Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường: Sử dụng tư liệu viễn thám để xây dựng bản đồ phân cấp chất lượng không khí tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La giai đoạn 2017 - 2019

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Sử dụng tư liệu viễn thám để xây dựng bản đồ phân cấp chất lượng không khí tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La giai đoạn 2017 - 2019" góp phần cung cấp thêm cơ sở khoa học trong việc ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ phân bố chất lượng không khí tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường: Sử dụng tư liệu viễn thám để xây dựng bản đồ phân cấp chất lượng không khí tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La giai đoạn 2017 - 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---- NGUYỄN VĂN HÙNG SỬ DỤNG TƢ LIỆU VIỄN THÁM ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN CẤP CHẤT LƢỢNG KHÔNG KHÍ TẠI THÀNH PHỐ SƠN LA, TỈNH SƠN LA GIAI ĐOẠN 2017 - 2019 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ NGÀNH: 8440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN HẢI HÒA Hà Nội, 2019
i CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Nguyễn Hải Hòa, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Hữu Nghĩa, Chu Thị Kỳ Anh (2019), Sử dụng ảnh Landsat xây dựng bản đồ chất lượng không khí tại thành phố Sơn La giai đoạn 2017- 2019. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Lâm nghiệp. Số 5:69-80. Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Hải Hòa, Nguyễn Hữu Nghĩa (2019), Sử dụng ảnh Landsat xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt đất khu vực thành phố Sơn La giai đoạn 2015- 2019. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Lâm nghiệp. Số 6.
ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hải Hòa đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng sau Đại học, các thầy cô giáo, các nhà khoa học Trường Đại học Lâm nghiệp; công chức, viên chức và lao động Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sơn La, Uỷ ban nhân dân thành phố Sơn La, Trung tâm Quan trắc tài nguyên và môi trường Sơn La đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn./. Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2019 Nguyễn Văn Hùng
iii MỤC LỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................................. i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................ii MỤC LỤC....................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vi DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................. vii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ........................................................ viii ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................... 4 1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí........................................................... 4 1.1.1. Ô nhiễm không khí do bụi ................................................................... 4 1.1.2. Ô nhiễm không khí do tiếng ồn ........................................................... 6 1.1.3. Các khí ô nhiễm khác .......................................................................... 6 1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám và GIS ........................................... 7 1.2.1. Một số khái niệm cơ bản ..................................................................... 7 1.2.2. Tầm quan trọng của tích hợp công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.............................................. 8 1.2.3. Ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu về ô nhiễm không khí ............................................................................................. 9 Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................ 12 2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 12 2.1.1. Mục tiêu chung................................................................................... 12 2.1.2. Mục tiêu cụ thể................................................................................... 12 2.2. Đối tượng nghiên cứu........................................................................... 12 2.3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 12 2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 13
