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: 9.52.05.03

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa Mỏ
Khoa Trắc địa Bản đồ và Quản lý đất đai
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Kiều Kim Trúc
2. TS. Vương Trọng Kha

Phản biện 1: PGS.TS Trần Xuân Trường
Phản biện 2: GS.TS Võ Chí Mỹ
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường họp tại ..............................., Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào
hồi …..giờ … ngày … tháng… năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội
hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước là một nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, là thành phần
thiết yếu của sự sống và môi trường. Có thể coi nước là thành phần
quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi quốc gia.
Việt Nam là một nước có nguồn tài nguyên nước mặt phong phú.
Do đặc thù về vị trí địa lý và đặc điểm điều kiện tự nhiên, tổng lượng
nước mặt của nước ta phân bố không đồng đều cả về thời gian và không
gian, dẫn đến tình trạng có những vùng bị lũ lụt thường xuyên, trong
khi đó có những vùng lại bị khô hạn kéo dài. Hơn nữa, mặc dù có
nguồn tài nguyên nước dồi dào, tuy nhiên tài nguyên nước mặt ở Việt
Nam không phải là vô tận. Nước mặt cũng dễ bị tổn thương do được
khai thác tối đa phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và phát triển kinh tế
xã hội. Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế - xã
hội, những ảnh hưởng tiêu cực của các hoạt động này đến nguồn nước
khiến tình trạng ô nhiễm nước mặt diễn ra nghiêm trọng. Tốc độ công
nghiệp hoá, đô thị hoá nhanh chóng, hoạt động giao thông đường thủy,
hoạt động khai thác khoáng sản, hoạt động nuôi trồng thủy hải sản và sự
gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước
mặt ở các hệ thống sông, hồ cũng như ven biển. Môi trường nước mặt ở
nhiều khu vực trên thế giới đang bị ô nhiễm nặng nề bởi nước thải, khí
thải và chất thải rắn. Xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng nước mặt đang
là một vấn đề có tính cấp thiết, phục vụ công tác quản lý, bảo vệ và sử
dụng bền vững nguồn tài nguyên nước mặt ở Việt Nam.
Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài nguyên khoáng sản phong
phú, trong đó một số loại có trữ lượng thuộc loại lớn ở khu vực như
than đá, sắt, dầu khí...Khai thác mỏ là ngành công nghiệp giữ vai trò
quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, góp phần quan trọng đối với sự
phát triển kinh tế - xã hội ở nước ta thời gian qua. Bên cạnh những lợi
ích to lớn mang lại, công nghiệp khai thác mỏ cũng tác động mạnh mẽ
đối với các thành phần tài nguyên, môi trường, phá vỡ thế hài hòa vốn
có của cảnh quan thiên nhiên trên một diện tích rộng lớn. Tại các khu
vực khai thác mỏ lộ thiên, do không có ao chứa lắng, xử lý nên phần lớn
các nhà máy đưa trực tiếp nước thải ra môi trường mà không qua bất kỳ

2
hình thức xử lý nào. Bên cạnh đó, trong những năm trước đây, nhiều
đơn vị khai thác khoáng sản chỉ quan tâm đến lợi ích kinh tế trước mắt
mà xem nhẹ công tác bảo vệ môi trường. Hậu quả là nhiều thành phần
tài nguyên và môi trường vùng mỏ bị tác động và biến đổi mạnh mẽ,
ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến đời sống dân sinh trong khu vực
mà nước mặt là một đối tượng quan trọng.
Cũng như nhiều vùng khác trong cả nước, Cẩm Phả là thành phố
công-nông nghiệp. Bên cạnh công nghiệp mỏ, các loại hình công nghiệp
khác như nhiệt điện, xi măng, cơ khí v.v...ngày càng được phát triển.
Cùng với quá trình công nghiệp hoá và đô thị hoá, dân số ngày một
tăng, nhu cầu cung cấp nước cho các ngành công-nông nghiệp và sinh
hoạt ngày càng lớn. Một nghịch lý đang diễn ra gay gắt: công nghiệp
càng phát triển, dân số càng tăng thì tài nguyên nước mặt ngày càng bị
suy thoái cả về số lượng và chất lượng. Các nguồn nước mặt trong các
ao hồ, sông suối và nước ven biển vùng mỏ Cẩm Phả đang bị ô nhiễm
trầm trọng. Ngoài những nguyên nhân phổ quát do ô nhiễm không khí,
chất thải rắn, chất thải lỏng từ hoạt động công nghiệp, giao thông vận
tải, nông nghiệp và sinh hoạt của người dân, chất lượng nước mặt vùng
mỏ Cẩm Phả còn bị suy giảm nặng nề bởi nguyên nhân khai thác mỏ.
Nước mỏ lộ thiên, hầm lò; nước mỏ từ các cơ sở tuyển khoáng, nước
chảy tràn từ bãi thải và bãi chứa than v.v…là các nhân tố làm gia tăng
quy mô và mức độ ô nhiễm làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng
nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả. Dân số ngày càng tăng, các hoạt động du
lịch, công nghiệp khai thác khoáng sản, cơ khí, xi măng ngày càng mở
rộng là các nguyên nhân tổng hợp làm suy giảm chất lượng tài nguyên
nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả. Mọi nghiên cứu xác định nguyên nhân,
phân tích các thành phần, đánh giá chất lượng nguồn nước mặt vùng mỏ
Cẩm Phả Quảng Ninh là nhu cầu cấp thiết nhằm xác định diễn biến chất
lượng nước, phân vùng và nhận diện các thành phần ô nhiễm, hướng tới
xây dựng các giải pháp xử lý, quản lý các nguồn nước mặt trong khu
vực, góp phần ngăn ngừa, giảm thiểu các tác động tiêu cực, nâng cao
chất lượng nước sạch cho dân cư vùng Quảng Ninh nói chung và khu
vực Cẩm Phả nói riêng.
Có nhiều phương pháp đánh giá chất lượng nước mặt. Mỗi

