4 866,07B8 198,687 0,105 45,96

3 TSS(mg/l) 550,1B2 + 749,823B3 121,834B4 26,222B8 + 24,323 0,773 2.04

4 DO(mg/l) 46,438B2 + 47,114B3 29,627B4 28,146B8 + 05,519 0,392 0,89

Trong đó: B2, B3, B4, B8 là giá trị phản xạ phổ tại các kênh 2, 3, 4 và 8 ảnh vệ tinh Sentinel-2A ngày 09/04/2018 Việc sử dụng cả 4 kênh đa phổ ảnh vệ tinh Sentinel 2A trong đánh giá chất lượng nước mặt nhìn chung cho kết quả với độ chính xác tương đối cao. Kết quả nhận được cho thấy, độ chính xác (R2) trong các hàm hồi quy bội tuyến tính cao nhất đạt 0,773 của TSS, trong đó độ chính xác R2 đối với các thông số như BOD, COD và DO là thấp do không có hệ số tương quan thấp với giá trị phản xạ khổ tại kênh ảnh với hàm lượng chất lượng nước. Do vậy nghiên cứu lựa chọn thông số TSS với giá trị sai số chuẩn 2,04 mg/L, hàm lượng TSS trong nước mặt lưu vực sông Đáy có thể được xác định với độ chính xác đảm bảo theo phương trình tuyến tính sau: 2348 ()550,1749,823121,83426,22224,323 mg TSSBBBB L  (3.1) Ở đây B2, B3, B4, B8 là giá trị phản xạ phổ tại các kênh 2, 3, 4 và 8 ảnh vệ tinh Sentinel 2A ngày 09/4/2018. Kết quả so sánh giá trị hàm lượng chất lơ lửng tại 07 điểm kiểm tra và giá trị xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2A (theo công thức 3.1) được trình bày trong bảng 3.3. Có thể nhận thấy, tại tất cả 7 điểm kiểm tra, hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2A đều nhỏ hơn kết quả lấy mẫu chất lượng nước. Chênh lệch giữa hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh và kết quả lấy mẫu chất lượng nước dao động trong khoảng từ 1,62% đến 15,53%. Như vậy,

https://tailieucongchuc.net/

có thể khẳng định, sử dụng ảnh vệ tinh quang học Sentinel 2 có thể xác định hàm lượng TSS với độ chính xác đảm bảo. Bảng 3.4: So sánh kết quả xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 09/4/2018

Tọa độ điểm quan trắc

STT

Kết quả đo thực địaVĩ độ Kinh độ

Hàm lượng TSS (mg/l) Chênh lệch (mg/l)

Xác định từ ảnh vệ tinh

1 20°7'21"N 106°09'38.0"E 34,433 35 0,567

2 20°5'45"N 106°08'43.0"E 33,028 35 1,972

3 20°3'22"N 106°07'53.0"E 36,016 40 3,984

4 20°02'59.5"N 106°07'00.5"E 30,914 36 5,086

5 20°03'01.3"N 106°06'58.7"E 30,408 36 5,592

6 20°00'21.1"N 106°06'27.4"E 32,106 37 4,894

7 19°58'56.8"N 106°05'54.4"E 32,055 36 3,945

Do trong khuôn khổ luận văn chỉ tiến hành 01 đợt thực địa lấy mẫu chất lượng nước vào ngày 09/4/2018 (trùng với thời gian chụp ảnh Sentinel 2), công thức 3.1 cũng được áp dụng cho cảnh ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 20/12/2017. 3.3. Thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018 từ dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2A Sau khi xác định được hàm hồi quy, nghiên cứu tiến hành tính toán giá trị thông số chất lượng nước TSS khu vực hạ lưu sông Đáy đối với các ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 20/12/2017 và 09/4/2018. Quá trình tính toán được thực hiện bằng công cụ Modeler trên phần mềm xử lý ảnh vệ tinh ERDAS IMAGINE 2014 (quy trình chi tiết được thể hiện ở phụ lục 02). Đây là công cụ mô hình hóa, cung cấp các hàm toán học từ đơn giản đến phức tạp giúp xây dựng các mô hình xử lý ảnh một cách dễ dàng.

https://tailieucongchuc.net/

Sau khi tính toán hàm lượng thông số TSS, tiến hành tách riêng khu vực nước mặt sông Đáy để đánh giá phân bố hàm lượng TSS. Quá trình thực hiện được tiến hành trên phần mềm ArcGIS 10.1. Kết quả xây dựng bản đồ phân bố hàm lượng TSS trong nước mặt khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018 được trình bày trên các hình 3.6 và 3.7 dưới đây.