iv 2.4.1. Nghiên cứu thực trạng môi trường không khí tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La...................................................................................... 13 2.4.2. Nghiên cứu xây dựng bản đồ chất lượng không khí qua các năm nghiên cứu .................................................................................................... 13 2.4.3. Nghiên cứu xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt đất qua các năm nghiên cứu .................................................................................................... 13 2.4.4. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý chất lượng không khí khu vực nghiên cứu ..................................................................... 13 2.5. Dữ liệu sử dụng .................................................................................... 14 2.6. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 14 2.6.1. Phương pháp kế thừa số liệu thứ cấp ............................................... 14 2.6.2. Phương pháp so sánh ........................................................................ 14 2.6.3. Phương pháp xây dựng bản đồ chất lượng không khí theo API..... 15 2.6.4. Phương pháp xây dựng bản đồ giá trị nhiệt độ bề mặt đất ............ 19 Chƣơng 3. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI THÀNH PHỐ SƠN LA, TỈNH SƠN LA .............................................................................. 23 3.1. Vị trí địa lý kinh tế ............................................................................... 23 3.1.1. Vị trí địa lý và địa hình ...................................................................... 23 3.1.2. Vị trí kinh tế của thành phố Sơn La.................................................. 24 3.2. Tài nguyên thiên nhiên của thành phố Sơn La..................................... 24 3.2.1. Khí hậu và thủy văn........................................................................... 24 3.2.2. Đất đai thổ nhưỡng............................................................................ 25 3.2.3. Tài nguyên nước và thủy năng.......................................................... 26 3.2.4. Tài nguyên rừng và đất rừng ............................................................ 27 3.2.5. Tài nguyên khoáng sản...................................................................... 27 3.2.6. Tài nguyên du lịch ............................................................................. 28 3.3. Dân số, dân cư và nguồn nhân lực ....................................................... 28 3.3.1. Dân số................................................................................................. 28
v 3.3.2. Đặc điểm dân cư................................................................................ 28 3.3.3. Nguồn nhân lực.................................................................................. 29 3.4. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội................................................... 29 3.4.1. Kinh tế ................................................................................................ 29 3.4.2. Văn hóa - xã hội ................................................................................. 31 Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 34 4.1. Thực trạng chất lượng môi trường không khí ...................................... 34 4.1.1. Thực trạng chất lượng môi trường không khí tại thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019.................................................................................. 34 4.1.2. Diễn biến chất lượng môi trường không khí theo các đợt quan trắc ........................................................................................................ 43 4.2. Xây dựng bản đồ chất lượng không khí tại thành phố Sơn La từ dữ liệu ảnh vệ tinh ................................................................................................... 58 4.2.1. Xây dựng bản đồ chất lượng không khí từ ảnh vệ tinh ................... 58 4.2.2. Đánh giá độ tin cậy về chất lượng không khí từ ảnh vệ tinh...... 61 4.3. Xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt đất từ dữ liệu ảnh vệ tinh ............... 66 4.3.1. Bản đồ nhiệt độ bề mặt đất từ ảnh vệ tinh ....................................... 66 4.3.2. Đánh giá độ tin cậy giá trị nhiệt độ bề mặt đất từ ảnh vệ tinh..69 4.4. Giải pháp cải thiện chất lượng môi trường không khí khu vực nghiên cứu ............................................................................................................... 72 4.4.1. Nhóm giải pháp cho các vùng bị ô nhiễm không khí ...................... 72 4.4.2. Nhóm giải pháp về thể chế, chính sách ............................................ 74 4.4.3. Nhóm giải pháp về công nghệ, kỹ thuật ........................................... 75 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 79 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Dữ liệu ảnh viễn thám sử dụng trong nghiên cứu .......................... 14 Bảng 2.2. Thang chia mức độ ô nhiễm không khí. ......................................... 18 Bảng 4.1. Vị trí các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố............................ 36 Bảng 4.2. Kết quả phân tích chỉ tiêu Tổng bụi lơ lửng (TSP) tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017-2019 .............................. 38 Bảng 4.3. Kết quả phân tích chỉ tiêu Sulfur dioxide (SO2) tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 ............................ 44 Bảng 4.4. Kết quả phân tích chỉ tiêu NO2 trong môi trường không khí tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 .......... 