Luận án tiến sĩ xác lập cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ LỆ HẰNG XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA TIN HỌC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT VÙNG MỎ CẨM PHẢ, QUẢNG NINH LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ LỆ HẰNG XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA TIN HỌC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT VÙNG MỎ CẨM PHẢ, QUẢNG NINH NGÀNH : KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ : 9520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS KIỀU KIM TRÚC 2. TS VƯƠNG TRỌNG KHA HÀ NỘI 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan.

Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Lệ Hằng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. v DANH MỤC BẢNG BIỂU. Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC HÌNH VẼ. xi MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Những điểm mới của luận án.

Luận điểm bảo vệ. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cơ sở tài liệu thực hiện luận án. Cấu trúc luận án.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Khái niệm nước mặt và đánh giá chất lượng nước mặt .2 Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nước mặt .1 Nước thải sinh hoạt.2 Nước thải công nghiệp.3 Nước thải y tế .4 Nước thải nông nghiệp .3 Sử dụng chỉ số WQI đánh giá chất lượng nước mặt .4 Tổng quan các công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa tin học xây dựng CSLD và đánh giá chất lượng nước mặt .1 Trên thế giới .5 Khai thác khoáng sản và ảnh hưởng của nó tới chất lượng nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh .1 Tài nguyên nước mặt ở vùng mỏ Quảng Ninh .2 Ảnh hưởng của khai thác khoáng sản tới chất lượng nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh .6 Tiểu kết chương 1. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG ĐỊA TIN HỌC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT .1 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp ứng dụng địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá chất lượng môi trường nước mặt .1 Khái niệm về Địa tin học và CSLD .2 Khả năng ứng dụng kỹ thuật địa tin học xây dựng cơ sở dữ liệu và đánh giá chất lượng môi trường nước mặt .2 Sơ đồ quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt .3 Phương pháp tính toán chỉ số WQI .4 Ứng dụng kỹ thuật địa tin học khai thác CSDL chất lượng nước mặt .1 Thành lập bản đồ chất lượng nước mặt bằng phương pháp nội suy.2 Phân tích thống kê không gian .3 Mô hình hóa chất lượng môi trường nước.5 Lựa chọn công nghệ phù hợp với vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh.1 Kết hợp các phần mềm GIS và phần mềm môi trường trong xây dựng CSDL nước mặt .2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS .6 Tiểu kết chương 2. THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH .1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu .2 Đặc điểm tư liệu sử dụng trong luận án .1 Số liệu quan trắc chất lượng nước mặt .2 Dữ liệu viễn thám .3 Xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng nước mặt khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh .4 Khai thác, sử dụng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá, giám sát chất lượng môi trường nước mặt .1 Xây dựng bản đồ chuyên đề các thông số môi trường nước mặt .2 Đánh giá chất lượng nước mặt bằng phương pháp thống kê .3 Đánh giá biến động hàm lượng các thông số chất lượng nước theo quý.4 Đánh giá chất lượng nước mặt bằng chỉ số WQI .5 Xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước mặt bằng tư liệu viễn thám .5 Kết luận chương 3. 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

129 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 144 PHỤ LỤC II. 156 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt GIS - Geographical Information 1 Hệ thông tin địa lý System 2 WQI - Water Quality Index Chỉ số chất lượng nước 3 TSS - Total Suspended Sediment Tổng chất rắn hòa tan BOD - Biochemical Oxygen 4 Nhu cầu oxi sinh hóa Demain NSMI - Normalized Suspended 5 Chỉ số vật chất lơ lửng chuẩn hóa Material Index 6 COD Hàm lượng chất hóa học hòa tan 7 SWAT Mô hình thủy văn, thủy lực SWAT 8 SPOT Vệ tinh SPOT 9 TKV Tập đoàn Than Khoáng sản Việt Nam 10 CSDL Cơ sở dữ liệu Phương pháp nội suy khoảng cách 11 IDW ngược có trọng số 12 NIR - Near Infrared Cận hồng ngoại 13 SWIR - Shortware Infrared Hồng ngoại sóng ngắn 14 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 15 RGB Red - Green - Blue International Water Resources 16 IWRA Association United Nations Economic 17 UNECE Commission for Europe vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng lượng nước thải và thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải từ các khu công nghiệp [20] .2 Bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước [21] .1 Các bộ cảm viễn thám sử dụng phổ biến trong đánh giá chất lượng nước [42]. Bảng quy định các giá trị qi, BPi .1 Tên trạm quan trắc và các thông số môi trường nước mặt vùng Cẩm Phả .2 Đặc điểm các kênh phổ ảnh vệ tinh Sentinel-2A .3 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý I - 2012.4 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý II- 2012 .5 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý III- 2012 .6 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý IV- 2012 .7 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý I - 2014.8 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý II – 2014 .9 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý III - 2014 .10 Kết quả tính WQI cho từng thông số của quý IV - 2014 .11 WQI năm cho các quý và cho cả năm 2012 .12 WQI năm cho các quý và cho cả năm 2014 .13 Bảng đánh giá CLN mặt tại các điểm quan trắc trong các quý I ÷ IV 2012 .14 Bảng đánh giá CLN mặt tại các điểm quan trắc trong các quý I ÷ IV 20141.15 Hàm lượng chất lơ lửng trong nước biển ven bờ Cẩm Phả, Quảng Ninh tại các trạm quan trắc và điểm lấy mẫu quý 1 và 4 năm 2016 .16 So sánh kết quả xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentienl- 2A ngày 16/04/2016 .17 So sánh kết quả xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentienl- 2A ngày 02/12/2016 .18 Hàm lượng NH4+ trong nước biển ven bờ Cẩm Phả, Quảng Ninh tại các trạm quan trắc và điểm lấy mẫu quý 1 và 4 năm 2016.