Hình 3.5: Công cụ mô hình hóa (Modeler) trong phần mềm ERDAS Imagine 2014

https://tailieucongchuc.net/

Hình 3.6: Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 20/12/2017

https://tailieucongchuc.net/

Hình 3.7: Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel-2 ngày 09/4/2018

https://tailieucongchuc.net/

3.4. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy giai đoạn 2017 2018

3.4.1. Đánh giá chất lượng nước khu vực hạ lưu sông Đáy theo kết quả quan trắc thực tế

Từ kết quả quan trắc và phân tích trên 37 mẫu lấy tại khu vực hạ lưu sông Đáy tại bảng 3.1, so sánh với QCVN 08 MT:2015/BTNMT, cột A2 và B1, có thể rút ra một số nhận xét về chất lượng nước sông Đáy theo kết quả quan trắc như sau: - pH:

Giá trị pH trên sông Đáy qua đợt quan trắc đều nằm trong khoảng giới hạn QCVN 08 MT:2015 loại A2 (6 8,5) chiếm 100%. Nhìn chung giá trị pH giữa các điểm đều không có sự thay đổi lớn, độ chênh lệch giữa các điểm không nhiều.

Giá trị Oxy hòa tan (DO): Giá trị DO tại các điểm quan trắc trên Sông Đáy nằm trong khoảng 4,18,32 mg/L. Trong đó điểm cao nhất là Điểm 28 lấy tại xã Nghĩa Hải Nghĩa Hưng, Nam Định, đây là nơi tâp trung nuôi trồng thủy hải sản, đăc biệt còn có 2 cơ sở sản xuất nước mắm; điểm thấp nhất là điểm Đ1.2 lấy tại bờ trái gần cầu Cấm Sơn, bên bờ sông là các đầm lầy, cây sậy. Có 36/37 điểm đạt quy chuẩn QCVN 08 MT:2015/BTNMT loại A2 (≥5 mgO2/L) Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): Kết quả quan trắc BOD5 trong năm 2018 dao động từ 4 16 mg/L, hầu hết các điểm có giá trị BOD5 không đạt QCVN 08 MT:2015/BTNMT loại A2 nhưng đều nằm trong giới hạn của QCVN 08 MT:2015/BTNMT loại B1 Vị trí Đ17 có nồng độ cao nhất và gấp 2,67 lần so với QCVN 08MT:2015/BTNMT loại A2 nguyên nhân do vị trí gần với KCN Khánh Phú nơi tập trung các nhà máy như: Phân đạm, sàng tuyển than, bốc xếp hàng hóa

https://tailieucongchuc.net/

và đóng , sửa chữa tàu thuyền sông...chứa hàm lượng chất cặn bã hữu cơ với lưu lượng thải 16.974 m3/ngày

Theo phân tích cho thấy hàm lượng BOD5 có xu hướng cao ở các vị trí thượng nguồn và giảm dần ở hạ nguồn và thấp nhất ở vị trí cuối huyện Nghĩa Hưng, điểm gần chạy ra cửa Đáy.

- Nhu cầu oxy hóa học (COD):

