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 PGS.TS KIỀU KIM TRÚC TS VƯƠNG TRỌNG KHA HÀ NỘI 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Lệ Hằng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5 Phương pháp nghiên cứu Những điểm luận án Luận điểm bảo vệ Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cơ sở tài liệu thực luận án 10 Cấu trúc luận án 11 Lời cảm ơn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm nước mặt đánh giá chất lượng nước mặt 1.2 Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nước mặt 13 1.2.1 Nước thải sinh hoạt 13 1.2.2 Nước thải công nghiệp 15 1.2.3 Nước thải y tế 17 1.2.4 Nước thải nông nghiệp 17 1.3 Sử dụng số WQI đánh giá chất lượng nước mặt 17 iii 1.4 Tổng quan cơng trình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ địa tin học xây dựng CSLD đánh giá chất lượng nước mặt 20 1.4.1 Trên giới 20 1.4.2 Trong nước 29 1.5 Khai thác khoáng sản ảnh hưởng tới chất lượng nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh 37 1.5.1 Tài nguyên nước mặt vùng mỏ Quảng Ninh 37 1.5.2 Ảnh hưởng khai thác khoáng sản tới chất lượng nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh 39 1.6 Tiểu kết chương 47 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG ĐỊA TIN HỌC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT 48 2.1 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp ứng dụng địa tin học xây dựng sở liệu phục vụ đánh giá chất lượng môi trường nước mặt 48 2.1.1 Khái niệm Địa tin học CSLD 48 2.1.2 Khả ứng dụng kỹ thuật địa tin học xây dựng sở liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt 50 2.2 Sơ đồ quy trình xây dựng sở liệu chất lượng môi trường nước mặt 55 2.3 Phương pháp tính tốn số WQI 58 2.4 Ứng dụng kỹ thuật địa tin học khai thác CSDL chất lượng nước mặt 61 2.4.1 Thành lập đồ chất lượng nước mặt phương pháp nội suy 61 2.4.2 Phân tích thống kê không gian 63 2.4.3 Mơ hình hóa chất lượng mơi trường nước 65 2.5 Lựa chọn công nghệ phù hợp với vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh 68 2.5.1 Kết hợp phần mềm GIS phần mềm môi trường xây dựng CSDL nước mặt 68 iv 2.5.2 Tích hợp tư liệu viễn thám GIS 70 2.6 Tiểu kết chương 76 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH 77 3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 77 3.2 Đặc điểm tư liệu sử dụng luận án 80 3.2.1 Số liệu quan trắc chất lượng nước mặt 80 3.2.2 Dữ liệu viễn thám 83 3.3 Xây dựng sở liệu chất lượng nước mặt khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh 86 3.4 Khai thác, sử dụng sở liệu phục vụ đánh giá, giám sát chất lượng môi trường nước mặt 88 3.4.1 Xây dựng đồ chuyên đề thông số môi trường nước mặt 88 3.4.2 Đánh giá chất lượng nước mặt phương pháp thống kê 90 3.4.3 Đánh giá biến động hàm lượng thông số chất lượng nước theo quý 97 3.4.4 Đánh giá chất lượng nước mặt số WQI 100 3.4.5 Xác định hàm lượng thông số chất lượng nước mặt tư liệu viễn thám 114 3.5 Kết luận chương 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 PHỤ LỤC 144 PHỤ LỤC II 156 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt GIS - Geographical Information System Hệ thông tin địa lý WQI - Water Quality Index Chỉ số chất lượng nước TSS - Total Suspended Sediment Tổng chất rắn hòa tan BOD - Biochemical Oxygen Demain NSMI - Normalized Suspended Material Index Nhu cầu oxi sinh hóa Chỉ số vật chất lơ lửng chuẩn hóa COD Hàm lượng chất hóa học hòa tan SWAT Mơ hình thủy văn, thủy lực SWAT SPOT Vệ tinh SPOT TKV Tập đồn Than Khống sản Việt Nam 10 CSDL Cơ sở liệu 11 IDW 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 16 IWRA 17 