Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, tỷ lệ 1:100 000

Chia sẻ: Tri Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xây dựng bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, tỷ lệ 1:100 000 với độ chính xác chấp nhận được; hỗ trợ cho công tác tìm kiếm thăm dò tài nguyên nước dưới đất, đặc biệt ở những khu vực thiếu tài liệu ĐCTV.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, tỷ lệ 1:100 000

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------ Trần Duy Phiên ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TIỀM NĂNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH KONTUM, TỶ LỆ 1 : 100.000 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trần Duy Phiên ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TIỀM NĂNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH KONTUM, TỶ LỆ 1 : 100.000 Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 60 440 201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Đặng Xuân Phong Hà Nội – Năm 2014 2
Lời cảm ơn ! Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng Xuân Phong- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Qua đây, học viên muốn gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Đặng Xuân Phong, người đã tận tình hướng dẫn để học viện thực hiện thành công luận văn này cũng như đã giúp cho học viên có thể tiếp cận và làm chủ một phương pháp mới trong nghiên cứu tài nguyên nước dưới đất. Về cơ sở đào tạo, học viên gửi xin gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy cô trong Ban Chủ nhiệm Khoa Địa chất, bộ phận phụ trách Sau Đại học của Khoa Địa chất, các thầy cô trong Khoa Địa chất; cán bộ Phòng Sau Đại học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho học viên trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực luận văn này. Về cơ quan công tác, học viên muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Lê Thị Thanh Tâm, chuyên gia Địa chất thủy văn, người luôn có những góp ý và nhận xét quý báu giúp học viên thực hiện luận văn này. Ngoài ra, học viên xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, các cán bộ nghiên cứu của Viện Địa lý và đặc biệt là các cán bộ Phòng Tài nguyên nước dưới đất đã hỗ trợ, giúp đỡ và động viên để học viên hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Học viên Trần Duy Phiên 3
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...............................................................................3 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..........................................................................4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ............................................................5 MỞ ĐẦU .................................................................................................................6 *Tính cấp thiết của đề tài: ........................................................................................6 *Mục tiêu của đề tài:................................................................................................7 *Nhiệm vụ đề tài: .....................................................................................................7 *Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài nghiên cứu: .................................................8 *Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ........................................................................9 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................................... 10 1.1. Lịch sử nghiên cứu ĐCTV của khu vực nghiên cứu ......................................10 1.2. Bản đồ ĐCTV truyền thống ............................................................................14 1.3. Khả năng ứng dụng GIS trong nghiên cứu tài nguyên nước dưới đất ............17 Chương 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – KINH TẾ XÃ HỘI CỦA TỈNH KON TUM ... 20 2.1. Đặc điểm tự nhiên ...........................................................................................20 2.