Theo kết quả phân tích, hàm lượng COD tại các vị trí lấy mẫu có dao động rất lớn từ 24 120mg/L, giá trị COD đo được ở cùng một vị trí có sự chênh lệch lớn, đặc biệt là điểm 21 ở 2 vị trí Đ21.1 và Đ21.2. Ở tất cả các vị trí quan trắc đều có hàm lượng COD không đạt quy chuẩn QCVN 08 MT:2015/BTNMT đối với cột A2 (A2=15mg/L), đối với cột B1 chỉ có một số vị trí quan trắc vẫn nằm trong giới hạn, ngoài ra các vị trí còn lại đều vượt quy chuẩn B1. Giá trị COD đo được cao nhất là tại điểm Đ21.2 với giá trị là 120mg/L, cao gấp 4 lần so với quy chuẩn cột B1 với nguyên nhân đây là mẫu được lấy giữa ngã ba sông Đáy giao với sông Đào, lòng sông nhiều đá, cát, hai bên bờ sông là các bãi bồi trồng ngô và ruộng lúa, là nơi đi lại của nhiều phương tiện giao thông đường thủy. Giá trị COD đo được thấp nhất là ở điểm Đ20 và Đ21.1 với nồng độ là 24mg/L, tuy nhiên nhìn chung, hàm lượng COD tại tất cả các vị trí quan trắc đều rất cao và đều vượt ngưỡng chuẩn cho phép. Thêm vào đó, thời điểm ngày quan trắc nước sông lớn do mưa điều này khiến nước sông từ thương nguồn (sông Hồng, sông Nhuệ) đổ về dẫn đến giá trị COD cao hơn so với mọi năm. Có thể nói, chỉ số COD cao chứng tỏ nguồn nước chứa nhiều hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vậy từ trên 2 chỉ tiêu BOD và COD, ta có nhận xét: các vị trí tại điểm lấy mẫu đều có hàm lượng COD và BOD cao, điều này sẽ gây ảnh hưởng đối với chất lượng nước, vì vậy, đối với nước cấp sinh hoạt cần có các biện pháp xử lý nước thích hợp để việc sử dụng nước được an toàn hơn.

https://tailieucongchuc.net/

- Amoni (NH4 +): Kết quả quan trắc hàm lượng NH4 + dao động từ 0,032 0,74 mgN/L, có thể thấy sự chênh lệch khá lớn giữa các điểm trên sông. Nồng độ có xu hướng tăng từ thượng nguồn xuống hạ lưu. Hàm lượng amoni (NH4 +) tại các vị trí quan trắc rất thấp ở hầu hết các điểm quan trắc, một số điểm không phát hiện. Tại điểm Đ27.2 là điểm lấy đoạn ngã ba giao giữa sông Vạc bên bờ phải nên hàm lượng amoni đã vượt quá giới hạn 2,87 lần so với cột A2, đối với đường giới hạn B1 thì vẫn đạt yêu cầu. Nguyên nhân của sự tăng đột ngột nồng độ N NH4 + là do các điểm quan trắc này đi qua thành phố nơi tập trung dân cư đông đúc, bệnh viện và các nhà máy, điều này dẫn đến nước thải chứa nồng độ các chất cặn bã hữu cơ và vi sinh vật cao.

- Photphat (PO4 3 ): Kết quả đánh giá hàm lượng PO4 3 của nước hạ lưu sông Đáy cho thấy, hàm lượng PO4 3 giao động từ 0.0191 0.054mg/l , khi so sánh kết quả phân tích với QCVN 08-MT:2015/BTNMT đối với cột A2 và B1, ta thấy nhìn chung trong nước hàm lượng photphat ở nồng độ thấp, tất cả các điểm quan trắc nồng độ PO4 3 đều đạt chuẩn trong giới hạn. - Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Kết quả đánh giá hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước của hạ lưu sông Đáy có giá trị dao động từ 22 40mg/L, có thể thấy giá trị TSS có sự chênh lệch không lớn giữa các vị trí quan trắc. Theo kết quả phân tích được thì tại tất cả các điểm quan trắc, hàm lượng TSS vượt quy chuẩn QCVN 08 MT:2015/BTNMT đối với cột A2 (A2 = 30mg/L), tuy nhiên hàm lượng vẫn đạt ngưỡng chuẩn so với quy chuẩn đối với cột B1 (B1 = 50mg/L). Giá trị TSS đo được ở vị trí điểm 26 Đ26 (40mg/L) đạt mức cao nhất, gấp 1,3 lần do hoạt động giao thông đường thủy, nơi tập trung khai thác cát và là đoạn

https://tailieucongchuc.net/

giao nhau giữa 2 con sông (là vị trí gần bến đò Quỹ Nhất, ngay trước điểm giao với sông Quỹ Nhất bên bờ trái). Ngoài ra ở vị trí điểm 1 Đ1.1, hàm lượng TSS đo được có giá trị thấp nhất (22mg/L).