UNECE Phương pháp nội suy khoảng cách ngược có trọng số International Water Resources Association United Nations Commission for Europe Economic vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng lượng nước thải thải lượng chất ô nhiễm nước thải từ khu công nghiệp [20] 16 Bảng 1.2 Bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước [21] 20 Bảng 2.1 Các cảm viễn thám sử dụng phổ biến đánh giá chất lượng nước [42] 54 Bảng 2.2 Bảng quy định giá trị qi, BPi 59 Bảng 3.1 Tên trạm quan trắc thông số môi trường nước mặt vùng Cẩm Phả 82 Bảng 3.2 Đặc điểm kênh phổ ảnh vệ tinh Sentinel-2A 84 Bảng 3.3 Kết tính WQI cho thơng số q I - 2012 102 Bảng 3.4 Kết tính WQI cho thơng số q II- 2012 103 Bảng 3.5 Kết tính WQI cho thông số quý III- 2012 104 Bảng 3.6 Kết tính WQI cho thơng số quý IV- 2012 105 Bảng 3.7 Kết tính WQI cho thơng số q I - 2014 105 Bảng 3.8 Kết tính WQI cho thông số quý II – 2014 106 Bảng 3.9 Kết tính WQI cho thông số quý III - 2014 107 Bảng 3.10 Kết tính WQI cho thơng số quý IV - 2014 108 Bảng 3.11 WQI năm cho quý cho năm 2012 110 Bảng 3.12 WQI năm cho quý cho năm 2014 111 Bảng 3.13 Bảng đánh giá CLN mặt điểm quan trắc quý I ÷ IV 2012 112 Bảng 3.14 Bảng đánh giá CLN mặt điểm quan trắc quý I ÷ IV 20141 13 vii Bảng 3.15 Hàm lượng chất lơ lửng nước biển ven bờ Cẩm Phả, Quảng Ninh trạm quan trắc điểm lấy mẫu quý năm 2016 116 Bảng 3.16 So sánh kết xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentienl2A ngày 16/04/2016 124 Bảng 3.17 So sánh kết xác định hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh Sentienl2A ngày 02/12/2016 124 Bảng 3.18 Hàm lượng NH4+ nước biển ven bờ Cẩm Phả, Quảng Ninh trạm quan trắc điểm lấy mẫu quý năm 2016 125 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tỉ lệ phân bố tài ngun nước theo lưu vực sông [19] 10 Hình 1.2 Tỉ lệ vùng tổng lượng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt [19] 14 Hình 1.3 Nước thải sinh hoạt gây nhiễm Quảng Ninh (nguồn: internet) 15 Hình 1.4 Vị trí số trạm quan trắc nghiên cứu Alssgeer et al (2017) 22 Hình 1.5 Giao diện ứng dụng GIS phục vụ quản lý chất lượng nước mặt nghiên cứu Boubakri, Rhinane (2017) 22 Hình 1.6 Giao diện ứng dụng GIS quản lý chất lượng nước Washington (Bilhimer, 2012) 23 Hình 1.7 Kết nội suy hàm lượng Canxi, Magie, Clo nước ngầm khu vực Bhadravathia phương pháp IDW 24 Hình 1.8 Kết nội suy hàm lượng pH nghiên cứu Gharbia et al (2016) 25 Hình 1.9 Vị trí điểm lấy mẫu chất lượng nước nghiên cứu Weipi He [46] 26 Hình 1.10 Kết xác định phân bố hàm lượng NO3-N NH3-N nghiên cứu Weipi He 26 Hình 1.11 Tư liệu ảnh Landsat sơ đồ điểm lấy mẫu chất lượng nước nghiên cứu Li et al (2018) [50] 27 Hình 1.12 Ơ nhiễm nước mặt khai thác than suối Diễn Vọng, Mông Dương, Cẩm Phả (nguồn Internet) 40 Hình 1.13 Tác động khai thác than thành phần tài nguyên, môi trường 43 Hình 1.14 Tác động bồi lấp sông suối khai thác than Cẩm Phả, Quảng Ninh (nguồn Internet) 45 ... nghiên cứu Những điểm luận án Luận điểm bảo vệ Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cơ sở tài liệu thực luận án 10 Cấu trúc luận án 11 Lời cảm ơn... tượng nghiên cứu luận án chất lượng nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả Phạm vi nghiên cứu Phạm vi không gian: luận án lựa chọn thực nghiệm khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh Phạm vi thời gian: đề tài luận án xây... Sentinel-2A chụp ngày 16/4/2016 02/12/2016 khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh 10 Cấu trúc luận án Luận án bao gồm phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo nội dung trình bày 03 chương: Chương 1: Tổng quan