48 Bảng 4.5. Kết quả phân tích chỉ tiêu Carbon monoxit (CO) trong môi trường không khí tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019...................................................................................................... 52 Bảng 4.6. Kết quả phân tích chỉ tiêu nhiệt độ trong môi trường không khí tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 ..... 55 Bảng 4.7. Sự sai khác về giá trị API trên ảnh Landsat so với kết quả quan trắc 62 Bảng 4.8. Giá trị thống kê về nhiệt độ bề mặt từ ảnh viễn thám Landsat....... 69 Bảng 4.9. Kết quả so sánh giữa giá trị nhiệt độ bề mặt từ quan trắc với dữ liệu viễn thám .................................................................................................. 70 Bảng 4.10. Mô hình tương quan gi giữa giá trị nhiệt độ bề mặt với phủ qua chỉ số thực vật ................................................................................................. 72
vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1. Khu vực nghiên cứu ........................................................................ 23 Hình 4.1. Chất lượng không khí tại thành phố Sơn La theo ảnh Landsat 8 ngày 23/03/2017 .............................................................................................. 58 Hình 4.2. Chất lượng không khí tại thành phố Sơn La theo ảnh Landsat 8 ngày 10/03/2018 .............................................................................................. 59 Hình 4.3. Chất lượng không khí tại thành phố Sơn La theo ảnh Landsat 8 ngày 29/03/2019 .............................................................................................. 60 Hình 4.4. Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat 8 ngày 18/03/2015 ................... 66 Hình 4.5. Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat 8 ngày 07/05/2016 ................... 67 Hình 4.6. Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat 8 ngày 29/03/2017 ................... 67 Hình 4.7: Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat 8 ngày 20/03/2018. .................. 68 Hình 4.8. Giá trị nhiệt độ bề mặt từ Landsat 8 ngày 29/03/2019 ................... 68
viii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Sơ đồ 2.1. Phương pháp xây dựng bản đồ chất lượng không khí ................... 16 Sơ đồ 2.2. Các bước xây dựng bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt theo dữ liệu Landsat ............................................................................................................ 19 Biểu đồ 4.1. Tổng lượng bụi lơ lửng (TSP) tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017- 2019 ......................................................... 40 Biểu đồ 4.2. Hàm lượng tổng bụi lơ lửng (TSP) trong không khí thành phố Sơn La năm 2017 ............................................................................................ 41 Biểu đồ 4.3. Hàm lượng bụi lơ lửng (TSP) trong không khí thành phố Sơn La năm 2018 ......................................................................................................... 42 Biểu đồ 4.4. Hàm lượng tổng bụi lơ lửng (TSP) trong không khí thành phố Sơn La năm 2019 ............................................................................................ 43 Biểu đồ 4.5. Sulfur dioxide (SO2) trong môi trường không khí tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 .................. 46 Biểu đồ 4.6. Hàm lượng NO2 trong môi trường không khí tại các điểm quan trắc trên thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 ......................................... 50 Biểu đồ 4.7. Nhiệt độ trong môi trường không khí tại các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Sơn La giai đoạn 2017 - 2019 ........................................... 57
ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT API Air pollution index AQI Air Quality Index ETM+ Enhanced Thematic Mapper Plus GIS Geographic information system NDVI Normalised Difference Vegetation Index NIR Near Infrared PM(10; 2,5; 1) Particulate matter (10; 2,5; 1) SWIR Short- wave Infrared TM Thematic Mapper TSP Total Suspended Particles TVI Transformed Vegetation Index VI Vegetation Index
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, sự phát triển các phương tiện giao thông, các nhà máy, xây dựng các công trình đã làm gia tăng các chất gây ô nhiễm môi trường không khí như bụi, CO, SO2, NO2 ... Vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt tại các đô thị không còn là vấn đề riêng lẽ của một quốc gia hay một khu vực mà nó trở thành vấn đề toàn cầu. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội trong thời gian qua đã có những tác động lớn đến môi trường và đã làm cho môi trường sống của con người bị thay đổi và ngày càng trở nên xấu hơn ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và biến đổi khí hậu. Ô nhiễm không khí không chỉ gây ra những nguy cơ tác động nghiêm trọng đến sức khoẻ cộng đồng, đặc biệt là gây ra các bệnh liên quan đến đường hô hấp, mà còn ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và gia tăng tác động biến đổi khí hậu. Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với đô thị, công nghiệp và làng nghề. Công nghiệp hóa càng mạnh, đô thị hóa càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng môi trường không khí theo chiều hướng xấu càng lớn. Các khu công nghiệp, các trục đường giao thông lớn đều bị ô nhiễm với các cấp độ khác nhau, nồng độ các chất ô nhiễm đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Sự gia tăng dân số, gia tăng đột biến của các phương tiện giao thông trong khi cơ sở hạ tầng còn thấp làm cho tình hình ô nhiễm trở nên trầm trọng. Cho đến nay, ở nước ta mặc dù công nghệ viễn thám và GIS (Geographic Information System) được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường, song rất ít các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS để theo dõi, giám sát và đánh giá chất lượng không khí, đặc biệt ô nhiễm do bụi. Ngoài ra, một số nghiên cứu chỉ mới tập trung tại các đô thị và thành phố lớn và mang tính tản mạn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh
2 và Đà Nẵng, trong khi các nghiên cứu đánh giá về chất lượng không khí tại các khu vực khác ở Việt Nam còn rất hạn chế. Các nghiên cứu về chất lượng không khí chỉ mới tập trung vào phân tích thống kê từ số liệu quan trắc mặt đất và độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc rất lớn vào số lượng và vị trí các trạm quan trắc (Trần Thị Vân và cộng sự, 2012), trong khi số trạm quan trắc môi trường không khí ở nước ta hiện nay còn khá ít, gây nên sự thiếu định lượng về mặt không gian, thiếu tính khách quan khi đưa ra các nhận định, đánh giá về chất lượng không khí (Nguyễn Hải Hòa và cộng sự, 2017a). Việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá chất lượng môi trường không khí đã được thực hiện ở nhiều khu vực với quy mô khác nhau, đã thu được một số kết quả nhất định như: Xây dựng bản đồ chất lượng không khí từ ảnh Landsat khu khai thác than tại Quảng Ninh (Nguyễn Hải Hoà và cộng sự, 2017a); sử dụng tư liệu viễn thám mô phỏng phân bố bụi PM10 khu vực nội thành thành phố Hồ Chí Minh (Trần Thị Vân và cộng sự, 2014); ứng dụng GIS và viễn thám trong xây dựng bản đồ chất lượng không khí khu vực khai thác khoáng sản tại huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình (Trần Quang Bảo và cộng sự, 2018); nghiên cứu sử dụng kênh hồng ngoại nhiệt để ước tính giá trị nhiệt độ bề mặt (Lê Vân Anh và Trần Tuấn Anh, 2014; Trần Thị Ân và cộng sự, 2011). Các nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng tư liệu viễn thám trong theo dõi, giám sát và đánh giá chất lượng không khí có độ tin cậy và khả thi cao trong điều kiện hạn chế về số lượng trạm quan trắc môi trường. Kết quả nghiên cứu nghiên cứu cho thấy có thể ứng dụng tư liệu viễn thám trong giám sát và đánh giá môi trường không khí tại Việt Nam. Thành phố Sơn La là một trong những tỉnh thuộc Tây Bắc có tiềm năng về phát triển kinh tế và du lịch. Trong những năm gần đây, hoạt động quản lý môi trường đã được quan tâm, đặc biệt về chất lượng môi trường nước và
3 không khí. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy môi trường không khí thành phố Sơn La đang chịu tác động lớn bởi các hoạt động như giao thông, xây dựng, hoạt động của các khu công nghiệp, trong khi các điểm quan trắc chất lượng không khí chưa nhiều và phân bố chưa đều, kết quả chỉ mang tính đại diện tại thời điểm nên khó khăn trong việc phân loại chất lượng môi trường không khí, bên cạnh đó chi phí cao. Do vậy, kết quả quan trắc chưa đưa ra bức tranh tổng quan về chất lượng không khí toàn thành phố Sơn La. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để giám sát chất lượng môi trường không khí có hiệu quả và thường xuyên hơn, phát hiện sớm các điểm nóng về môi trường không khí? Mức độ tin cậy của việc sử dụng ảnh viễn thám trong đánh giá chất lượng không khí so với kết quả quan trắc mặt đất có đáp ứng yêu cầu cho phép không? Do vậy, việc nghiên cứu "Sử dụng tư liệu viễn thám để xây dựng bản đồ phân cấp chất lượng không khí tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La giai đoạn 2017 - 2019" có ý nghĩa thực tiễn và cấp thiết hơn bao giờ hết. Mục đích của đề tài nghiên cứu là: Đánh giá thực trạng chất lượng không khí tại thành phố Sơn La từ năm 2017 đến năm 2019; xây dựng bản đồ chất lượng không khí thông qua chỉ số API từ ảnh Landsat, đánh giá độ tin cậy của kết quả giá trị API từ ảnh vệ tinh so với số liệu quan trắc; ước tính giá trị nhiệt độ trên diện rộng khu vực thành phố Sơn La từ ảnh Landsat 8, đánh giá độ tin cậy của kết quả ước tính giá trị nhiệt độ từ ảnh vệ tinh so với số liệu quan trắc; đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường không khí trên địa bàn thành phố Sơn La. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để xây dựng mô hình công nghệ địa không gian để theo dõi giám sát chất lượng không khí thành phố Sơn La trong tương lai.