- Nhận xét chất lượng nước hạ lưu sông Đáy: Từ kết quả quan trắc có thể thấy chất lượng nước sông Đáy biến động nhiều theo khu vực địa lý, phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng nước các kênh, mương, sông nhánh dồn vào trên suốt chiều dài của sông. Có nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra ô nhiễm nguồn nước sông Đáy và từ đó dẫn đến làm giảm chất lương môi trường sống trên toàn lưu vực. Nguyên nhân chủ yếu là do dòng chính sông Đáy phải tiếp nhận rất nhiều nguồn nước thải, từ nước thải sản xuất đến nước thải sinh hoạt trên phạm vi rộng Nước sông Đáy bị ô nhiễm ở mức nhẹ hơn sông Nhuệ và ô nhiễm chỉ mang tính cục bộ. Sông Đáy chủ yếu bị ô nhiễm hữu cơ ở từng đoạn sông với các mức độ khác nhau. Ở khu vực thượng nguồn, chất lượng nước sông Đáy bị ô nhiễm tùy từng đoạn, nhất là ở các điểm tiếp giáp với các sông nhánh khác. Càng về hạ lưu mức ô nhiễm trên sông Đáy (từ Kim Sơn Ninh Bình ra cửa Đáy) có xu hướng giảm, nguồn thải thượng nguồn dồn về đã được pha loãng cộng với quá trình tự làm sạch của dòng sông nên chất lượng ở hạ lưu sông Đáy được cải thiện so với các đoạn trên, nhưng vẫn chỉ sử dụng được cho mục đích tưới tiêu và giao thông thủy. Tại đây, hàm lượng TSS cao hơn so với khu vực thượng nguồn, nguyên nhân chủ yếu do khu vực này chịu ảnh hưởng của hoạt động vận tải, khai thác cát trên sông và hoạt động đóng tàu ở hai bên bờ sông. Khu vực đoạn chảy qua địa phận tỉnh Hà Nam (từ Cầu Quế đến nhà máy xi măng Việt Trung), chất lượng nước được cải thiện hơn ở khu vực thượng lưu. Nước thải chủ yếu của khu vực này là nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp, nước thải làng nghề và nước thải công nghiệp. Ở huyện

https://tailieucongchuc.net/

Kim Bảng, huyện Duy Tiên có các khu công nghiệp, cụm công nghiệp như KCN Đồng Văn I,…thải nước thải trực tiếp xuống sông, không qua hệ thống xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước. Khu vực đoạn chảy qua tỉnh Ninh Bình (từ Trung Hiếu Hạ đến Cửa Đáy) chất lượng nước được cải thiện hơn. Đoạn sông này ngoài tiếp nhận nước thải sinh hoạt của tỉnh Ninh Bình, còn có các khu công nghiệp, cụm công nghiệp như KCN Gián Khẩu, KCN Khánh Phú, Công ty TNHH MTV đạm, công ty may,…do vậy nước thải đoạn này mang đặc tính nước thải công nghiệp. Ngoài ra, còn do các hoạt động của thuyền du lịch, hoạt động khai thác cát trên sông, hoạt động đóng tàu ở hai bên bờ sông gây ô nhiễm nguồn nước sông. 3.4.2. Theo bản đồ hiện trạng chiết xuất từ ảnh viễn thám Kết quả xác định phân bố hàm lượng TSS trong nước mặt khu vực sông Đáy xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 09/4/2018 được trình bày trên hình 3.7, trong đó hàm lượng TSS nằm trong khoảng từ 17,40 (mg/L) đến 42,54 (mg/L). Từ bản đồ có thể thấy rằng hàm lượng TSS của các điểm quan trắc ít giữa 2 đợt ít có sự biến động. Phân tích kết quả đạt được cho thấy, hàm lượng TSS đạt giá trị thấp ở phía thượng nguồn (đoạn chảy qua Hà Nam, Nam Định và thành phố Ninh Bình. Hàm lượng TSS trong nước mặt sông Đáy đạt cao ở đoạn tiếp giáp với sông Nam Định, có xu hướng giảm ở đoạn chảy song song với sông Ninh Cồ và sau đó tăng mạnh tại hạ lưu, nơi đổ ra biển. Hàm lượng TSS trong nước mặt sông Đáy cũng được ghi nhận đạt tương đối cao tại đoạn tiếp giáp với sông Bôi (Ninh Bình). Đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN08 MT:2015/BTNMT), giá trị hàm lượng TSS tại sông Đáy phần lớn nằm trong mức độ phân hạng từ A2 (Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