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................20 2.1.2. Đặc điểm địa hình ....................................................................................22 2.1.3. Đặc điểm địa chất.....................................................................................27 2.1.4. Đặc điểm khí hậu ......................................................................................33 2.1.5. Đặc điểm thuỷ văn ....................................................................................36 2.1.7. Đặc điểm tài nguyên rừng ........................................................................38 2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ................................................................................40 2.2.1. Dân số và dự báo phát triển dân số .........................................................40 2.2.2. Lao động, trình độ nguồn nhân lực ..........................................................41 2.2.3. Thành phần dân tộc và tôn giáo ...............................................................42 2.2.4. Cơ cấu kinh tế ...........................................................................................44 2.2.5. Hiện trạng khai thác nước dưới đất và nhu cầu sử dụng nước................45 1
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 48 3.1. Phương pháp GIS trong thành lập bản đồ tiềm năng nước dưới đất ..............48 3.1.1. Cơ sở của phương pháp GIS trong thành lập bản đồ tiềm năng nước dưới đất ............................................................................................................48 3.1.2. Qui trình xây dựng bản đồ tiềm năng nước dưới đất bằng mô hình tích hợp GIS và MCE ......................................................................................50 3.2. Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến tiềm năng nước dưới đất ........................51 3.2.1. Yếu tố địa chất ..........................................................................................51 3.2.2. Yếu tố địa hình ..........................................................................................56 3.2.3. Yếu tố lượng mưa .....................................................................................58 3.2.4. Yếu tố lượng bốc hơi ................................................................................59 3.2.5. Yếu tố thảm thực vật .................................................................................59 3.2.6. Các yếu tố khác ........................................................................................61 3.3. Trọng số của các yếu tố ảnh hưởng đến tiềm năng nước dưới đất .................62 3.3.1. Phương pháp AHP trong đánh giá vai trò của các yếu tố .......................62 3.3.2. Xác định trọng số của các yếu tố .............................................................68 3.3.3. Phân cấp các yếu tố và cho điểm .............................................................70 Chương 4: THÀNH LẬP BẢN ĐỒ TIỀM NĂNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH KON TUM ............................................................................................................... 89 4.1. Chuẩn hóa dữ liệu bản đồ ...............................................................................89 4.1.1. Hệ tọa độ, kích thước các ô raster ...........................................................89 4.1.2. Chuẩn hóa định dạng dữ liệu ...................................................................89 4.1.3. Sửa các lỗi hình học .................................................................................92 4.2. Thành lập bản đồ tiềm năng nước dưới đất bằng GIS ....................................93 4.3. Độ chính xác của bản đồ tiềm năng nước dưới đất thành lập bằng GIS ........97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................107 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................108 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum................. 13 Hình 2.1. Bản đồ hành chính tỉnh Kon Tum ............................................................. 21 Hình 2.2. Bản đồ mô hình số độ cao DEM tỉnh Kon Tum ....................................... 23 Hình 2.3. Mô hình số độ cao DEM tỉnh Kon Tum trong không gian ba chiều ........ 24 Hình 2.4. Bản đồ độ dốc địa hình tỉnh Kon Tum ...................................................... 25 Hình 2.5. Bản đồ địa chất tỉnh Kon Tum .................................................................. 