Ứng dụng DRASTIC kết hợp với GIS phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Ứng dụng DRASTIC kết hợp với GIS phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận nghiên cứu cho thấy chỉ số DRASTIC kết hợp với GIS là một công cụ hỗ trợ hữu ích cho các nhà ra quyết định nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất tại đảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng DRASTIC kết hợp với GIS phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ V Doi: 10.15625/vap.2022.0189 ỨNG DỤNG DRASTIC KẾT HỢP VỚI GIS PHÂN VÙNG DỄ BỊ TỔN THƯƠNG TẠI HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ, TỈNH BÌNH THUẬN Nguyễn Hải Âu 1*, Tất Hồng Minh Vy1, Nguyễn Anh Quốc2 0F 1 Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 142 Tô Hiến Thành, Phường 14, Quận 10, Thành phố Hồ Chí Minh 2 Phòng Tài nguyên nước và Khoáng sản, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Thuận, 15 Nguyễn Tất Thành, Phan Thiết, Bình Thuận TÓM TẮT Các tác động của con người trong khai thác sử dụng nguồn nước dưới đất, xả thải, thay đổi lớp phủ, lượng nước bổ cập làm cho các tầng chứa nước ở huyện đảo có nguy cơ dễ bị tổn thương cao. Trong nghiên cứu này, mô hình DRASTIC với trọng số được tối ưu hóa thông qua phương pháp Entropy trong môi trường Hệ thống thông tin địa lý được ứng dụng để phân vùng dễ bị tổn thương tầng chứa nước bazan huyện đảo Phú Quý. Bộ trọng số Entropy của các thông số thành phần DRASTIC được tính toán từ số liệu thu thập từ các lỗ khoan quan trắc để phản ánh tính khách quan của tính dễ bị tổn thương trong khu vực. Kết quả thu được nằm trong được phân thành ba cấp độ: vùng có tính bị tổn thương thấp là 1 %, dễ bị tổn thương trung bình là 70 % và vùng dễ bị tổn thương cao là 29 % diện tích khu vực nghiên cứu. Chúng tôi kết luận rằng tính dễ bị tổn thương nước dưới đất có nguy cơ cao đối với các khu vực tầng chứa nước lộ trên bề mặt, tỷ lệ che phủ thấp và hoạt động khai thác nhiều. Nghiên cứu này cho thấy chỉ số DRASTIC kết hợp với GIS là một công cụ hỗ trợ hữu ích cho các nhà ra quyết định nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất tại đảo. Từ khóa: Trọng số Entropy, DRASTIC, đảo Phú Quý. 1. MỞ ĐẦU Nước dưới đất dễ bị tổn thương bởi các hoạt động khai thác và thay đổi mục đích sử dụng đất bề mặt [1]. Quản lý, đánh giá mức độ phù hợp của nguồn nước, các kỹ thuật đánh giá chất lượng nước được tính toán dựa vào các thông số đặc trưng để tiến hành phân vùng, giám sát và quản lí nguồn nước được sử dụng rộng rãi. Bên cạnh các phương pháp đại số, các khu vực có nguồn nước dưới đất chịu áp lực từ hoạt động khai thác, công nghiệp và nông nghiệp được đánh giá tính dễ bị tổn thương thông qua phương pháp DRASTIC [1]. Phương pháp này được sáng lập lần đầu tiên và áp dụng rộng rãi từ những năm 1980 bởi Aller và cộng sự [2] với mục đích nghiên cứu sâu vào các yếu tố khách quan, làm rõ các yếu tố tự nhiên, địa chất gây ảnh hưởng đến chất lượng của nước dưới đất, ước tính mức độ dễ bị tổn thương tiềm tàng của tầng chứa nước [3]. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu kết hợp mô hình DRASTIC trên nền tảng hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) để phân vùng mức độ dễ bị tổn thương của tầng chứa nước.Điển hình tại Palestine [4], Jordan [5], Ấn Độ [6], Pakistan [7], Iran [8], Kerman [9] và Bangladesh [10] đã áp dụng DRASTIC với trọng số cố định theo phương pháp gốc, thực hiện trên nền tảng GIS để thành lập bản đồ phân vùng tính dễ bị tổn thương của các tầng chứa nước. * Tác giả liên hệ, địa chỉ email: haiauvtn@gmail.com 359
Nguyễn Hải Âu, Tất Hồng Minh Vy, Nguyễn Anh Quốc Mức độ dễ bị tổn thương thông qua chỉ số DRASTIC với trọng số cố định được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghiên cứu nhưng không hoàn toàn phù hợp với điều kiện địa chất, tự nhiên thực tế của các khu vực khác nhau. Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã ứng dụng các phương pháp tính trọng số khác nhau phù hợp với điều kiện khu vực nghiên cứu. Một trong những phương pháp tính trọng số được ứng dụng trong những năm gần đây là phương pháp Entropy, đo lường được mức độ hiệu quả của thông tin và mức độ phân tán của dữ liệu [11], mang tính khách quan khi được tính toán dựa trên mức độ biến thiên của mỗi giá trị và phụ thuộc vào nguồn dữ liệu [12]. Phương pháp DRASTIC ứng dụng trọng số thay đổi theo phương pháp Entropy đang là xu hướng trên toàn thế giới, tiêu biểu như Trung Quốc [3, 13], Ấn Độ [14] và Iran [15] cho thấy cách tiếp cận mới vẫn được tính toán dựa trên 7 thông số cố định nhưng kết quả của phương pháp DRASTIC cổ điển lại được cải thiện đáng kể và chặt chẽ hơn. Kết quả nghiên cứu phản ánh ảnh hưởng của điều kiện địa chất thủy văn, cấu trúc đất và yếu tố địa hình liên quan trực tiếp đến nguy cơ tiềm ẩn gây suy giảm chất lượng nước dưới đất. Việc nghiên cứu sử dụng chỉ số DRASTIC đánh giá mức độ dễ tổn thương của tầng chứa nước được nhiều nhà nghiên cứu tại Việt Nam quan tâm để đánh giá độ nhạy cảm của nước dưới đất [16, 17], mức độ dễ tổn thương, liên quan đến sự di chuyển và phân tán của chất bẩn vào nước dưới đất [18]. Tuy nhiên, các đánh giá chỉ tập trung vào việc tính toán đại số theo phương pháp DRASTIC cổ điển, với trọng số của từng thông số được cố định theo công thức gốc của Aller và cộng sự (1987), chưa thể hiện rõ cái nhìn trực quan về mức độ dễ bị tổn thương với nước dưới đất trong khu vực. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Hình 1. Vị trí khu vực nghiên cứu Khu vực được chọn cho nghiên cứu này là huyện đảo Phú Quý thuộc tỉnh Bình Thuận, nằm ở Biển Đông, cách thành phố Phan Thiết 120 km về phía Đông Nam, có diện tích khoảng 16 km2, 360