3
phương pháp đều có ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng riêng. Dù là
đánh giá bằng phương pháp nào cũng phải dựa trên cơ sở dữ liệu. Mặc
dù đã được quan trắc nhiều, nhưng dữ liệu nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả
Quảng Ninh vẫn còn bị phân tán về định dạng, về cấu trúc, về chuẩn
hoá dữ liệu v.v…Một cơ sở dữ liệu đầy đủ, được xây dựng bằng các
phương pháp và công nghệ hiện đại với các khả năng cập nhật, quản lý,
phân tích, hiển thị và chia sẻ kịp thời là cơ sở cho công tác đánh giá
chính xác và hiệu quả các thành phần tài nguyên, môi trường nói chung
và tài nguyên nước mặt nói riêng [10]. Công nghệ địa tin học mà tiêu
biểu là viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) là các công cụ hiện đại
đáp ứng các yêu cầu đó. Với những lý do trên, đề tài luận án“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” là xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và có tính khoa học. Kết quả
nhận được trong luận án góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng công
nghệ Địa tin học cũng như cung cấp thông tin kịp thời, giúp các nhà
quản lý trong giám sát, đánh giá và bảo vệ môi trường nước mặt khu
vực khai thác mỏ.
2. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu
a/ Mục tiêu:
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xác lập được cơ sở khoa học
ứng dụng công nghệ địa tin học trong xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá
chất lượng môi trường nước mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh.
b/ Nhiệm vụ:
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: tổng quan về tài nguyên
nước mặt và các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt ở Việt Nam, các
phương pháp đánh giá chất lượng nước mặt; tổng quan tình hình nghiên
cứu trong và ngoài nước liên quan đến ứng dụng công nghệ địa tin học
trong xây dựng cơ sở dữ liệu và đánh giá chất lượng nước mặt.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng và khai thác cơ sở dữ liệu
nước mặt bằng công nghệ địa tin học phục vụ công tác quản lý, giám
sát và đánh giá chất lượng nước mặt.
- Thu thập số liệu quan trắc chất lượng nước mặt tại 15 điểm
quan trắc trong đất liền và 20 điểm khu vực ven biển Cẩm Phả phục vụ

4
xây dựng cơ sở dữ liệu. Thu thập dữ liệu viễn thám (ảnh vệ tinh
Sentinel-2A) phục vụ xác định hàm lượng một số thông số chất lượng
nước khu vực ven biển.
- Nghiên cứu kết hợp các phần mềm GIS và phần mềm quản lý,
đánh giá môi trường EQWin trong xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường
nước mặt, thử nghiệm cho khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh.
- Khai thác sử dụng cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước
mặt nhằm thành lập các bản đồ chuyên đề về các thông số chất lượng
nước, đánh giá chất lượng nước bằng chỉ số WQI, đánh giá chất lượng
nước kết hợp với tư liệu viễn thám.
3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
a/ Đối tượng nghiên cứu
Xuất phát từ yêu cầu của đề tài, đối tượng nghiên cứu của luận án
là chất lượng nước mặt khu vực khai thác mỏ.
b/ Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi không gian: luận án lựa chọn thực nghiệm ở khu vực
Cẩm Phả - Quảng Ninh.
- Phạm vi thời gian: đề tài luận án xây dựng với các số liệu quan
trắc môi trường nước mặt được đo trực tiếp tại Cẩm Phả giai đoạn 2011
- 2016. Trong luận án cũng sử dụng 02 cảnh ảnh vệ tinh quang học
Sentinel 2A năm 2016 nhằm đánh giá phân bố hàm lượng một số thông
số chất lượng nước khu vực ven biển Cẩm Phả.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: tổng hợp, phân tích các
nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nội dung luận án; các số
liệu, tài liệu về chất lượng nước mặt khu vực nghiên cứu.
- Phương pháp thu thập số liệu: trong luận án tiến hành thu thập
số liệu tại 15 điểm quan trắc chất lượng nước mặt khu vực đất liền và
20 điểm khu vực ven biển Cẩm Phả, Quảng Ninh giai đoạn 2011 - 2016.
- Phương pháp GIS: kết hợp các phần mềm GIS (MapInfo,
ArcGIS) và phần mềm đánh giá môi trường EQWin Manager trong xây
dựng và khai thác cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt khu
vực Cẩm Phả, Quảng Ninh.
- Phương pháp thống kê: sử dụng trong phân tích thống kê nhằm

