Nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Hồng bằng công nghệ Viễn thám và GIS

Mã đề tài  VT.UD.02/16-20
Hướng nghiên cứu  Ứng dụng công nghệ vũ trụ
Chủ nhiệm đề tài  PGS.TS. Phạm Quang Vinh
Cơ quan chủ trì  Viện địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam
Thời gian  2016-2020
Mục tiêu đề tài - Kết hợp phương pháp viễn thám và GIS để xác định một số chất gây ô nhiễm nguồn nước mặt; hiển thị cập nhật các chỉ số ô nhiễm trên WebGIS cho các khu vực nghiên cứu.
- Đánh giá được khả năng chiết tách một số chất gây ô nhiễm nguồn nước sông bằng công nghệ viễn thám kết hợp GIS
Kết quả đạt được

1. Về khoa học
1.1. Quy trình công nghệ xử lý ảnh viễn thám nhằm chiết tách các thông số xác định nồng độ các chất ô nhiễm nước

1

1.2. Xây dựng được phương trình tính một số thông số chất lượng nước từ ảnh viễn thám:
Gồm phương trình tính toán hàm lượng TSS, Chlorophyll-a, COD, BOD5, nhiệt độ từ ảnh Sentinel-2A, Landsat 8.
1.3. Xây dựng bản đồ hàm lượng một số thông số chất lượng nước
Đã xây dựng được bản đò phân bố TSS, Chlorophyll-a, COD, BOD5, nhiệt độ cho 3 khu vực lựa chọn ở hai thời điểm (gồm 20 bản đồ dạng số).

Hình 2

1.4. Cơ sở dữ liệu vùng ô nhiễm nguồn nước của các khu vực nghiên cứu
CSDL chất lượng nước sông Hồng được xây dựng trong phần mềm ArcGIS. Đây là phần mềm quản lý dữ liệu GIS rất mạnh, hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
Cấu trúc khung CSDL được thiết kế trên cơ sở mục tiêu và nguồn dữ liệu cần thu thập và xây dựng của đề tài theo công nghệ GIS. Đề tài được triển khai nghiên cứu tại 3 vùng của lưu vực sông Hồng, đó là đoạn qua thành phố Lào Cai, đoạn ngã ba sông Lô – Đà – Thao và hồ Thác Bà, nên CSDL sẽ được phân theo ba vùng nghiên cứu. Mỗi vùng cần đảm bảo tối đa các lớp thông tin dữ liệu được mô tả và định dạng trong bảng 6.1.

Bảng 6.1. Mô tả và định dạng dữ liệu

STT

Nhóm lớp thông tin

Tên lớp

Kiểu dữ liệu

Mô tả dữ liệu

I. Dữ liệu nền địa lý

1

Địa giới hành chính

     
   

Địa giới tỉnh

Đường

Ranh giới phân chia các tỉnh liền kề

   

Ranh giới quận, huyện

Đường

Ranh giới phân chia các quận/huyện liền kề

   

Địa phận quận/huyện

Vùng

Tên, diện tích quận/huyện

2

Thủy hệ

     
   

Sông, suối

Vùng

 
   

Hồ

Vùng

 

3

Giao thông

     
   

Đường giao thông

Đường

 

4

Dữ liệu ảnh

     
   

Ảnh vệ tinh

Lan, TIF

Ảnh vệ tinh có độ phân giải cao tại 3 khu vực nghiên cứu

II. Dữ liệu môi trường nước

1

Số liệu khảo sát

     

1.1

 

Trạm khảo sát chất lượng nước

Điểm

Mô tả các loại trạm khảo sát, tên trạm, tọa độ, dữ liệu đo đạc

2

Chất lượng nước sông

     
   

Phân bố TSS, Chl-a, BOD5, COD

Vùng

Mô tả phân bố hàm lượng TSS, Chl-a, BOD5, COD

   

Nhiệt độ mặt nước

Vùng

Mô tả phân bố nhiệt độ


Hình 3Hình 6.1. Sơ đồ cấu trúc CSDL GIS chất lượng môi trường nước sông Hồng

Cấu trúc CSDL GIS sẽ bao gồm 2 nhóm dữ liệu chính: 1) Dữ liệu địa lý nền; 2) Dữ liệu chất lượng nước.
Nhóm 1: Nhóm dữ liệu địa lý nền: bao gồm các lớp thông tin nền về điều kiện địa hình, thủy văn và kinh tế xã hội của 3 vùng nghiên cứu.
Nhóm 2 – dữ liệu chất lượng nước sông bao gồm các lớp thông tin khảo sát và thu thập được về chất lượng nước sông trong những năm gần đây và kết quả đo đạc được tại các trạm khảo sát được tiến hành đo đạc trong phạm vi đề tài. Các lớp dữ liệu về trạm khảo sát được quản lý theo thời gian (mùa khảo sát) có chứa các dữ liệu không gian (vị trí điểm khảo sát, vị trí nguồn thải) và phi không gian (kết quả đo đạc các thông số môi trường). Khi thao tác với dữ liệu này trong phần mềm GIS, sẽ cho phép người sử dụng làm việc với một cửa sổ hiển thị các dữ liệu không gian và các thuộc tính phi không gian đi kèm.
1.5. WEBGIS theo dõi, cập nhật tình trạng ô nhiễm nước tại các khu vực nghiên cứu
Với mục tiêu là xây dựng trang thông tin điện tử bao gồm các mô đun chức năng xử lý thông tin, giao diện người sử dụng thực hiện tác vụ xử lý, kết nối và hỗ trợ người sử dụng có được những thông tin hữu ích phục vụ công tác công tác quản lý, hoạch định chính sách, chiến lược của trung ương và địa phương liên quan đến quản lý chất lượng nước sông Hồng cũng như phổ biến kiến thức đến đông đảo người quan tâm nhằm nâng cao vai trò của họ trong công tác giữ gìn và bảo vệ môi trường nước sông.