https://tailieucongchuc.net/

nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp) đến B1 (Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự). Điều này là phù hợp với thực tế do khu vực hạ nguồn sông Đáy là nơi có mật độ giao thông thủy cao, diễn ra các hoạt động khai thác cát các hiện tượng xói mòn các bãi bồi, rửa trôi thảm thực vật, cùng rác thải của các hộ dân dẫn đến lượng chất rắn bị cuốn theo dòng chảy và giữ lại các hạt lơ lửng, làm chúng không lắng xuống được dẫn đến tăng hàm lượng chất lơ lửng. Ở thượng lưu dòng chảy chưa bị tác động nhiều nên độ đục thấp, dần dần dòng chảy đi xuống hạ lưu cuốn theo rác thải, đất đá xói mòn trong quãng đường đi nên làm tăng lượng chất rắn lơ lửng, cặn,… trong nước. Chỉ số chất lơ lửng có quan hệ mật thiết với chỉ số độ đục của nước, tại các khu vực có chỉ số chất lơ lửng cao thì độ đục trong nước cũng cao. 3.4.3. So sánh kết quả giữa hai phương pháp Phân tích kết quả đạt được cho thấy, sự phân bố hàm lượng TSS ở 2 phương pháp quan trắc thực tế và theo bản đồ hiện trạng chiết xuất từ ảnh viễn thám là tương đối đồng nhất

Hình 3.8: So sánh giá trị TSS hạ lưu sông Đáy từ hai phương pháp

https://tailieucongchuc.net/

Kết quả so sánh giá trị hàm lượng TSS tại 37 điểm quan trắc và giá trị xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2A (theo công thức 3.1) có thể nhận thấy, hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh Sentinel 2A đều tương đồng kết quả lấy mẫu chất lượng nước. Chênh lệch giữa hàm lượng TSS xác định từ ảnh vệ tinh và kết quả lấy mẫu chất lượng nước dao động trong khoảng từ 1,62% đến 15,53%. Như vậy, có thể khẳng định, sử dụng ảnh vệ tinh quang học Sentinel2 có thể xác định hàm lượng TSS với độ chính xác đảm bảo. Phương pháp đánh giá chất lượng nước bằng các mẫu thực địa có ưu điểm nổi bật là cho kết quả nhanh chóng, có thể áp dụng rộng rãi. Phương pháp này cũng có độ chính xác cao về thành phần và hàm lượng các thông số chất lượng nước. Mặc dù vậy, phương pháp phân tích các mẫu nước trong phòng thí nghiệm cũng có nhược điểm cơ bản là phản ánh chất lượng nước cục bộ xung quanh điểm đo và trên thực tế cũng không thể lấy quá nhiều mẫu nước do tốn kém thời gian và chi phí. Hơn nữa, phương pháp này không thể sử dụng để đánh giá chất lượng nước trong quá khứ khi không có các số liệu đo. Những hạn chế này có thể được khắc phục khi sử dụng tư liệu viễn thám. Với những ưu điểm nổi bật như diện tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn, dải phổ đa dạng, phương pháp viễn thám đã được áp dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả quan trọng trong giám sát và đánh giá chất lượng nước mặt. Do phản xạ phổ mặt nước có mối quan hệ chặt chẽ với nhiều thông số chất lượng nước, việc sử dụng ảnh viễn thám cho phép xác định hàm lượng các thông số này chi tiết đến từng pixel. Mô hình hồi quy xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước có thể sử dụng lâu dài, kể cả đánh giá hồi cố chất lượng nước bằng cách sử dụng ảnh viễn thám chụp trong quá khứ, giúp giảm chi phí lấy mẫu và phân tích chất lượng nước. Do vậy, phương pháp

https://tailieucongchuc.net/

viễn thám giúp đánh giá một cách toàn diện diễn biến chất lượng nước mặt trong một thời gian dài. Bên cạnh đó, phương pháp viễn thám cũng có những nhược điểm cơ bản như chỉ thích hợp để xác định hàm lượng một số thông số như TSS, độ đục, NH4,.., trong khi với các thông số như pH, COD, BOD5 việc sử dụng tư liệu viễn thám còn nhiều hạn chế do các thông số này ít có sự tương quan với phản xạ phổ. Mặt khác, độ chính xác của phương pháp viễn thám cũng thấp hơn so với phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm.