5
đánh giá diễn biến theo quý và năm chất lượng môi trường nước mặt
khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh tại 15 trạm đo trong đất liền.
- Phương pháp viễn thám: sử dụng trong xử lý ảnh vệ tinh quang
học Sentinel 2A nhằm xác định phân bố hàm lượng một số thông số
chất lượng nước khu vực ven biển Cẩm Phả, Quảng Ninh.
5. Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1:
Công nghệ Địa tin học là công cụ hiệu quả trong xây dựng cơ sở
dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt khu vực khai thác mỏ trên cơ
sở tích hợp các phần mềm GIS và phần mềm quản lý, đánh giá môi
trường.
Luận điểm 2:
Ứng dụng cơ sở dữ liệu nước mặt giúp quản lý, giám sát và đánh
giá chất lượng môi trường nước mặt một cách hiệu quả theo thời gian
và không gian với sự trợ giúp của công nghệ Địa tin học thông qua các
kỹ thuật phân tích, thống kê không gian.
6. Những điểm mới của luận án
Thứ nhất, kết hợp các phần mềm GIS và phần mềm quản lý, đánh
giá môi trường EQWin trong xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng nước
mặt là phương án phù hợp và hiệu quả đối với hiện trạng cơ sở hạ tầng
và số liệu quan trắc chất lượng nước mặt khu vực khai thác mỏ ở nước
ta hiện nay.
Thứ hai, cơ sở dữ liệu xây dựng trong luận án là công cụ hiệu quả
phục vụ quản lý, đánh giá và giám sát chất lượng môi trường nước mặt
thông qua thành lập các bản đồ thông số chất lượng nước, đánh giá
bằng chỉ số WQI, kết hợp tư liệu viễn thám trong xác định hàm lượng
các thông số chất lượng nước…
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án giúp
hoàn thiện cơ sở khoa học và chứng minh tính hiệu quả, tính tin cậy của
phương pháp ứng dụng công nghệ Địa tin học trong xây dựng và khai
thác cơ sở dữ liệu môi trường nước mặt.
Ý nghĩa thực tiễn:cơ sở dữ liệu môi trường nước mặt xây dựng
trong đề tài luận án có thể được khai thác ứng dụng phục vụ công tác

6
quản lý, giám sát và sử dụng bền vững tài nguyên nước mặt nói chung,
tài nguyên nước mặt khu vực khai thác mỏ nói riêng.
8. Cấu trúc luận án
Luận án bao gồm 03 chương cùng phần mở đầu, kết luận và tài
liệu tham khảo.
NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Khái niệm nước mặt và đánh giá chất lượng nước mặt
1.2 Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nước mặt
1.2.1 Nước thải sinh hoạt
1.2.2 Nước thải công nghiệp
1.2.3 Nước thải y tế
1.2.4 Nước thải nông nghiệp
1.3 Sử dụng chỉ số WQI đánh giá chất lượng nước mặt
Để đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ gây ô nhiễm nước
có thể dựa vào một số chỉ tiêu tổng hợp. Các chỉ tiêu này được chia
thành 3 nhóm: nhóm chỉ tiêu vật lý (pH, độ màu, độ đục, chất rắn lơ
lửng), nhóm chỉ tiêu hóa học (hàm lượng oxy hòa tan trong nước - DO,
nhu cầu oxy sinh học - BOD, nhu cầu oxy hóa học - COD, kim loại
nặng, các hợp chất photpho, sunphat, các hợp chất nitơ...) và nhóm chỉ
tiêu sinh học (vi khuẩn E.coli). Việc đánh giá chất lượng nước mặt bằng
theo các chỉ tiêu tổng hợp có thể được thực hiện bằng cách so sánh với
QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
Chỉ số chất lượng nước (viết tắt là WQI) là một chỉ số được tính
toán từ các thông số quan trắc chất lượng nước, dùng để mô tả định
lượng về chất lượng nước và khả năng sử dụng của nguồn nước đó và
được biểu diễn qua một thang điểm. Đây là một phương pháp đánh giá
chất lượng nước hiệu quả, được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam
[1,7,12,16]. Chỉ số WQI có giá trị trong khoảng từ 0 đến 100, trong đó
chất lượng nước được chia thành 5 cấp như bảng 1.2.

7
Bảng 1.2 Bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất
lượng nước
Loại

Giá trị
WQI

Mức đánh giá chất lượng nước

Thang màu

I

91 – 100

Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước
sinh hoạt

Xanh nước
biển

II

76 – 90

Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh
hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý
phù hợp

Xanh lá cây

III

51 – 75

Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và
mục đích tương đương khác