31 Hình 2.6. Bản đồ các lưu vực sông trên địa bàn tỉnh Kon Tum ............................... 37 Hình 2.7. Bản đồ thảm thực vật Tỉnh Kon Tum ....................................................... 39 Hình 3.1. Quy trình xây dựng bản đồ tiềm năng nước dưới đất bằng GIS ............... 50 Hình 3.2. Xác định mật độ đứt gãy ........................................................................... 53 Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc thứ bậc (Saaty, T.L., 1980) ............................................... 62 Hình 3.4. Thang điểm phân cấp tiềm năng ............................................................... 70 Hình 3.5. Sơ đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum theo đặc điểm thạch học ......................................................................................... 78 Hình 3.6. Sơ đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum theo độ dốc địa hình .................................................................................................... 80 Hình 3.7. Sơ đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum theo mật độ đứt gãy ..................................................................................................... 81 Hình 3.8. Sơ đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum theo lượng mưa trung bình năm ................................................................................. 83 Hình 3.9. Sơ đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum theo lượng bốc hơi tiềm năng trung bình năm ........................................................... 85 Hình 3.10. Sơ đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum theo thảm thực vật .................................................................................................... 88 Hình 4.1. Một số lỗi hình học cơ bản ........................................................................ 92 Hình 4.2. Mô hình chồng chập các lớp thông tin yếu tố thành phần ........................ 94 Hình 4.3. Cửa sổ giao diện chức năng Raster Calculator của ArcGIS ..................... 95 Hình 4.4. Chức năng ModelBuilder của ArcGIS ...................................................... 95 Hình 4.5. Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum ....................................... 96 Hình 4.6. Mô hình chồng chập Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum .......... 99 Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa diện tích các nhóm giá trị tiềm năng I theo bốn mức độ chứa nước ....................................................... 101 Hình 4.8. Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum ................... 102 Hình 4.9. Bản đồ vị trí sai lệch giữa Bản đồ phân vùng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum và Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum ................................................................................................ 106 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Diện tích tự nhiên các huyện, thành phố tỉnh Kon Tum ..........................20 Bảng 2.2. Thống kê diện tích các khoảng độ dốc địa hình .......................................22 Bảng 2.3. Nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm, (0C) .......................33 Bảng 2.4. Số giờ nắng qua các tháng trong năm, (giờ) .............................................34 Bảng 2.5. Lượng mưa các tháng trong năm, (mm) ...................................................34 Bảng 2.6. Độ ẩm không khí trung bình các tháng trong năm (%) ............................35 Bảng 2.7. Dân số các huyện, thành phố các năm 2005-2009 ...................................40 Bảng 2.8. Dự báo phát triển dân số và lao động tỉnh Kon Tum,(nghìn người, %) ...41 Bảng 2.9. Diễn biến chuyển dịch cơ cấu lao động Kon Tum qua các năm ..............42 Bảng 2.10. Các dân tộc trên địa bàn tỉnh Kon Tum ..................................................43 Bảng 2.11. Diễn biến chuyển dịch cơ cấu theo ngành kinh tế (%) ...........................44 Bảng 2.12. Diễn biến chuyển dịch cơ cấu theo thành phần kinh tế (%) ...................44 Bảng 2.13. Lượng nước khai thác tỉnh Kon Tum .....................................................46 Bảng 2.14. Nhu cầu sử dụng nước cho các mục đích khác nhau theo các