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí Tại Việt Nam, khi công nghiệp hoá càng mạnh, đô thị hoá càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn hơn, yêu cầu bảo vệ môi trường không khí càng quan trọng Hiện nay, các thông số được sử dụng để đánh giá ô nhiễm không khí bao gồm bụi lơ lửng tổng số (TSP), bụi PM10, bụi mịn (PM2,5 và PM1), SO, NO - NO2 - NOx, CO, O3, bụi chì, một số chất độc hại trong không khí và tiếng ồn. Các thông số này được so sánh với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 05:2013/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh. Thông số độ ồn được so sánh với QCVN 26:2010/BTNMT - Quy chuẩn quốc gia về tiếng ồn. Ô nhiễm môi trường không khí được xác định khi nồng độ các thông số vượt giới hạn cho phép của QCVN với các ngưỡng khác nhau của trung bình 1 giờ, 8 giờ, 24 giờ (ngày) và năm. Đây là cơ sở dùng để đánh giá diễn biến ô nhiễm môi trường không khí theo thời gian. Ngoài ra, bên cạnh phương pháp sử dụng QCVN thì chỉ số chất lượng không khí (AQI),… cũng thường được sử dụng. 1.1.1. Ô nhiễm không khí do bụi Ô nhiễm bụi ở nước ta được phản ánh chủ yếu qua các thông số bụi lơ lửng tổng số TSP, bụi PM10 và bụi mịn (PM2,5 và PM1 ). Đáng lưu ý là các hạt bụi mịn thường mang tính axit, có kích thước siêu nhỏ nên tồn tại rất lâu trong khí quyển và có khả năng phát tán xa, mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe người dân và các hoạt động phát triển kinh tế xã hội là đáng kể so với các hạt bụi thô (thường trung tính). Bụi là một hệ phân tán, trong đó môi trường phân tán là khí và pha phân tán là các hạt rắn hoặc lỏng có kích thước lớn hơn kích thước đơn phân tử song nhỏ hơn 500µm
5 Dựa theo kích thước, bụi thường được chia thành các loại sau: - Bụi lắng: bụi có đường kính lớn hơn 100 µm. - Bụi lơ lửng (Suspended Paticulates Matter - SPM): bụi có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 100 µm. Đứng trên phương diện sức khỏe, bụi lơ lửng có đường kính dưới 10 µm bắt đầu có khả năng xâm nhập vào phần trên hệ hô hấp, từ 2,5 µm trở xuống có khả năng đi sâu vào hệ hô hấp. Vì vậy khi nghiên cứu bụi lơ lửng có đường kính dưới 10 µm người ta thường quan tâm đến: - Bụi PM10: bụi có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10µm. - Bụi PM2,5: bụi có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 µm. - Bụi nano: bụi có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 µm. Bụi có thể phát sinh từ nguồn gốc tự nhiên hoặc từ hoạt động của con người. Nguồn tự nhiên có thể kể đến như: cháy rừng, từ đại dương, bão cát, núi lửa,... Nguồn do con người gồm: giao thông, xây dựng, đốt nhiên liệu, hoạt động sản xuất, sinh hoạt, công nghiệp,... Tác động của bụi đến sức khỏe