Vàng

IV

26 – 50

Sử dụng cho giao thông thủy và các
mục đích tương đương khác

Da cam

V

0 – 25

Nước ô nhiễm nặng, cần các biện
pháp xử lý trong tương lai

Đỏ

1.4 Tổng quan các công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa tin
học xây dựng CSLD và đánh giá chất lượng nước mặt
1.4.1 Trên thế giới
Trong những thập kỷ gần đây, công nghệ địa tin học nói chung,
công nghệ GIS và viễn thám nói riêng đã trở thành công cụ hiệu quả
trong xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá môi trường nước mặt trên
thế giới. Có thể kể đến các nghiên cứu của Bilhimer [28], Boubakri and
Rhinane [29], Silberbauer [67], Zaidi [79], Zeilhofer et al. [80],...Từ cơ sở
dữ liệu chất lượng nước mặt, các phương pháp nội suy như IDW,
Kriging...đã được sử dụng trong các nghiên cứu của Gharbia et al. [40],
Gunarathna et al. [43], McKinney and Annning [52], Mayer [53], Nas
[53], Oke et al. [59], Raikar et al. [61],...nhằm xây dựng bản đồ phân bố
hàm lượng các thông số chất lượng nước mặt.
Tư liệu viễn thám cũng được kết hợp với kỹ thuật GIS trong đánh
giá chất lượng môi trường nước mặt. Do phản xạ phổ xác định từ ảnh vệ
tinh quang học có khả năng thể hiện đặc điểm phản xạ của một số thông
số chất lượng nước [62-64], dữ liệu viễn thám đã được sử dụng hiệu quả

8
khi kết hợp với kết quả quan trắc nhằm xây dựng hàm hồi quy đánh giá
chất lượng nước. Có thể kể đến các nghiên cứu của Doxaranet al. [37,
38], Cheng and Lei [35], He et al. [46], Olet [60], Wang et al. [73],
Sudheer et al. [69], Xing-Ping Wen [78], Yuan - Fong Su [77],…
Nước thải do quá trình khai thác khoáng sản là một nguyên nhân
quan trọng gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm ở các vùng
mỏ. Một số nghiên cứu như của Alaghmand et al. [26], Evans [39],
Mays [50], Pierre-Yves [65], Twardowska and Szczepanska [70],
Tomic [71], Woldai [74]…đã sử dụng kỹ thuật Địa tin học phục vụ xây
dựng cơ sở dữ liệu và đánh giá chất lượng môi trường nước mặt các khu
vực khai thác mỏ.
1.4.2 Trong nước
Các nghiên cứu trước đây ở Việt Nam trong đánh giá chất lượng
nước mặt chủ yếu sử dụng chỉ số WQI thông qua các mẫu nước, trong
đó có thể kể đến các nghiên cứu của Phạm Thế Anh và Nguyễn Văn
Huy [1], Trương Văn Đàn và cộng sự [3], Tôn Thất Lãng [7], Nguyễn
Duy Phú [12], Lê Văn Thăng và cộng sự [15]…
Từ đầu thế kỷ XXI, ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên
cứu ứng dụng kỹ thuật địa tin học phục vụ xây dựng CSDL và đánh giá
chất lượng nước mặt. Có thể kể đến các nghiên cứu của các nhà khoa
học tại Cục Viễn thám quốc gia (Bộ Tài nguyên và Môi trường), nghiên
cứu của Nguyễn Thị Thu Hà và cộng sự [5], Nguyễn Quốc Phi và cộng
sự [11], Nguyễn Văn Thảo [14], Trịnh Lê Hùng [72]…Đối với khu vực
Quảng Ninh, bên cạnh các dự án đánh giá môi trường nước mặt do ảnh
hưởng của khai thác than còn có một số nghiên cứu như của Đoàn Văn
Kiển và cộng sự [4], Kiều Kim Trúc và cộng sự [17, 18] đã bước đầu sử
dụng kỹ thuật địa tin học phục vụ quản lý, đánh giá và ứng phó với ô
nhiễm nước mặt.
1.5 Khai thác khoáng sản và ảnh hưởng của nó tới chất lượng nước
mặt vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh
1.5.1 Tài nguyên nước mặt ở vùng mỏ Quảng Ninh
Quảng Ninh có hệ thống sông, suối dài trên 10 km, diện tích lưu
vực xấp xỉ 3000 km2. Các sông lớn là sông Ka Long, Tiên Yên, Ba Chẽ
có diện tích lưu vực gần 1000 km2. Mạng lưới sông, suối dày đặc, mật