năm........46 Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa loại đứt gãy và tiềm năng nước dưới đất .....................54 Bảng 3.2. Triển vọng nước dưới đất của một số cấu trúc địa chất chính..................56 Bảng 3.3. Chỉ tiêu Saaty trong so sánh cặp đôi các yếu tố (aij) ................................65 Bảng 3.4. Tra giá trị RI .............................................................................................67 Bảng 3.5. So sánh cặp tầm quan trọng giữa các yếu tố.............................................68 Bảng 3.6. Tính toán vectơ trọng số W ......................................................................69 Bảng 3.7. Điểm đánh giá ảnh hưởng của đặc điểm thạch học ..................................73 Bảng 3.8. Điểm đánh giá ảnh hưởng của độ dốc địa hình ........................................79 Bảng 3.9. Điểm đánh giá ảnh hưởng của mật độ đứt gãy .........................................79 Bảng 3.10. Điểm đánh giá ảnh hưởng của lượng mưa trung bình năm ....................82 Bảng 3.11. Điểm đánh giá ảnh hưởng của lượng bốc hơi trung bình năm ...............84 Bảng 3.12. Điểm đánh giá ảnh hưởng của thảm thực vật .........................................86 Bảng 4.1. Các tài liệu bản đồ được thu thập và nguồn tài liệu .................................90 Bảng 4.2. Các tài liệu đã qua xử lý và chuyển về định dạng raster ..........................91 Bảng 4.3. Thống kê diện tích các nhóm giá trị tiềm năng I theo bốn mức độ chứa nước (Rất nghèo(A), Nghèo(A), Trung bình(A), Giàu(A)) .......... 100 Bảng 4.4. Phân chia mức độ chứa nước theo giá trị tiềm năng I ............................101 Bảng 4.5. Diện tích trùng nhau giữa các nhóm mức độ chứa nước tương ứng của hai bản đồ ........................................................................................ 104 Bảng 1.1. Ý nghĩa của hệ số Kappa..........................................................................104 4
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT KÍ HIỆU GIẢI THÍCH AHP Analytic Hierarchy Process – Phân tích thứ bậc DEM Digital Elevation Model – Mô hình số độ cao ĐCTV Địa chất thủy văn GIS Geographic Information System-Hệ thống thông tin địa lý NDĐ Nước dưới đất MCE Multi-Criteria Evaluation – Đánh giá đa tiêu chuẩn 5
MỞ ĐẦU *Tính cấp thiết của đề tài: Kon Tum là tỉnh miền núi nằm ở khu vực cửa ngõ phía Bắc của vùng Tây Nguyên, có đường biên giới chung với hai nước là Lào và Campuchia (có ngã ba biên giới Việt Nam - Lào - Campuchia) và nằm trên tuyến hành lang kinh tế Đông - Tây. Do vị trí địa lý đặc biệt như vậy nên Tỉnh không những có một vị thế địa chính trị, an ninh quốc phòng quan trọng mà còn là một trong những nhân tố chủ đạo trong phát triển kinh tế của vùng Tây Nguyên nói riêng và cả nước nói chung [26]. Ngoài ra, hiện nay tỉnh Kon Tum đang trong quá trình đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá, chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng tích cực cùng với việc phát huy tối đa các lợi thế của tỉnh như: lâm nghiệp, nông nghiệp, thủy sản, thủy điện,…nhiều các khu công nghiệp cũng đang được triển khai xây dựng, các hoạt động giao thương biên giới phát triển,....tất cả những điều này đang mở ra cơ hội lớn cho việc phát triển kinh tế - xã hội của Tỉnh. Tuy nhiên, cùng với nó là hàng loạt những thách thức cần phải giải quyết như: vấn đề nguồn nhân lực, tình hình di dân, đô thị hóa…đặc biệt là giải quyết về nhu cầu nước của Tỉnh vốn đang hết sức cấp thiết bởi Tỉnh nằm trong khu vực được đánh giá là khó khăn về nước của khu vực Tây Nguyên [ 3]. Để đảm bảo nhu cầu về nước, các nguồn nước bao gồm: nước mặt, nước dưới đất, nước mưa cần được kết hợp sử dụng hợp lý. Trong đó, nguồn nước dưới đất được chú ý hơn cả, bởi đây là nguồn có khả năng cung ổn định và ít bị nhiễm bẩn hơn. Từ đó, các hoạt động tìm kiếm, thăm dò nước nước dưới đất trên địa bàn Tỉnh cũng được đặc biệt quan tâm. Thông thường để đánh giá điều kiện - đặc điểm địa chất thủy văn (ĐCTV) của một khu vực nghiên cứu nào đó, thường phải tiến hành các công tác để thành lập bản đồ ĐCTV khu vực đó. Đây là dạng bản đồ chuyên môn mà trên đó thể hiện nhiều các thông tin chuyên môn có giá trị như: mức độ chứa nước của các tầng chứa nước, chất lượng nước, mối quan hệ thủy lực giữa các tầng chứa nước, các mặt cắt ĐCTV…Tuy nhiên, để có thể xây dựng được bản đồ này (đảm 6