Hình 4
Hình 6.2. Mô hình hệ thống quản trị trang thông tin điện tử

Hệ thống quản lý và khai thác thông tin về CSDL được thiết kế dựa trên nền tảng công nghệ Web và WebGIS với các công nghệ và ngôn ngữ lập trình thông dụng như ASP.Net, ASPMap, Vbscript, Javascript,... để xây dựng các hàm xử lý thông tin nhằm hỗ trợ công tác quản trị, biên tập, sửa đổi, bổ sung, nâng cấp dữ liệu, hỏi đáp, truy vấn, lập báo cáo, phân tích và hiển thị thông tin giúp người sử dụng dễ dàng khai thác hệ thống CSDL.
2. Về ứng dụng
Đề tài đã tổ chức chuyển giao kết quả và đạo tạo tập huấn cho Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ
3. Bài báo và sách chuyên khảo đã công bố
3.1. Bài báo trên các tạp chí quốc tế trong hệ thống ISI/Scopus:
[1]. Quang Vinh Pham, Nguyen Thi Thu Ha, Nima Pahlevan, La Thi Oanh, Thanh Binh Nguyen, Ngoc Thang Nguyen, (2018). Using Landsat-8 Images for Quantifying Suspended Sediment Concentration in Red River (Northern Vietnam), Remote Sensing.2018,10,1841; doi: 10.3390/rs10111841, 2018, SCIE
3.2. Các bài báo trên tạp chí trên tạp chí và Hội nghị quốc tế
[1] Phạm Quang Vinh, Nguyen Thi Thu Ha, Nguyen Thien Phuong Thao, (2018). Impact of upstream anthropogenic activities on the suspended load of the Red River (Northern Vietnam):evidence from the change in satellite-based estimated suspended sediment concentration. 15th International Symposium on Mineral Exploration, Kyoto, Japan (ISME-XV Kyoto), 11/2018.
3.3. Các bài báo trên tạp chí trên tạp chí trong nước
[1]. Pham Quang Vinh, Nguyen Thi Thu Ha, Nguyen Thanh Binh, Nguyen Ngoc Thang, La Thi Oanh, Nguyen Thien Phuong Thao, Developing algorithm for estimating cholorophyll-a concentration in the Thac Ba Reseroir surface water using Landsat-8 Imagery, Tạp chí Các khoa học về Trái đất, 41(1), 10-20, Doi: 10.15625/0866-7187/41/1/13542, 2019.
[2]. Nguyễn Thiên Phương Thảo, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Quang Vinh, Nghiên cứu tính toán độ thấu quang của nước sông Hồng đoạn qua thành phố Lào Cai sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2ª, Tạp chí Khoa học đo đạc và bản đồ, Số 38, 22-30, 2018.
[3]. Phạm Quang Vinh et all, (2019). Using Sentinel-2B Imagery to Estimate the Eutrophication Level of Linh Dam Lake, Hoang Mai District, Hanoi. Tạp chí VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, Vol. 35, No. 4 (2019) 88-96.
[4]. Nguyễn Thùy Linh, Nguyễn Thị Hoa, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Quang Vinh, (2020). Đánh giá và giám sát hiện trạng phú dưỡng nước hồ Trúc Bạch theo không gian và thời gian sử dụng ảnh Sentinel 2A. Tạp chí Kinh tế Môi trường. ISSN 1859-1906. 9/2020.
[5]. Phạm Quang Vinh, Nguyễn Thùy Linh, Nguyễn Thiên Phương Thảo, Nguyễn Thị Thu Hà, (2020). Khảo sát sự biến thiên hàm lượng chlorophyll-a trong nước hồ Hoàn Kiếm theo không gian và thời gian bằng ảnh Sentinel 2. Tuyển tập Các báo cáo khoa học tại Hội nghị Các Khoa học về Trái đất. 9/2020.
[6]. Nguyễn Thiên Phương Thảo, Phạm Quang Vinh, Nguyễn Thị Thu Hà, Nguyễn Thùy Linh, (2021). Giám sát sự biến thiên mức độ phú dưỡng của hồ Hoàn Kiếm dựa vào hàm lượng Chlorophyll-a tính toán từ ảnh Sentinel-2A. Tạp chí Khí tượng Thủy văn. ISSN 2525-2208. Số 721 tháng 1/2021.
4. Kết quả tham gia đào tạo
Thạc sĩ
[1]. Nguyễn Thiên Phương Thảo, đề tài luận văn “Nghiên cứu giám sát hàm lượng phù sa lơ lửng trong nước sông Hồng đoạn từ Hà Khẩu (Lào Cai) đến Việt Trì (Phú Thọ) bằng ảnh Sentinel-2”, chuyên ngành Quản lí tài nguyên và môi trường (2019).
[2]. Trần Hùng Sơn, đề tài luận văn “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh trong giám sát chất lượng nước sông Hồng”, ngành Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
5. Tình hình chuyển giao công nghệ
Đề tài đã tổ chức chuyển giao kết quả và đạo tạo tập huấn cho Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ
6. Kết quả của đề tài được lưu trữ tại
- Thư viện Viện Địa lý
- Văn phòng Chương trình KHCN Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam
- Cục thông tin khoa học và công nghệ Quốc gia.