Ứng dụng Drastic kết hợp với Gis phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý,… nằm trong vùng khí hậu Nam Biển Đông. Địa hình đảo không bị phân cắt, có dạng đồi núi ở khu vực phía Bắc và khu vực đất đồng bằng ở khu vực phía Nam, được hình thành chủ yếu từ các trầm tích tuổi Đệ tứ phân bố ở độ sâu từ 0 đến 100 m. Tầng chứa nước Bazan Pleistocen trung – thượng (βQ12-3) trong khu vực nghiên cứu là tầng chứa nước quan trọng, là nguồn cung cấp chính phục vụ khai thác nước, sử dụng cho ăn uống, sinh hoạt và các hoạt động khác với phân bố rộng khắp vùng đảo Phú Quý có độ sâu dao động đến 60 m, bề tầng chứa nước thay đổi từ 18 đến 60 m, với nhu cầu cấp nước đến năm 2020 là 19.246,50 m3/ngày. Đây là tầng chứa nước với nhiều diện lộ tại khu vực trung tâm đảo, độ sâu tới mái tầng chứa nước thay đổi trung bình 13 m, được bổ cập bởi lượng mưa thấm trực tiếp từ vùng lộ và các tầng chứa nước nằm trên. Thành phần thạch học chủ yếu của tầng chứa nước Bazan Pleistocen trung – thượng (βQ12-3) gồm bazan olivin, bazan pyroxen, tuf. Trong nghiên cứu này, số liệu tính toán được thu thập từ 28 lỗ khoan quan trắc khu vực nghiên cứu, vị trí các giếng quan trắc được trình bày trong sơ đồ vị trí ở Hình 1. Ngoài ra, bản đồ trong nghiên cứu được thực hiện bằng phần mềm ArcGIS 10.4.1, phương pháp nội suy khoảng cách trọng số nghịch đảo (IDW) được áp dụng trong nghiên cứu đánh giá và vùng nghiên cứu được xây dựng bản đồ ở vùng UTM 48N. 2.2. Phương pháp trọng số Entropy Các bước tính trọng số Entropy được tính theo Wang Wei và cộng sự [19]. Giả sử có m giá trị cần đánh giá (i = 1,2, … m). Mỗi mẫu có n thông số ước tính (j = 1,2, … n). Theo dữ liệu quan sát, ma trận ban đầu X là giá trị riêng của chỉ số đánh giá dựa trên dữ liệu gốc có thể được xây dựng: 𝑋 = [𝑥11 𝑥12 . 𝑥1𝑛 𝑥21 . 𝑥𝑚1 𝑥22 . 𝑥𝑚2 . 𝑥2𝑛 . . . 𝑥𝑚𝑛 ] (1) Tiền xử lý dữ liệu được áp dụng để loại bỏ tác động của các đơn vị khác nhau, các chỉ số đặc trưng và các loại chất lượng khác nhau. Theo đặc điểm của các chỉ số đánh giá khác nhau (Giá trị càng lớn thì điểm xếp hạng càng thấp, bao gồm 02 thông số D và T; giá trị càng nhỏ thì điểm càng thấp, bao gồm các thông số R, A, S, I và C). Sau khi phân loại từng thông số đánh giá, ma trận giá trị của thông số đánh giá thu được như sau: 𝑋 ′ = (𝑥 ′ 𝑖𝑗 )𝑚×𝑛 (2) Tính toán Entropy Tính điều kiện chỉ số đánh giá thứ i, tỷ lệ của giá trị đặc trưng của mẫu đánh giá thứ j trong tất cả các chỉ số thứ i được tính như sau: 𝑥 ′ 𝑖𝑗 𝑝𝑖𝑗 = ∑𝑛 𝑥 ′ 𝑖𝑗 (3) 𝑖=1 Đối với m giá trị và n đối tượng để đánh giá, Entropy của chỉ số đánh giá thứ i được xác định như sau: 𝑛 1 𝑒𝑗 = − � 𝑝𝑖𝑗 . 𝑙𝑛(𝑝𝑖𝑗 ) (4) 𝑚𝑛 𝑖=1 Nếu 𝑝𝑖𝑗 có cùng giá trị, khi đó giá trị Entropy của từng tiêu chí là giá trị lớn nhất (𝑒𝑗 = 1). Nếu 𝑝𝑖𝑗 = 0 thì 𝑝𝑖𝑗 . 𝑙𝑛(𝑝𝑖𝑗 ) cũng nhận giá trị 0 [20]. Tính trọng số Entropy Trọng số Entropy của thông số đánh giá i được tính theo công thức sau: 361