3.6. Tổng kết chương 3

Ảnh vệ tinh quang học Sentinel 2 với ưu điểm dải phổ đa dạng, thời gian cập nhật ngắn, độ phân giải không gian tốt và được cung cấp hoàn toàn miễn phí có thể sử dụng hiệu quả trong nghiên cứu, đánh giá hàm lượng chất lơ lửng trong nước mặt các lưu vực sông, phục vụ công tác quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước mặt. Độ chính xác khi xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentinel 2A đạt tương đối cao, thể hiện ở giá trị hệ số xác định R2 (0,773) cũng như so sánh độ chênh lệch với kết quả phân tích mẫu nước tại 07 điểm kiểm tra. Phân tích kết quả nhận được cho thấy, nước mặt khu vực sông Đáy đoạn chảy qua các tỉnh Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình có hàm lượng TSS tương đối cao trong mức độ phân hạng từ A2 đến B1 theo QCVN08 MT:2015/BTNMT. Hàm lượng TSS trong nước mặt sông Đáy cũng có xu hướng tăng lên ở đoạn hạ lưu nơi chảy ra biển cũng như tại các khu vực tiếp giáp với sông Bôi, sông Nam Định . Với khả năng xác định hàm lượng TSS trên diện rộng và nhanh chóng, kết quả nhận được trong nghiên cứu là một nguồn thông tin hữu ích, giúp các nhà quản lý đưa ra những biện pháp trong theo dõi, quản lý và ứng phó với ô nhiễm nước mặt tại các lưu vực sông.

https://tailieucongchuc.net/

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Sau một thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả sau:

Đã thu thập và xử lý số liệu quan trắc nước mặt lưu vực sông Đáy giai đoạn 2017 2018, từ đó kết hợp với giá trị phản xạ phổ tại 30 điểm quan trắc xác định hàm quan hệ giữa chất lượng nước và phổ phản xạ của ảnh vệ tinh.

Từ kết quả xác định hàm hồi quy, với giá trị hệ số xác định (R2) trong các hàm hồi quy bội tuyến tính cao nhất đạt 0,773 của thông số TSS, tiến hành lựa chọn thông số TSS thành lập bản đồ phân bố chỉ số TSS khu vực hạ lưu sông Đáy bằng phần mềm ERDAS và ArcGIS 10.1 của 2 đợt quan trắc trong 2 năm 2017 và 2018. Kết quả cho thấy hàm lượng TSS tại các điểm quan trắc có không có sự thay đổi rõ rệt giữa tháng 12 năm 2017 và tháng 4 năm 2018. Các bản đồ hiện trạng chất lượng nước rõ ràng và trực quan sẽ là một cơ sở để phân vùng và quản lý chất lượng nước tại khu vực nghiên cứu. Đã đánh giá được sự phân bố hàm lượng thông số chất rắn lơ lửng của lưu vực sông Đáy từ ảnh vệ tinh quang học Sentinel 2A. Kết quả cho thấy, chỉ số TSS đối với nước mặt khu vực sông Đáy dao động trong khoảng 17,40 (mg/L) đến 42,54 (mg/L). Như vậy, trong điều kiện tư liệu ảnh vệ tinh trùng với thời gian lấy mẫu, giá trị các chỉ số này có thể được sử dụng để xây dựng hàm hồi quy nhằm xác định mối quan hệ với giá trị các thông số chất lượng nước.

- Kết quả của nghiên cứu cho thấy bức tranh tổng quát về phân vùng hàm lượng chất lơ lửng trên hạ lưu của lưu vực sông Đáy. Kiến nghị

Do trong khuôn khổ luận văn chỉ tiến hành 01 đợt thực địa lấy mẫu chất lượng nước vào ngày 09/4/2018 (trùng với thời gian chụp ảnh Sentinel 2)

https://tailieucongchuc.net/

nên công thức hàm hồi quy được áp dụng cho cảnh ảnh vệ tinh Sentinel 2 ngày 20/12/2017 là chưa có độ chính xác cao. Trong thời gian sắp tới, nghiên cứu sẽ mở rộng đánh giá và tiến hành quan trắc thêm các đợt trong năm để thấy được sự thay đổi về sự phân vùng hàm lượng chất lơ lửng trên hạ lưu của lưu vực sông Đáy. Ngoài ra kết hợp với kết quả của các thông số khác để có được bức tranh tổng quát về hiện trạng chất lượng nước hạ lưu sông Đáy.

https://tailieucongchuc.net/

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] UBND các tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hòa Bình (2006), Đề án tổng thể bảo vệ môi trường Lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy đến năm 2020, tr.7-11.