bảo các qui định hiện hành) đòi hỏi nguồn kinh phí lớn, tốn nhiều nhân lực - công sức, mất nhiều thời gian và đặc biệt là khi khu vực nghiên cứu có diện tích rộng hoặc bản đồ xây dựng có tỷ lệ lớn. Do đó, nếu như có một phương pháp nào đó với chi phí thấp lại nhanh chóng có thể xác định được những vị trí có khả năng chứa nước dưới đất cao (với độ chính xác chấp nhận được), sau đó tiến hành các công tác nghiên cứu ĐCTV chi tiết ở những khu vực có khả năng cao này thì sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian, công sức và chi phí. Do tiềm năng nước dưới đất phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố (địa chất, địa hình, lượng mưa, lượng bốc hơi, thủy văn, thảm thực vật…) và mối quan hệ này có thể tuân theo những qui luật nhất định nên có cơ sở khoa học để đánh giá một cách bán định lượng mối quan hệ đó. Từ đó, xây dựng được lớp thông tin về tiềm năng nước dưới đất của khu vực nghiên cứu. Do đó, đề tài “Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, tỷ lệ 1 : 100 000” được lựa chọn nhằm làm sáng tỏ khả năng ứng dụng của nó trong đánh giá tiềm năng nước dưới đất. *Mục tiêu của đề tài: - Xây dựng bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum, tỷ lệ 1 : 100 000 với độ chính xác chấp nhận được. - Hỗ trợ cho công tác tìm kiếm thăm dò tài nguyên nước dưới đất, đặc biệt ở những khu vực thiếu tài liệu ĐCTV. *Nhiệm vụ đề tài: Thu thập, xử lý và chuẩn hóa các dữ liệu bản đồ liên quan về một cơ sở dữ liệu thống nhất (cùng hệ tọa độ, định dạng dữ liệu chuẩn của ArcGIS). Sử dụng phương pháp MCE (Multi-Criteria Evaluation) kết hợp với phân tích các dữ liệu liên quan để đánh giá một cách bán định lượng mức độ ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến tiềm năng chứa nước dưới đất (địa chất, địa hình, mạng lưới đứt gãy, lượng mưa, lớp phủ thực vật, thủy văn,...) của tỉnh Kon Tum, nói cách khác là tính toán trọng số của các yếu tố ảnh hưởng đến tiềm năng nước dưới đất. 7
Các dữ liệu sau khi được chuẩn hóa sẽ được tích hợp các trọng số và đưa vào xử lý, chồng chập trên phần mềm ArcGIS. Kết quả thu được là Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum. Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum được đánh giá mức độ chính xác bằng cách so sánh với Bản đồ địa chất thủy văn tỉnh Kon Tum được xây dựng bằng phương pháp truyền thống. Từ đó, rút ra nhận xét về khả năng áp dụng của phương pháp GIS (Geographic Information System) kết hợp phương pháp đánh giá đa tiêu chuẩn MCE trong nghiên cứu tiềm năng nước dưới đất. *Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học: - Nhanh chóng xây dựng được bản đồ tiềm năng nước dưới đất của khu vực nghiên cứu (với độ chính xác chấp nhận được) từ các tài liệu sẵn có trên cơ sở ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS kết hợp với phương pháp đánh giá đa tiêu chuẩn MCE . - Tiếp cận và dần hoàn thiện phương pháp đánh giá tiềm năng nước dưới đất trên cơ sở ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS kết hợp với phương pháp đánh giá đa tiêu chuẩn MCE. Ý nghĩa thực tiễn: - Là tài liệu tham khảo có giá trị cho giai đoạn đầu của công tác tìm kiếm, thăm dò nước dưới đất, đặc biệt là những khu vực miền núi thiếu các tài liệu về ĐCTV. - Nhanh chóng khoanh vùng được những vị trí tiềm năng chứa nước cao, từ đó thu hẹp được phạm vi khu vực nghiên cứu liên quan đến các công tác thực địa, thí nghiệm hiện trường,…do đó giúp giảm chi phí, tiết kiệm thời gian và nhân lực. 8
*Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu:  Khả năng chứa và giữ nước dưới đất trong các thành tạo địa chất lộ trên mặt hoặc gần mặt đất của khu vực nghiên cứu.  Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến tiềm năng nước dưới đất của khu vực nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu:  Phạm vi trên bề mặt đất: ranh giới hành chính tỉnh Kon Tum.  Phạm vi theo mặt cắt thẳng đứng: các thành tạo địa chất lộ hoặc sát bề mặt.  Phạm vi về nội dung: + Chỉ tập trung nghiên cứu về tiềm năng trữ lượng nước dưới đất của khu vực nghiên cứu mà không nghiên cứu về chất lượng nước dưới đất. + Sự ảnh hưởng của các yếu tố (địa chất, địa hình, mạng lưới đứt gãy, lượng mưa, lớp phủ thực vật,...) đến tiềm năng nước dưới đất trong khu vực nghiên cứu. 9