9
độ trung bình 1 - 1,9km/km2, có nơi đến 2-2,4 km/km2. Ngoài các con
sông lớn, tỉnh Quảng Ninh còn có một số con sông nhỏ có chiều dài
khoảng 10km, lưu vực dưới 300 km2, phân bố dọc theo ven biển từ thị
xã Móng Cái đến huyện Hoàng Bồ, Đông Triều, Yên Hưng.
1.5.2 Ảnh hưởng của khai thác khoáng sản tới chất lượng nước mặt
vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh
Để sản xuất 1 tấn than cần bóc đi từ 8 - 10 m3 đất phủ và thải ra
từ 1 - 3 m3 nước thải mỏ. Chỉ tính riêng trong năm 2006, các mỏ than
của Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam đã thải vào môi trường tới
182.6 m3 đất đá, khoảng 70 triệu m3 nước thải mỏ, dẫn đến một số vùng
bị ô nhiễm đến mức báo động, trong đó có Cẩm Phả. Năm 2009, tổng
lượng nước thải mỏ là hơn 38 triệu m3 (chưa kể nước rửa trôi từ các bãi
thải mỏ). Chất lượng nước mặt khu vực Cẩm Phả đã bị suy giảm trong
nhiều năm. Các chỉ số TSS, BOD, COD v.v..trong nước tại sông Mông
Dương, suối Bàng Nâu, suối Bàng Tẩy, suối Khe Chàm v.v.. quan trắc
trong giai đoạn năm 2005-2009 là khá cao, vượt tiêu chuẩn cho phép,
hàm lượng cặn lơ lửng trong các năm 2006, 2007, 2008 vượt QCVN về
nước mặt từ 1÷15,2 lần. Hầu hết nước mặt trong các sông, suối khu vực
Cẩm Phả, đặc biệt là các vị tró gần khu vực khai thác than đều bị ô
nhiễm chất hữu cơ, vô cơ và ô nhiễm dầu mỡ. Kết quả quan trắc trong
giai đoạn 2005-2009 cho thấy: hàm lượng amoni, nitrit trong nước
song, suối đều tăng cao so với tiêu chuẩn. Các thông số kim loại nặng
độc hại, vi sinh vật trong nước đều nằm vượt ngưỡng cho phép của
QCVN.
1.6 Tiểu kết chương 1
Đánh giá chung tình hình áp dụng công nghệ công nghệ Địa tin
học xây dựng CSDL và đánh giá chất lượng môi trường nước mặt vùng
mỏ ở nước ta nhận thấy còn chưa đồng bộ, chưa hoàn chỉnh, chưa đều
khắp và đặc biệt chưa đề cập đến yếu tố thời gian và chưa thể hiện sự
thống nhất đồng dạng trong thiết kế cấu trúc dữ liệu. Phần kết quả chính
thường là bản đồ với các lớp thông tin khác nhau, có các bảng dữ liệu
thông số môi trường nhưng chỉ thể hiện giá trị mà thiếu liên kết với
thông tin địa lý và sự thể hiện thời gian diễn biến. Đồng thời số lượng

10
thông tin còn hạn hẹp và hiển thị một cách khó theo dõi, kết quả mô
hình hóa dữ liệu chưa sát với thực tế. Do đó tính ứng dụng của các công
trình này chưa phù hợp thực tiễn.
Đối với công tác quan trắc môi trường nước vùng mỏ, có thể
nhận thấy khối lượng công việc là rất lớn, dẫn đến khối lượng dữ liệu
cũng rất lớn, được nhiều cơ quan khác nhau quan trắc trong nhiều năm,
mỗi năm nhiều đợt, và mỗi đợt nhiều thông số, nhiều trạm đo. Khối
lượng dữ liệu lớn nhưng tình trạng quản lý còn nhiều khó khăn, hạn
chế. Các biểu mẫu báo cáo giữa các cơ quan, giữa các đợt quan trắc
khác nhau thì khác nhau. Dữ liệu chưa được cập nhật thành CSDL
thống nhất, chưa tiêu chuẩn hóa, gây khó khăn cho người sử dụng.
Công nghệ địa tin học nói chung, công nghệ GIS và viễn thám
nói riêng là một công cụ hiệu quả trong xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá
chất lượng môi trường nước mặt. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
cho thấy, khả năng phân tích không gian của GIS kết hợp những ưu
điểm của công nghệ viễn thám như diện tích phủ trùm rộng, thời gian
cập nhật ngắn, dải phổ da dạng…đã mang lại hiệu quả to lớn trong đánh
giá chất lượng môi trường nước mặt.
Chương 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG ĐỊA TIN HỌC XÂY
DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI
TRƯỜNG NƯỚC MẶT
2.1 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
2.1.1 Khái niệm về Địa tin học và cơ sở dữ liệu
Địa tin học (Geomatics), hay còn gọi là Công nghệ không gian
địa lý là ngành khoa học thu thập, lưu trữ, xử lý và cung cấp thông tin
địa lý, hoặc thông tin không gian tham chiếu. Geomatics là một thuật
ngữ khoa học còn tương đối mới, được đề xuất bởi Dubuisson (1969)
với mục đích kết hợp khoa học Trắc địa (Geodesy) và Tin học địa lý
(Geoinformation). Nó bao gồm các công cụ và kỹ thuật được sử dụng
trong đo đạc khảo sát Trái Đất như viễn thám, bản đồ, hệ thông tin địa
lý (GIS), hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GPS, GLONASS, Galileo,
Compass), địa lý và các khoa học liên quan. Thuật ngữ này đã được sử