125 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tỉ lệ phân bố tài nguyên nước theo các lưu vực sông [19] .2 Tỉ lệ giữa các vùng về tổng lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt [19] .3 Nước thải sinh hoạt gây ô nhiễm ở Quảng Ninh (nguồn: internet) .4 Vị trí một số trạm quan trắc trong nghiên cứu của Alssgeer et al.5 Giao diện ứng dụng GIS phục vụ quản lý chất lượng nước mặt trong nghiên cứu của Boubakri, Rhinane (2017).6 Giao diện ứng dụng GIS quản lý chất lượng nước ở Washington (Bilhimer, 2012) .7 Kết quả nội suy hàm lượng Canxi, Magie, Clo trong nước ngầm khu vực Bhadravathia bằng phương pháp IDW .8 Kết quả nội suy hàm lượng pH trong nghiên cứu của Gharbia et al (2016).9 Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của Weipi He [46] .10 Kết quả xác định phân bố hàm lượng NO3-N và NH3-N trong nghiên cứu của Weipi He .11 Tư liệu ảnh Landsat 8 và sơ đồ các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của Li et al.12 Ô nhiễm nước mặt do khai thác than ở suối Diễn Vọng, Mông Dương, Cẩm Phả (nguồn Internet).13 Tác động của khai thác than đối với các thành phần tài nguyên, môi trường .14 Tác động bồi lấp sông suối trong khai thác than tại Cẩm Phả, Quảng Ninh (nguồn Internet) .15 Diễn biến một số thông số chất lượng nước khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh giai đoạn 2005 – 2009 (nguồn: Tổng Công ty than khoáng sản Việt Nam) .1 Minh họa về các kỹ thuật trong công nghệ Địa tin học (nguồn Internet).2 Ví dụ về cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt khu vực Parkowe, Ba Lan (Absalon et al.3 Sơ đồ quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt .4 Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ phân bố các thông số chất lượng nước từ cơ sở dữ liệu .5 Ví dụ về sử dụng phương pháp nội suy không gian trong đánh giá chất lượng nước khu vực hồ Tonle Sap, Cambodia (a – Simple Kriging, b – Ordiginal Kriging, c – IDW) (Chum et al.6 Sự thay đổi về không gian đối với các thông số chất lượng nước pH, COD, TN, F (Lee and White,1992) [48] .7 Các thành tố chính trong mô hình môi trường.8 Mô tả mô hình AQUATOX trong đánh giá ô nhiễm nước ngọt .9 Giao diện phần mềm EQWin Data Manager .10 Kết quả xác định hàm lượng chlorophyll-a từ ảnh vệ tinh Spot, khu vực hồ chứa Te-Chi, Đài Loan (Yang et al.11 Các thành phần của bức xạ Mặt Trời đi tới nguồn nước được bộ cảm biến ghi nhận .12 Các thành phần bức xạ thu nhận từ đầu thu [54, 55] .1 Bản đồ hành chính thành phố Cẩm Phả, Quảng Ninh .2 Một số hoạt động kinh tế – xã hội tại Cẩm Phả, Quảng Ninh .3 Tư liệu ảnh Sentinel-2A chụp ngày 16/4/2016 khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh, RGB=432 .4 Tư liệu ảnh Sentinel-2A chụp ngày 01/12/2016 khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh, RGB=432 .5 Nhập dữ liệu trong EQWin .6 Hiển thị cơ sở dữ liệu và đồ thị thông số môi trường nước mặt Cẩm Phả, Quảng Ninh trong phần mềm EQWin .7 Ví dụ nhập dữ liệu chất lượng nước mặt trong phần mềm EQWin .8 Ví dụ kết quả thành lập bản đồ thông số Coliform quý IV/2016 .9 Ví dụ kết quả thành lập bản đồ thông số COD quý IV/2016 .