con người Trong nhiều thập kỷ qua, có rất nhiều bằng chứng chỉ ra các tác động nguy hiểm đến sức khỏe của bụi PM10 và PM2,5. Tiếp xúc lâu với các hạt này là nguyên nhân của các bệnh về đường hô hấp mãn tính, bệnh tim mạch, giảm chức năng của phổi và nguy cơ tử vong sớm. Các hạt bụi có kích thước lớn thường lắng đọng ở phần trên của hệ hô hấp, còn các hạt bụi siêu mịn có khả năng thâm nhập vào các phần sâu hơn của hệ hô hấp do chúng có khả năng khuếch tán cao. Khả năng lắng đọng của các hạt PM với kích thước khác nhau trong cơ thể người. Do kích thước siêu nhỏ, bụi nano có những đặc tính khác biệt so với các hạt bụi lớn hơn. Bụi nano có tổng diện tích bề mặt riêng rất lớn, chúng trở nên linh động về mặt sinh học, do đó có thể tham gia nhiều phản ứng hóa học và trở nên rất độc. Chẳng hạn, bụi nano với đường kính 2,5 nm và mật độ 5g/cm3 có diện tích bề mặt riêng là 240 m2/g. Các thí nghiệm độc học trên
6 động vật cho thấy, bụi nano gây ra nguy cơ viêm nhiễm cao hơn rất nhiều so với các hạt bụi có kích thước lớn hơn. Tiếp xúc lâu với bụi nano có thể gây một số biểu hiện: dị ứng kháng thể, viêm da, nổi mề đay, viêm mạch máu,... Bụi nano được hấp thu qua đường hô hấp, di chuyển xuống phổi gây ra bệnh hen suyễn, viêm phế quản, tắc nghẽn phế nang và gây ung thư phổi; di chuyển xuống các hệ tuần hoàn gây xơ vữa động mạch, co thắt mạch, nghẽn mạch, huyết áp cao. Khi phơi nhiễm bụi nano trong thời gian dài, chúng có thể di chuyển vào não, góp phần gây nên các bệnh thần kinh như đa xơ cứng, Parkinson, Alzheimer. Bụi nano hấp thu qua đường tiêu hóa, di chuyển xuống hệ thống dạ dày - ruột gây viêm đường ruột, ung thư ruột kết. 1.1.2. Ô nhiễm không khí do tiếng ồn Ô nhiễm tiếng ồn được xem là một trong những mối nguy hiểm lớn đối với sức khoẻ của con người, nguy hiểm không khác gì các hiện tượng ô nhiễm khác. Theo số liệu của Tổ chức Y tế thế giới (WHO), trong vòng 3 thập kỷ trở lại đây, ô nhiễm tiếng ồn đang trở nên bức xúc, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và chất lượng sống của con người Phơi nhiễm tiếng ồn gây ra một loạt các ảnh hưởng đến sức khỏe, bao gồm tăng nguy cơ mắc bệnh thiếu máu cơ tim cũng như rối loạn giấc ngủ, suy giảm nhận thức ở trẻ em, nguy cơ mắc các bệnh về hệ thần kinh liên quan đến căng thẳng và ù tai. 1.1.3. Các khí ô nhiễm khác - NOx là hỗn hợp của khí NO2 và NO có mặt đồng thời trong môi trường, phát tán do quá trình đốt nhiên liệu ở nhiệt độ cao từ hoạt động giao thông, nhà máy nhiệt điện, lò hơi công nghiệp… Đây cũng là một trong những nhân tố gây ra lắng đọng axit, thường có thời gian tồn tại từ 3 – 5 ngày trong khí quyển. NOx được biết đến như một chất kích thích viêm tấy, và có tác hại đối với hệ thống hô hấp.