Nguyễn Hải Âu, Tất Hồng Minh Vy, Nguyễn Anh Quốc 1 − 𝑒𝑗 𝜔𝑖 = (5) ∑𝑚 𝑗=1 (1 − 𝑒𝑗 ) 2.3. DRASTIC theo trọng số Entropy Bước đầu tiên để tính DRASTIC theo trọng số Entropy là xác định thang đánh giá cho từng thông số. DRASTIC với trọng số Entropy được tính theo công thức dưới đây: 𝐷𝑖 = 𝐷𝑒𝜔 . 𝐷𝑟 + 𝑅𝑒𝜔 . 𝑅𝑟 + 𝐴𝑒𝜔 . 𝐴𝑟 + 𝑆𝑒𝜔 . 𝑆𝑟 + 𝑇𝑒𝜔 . 𝑇𝑟 + 𝐼𝑒𝜔 . 𝐼𝑟 + 𝐶𝑒𝜔 . 𝐶𝑟 (6) Trong đó, D, R, A, S, T, I, C tương ứng với độ sâu mái tầng chứa nước, lượng bổ cập, thành phần tầng chứa nước, thành phần đất, địa hình, tác động của đới thông khí và hệ số thấm, r và e𝜔 đại diện cho thứ bậc và trọng số được gán cho từng thông số tương ứng theo phương pháp Entropy. Bảng 1. Xếp hạng của các thông số DRASTIC [2] Điểm Thông số Các bậc của bậc Thông số D là khoảng cách theo giá trị tuyệt đối từ mặt đất đến mực 0 - 1,5 10 dưới đất [2]. Độ sâu của mái tầng chứa nước càng nông (độ sâu từ 5 D - Độ sâu tới 1,5 - 3 9 đến 80 m dưới bề mặt [21]) thì tầng chứa nước càng dễ bị tổn mái tầng chứa thương. nước (m) 4,5 - 9 7 9 - 15 5 R - Lượng bổ Giá trị bổ cập của tầng chứa nước liên quan đến lượng mưa, nước 0-51 1 cập (mm) chảy tràn bề mặt và độ sâu mái tầng chứa nước. > 254 9 Thành phần tầng chứa nước kiểm soát tốc độ tiếp xúc chất gây ô nhiễm từ bề mặt với nước trong tầng. Số lượng và cấp độ hạt của vật A- Thành phần liệu tầng chứa nước ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển chất bẩn. của tầng chứa Đá bazan 9 Kích thước hạt càng lớn, càng có nhiều vết nứt hoặc khe hở, thì tính nước thấm càng cao và khả năng hạn chế các chất gây ô nhiễm càng thấp, tỷ lệ thuận với tính dễ bị tổn thương của nước dưới đất [21]. Loại đất kiểm soát khả năng di chuyển của các chất gây ô nhiễm vào Sét pha 5 S - Thành phần tầng chứa nước. Độ dày, kết cấu và cấu trúc của đất ảnh hưởng đến của lớp phủ tốc độ nước thấm qua bề mặt và thời gian chất gây ô nhiễm ngấm Cát 9 vào đất. Độ dốc của bề mặt đất kiểm soát khả năng chất gây ô nhiễm được 0-2 10 vận chuyển theo dòng chảy hay lưu lại trên bề mặt đủ lâu để ngấm vào tầng chứa nước [2]. Các khu vực bằng phẳng, độ dốc thấp có xu 2-6 9 T - Độ dốc địa hướng làm chậm dòng chảy, giữ nước trong thời gian dài, cho phép 6 - 12 5 hình (%) lượng nước thấm và bổ cập nhiều hơn vào nước dưới đất. Do đó, độ dốc thấp được xác định giá trị xếp hạng cao và ngược lại. 12 - 18 3 > 18 1 I - Tác động của Đới thông khí ảnh hưởng đến khả năng tầng chứa nước bị chất gây ô Cát đới thông khí nhiễm tác động tương tự như thành phần tầng chứa nước, tùy thuộc 8 và sạn 362
Ứng dụng Drastic kết hợp với Gis phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý,… Điểm Thông số Các bậc của bậc vào độ thấm của đới và các đặc tính suy giảm của môi trường [1]. sỏi sạch Đới thông khí có thể có tác động lớn đến chuyển động của nước nếu thành phần của đới được cấu tạo bởi vật liệu dễ thấm, tính thấm cao Bazan 9 thì dẫn đến mức độ xếp hạng dễ bị tổn thương cao. Hệ số thấm được mô tả dưới dạng vật liệu tầng chứa nước [1]. Tốc 0-4 1 độ dòng chảy của nước dưới đất trong tầng chứa nước kiểm soát tốc (C) Hệ số thấm độ di chuyển của chất bẩn, độ dẫn thủy lực cao thì khả năng tầng (m/ngày đêm) chứa nước có tính dễ bị tổn thương cao. Khi hệ số thấm tăng, tốc độ vận chuyển các chất gây ô nhiễm tăng, làm tăng tính dễ bị tổn 4 - 12 2 thương của tầng chứa nước, do đó giá trị xếp hạng tính dễ gây tổn thương cao [21]. Mức độ phân vùng dễ bị tổn thương nước dưới đất theo chỉ số DRASTIC với trọng số Entropy được phân thành năm mức độ, từ vùng dễ tổn thương rất thấp, đến vùng dễ tổn thương rất cao theo Bảng 2. Bảng 2. Tiêu chuẩn phân vùng dễ bị tổn thương theo DRASTIC với trọng số Entropy [19] DRASTIC với trọng số Entropy Loại phân vùng 1–2 Vùng dễ tổn thương rất thấp 2,001 – 4 Vùng dễ tổn thương thấp 4,001 – 6 Vùng dễ tổn thương trung bình 6,001 – 8 Vùng dễ tổn thương cao 8,001 – 10 Vùng dễ tổn thương rất cao 2.4. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Kỹ thuật GIS được sử dụng thành lập các bản đồ phân bố không gian của từng thông số thành phần DRASTIC bằng cách nội suy không gian theo thuật toán nghịch đảo có trọng số khoảng cách (IDW) từ phần mềm ArcGIS 10.4.1, bản đồ phân vùng tính dễ bị tổn thương nước dưới đất được chồng theo công thức sau [22]: 𝑀𝐷 = � 𝑀𝐷𝑖 (7) trong đó MDi: Tổng các lớp thông số thành phần. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Trọng số Entropy Kết quả tính toán dựa vào bộ số liệu của 28 lỗ khoan quan trắc tại đảo Phú Quý đã thu được bộ trọng số Entropy của các thông số thành phần DRASTIC, thể hiện rất rõ mức độ quan trọng của các thông số thành phần của khu vực nghiên cứu (Bảng 3). Từ bộ trọng số Entropy của các thông số trong mô hình DRASTIC cho thấy các xếp hạng tương đối dựa trên mức độ quan trọng, chiếm ưu thế của các thông số phụ thuộc vào dữ liệu địa chất, đơn vị thạch học, đơn vị tầng chứa nước thay vì các xếp hạng được chỉ định [3]. 363
Nguyễn Hải Âu, Tất Hồng Minh Vy, Nguyễn Anh Quốc Bảng 3. Trọng số Entropy của các thông số trong mô hình DRASTIC Thông số Trọng số Entropy D - Độ sâu mái tầng chứa nước 0,1287 R- Lượng bổ cập 0,2157 A - Thành phần tầng chứa nước 0,1254 S - Thành phần đất 0,1334 T - Địa hình 0,1355 I - Tác động của đới thông khí 0,1257 S - Hệ số thấm 0,1355 3.2. Các lớp thông số thành phần Việc đánh giá tính dễ bị tổn thương của tầng chứa nước với các chất gây ô nhiễm rất quan trọng để có giải pháp đảm bảo an toàn nguồn nước dưới đất [7]. Chỉ số DRASTIC được áp dụng để phân vùng dễ bị tổn thương tầng chứa nước tại đảo Phú Quý được xác định dựa trên 07 thông số thành phần: Độ sâu đến mái tầng chứa nước (D), Lượng bổ cập (R), Thành phần tầng chứa nước (A), Thành phần lớp phủ (S), Địa hình (T), Tác động của đới thông khí (I) và Hệ số thấm (C). Các lớp thông số thành phần DRASTIC được chuyển sang môi trường kỹ thuật số trong phần mềm ArcGIS. Từng bản đồ thông số