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Lịch sử nghiên cứu ĐCTV của khu vực nghiên cứu Có thể nói lịch sử nghiên cứu địa chất thủy văn (ĐCTV) của tỉnh Kon Tum gắn liền với lịch sử nghiên cứu ĐCTV của toàn khu vực Tây Nguyên. Bởi lẽ, các chương trình - dự án lớn của Nhà nước đã và đang thực hiện thường có phạm vi nghiên cứu bao trùm trên toàn khu vực Tây Nguyên, điển hình có thể kể đến là Chương trình Tây Nguyên I (1976-1980), Tây Nguyên II (1984-1988) và Tây Nguyên III (2011-2015)... Do đó, để hiểu được lịch sử nghiên cứu ĐCTV của tỉnh Kon Tum thì cần hiểu rõ lịch sử nghiên cứu ĐCTV của khu vực Tây Nguyên. Vào thời thuộc Pháp, về mặt ĐCTV, toàn khu vực Tây Nguyên hầu như không có một công trình nào đáng kể ngoài một ít tài liệu nghèo nàn về các nguồn nước khoáng, nước nóng ở vùng Kon Tum. Trong khi đó, việc nghiên cứu địa chất được chú ý khá sớm và đã có những công trình điều tra địa chất khu vực có giá trị của người Pháp được công bố. Thời kỳ 1945 – 1975, đáng chú ý nhất là tờ bản đồ ĐCTV trong tập “Atlas về các nguồn tài nguyên thiên nhiên, kinh tế và xã hội của vùng hạ lưu sông Mêkông” do Liên hiệp quốc xuất bản năm 1968, với diện bao trùm toàn miền Nam (trong đó có Tây Nguyên). Tuy nhiên, do tỷ lệ quá nhỏ (1 : 2 500 000) nên bản đồ không có nhiều ý nghĩa thực tiễn. Ngoài ra, trong giai đoạn này, có một số công trình nghiên cứu tương đối có giá trị về ĐCTV của các nhà địa chất Mỹ nhưng hầu hết tập trung ở vùng Nam Bộ [3]. Sau năm 1975, cùng với việc khôi phục và phát triển kinh tế của đất nước sau chiến tranh, công tác điều tra ĐCTV ở khu vực miền Nam mới được triển khai mạnh mẽ. Tiêu biểu là Liên đoàn ĐCTV Miền Nam thuộc Tổng cục Địa chất đã tiến hành công tác thăm dò tìm kiếm - thăm dò nước dưới đất trên hàng loạt vùng kinh 10
tế dân cư trọng điểm nhằm phục vụ công cuộc xây dựng các khu kinh tế mới và phát triển đô thị. Đồng thời với việc tìm kiếm thăm dò nước dưới đất, công tác thành lập bản đồ ĐCTV cũng được chú ý. Cụ thể là hai tờ bản đồ ĐCTV tỷ lệ 1 : 200 000 đầu tiên được thành lập là tờ là Pleiku - Buôn Ma Thuột (năm 1982 - diện tích 19000 km2) và tờ Gia Nghĩa - Di Linh (1996 – diện tích 18000 km2). Sau đó, các phần diện tích của Tây Nguyên nằm ngoài 2 tờ bản đồ trên cũng đã được phủ bởi các bản đồ ĐCTV tỷ lệ 1: 200 000, ngoại trừ phần diện tích nửa phía Tây tỉnh Kon Tum (6000 km2) còn “trắng” (giáp tỉnh Attapeu của nước bạn Lào) do ít có ý nghĩa kinh tế. Sau đó, loạt bản đồ ĐCTV tỷ lệ lớn hơn (1 : 50 000 và 1 : 25 000) cũng đã được thành lập cho một vài đô thị và vùng kinh tế quan trọng với tổng diện tích đã được phủ khoảng 4.670 km2. Cụ thể là bản đồ ĐCTV tỷ lệ 1:50 000 đã phủ ở các vùng Đăk Nông (1987), Tân Rai (1987), Pleiku (1991), còn bản đồ ĐCTV tỷ lệ 1:25 000 được thành lập trong khuôn khổ bộ bản đồ địa chất đô thị ở các vùng Bảo Lộc (1995), Đà Lạt (1995), Pleiku (1997), Kon Tum (1997), Buôn Ma Thuột (1997) [3]. Ngoài ra, nhiều công trình nghiên cứu khoa học về điều kiện ĐCTV Tây Nguyên cũng đã được hoàn thành trong 20 năm qua, trong đó quan trọng nhất là : Đề tài “Nước dưới đất Tây Nguyên” (GS Nguyễn Thượng Hùng) thuộc chương trình điều tra tổng hợp Tây Nguyên (1976 - 1980), báo cáo tổng kết đề tài “Tài nguyên nước dưới đất Tây Nguyên” (GS Nguyễn Thượng Hùng chủ biên) thuộc chương trình 48 - C (1984 - 1988). Đặc biệt là chuyên khảo “Nước dưới đất khu vực Tây nguyên” (Ngô Tuấn Tú, Võ Công Nghiệp, Đặng Hữu ơn, Quách Văn Đơn chủ biên) do Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam xuất bản năm 1999 là công trình không những có giá trị thực tiễn mà nó còn mở ra những vấn đề lớn trong công tác điều tra nghiên cứu tài nguyên nước dưới đất ở Tây Nguyên. Hiện nay, Liên đoàn ĐCTV - ĐCCT Miền Trung đang thực hiện một số công trình nghiên cứu dài hạn về động thái nước đất trên một mạng lưới quốc gia bao trùm trên toàn khu vực Tây Nguyên [3]. 11