[2] Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012), Báo cáo hiện trạng môi trường quôc gia 2012 Môi trường nước mặt lục địa, Hà Nội, tr.48

[3] Ủy ban BVMT lưu vực Sông Nhuệ Sông Đáy (2014), Báo cáo kết quả triển khai đề án tổng thể BVMT Lưu vực sông Nhuệ sông Đáy giai đoạn 2013 2014, Hà Nội.

[4] Văn phòng Chính Phủ (2013), Quyết định 681/QĐ TTg Phê duyệt Quy hoạch hệ thống thoát nước và xử lý nước thải khu vực dân cư, khu công nghiệp thuộc lưu vực sông Nhuệ sông Đáy đến năm 2030.

[5] Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Ý Như, Trần Ngọc Anh, Lê Thị Hường, Khảo sát hiện trạng tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ Đáy, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học tự nhiên và công nghệ 27, Số 1S (2011) 227 234.

[6] Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục môi trường (2014), Báo cáo tổng hợp nhiệm vụ "Quan trắc môi trường nước Lưu vực sông Nhuệ Đáy, Hà Nội.

[7] Briney, Amanda, ThoughtCo (2018), An Overview of Remote Sensing, thoughtco.com/an overview of remote sensing 1434624.

[8] Sylvain Ouillon (2008), Optical Algorithms at Satellite Wavelengths for Total Suspended Matter in Tropical Coastal Waters, Sensor, vol. 8, nr. 7, pp. 4165 4185.

[9] Harington Jr J.R. (1992), Remote sensing of Lake Chicot, Arkansas: Monitoring suspended sediments, turbidity, and Secchi depth with Landsat MSS data, Remote Sensing of Environment, vol.39, nr.1, pp. 15 27.

https://tailieucongchuc.net/

[10] Ritchie J.C. (1990), The relationship of MSS and TM digital data with suspended sediments, chlorophyll, and temperature in Moon Lake, Mississippi, Remote Sensing of Environment, vol.33, nr.1, pp.137 148

[11] Ritchie J.C. (1987), Using landsat multispectral scanner data to estimate suspended sediments in Moon Lake, Mississippi, Remote Sensing of Environment, vol.23, nr.1, pp. 65-81.

[12] Weiqi HE, Shan CHEN, Xuehua LIU, Jining CHEN (2008), Water quality monitoring in slightly polluted body through remote sensing a case study in Guanting Reservoir Beijing, China, Front. Environ. Sci. Engin. China, Vol.1, 11 pp.

[13] Doxaran D, Dynamics of the turbidity maximum zone in a macrotidal estuary (the Gironde, France): Observations from field and MODIS satellite data, Estuarine, Coastal and Shelf Science, vol. 81, nr. 3, pp. 321 332, 2009

[14] D. Doxaran, P. Castaing, S.J. Lavender (2006), Monitoring the maximum turbidity zone and detecting fine scale turbidity features in the Gironde estuary using high spatial resolution satellite sensor (Spot HVR, LANDSAT ETM+) data, International Journal of Remote sensing, Vol.27(11), pp. 2303 2321.

[15] David Doxaran, Jean Marie Froidefond, Samantha Lavender, Patrice Castaing (2007), Spectral signature of highly turbid waters application with SPOT data to quantify suspended particulate matter concentrations, Remote sensing of Enviroment, Vol. 81, pp. 149 161.

[16] Ledner S et al (2004), High resolution maps of suspended particulate matter concentration in the German Bight, EARSeL eProceedings 3.

[17] Emmanuel Olet (2010), Water quality monitoring of Roxo reservior using LANDSAT images and In situ measurements, International institude for geo information science and earth observation enschede, the Netherlands, 69 pp.

https://tailieucongchuc.net/

[18] Jian Jun Wang, Xi Xi Lu, Soo Chin Liew, Yue Zhou (2009), Retrieval of suspended sediment concentrations in large turbid rivers using LANDSAT ETM+: an example from the Yangtze river, China, Earth surface processes and landforms 34, pp. 1082 1092.