7 - SO2: Là sản phẩm của quá trình đốt các nhiên liệu như than, dầu... Đây cũng là chất góp phần gây lắng đọng axit. Thời gian tồn tại trong môi trường từ 20 phút đến 7 ngày. Thêm nữa đây là khí có mùi hăng khét ngột ngạt, người ta quan sát thấy rằng: khi hít thở không khí có SO2 với nồng độ thấp (1-5 ppm) xuất hiện sự co thắt tạm thời các cơ mềm của khí quản. Ở nồng độ cao hơn, SO2 gây xuất tiết nước nhây và viêm tấy thành phế quản, làm tăng sức cản đối với sự lưu thông không khí của đường hô hấp, tức gây khó thở. - CO: là một loại khí độc do nó có phản ứng rất mạnh (có ái lực) với hồng cầu trong máu và tạo ra Cacboxy hemoglobin (COHb) làm hạn chế sự trao đổi và vận chuyển oxy từ máu đi nuôi cơ thể. 1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám và GIS 1.2.1. Một số khái niệm cơ bản - GIS là hệ thống tích hợp phần cứng (hardware), phần mềm (software) & dữ liệu (data) nhằm “chụp ảnh”, quản lý, phân tích & hiển thị tất cả các dạng thông tin về địa lý. (Fedra ,1996) - Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa như một môn khoa học thu thập các thông tin trên bề mặt trái đất mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Công việc này được thực hiện bằng việc thu nhận và đo đạc các năng lượng phản xạ hoặc phát xạ từ bề mặt vật thể hoặc trái đất sau đó tiến hành xử lý, phân tích và ứng dụng các thông tin đó trong các lĩnh vực khác nhau. - Nội suy không gian là một chức năng trong GIS mà người sử dụng muốn tính toán một số liệu chính xác cho những vị trí mà không được đo hoặc lấy mẫu dựa vào những vị trí đã được đo hoặc lấy mẫu. Nội suy không gian xây dựng tập giá trị các điểm chưa biết từ tập các điểm đã biết trên miền bao đóng của tập giá trị đã biết bằng một phương pháp hay một hàm toán học nào đó được xem như là quá trình nội suy.
8 1.2.2. Tầm quan trọng của tích hợp công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Hiện nay, nguồn tư liệu viễn thám được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong các nghiên cứu về tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Cùng với đó, thiết bị tin học được đồng bộ hóa tăng khả năng xử lý nhanh chóng trong việc xây dựng các loại bản đồ. Vì vậy, phương pháp viễn thám kết hợp với GIS sẽ góp phần khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm nghiên cứu, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Những kết quả ứng dụng viễn thám gần đây chỉ ra rằng giải quyết một vấn đề thực tiễn chỉ dựa đơn thuần trên tư liệu viễn thám là một việc hết sức khó khăn và trong nhiều trường hợp không thể thực hiện nổi. Vì vậy cần phải có một sự tiếp cận tổng hợp trong đó tư liệu viễn thám giữ một vai trò quan trọng và kèm theo các thông tin truyền thông khác như số liệu thống kê, quan trắc, số liệu thực địa. Cách tiếp cận đánh giá, quản lý tài nguyên như vậy được các nhà chuyên môn đặt tên là hệ thống thông tin địa lý. GIS là công cụ dựa trên máy tính dùng cho việc thành lập bản đồ và phân tích các đối tượng tồn tại và các sự kiện bao gồm đất đai, sông ngòi, khoáng sản, con người, khí tượng thuỷ văn, môi trường nông nghiệp v.v xảy ra trên trái đất. Công nghệ GIS dựa trên các cơ sở dữ liệu quan trắc, viễn thám đưa ra các câu hỏi truy vấn, phân tích thống kê được thể hiện qua phép phân tích địa lý. Những sản phẩm của GIS được tạo ra một cách nhanh chóng, nhiều tình huống có thể được đánh giá một cách đồng thời và chi tiết. Hiện nay nhu cầu ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng gia tăng không những trong phạm vi quốc gia, mà trên cả phạm vi quốc tế. Tiềm năng kỹ thuật GIS trong lĩnh vực ứng dụng có thể chỉ ra cho các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách, các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