11
dụng đầu tiên ở Canada, sau đó được Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO
(International Organization for Standardization) và nhiều cơ quan quốc
tế khác sử dụng.
Cơ sở dữ liệu (Database) là một tập hợp các thông tin được thu
thập theo mục đích sử dụng nào đó, được lưu trữ trong máy tính theo
những quy tắc nhất định. Đó là tập hợp dữ liệu mà có thể điều khiển và
lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu và dữ liệu có thể chia sẻ giữa các ứng
dụng khác nhau. Cơ sở dữ liệu là một thành phần quan trọng, được xem
như là cốt lõi của hệ thông tin địa lý. Tùy mục đích và yêu cầu của
người dùng mà người ta thiết kế cơ sở dữ liệu (tổ chức và cấu trúc) có
mức độ phức tạp khác nhau.
2.1.2 Khả năng ứng dụng kỹ thuật địa tin học xây dựng cơ sở dữ
liệu và đánh giá chất lượng môi trường nước mặt
Công nghệ GIS với khả năng lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu
là một công cụ hiệu quả trong xây dựng cơ sở dữ liệu cũng như đánh
giá chất lượng môi trường nước mặt. Các phần mềm GIS thông dụng
hiện nay như AcrGIS, MapInfo, MicroStation…đều cho phép xây dựng
cơ sở dữ liệu nói chung, cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt
nói riêng một cách thuận tiện. Dữ liệu quan trắc có thể được chuẩn hóa,
chuyển đổi định dạng một cách dễ dàng trên các phần mềm GIS, lưu trữ
trong một cơ sở dữ liệu thống nhất và sử dụng thuận tiện phục vụ đánh
giá chất lượng nước mặt. Người dùng có thể dễ dàng tiếp cận, khai thác,
sử dụng và cập nhật dữ liệu chất lượng nước. Cơ sở dữ liệu GIS chất
lượng môi trường nước mặt cũng có thể cung cấp thông tin giúp các nhà
quản lý đưa ra các biện pháp cụ thể trong đánh giá, giám sát và sử dụng
bền vững tài nguyên nước mặt. Đặc biệt hiện nay với sự phát triển của
Internet, một công nghệ mới đã ra đời - công nghệ WebGIS, cho phép
người sử dụng có thể khai thác và sử dụng cơ sở dữ liệu ở bất kỳ đâu.
Cùng với công nghệ GIS, từ cuối thế kỷ XX, kỹ thuật viễn thám đã
được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả quan trọng trong nghiên cứu
đánh giá chất lượng nước. 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 (bảng 2.1)

12
Bảng 2.1 Các bộ cảm viễn thám sử dụng phổ biến trong đánh giá chất
lượng nước [42]
Loại

Độ
phân
giải
cao

Độ
phân
giải
trung
bình

Độ
phân
giải
thấp

Vệ tinh-Bộ cảm
Digital Globe
WorldView – 1
Digital Globe
WorldView – 2
NOAA
WorldView – 3
Digital Globe
Quykckbird
GeoEye Geoeye –
1
GeoEye IKONOS

Ngày phóng

Độ phân
giải
không
gian (m)

Độ
rộng
dải
chụp

Độ phân
giải thời
gian
(ngày)

18/09/2007

0,5

17,7

1,7

16,4

1,1

13,1

1-4,5

18

2,5

15,2

<3

11,3

3

60

2-3

30
70

5
2

170

16

183
185
185
7,5
185
60
14
45-50

16
16
18
16
16
16
7
10

2330

1-2

1150

Hàng
ngày

08/10/2009
13/08/2014
18/10/2001
06/09/2010
24/09/1999

SPOT – 5 HRG

05/05/2002

CARTOSAT
ALOS AVNIR – 2
Landsat 8
OLI/TIRS
Landsat 7 ETM+
Landsat 5 TM
Landsat 5 MSS
EO – 1 Hyperion
EO – 1 ALI
Terra ASTER
PROBA CHRIS
HICO

05/05/2005
24/01/2006

Terra MODIS

18/12/1999

Envisat – 1
MERIS
OrbView – 2
SeaWiFS
NIMBUS – 7
CZCS

11/02/2013
15/04/1999
01/03/1984
01/03/1984
21/11/2000
21/11/2000
18/12/1999
22/10/2001
10/09/2009

01/03/2002

1,850,46
1,24-3,70,31
2,620,65
1,650,41
3,2-0,82
2,5; 510-20
2,5
2,5-10
30-15100
30-15-60
30-120
80
30
10-30
15-30-90
18-36
100
250-5001000
3001200

01/08/1997

1130

2806

16

24/10/1978

825

1556

6

13

Loại

Vệ tinh-Bộ cảm

Ngày phóng

ERS – 1 ATSR – 1
ERS – 2 ATSR – 2
ENVISAT
AATSR

17/06/1991
22/04/1995

Độ phân
giải
không
gian (m)
1000
1000

Độ
rộng
dải
chụp
500
500

Độ phân
giải thời
gian
(ngày)
3-6
3-6

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

11004000

3000

9

2.2 Sơ đồ quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường
nước mặt

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường
nước mặt

14
2.3 Phương pháp tính toán chỉ số WQI
Quy trình tính toán và sử dụng WQI trong đánh giá chất lượng
môi trường nước bao gồm các bước sau [21]:
a) Bước 1: Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc từ trạm quan trắc
môi trường nước mặt lục địa (số liệu đã qua xử lý).
b) Bước 2: Tính toán các giá trị WQI thông số.
c) Bước 3: Tính toán WQI.
d) Bước 4: So sánh WQI với bảng các mức đánh giá chất lượng
nước.
2.4 Ứng dụng kỹ thuật địa tin học khai thác CSDL chất lượng nước
mặt
2.4.1 Thành lập bản đồ chất lượng nước mặt bằng phương pháp nội
suy
2.4.2 Phân tích thống kê không gian
2.4.3 Mô hình hóa chất lượng môi trường nước
2.5 Lựa chọn công nghệ phù hợp với vùng mỏ Cẩm Phả, Quảng Ninh
2.5.1 Kết hợp các phần mềm GIS và phần mềm môi trường trong xây
dựng CSDL nước mặt
Ngày nay, có rất nhiều các phần mềm GIS khác nhau có thể sử
dụng hiệu quả trong xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường nước mặt như
ArcGIS, MapInfo, MicroStation...Tùy thuộc vào đặc điểm bộ dữ liệu
thu thập được cũng như hiện trạng lưu trữ của dữ liệu có thể lựa chọn
phần mềm phù hợp nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu nước mặt. Bên cạnh
đó, nhiều phần mềm môi trường cũng cho phép tích hợp với các phần
mềm GIS nhằm nâng cao hiệu quả trong xây dựng cơ sở dữ liệu và
đánh giá chất lượng môi trường, trong đó có môi trường nước mặt. Tại
Việt Nam, phần mềm môi trường EQWin Data Manager (EQWin) đã
bắt đầu được sử dụng và mang lại hiệu quả khả quan trong đánh giá
chất lượng môi trường nước mặt khu vực khai thác mỏ. Do vậy, việc kết
hợp các ưu điểm của các phần mềm GIS và phần mềm môi trường
(EQWin) là một phương án phù hợp trong điều kiện cụ thể ở Việt Nam
phục vụ công tác quản lý và đánh giá chất lượng nước.
2.3.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS
Việc tích hợp viễn thám và GIS tạo thuận lợi trong việc xây dựng
và cập nhật dữ liệu. Do số lượng các điểm quan trắc có hạn, việc sử