được tạo bằng phương pháp nội suy trọng số khoảng cách nghịch đảo (IDW) dựa trên việc gán giá trị điểm cho dữ liệu không gian. Các lớp thông số thành phần được tổng hợp trên nền tảng GIS thành một lớp, đại diện cho khu vực nghiên cứu được mô tả từ Hình 2a - 2g. Độ sâu đến mái tầng chứa nước (D) là một trong những thông số quan trọng xác định tính dễ bị tổn thương của nước dưới đất, đại diện cho khoảng cách mà chất bẩn di chuyển qua trước khi đến mực nước dưới đất [2]. Khu vực nghiên cứu có độ sâu đến mái tầng chứa nước phân bố không đều, thay đổi từ 0 đến hơn 13 m (Hình 2a), lộ trên bề mặt tại các điểm trung tâm đảo. Lượng nước hàng năm xuyên qua tầng chứa nước sau khi thấm vào bề mặt đất được gọi là Lượng bổ cập (R) [7]. Độ dốc mặt đất, lượng mưa và độ thấm của đất là những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bổ cập tầng chứa nước [23]. Lượng bổ cập cho tầng chứa nước trong khu vực được phân thành 02 cấp theo Bảng 1. Các khu vực có lượng bổ cập > 254 mm chiếm khoảng 31 % diện tích khu vực nghiên cứu, chủ yếu tại những vùng có diện lộ của tầng chứa nước, các khu vực còn lại có lượng bổ cập < 51 mm chiếm 69 % khu vực (Hình 2b). Sự thay đổi của thành phần thạch học liên quan đến mức độ nhạy cảm của tầng chứa nước, được đánh giá và ấn định các giá trị xếp hạng theo Bảng 1. Bazan là thành phần chiếm ưu thế của môi trường chứa nước trong khu vực nghiên cứu và được xếp hạng 9 tương ứng cấp độ hạt thô theo Bảng 1 (Hình 2c). Lớp đất phủ là phần phong hóa của đới thông khí. Thành phần đất phủ (S) có ảnh hưởng đến khả năng các chất gây ô nhiễm di chuyển vào đới thông khí của tầng chứa nước [7]. Đất trong khu vực nghiên cứu có thành phần chủ yếu là sét pha và cát với giá trị xếp hạng của lớp đất phủ thay đổi từ 8 đến 9 theo Bảng 1. Xếp hạng cao được phân bổ cho cát, có tính thấm cao theo tỷ lệ 21 % diện tích, bao quanh đảo. Xếp hạng thấp cho đất ít thấm hơn, đồng nghĩa là khả năng các chất ô nhiễm xâm nhập vào lớp bề mặt thấp hơn, cụ thể là đất thịt, chiếm khoảng 79 % diện tích khu vực nghiên cứu và như được mô tả trong Hình 2d. Các giá trị thấm của tầng chứa nước tại khu vực nghiên cứu có giá trị nằm trong khoảng 0 – 10,60 m/ngày được chia thành 02 phân cấp khác nhau theo Bảng 1. Phạm vi hệ số thấm từ 0 đến 4 m/ngày là giá trị phổ biến nhất, bao gồm gần toàn bộ khu vực nghiên cứu, chiếm 82 % diện tích và 364
Ứng dụng Drastic kết hợp với Gis phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý,… chỉ 18 % khu vực có hệ số thấm dao động từ 4 đến 12 m/ngày (Hình 2g). Trong nghiên cứu này, bản đồ phần trăm độ dốc (T) của khu vực nghiên cứu được tạo ra thông qua dữ liệu Mô hình số độ cao (DEM). Khu vực nghiên cứu có độ dốc được phân thành 5 cấp khác nhau, xếp hạng thay đổi từ 10 đến 1 tương ứng theo Bảng 1. Ở các khu vực có độ dốc lớn ít bị tác động hơn do lượng nước chảy tràn lớn, lượng thấm nhỏ. Ngược lại, các khu vực có độ dốc thấp, lượng nước sẽ được dự trữ trên bề mặt với thời gian dài, do đó có xu hướng ô nhiễm lớn hơn [7]. Khu vực có độ dốc < 6 %, gần như bằng phẳng đại diện cho khoảng 60 % diện tích khu vực nghiên cứu, độ dốc trên 6% chiếm 40 % diện tích, tại các khu vực Núi Cấm, Cao Cát lần lượt được xếp hạng theo Bảng 1 (Hình 2e). (a) (b) (c) (d) (e) (f) 365