[19] Xing Ping Wen (2010), Monitoring of Water quality using remote sensing data mining, Knowledge-oriented Application in Data Mining, pp. 135 146.

[20] S.F, Guzman V.R (2009), Using MODIS 250m Imagery to estimate Total suspended sediment in a Tropical open bay, International Journal of Systems Application, Engineering and Development, vol. 3, nr.1, pp.36 44.

[21] Oki Kazuo et al (2012), Analysis of stream water quality and estiamtion of nutrient load with the aid of Quick Bird remote sensing imagery, Hydrological Sciences Journal, vol. 57, nr.5.

[22] Somvanshi S. (2011), Water Turbidity Assessment in Part of Gomti River Using, i Geospatia world forum, Hyderabad, India.

[23] U. Berk (2011), Mapping water quality by using satellite imagery, i FIG Working Week, Marrakech, Marocco.

[24] Nguyễn Văn Thảo (2016), “Nghiên cứu các phương pháp phân tích, đánh giá và giám sát chất lượng nước ven bờ bằng tư liệu viễn thám độ phân giải cao và độ phân giải trung bình, đa thời gian; Áp dụng thử nghiệm cho ảnh của vệ tinh VNREDSat 1”, Dự án nghiên cứu khoa học, Viện Tài nguyên và Môi trường biển.

[25] Lương Chính Kế (2014), “Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng cơ sở dữ liệu thành lập bản đồ diễn biến vùng ô nhiễm nguồn nước thải từ các khu công nghiệp, đô thị nhằm đưa ra cảnh báo các vùng có nguy cơ ô nhiễm thuộc vùng kinh tế trọng điểm miền Bắc”, Dự án nghiên cứu khoa học, Cục Viễn thám quốc gia, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

https://tailieucongchuc.net/

[26] Trinh Le Hung (2015), Mapping suspended sediment concentrations in surface water of Tri An lake using remote sensing and GIS, Journal of Science, Natural Sciences Issue, Hue University, Vol.96(8), 59 70.

[27] Lê Minh Sơn (2008), Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh để xác định nhiệt độ và hàm lượng chlorophyll bề mặt nước biển.

[28] H.N.T.T. og Koike K (2011), Integrating satellite imagery and geostatistics of point samples for monitoring spatio temporal changes of total suspended solids in bay waters: application to Tien Yen Bay (Northern Vietnam), Frotiers of Earth Science, vol.5, nr.3, pp. 305 316.

[29] Lê Thị Phương Mai (2012), Sử dụng ảnh vệ tinh đa thời gian để đánh giá ảnh hưởng do biến động của một số đối tượng bao gồm sử dụng đất, rừng ngập mặn, hàm lượng chất lơ lửng trong bề mặt nước biển đến biến động đường bờ khu vực tỉnh Cà Mau

[30] Le Hung Trinh, Danh Tuyen Vu, Thi Trinh Le, Thi Thu Nga Nguyen (2017). Application of GIS technique for mapping suspended sediment concentration in surface water of the Day River, Northern Vietnam, International Journal of Environmental Problems, Vol.1(5), 47 54.

[31] Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Ý Như, Trần Ngọc Anh, Lê Thị Hường, “Khảo sát hiện trạng tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ Đáy”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học tự nhiên và công nghệ 27, Số 1S (2011) 227 234.

[32] Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục môi trường (2014), Báo cáo tổng hợp nhiệm vụ "Quan trắc môi trường nước Lưu vực sông Nhuệ Đáy, Hà Nội

[33] QCVN 08 MT:2015/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt

https://tailieucongchuc.net/

ứng dụng công nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng chất lượng nước hạ lưu sông Đáy

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

c) d)

e)

2.2. Phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1: Bảng

Mã điểm Kí hiệu mẫu

quả

tích chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu tại sông Đáy (ngày 09/04/2018)

SUMMARY

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Articles inside

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC...................................................Error! Bookmark not defined.

2.3.2. Xác định phổ phản xạ bề mặt

1.5. Tổng kết chương 1

giai đoạn 2017 – 2018 từ dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel-2A

1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.4. Đặc điểm tư liệu ảnh vệ tinh Sentinel – 2

3.6. Tổng kết chương 3

3.4.2. Theo bản đồ hiện trạng chiết xuất từ ảnh viễn thám

3.4.3. So sánh kết quả giữa hai phương pháp