15
dụng các phương pháp nội suy GIS để xác định hàm lượng các thông số
chất lượng nước không phải lúc nào cũng đạt độ chính xác cao, đặc biệt
khi sử dụng cho một khu vực rộng lớn. Hơn nữa, khả năng cập nhật dữ
liệu bằng các quan trắc thực địa là một hạn chế đáng kể do tốn kém thời
gian và chi phí. Tích hợp viễn thám và GIS cho phép giải quyết vấn đề
này trên cơ sở mối quan hệ giữa phổ phản xạ mặt nước và hàm lượng
các thông số chất lượng nước. Vì thời gian cập nhật ảnh vệ tinh tại một
điểm trên mặt đất khá ngắn, có thể sử dụng các mô hình hàm số thể hiện
mối quan hệ giữa phổ phản xạ bề mặt và hàm lượng các thông số chất
lượng nước để xây dựng bản đồ đánh giá chất lượng nước.
2.6 Tiểu kết chương 2
Từ những thập kỷ cuối thế kỷ XX, cùng với sự phát triển mạnh
mẽ của công nghệ viễn thám, hệ thông tin địa lý..., công nghệ địa tin
học đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng
nước mặt. Công nghệ địa tin học đã trở thành một công cụ quan trọng
trong xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt.
Cơ sở dữ liệu chất lượng môi trường nước mặt có thể được khai
thác sử dụng phục vụ đánh giá, giám sát chất lượng nước thông qua các
phương pháp như phân tích thống kê, nội suy không gian phục vụ xây
dựng bản đồ hàm lượng các thông số chất lượng nước, phân tích không
gian hoặc kết hợp với tư liệu viễn thám.
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của hệ thông tin địa lý
trên nền Internet, một công nghệ mới ra đời - công nghệ WebGIS cho
phép nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý, giám sát và sử dụng bền
vững tài nguyên nước mặt.
Chương 3. THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHẤT
LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT KHU VỰC CẨM PHẢ,
QUẢNG NINH
3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu
Bể than Cẩm Phả là một phần của bể than Quảng Ninh, với tổng
tiềm năng ước tính trên 3 tỷ tấn trong tổng số 8,4 tỷ tấn trữ lượng than
Quảng Ninh. Diện tích đất tự nhiên của Cẩm Phả là 48,623 km2, dân số
khoảng 16.745 (năm 2006) [80]. Trong thời gian qua, tình trạng ô
nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm nước mặt nói riêng ở Cẩm Phả có

16
những diễn biến hết sức phức tạp, trong đó nguyên nhân chính là từ ảnh
hưởng của hoạt động khai thác khoáng sản (hình 3.3).
3.2 Đặc điểm tư liệu sử dụng trong luận án
3.2.1 Số liệu quan trắc chất lượng nước mặt
Mạng lưới quan trắc các điểm nước mặt trong đất liền bao gồm
15 điểm, ký hiệu từ NM1 đến NM15 với các tên địa danh như Cảng Hà
Ráng, Suối Vũ Môn, Sông Mông Dương... là các điểm chịu ảnh hưởng
của việc khai thác than như chảy qua ranh giới khai trường, tiếp nhận
nước thải mỏ và nước thải sinh hoạt của các hộ dân nằm xen kẽ trên
tuyến thải nước thải của mỏ (bảng 3.1).
Bảng 3.1 Tên trạm quan trắc và các thông số môi trường
nước mặt vùng Cẩm Phả

3

Tên các trạm
quan trắc
Điểm giao giữa ba suối Bàng
Tẩy, Bàng Nâu, Khe Chàm
Trung lưu sông Mông Dương
(cầu Ngầm)
Suối H10

4

Suối Lép Mỹ

COD

5

Suối Hà Ráng (gần cổng Xí
nghiệp than Hà Ráng)

BOD5

6

Cảng Hà Ráng II

NH4+

- Máy quang phổ hấp
thụ

Suối Khe Rè (chân cầu 10 QL
18A)
Suối Vũ Môn
Suối Ông Linh
Suối cầu 1
Suối cầu 2
Suối cầu 4
Suối cầu 5 (suối Hoá Chất)
Suối cầu 6
Suối Khe Sim