Riêng với địa bàn tỉnh Kon Tum, ngoài những công trình nghiên cứu ĐCTV trên khu vực Tây Nguyên có liên quan đã trình bày ở trên, một số khu vực quan trọng như các khu dân cư, khu kinh tế quan trọng trong Tỉnh cũng được tiến hành các công tác nghiên cứu, điều tra, đánh giá nước dưới đất (thị trấn Kon Plong – huyện Kon Plong, thị trấn Pley Kần – huyện Ngọc Hồi, thị trấn Sa Thầy – huyện Sa Thầy, thành phố Kon Tum...) [9, 13, 14, 18, 27]. Năm 2003, bản đồ ĐCTV tỉnh Kon Tum - tỷ lệ 1 : 100 000 được thành lập (Hồ Minh Thọ, [18]). Tuy nhiên, bản đồ ĐCTV này lại được thành lập theo phương pháp thành hệ, đây là phương pháp cũ trong thành lập bản đồ ĐCTV của Liên Xô và không còn phù hợp với qui định thành lập bản đồ ĐCTV hiện hành (qui định thành lập trên nguyên tắc “Dạng tồn tại của nước dưới đất” thể hiện ở “Chú giải quốc tế bản đồ địa chất thủy văn” do Hội địa chất thủy văn quốc tế - IAH và UNESCO xuất bản làm nguyên tắc chủ đạo [1]). Năm 2013, dựa trên các tài liệu - bản đồ ĐCTV thu thập và bổ sung thêm các tài liệu khảo sát thực địa mới, phòng Tài nguyên nước dưới đất – Viện Địa lý – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiến hành thành lập Bản đồ ĐCTV tỉnh Kon Tum tỷ lệ 1: 100 000 theo các qui định hiện hành, đây có thể coi là tài liệu bản đồ ở tỷ lệ 1: 100 000 có giá trị và cập nhật nhất ở thời điểm hiện tại. Do đó, bản đồ này sẽ được sử dụng để so sánh với Bản đồ tiềm năng nước dưới đất tỉnh Kon Tum thành lập bằng GIS và MCE từ đó tính toán độ chính xác của phương pháp (sẽ được trình bày cụ thể trong mục 4.3 của chương 4). Để thuận tiện cho quá trình so sánh và tính toán sau này, trong luận văn này trình bày Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum (được thu từ bản đồ ĐCTV tỉnh Kon Tum, tỷ lệ 1: 100 000) và thể hiện trên khổ giấy A4 (Hình 1.1). Do sự hạn chế về kích thước khổ giấy (A4) cũng như để nhấn mạnh thông tin về mức độ chứa nước nên trên này sẽ tập trung làm nổi bật lớp thông tin này còn các thông tin khác ít liên quan sẽ được lược bỏ. 12
Hình 1.1. Bản đồ phân vùng mức độ chứa nước dưới đất tỉnh Kon Tum 13
1.2. Bản đồ ĐCTV truyền thống Công tác thành lập bản đồ ĐCTV thuộc lĩnh vực điều tra cơ bản địa chất với nhiệm vụ chủ yếu là thu thập tài liệu và tiến hành các dạng công tác nghiên cứu để thành lập: bản đồ ĐCTV, các bản đồ chuyên môn, báo cáo thuyết minh kết quả công tác lập bản đồ ĐCTV và các tài liệu khác với nội dung và hình thức theo quy định. Cụ thể, bản đồ ĐCTV hiện hành được qui định thành lập trên nguyên tắc “Dạng tồn tại của nước dưới đất” thể hiện ở “Chú giải quốc tế bản đồ địa chất thủy văn” do Hội địa chất thủy văn quốc tế - IAH và UNESCO xuất bản làm nguyên tắc chủ đạo [1], căn cứ vào đặc điểm tồn tại và vận động của nước trong đất đá, có thể chia ra các dạng tồn tại chủ yếu sau: + Các tầng chứa nước lỗ hổng: là các tầng chứa nước mà nước được chứa và vận động trong lỗ hổng giữa các hạt đất đá. + Các tầng chứa nước khe nứt: là các tầng chứa nước mà nước được chứa và vận động trong các khe nứt, kẽ hổng hoặc hang động karst. + Các tầng không chứa nước: là thành tạo địa chất có mức độ chứa nước rất nhỏ hoặc không có khả năng hấp thụ hay dẫn truyền nước. Ngoài ra, nội dung và phương pháp thể hiện của bản đồ ĐCTV thành lập trên nguyên tắc này cũng được hướng dẫn, qui định cụ thể trong các qui chế thành lập bản đồ ĐCTV ứng với các tỷ lệ khác nhau. Tuy nhiên, trong luận văn này sẽ không đi sâu vào tìm hiểu vấn đề này. Theo Qui chế thành lập bản đồ ĐCTV, bản đồ ĐCTV có thể được sử dụng vào nhiều các mục đích khác nhau như:  Làm cơ sở luận chứng để tìm kiếm, thăm dò đánh giá nguồn nước dưới đất nhằm khai thác phục vụ các nhu cầu ăn uống, sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, công nghiệp.  Làm tài liệu cơ sở để lập quy hoạch xây dựng và phát triển các đô thị, các khu công nghiệp, các vùng kinh tế dân cư. 14
 Làm tài liệu cơ sở để lập các dự án tháo khô trong khai thác mỏ và các công trình ngầm, các dự án tưới tiêu, cải tạo đất trong nông nghiệp, các dự án ngăn chặn xâm nhập mặn, phèn hóa, muối hóa thổ nhưỡng, làm tài liệu cơ sở để lập các dự án đánh giá tác động môi trường, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất và bảo vệ môi trường.  Làm tài liệu cơ sở để thành lập bản đồ địa chất công trình cùng tỷ lệ. Ngoài ra, bản đồ địa chất thủy văn còn được dùng vào các mục đích giáo dục đào tạo nghiên cứu khoa học khác. Như thế, bản đồ ĐCTV được ứng dụng đa dạng trong nhiều các dạng công tác khác nhau và để đáp ứng được những mục đích đó, trên bản đồ ĐCTV cần thể hiển hiện các nội dung chính sau [1]:  Các quy luật tồn tại, phát sinh và phát triển của tài nguyên nước trong môi trường địa chất và mối quan hệ của nước với các thành tạo địa chất cũng như với các quá trình địa chất.  