9 1.2.3. Ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu về ô nhiễm không khí 1.2.3.1. Trên thế giới Công nghệ viễn thám và GIS đã trở nên rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt có hiệu quả cao trong ứng dụng đối với môi trường nói chung, môi trường không khí nói riêng. Trên thế giới đã có nhiều những nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS có giá trị khoa học trong đánh giá chất lượng không khí. Dựa trên mức độ tương quan của độ dày sol khí để nghiên cứu mức độ ô nhiễm các thành phần không khí từ tư liệu ảnh viễn thám. Năm 1992, nghiên cứu: “Xây dựng mối tương quan giữa độ dày sol khí và mức độ nhiễm không khí bằng cách sử dụng dữ liệu vệ tinh tại chỗ” của Sifakis và Deschamps đã tính toán chỉ số AOT và các thuật toán để xác định nồng độ các chất trong không khí. Năm 2011, nghiên cứu “Sử dụng ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS nhằm giám sát bụi PM10 tại Kuala Lumpur, Malaysia” của tác giả Amanollahi Jamil và cộng sự . Năm 2012, Mozumder và cộng sự đã nghiên cứu để xây dựng mô hình đánh giá chất lượng không khí ở thành phố đô thị Hyderabad (Ấn Độ) dựa trên chỉ số ô nhiễm không khí API và dữ liệu thực tế mặt đất (Chitrini Mozumder et al, 2012). Năm 2014, nghiên cứu “Ước lượng nồng độ PM10 sử dụng các phép đo mặt đất và ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI” của Salah Abdul Hameed Saleh và Ghala Hasan tại thành phố Kirkuk, Irad nhằm tạo ra mô hình thực nghiệm để xác định nồng độ bụi PM10 trong khí quyển bằng các dải nhìn thấy được của ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI. Năm 2015, nghiên cứu “Ứng dụng GIS trong nghiên cứu chất lượng không khí giao thông đô thị” được thực hiện bởi nhóm tác giả Amrit Kumar,
10 Rajeev Kumar Mishra and S. K. Singh nhằm đánh giá và dự báo sự phân tán ô nhiễm không khí liên quan đến giao thông trong khu vực đô thị. Đánh giá chung: Các nghiên cứu này đã sử dụng công nghệ viễn thám và GIS để nghiên cứu, tính toán xây dựng các bản đồ về chất lượng không khí được công nhận với mức độ tin cậy cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu chủ yếu tập trung tiến hành ở các khu đô thị lớn trên thế giới với mức độ ô nhiễm đáng chú ý. 1.2.3.2. Ở Việt Nam Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS đối với môi trường không khí cũng được quan tâm hơn ở nước ta. Năm 2012, “Nghiên cứu khả năng phát hiện ô nhiễm bụi trên khu vực đô thị bằng công nghệ viễn thám nhằm hỗ trợ quan trắc môi trường không khí” được thực hiện bởi nhóm tác giả Trần Thị Vân, Trịnh Thị Bình, Hà Dương Xuân Bảo Đại học Quốc gia TPHCM đã nghiên cứu phát hiện thành phần bụi PM10 từ ảnh vệ tinh SPOT 5 sử dụng phương pháp chính là tính thống kê hồi quy tương quan giữa nồng độ bụi PM10 quan trắc từ trạm mặt đất và giá trị phản xạ trên từng kênh ảnh với các thành phần chính của ảnh vệ tinh. Năm 2014, nghiên cứu “Viễn thám độ dày quang học mô phỏng phân bố bụi PM10 khu vực nội thành thành phố Hồ Chí Minh” của tác giả Trần Thị Vân và cộng sự đã thực hiện phân tích tương quan, hồi quy giữa giá trị AOT tính toán trên ảnh và nồng độ PM10 đo tại các trạm quan trắc mặt đất để tìm ra hàm hồi quy tốt nhất, tính toán nồng độ PM10 trên ảnh Năm 2016, đề tài “Sử dụng tư liệu vệ tinh MODIS đánh giá chất lượng không khí khu vực đồng bằng sông Hồng” của tác giả Phạm Thị Duyên, đại học Quốc gia Hà Nội. Năm 2017, nghiên cứu“Sử dụng ảnh Landsat xây dựng bản đồ phân bố ô nhiễm không khí do hoạt động khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh” của tác giả Nguyễn Hải Hòa, Nguyễn Thị Hương đã sử