NO2-

nguyên tử AAS - 800

STT
1
2

7
8
9
10
11
12
13
14
15

Thông số

Thiết bị đo và phân
tích

pH
Máy HYDROLAB Mỹ

DO
SS

-

NO3
As
Cd
Pb
Cr6+
Cu
Fetp
Hg

Máy HYDROLAB Mỹ

- Máy so mầu UV-VIS

Bên cạnh đó, trong luận án cũng sử dụng số liệu quan trắc chất
lượng nước mặt ven biển giai đoạn 2012 - 2016 tại 05 trạm khu vực

17
Cẩm Phả, Quảng Ninh, bao gồm Bến rót than cảng Km6 Công ty than
Dương Huy, Bến rót than cảng Cửa Ông, Bến rót than Công ty kho vận
và cảng Cẩm Phả, Bến rót than cảng Khe Dây và bến rót than cảng
Km6 Tổng công ty Đông Bắc. Ngoài số liệu tại 05 trạm quan trắc, trong
nghiên cứu cũng sử dụng thêm số liệu lấy mẫu chất lượng nước tại 15
điểm khu vực ven biển Cẩm Phả, Quảng Ninh (bảng 3.15).
3.2.2 Dữ liệu viễn thám
Dữ liệu viễn thám sử dụng trong luận án bao gồm 02 cảnh ảnh vệ
tinh quang học Sentinel-2A chụp ngày 16/4/2016 và 02/12/2016 khu
vực ven biển Cẩm Phả, Quảng Ninh. Các ảnh có chất lượng tốt, không
bị ảnh hưởng bởi mây, sương mù và được chụp gần với thời gian quan
trắc chất lượng nước tại 05 trạm quan trắc ven biển Cẩm Phả. Trong
luận án sử dụng các kênh ở dải sóng nhìn thấy (xanh lam, xanh lục, đỏ)
và cận hồng ngoại, có độ phân giải không gian 10 m để xác định hàm
lượng một số thông số chất lượng nước.

Hình 3.3, 3.4: Dữ liệu ảnh Sentinel-2A chụp ngày 16/4/2016 (trái) và
02/12/2016 (phải) khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh, RGB=432
3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu chất lượng nước mặt khu vực Cẩm Phả,
Quảng Ninh
Cơ sở dữ liệu thông số môi trường gồm hai thành phần chính là
cơ sở dữ liệu bản đồ nền và dữ liệu thông số môi trường. Cơ sở dữ liệu
bản đồ nền được thiết kế với các lớp thông tin chính như: Hệ thống
đường Giao thông vận tải (với tên được đặt là GT_nCPha); Hệ thống
thủy văn sông suối hồ nước (TV_nCPha); Bản đồ các vùng khai thác
khoáng sản hay các mỏ than (CPha_mine); Bản đồ đường đồng mức địa
hình (Contour_diahinh_nCPha); Bản đồ nền hành chính

18
(bando_CPha_sh); Khung tọa độ (Frame)…
3.4 Khai thác, sử dụng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá, giám sát
chất lượng môi trường nước mặt
3.4.1 Xây dựng bản đồ chuyên đề các thông số môi trường nước mặt
Sau khi xây dựng cơ sở dữ liệu từ các số liệu quan trắc và dữ liệu
bản đồ, cơ sở dữ liệu này có thể được sử dụng nhằm thành lập các bản
đồ chuyên đề về các thông số môi trường nước mặt. Bản đồ chuyên đề
các thông số môi trường nước mặt như TSS, pH, BOD5, COD...là một
thông tin đầu vào hết sức quan trọng trong các mô hình đánh giá chất
lượng nước cũng như các mô hình môi trường khác.

Hình 3.8 Ví dụ kết quả thành lập bản đồ thông số Coliform quý IV/2016
3.4.2 Đánh giá chất lượng nước mặt bằng phương pháp thống kê
Sử dụng phần mềm EQWin, trong luận án tiến hành đánh giá
diễn biến hàm lượng các thông số chất lượng nước tại các trạm quan
trắc theo từng quý giai đoạn 2011 - 2016.
60
55
50

BOD - 5 Day (mg/l)

45
40
35
30
25

Suoi Ong Linh
Suoi Cau 6
Suoi Cau 5
Suoi Cau 4
Suoi Cau 2
Suoi Cau 1
Suoi H10
Suoi Khe Re
QCVN 08:2008/BTNMT

BOD - 5 Day (mg/l)

65

20
15
10
5
0
02-11 08-11 02-12 08-12 02-13 08-13 02-14 08-14 02-15 08-15 02-16 08-16

180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

Cang Ha Rang
Suoi Ha Rang
Suoi Khe SIm
Suoi Lep My
Nga 3
Suoi Vu Mon
Song MD
QCVN 08:2008/BTNMT

02-11 08-11 02-12 08-12 02-13 08-13 02-14 08-14 02-15 08-15 02-16 08-16

Hình 3.10 Đồ thị thông số BOD5 các đợt quan trắc tại các trạm đo giai
đoạn 2011 - 2016 và giới hạn theo QCVN 08:2008, 08:2015


Xemtailieu.com không chịu trách nhiệm liên quan đến các vấn đề bản quyền tài liệu được thành viên tự nguyện đăng tải lên.