Các thành tạo địa chất được chia ra các tầng chứa nước và các tầng không chứa nước.  Các tầng chứa nước được phân chia theo dạng tồn tại của nước dưới đất và mức độ chứa nước khác nhau.  Mỗi tầng chứa nước phải thể hiện được: đặc điểm phân bố, thế nằm, bề dầy, thành phần đất đá, đặc điểm thủy hóa, chiều sâu mực nước và mức độ chứa nước khác nhau.  Các tầng không chứa nước phải thể hiện tuổi địa chất, đặc điểm phân bố, bề dầy, thế nằm, thành phần đất đá. Như vậy, để có thể đáp ứng được những nội dung của bản đồ ĐCTV và hàng loại các sản phẩm kèm theo như đã trình bày ở trên, công tác thành lập bản đồ ĐCTV phải trải qua 3 giai đoạn chính bao gồm: 1-Chuẩn bị và lập đề án; 2-Thi công đề án; 3-Tổng kết, lập báo cáo kết quả lập bản đồ địa chất thủy văn. Trong 15
các giai đoạn này, công tác điều tra, đánh giá nước dưới đất cần tiến hành một số công việc chủ yếu sau :  Thu thập tổng hợp tài liệu;  Lộ trình khảo sát địa chất - địa chất thuỷ văn;  Đo địa vật lý;  Địa nhiệt, bức xạ (đối với nước khoáng, nước nóng);  Khoan các lỗ khoan ĐCTV, khai đào;  Hút nước (thổi rửa, thí nghiệm);  Lấy và phân tích các loại mẫu nước, mẫu khí (đối với nước khoáng, nước nóng);  Lấy và phân tích mẫu đất đá;  Quan trắc động thái nước dưới đất, nước mặt;  Công tác trắc địa;  Chỉnh lý tổng hợp văn phòng, lập báo cáo tổng kết. Ngoài ra, nếu khu vực nghiên cứu chưa có bản đồ địa chất với tỷ lệ phù hợp thì theo qui định, trước khi thành lập bản đồ ĐCTV cần tiến hành các công tác cần thiết để hoàn thành bản đồ này. Qua những trình bày khái quát về các nội dung liên quan đến việc thành lập bản đồ ĐCTV ở trên thấy rằng bản đồ ĐCTV chứa đựng một lượng lớn các thông tin có giá trị và có thể phục vụ đa dạng cho nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên, khi thành lập bản đồ ĐCTV truyền thống theo các qui định hiện hành có một số khó khăn cơ bản sau: + Khối lượng công việc cần thực hiện lớn và có tính đa dạng. + Cần huy động nhiều nhân lực với các chuyên môn sâu khác nhau. + Thời gian để thực hiện đề án kéo dài. + Cần nguồn kinh phí lớn đặc biệt khi vùng nghiên cứu có diện tích rộng hoặc tỷ lệ nghiên cứu lớn. 16
Như vậy, không thể áp dụng một cách tùy tiện các công tác nghiên cứu, tìm kiếm nước dưới đất theo phương pháp truyền thống mà cần phải cân nhắc, đánh giá để xác định được vị trí và thời điểm sử dụng thích hợp. Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, xét bài toán đánh giá tiềm năng nước dưới đất của một khu vực nghiên cứu nhằm phục vụ cho công tác qui hoạch phát triển một số đối tượng (khu công nghiệp, khu dân cư, khu kinh tế…) với giả thiết:  Diện tích khu vực nghiên cứu rộng lớn và có địa hình hiểm trở;  Thiếu các tài liệu địa chất thủy văn nhưng lại có các tài liệu như: ảnh vệ tinh, địa chất, thủy văn, lượng mưa, rừng...;  Nguồn kinh phí thực hiện có hạn. Với bài toán này nếu ngay từ đầu ta áp dụng giải pháp xây dựng bản đồ ĐCTV cho toàn bộ khu vực thì sẽ rất tốn kém, mất nhiều thời gian, công sức và sẽ không thể thỏa mãn được bài toán đặt ra. Khi đó, cần lựa chọn phương pháp khác khả thi hơn, phương pháp có khả năng khoanh vùng nhanh một số khu vực có tiềm năng cao, sau đó mới thực hiện các công tác nghiên cứu ĐCTV mức độ chi tiết ở những khu vực này. Làm như vậy sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian, công sức, kinh phí và thỏa mãn được bài toán đặt ra. Cụ thể trong luận văn này, tác giả đề xuất sử dụng phương pháp GIS kết hợp với phương pháp đánh giá đa tiêu chuẩn MCE để nghiên cứu về tiềm năng nước dưới đất. Về khả năng, cơ sở, nội dung, của phương pháp sẽ được trình bày rõ hơn trong các mục sau. 1.3. Khả năng ứng dụng GIS trong nghiên cứu tài nguyên nước dưới đất Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của từng lĩnh vực khoa học và xu thế liên ngành, từ năm 1992, các nhà khoa học Mỹ đã xác lập một ngành khoa học mới đó là Khoa học thông tin địa lý [15, 16]. Công cụ hay khoa học thông tin địa lý đã và đang được phát triển nhanh chóng, phục vụ rất hiệu quả cho nhiều lĩnh vực khác nhau như: khoa học trái đất, tài nguyên - môi trường, tai biến thiên nhiên, xói mòn đất, quản lý rừng, giao thông, mạng lưới điện, quản lý hệ thống bán hàng…. Khoa học thông tin 17