Nguyễn Hải Âu, Tất Hồng Minh Vy, Nguyễn Anh Quốc Ghi chú: (a) Độ sâu đến mái tầng chứa nước; (b) Lượng bổ cập; (c) Thành phần tầng chứa nước; (d) Thành phần lớp phủ; (e) Địa hình; (f) Tác động của đới thông khí; (g) Hệ số thấm (g) Hình 2. Bản đồ phân bố không gian của bảy thông số của chỉ số DRASTIC Đới thông khí (I) là vùng nằm giữa lớp đất phủ và mực nước dưới đất, không bão hòa hoặc bão hòa không liên tục [21]. Đới không bão hòa của vùng thấm được thành lập bản đồ như trong Hình 2f với các đơn vị địa chất khu vực bao gồm cát và bazan được xếp hạng theo Bảng 1. Môi trường vùng không bão hòa chiếm 2/3 diện tích, khoảng 63 %, khu vực nghiên cứu có thành tạo bởi lớp cát, còn lại là bazan với khoảng 37 %. 3.3. DRASTIC với trọng số Entropy Tính dễ bị tổn thương của nước dưới đất được thực hiện bằng chỉ số DRASTIC với trọng số Entropy trong cơ sở dữ liệu không gian địa lý ArcGIS có giá tối đa là 10 và giá trị nhỏ nhất là 1 [34]. Giá trị phân vùng dễ bị tổn thương của tầng chứa nước bazan Pleistocen trung – thượng tại khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng từ 3,66 đến 7,38 và được chia thành 03 mức độ nhạy cảm là thấp, trung bình và cao, được thể hiện trong bản đồ tính dễ bị tổn thương DRASTIC (Hình 3). Các khu vực Núi Cấm và trung tâm đảo cho thấy mức độ dễ bị tổn thương cao (6,001-8), khu vực phía Bắc xã Long Hải và một phần phía Nam đảo cho thấy mức độ dễ bị tổn thương thấp (2-4), các khu vực còn lại dễ bị tổn thương trung bình (4,001-6). Dựa theo bản đồ phân vùng, khoảng 17,24 ha trong tổng diện tích nghiên cứu có mức độ dễ bị tổn thương của tầng chứa nước thấp, với chỉ số DRASTIC < 4. Khoảng 1.241 ha diện tích khu vực thuộc trong nhóm dễ bị tổn thương trung bình với giá trị DRASTIC nằm trong khoảng 4,001 đến 6. Và 510,60 ha trong tổng số diện tích khu vực nghiên cứu được xếp vào vùng dễ bị tổn thương cao, với giá trị DRASTIC > 6. Nguyên nhân khiến nguồn nước dưới đất khu vực này dễ bị tổn thương có thể là do tác động tổng hợp của thạch học bề mặt chủ yếu là đất thịt, cát, lượng bổ cập lớn và độ dốc thoải. Trong khi đó, chỉ 1 % diện tích khu vực nghiên cứu được xếp vào mức độ dễ bị tổn thương thấp. Điều này có thể được giải thích bằng các thông số làm giảm khả năng tầng chứa nước bị tác động, bao gồm lượng bổ cập thấp và độ dốc lớn nên nước dưới đất tầng nông khó bị tác động. Tầng chứa nước có mức độ dễ bị tổn thương trung bình phân bố rộng nhất, gần như toàn huyện đảo Phú Quý, chiếm 70 % khu vực. Nói chung, chỉ số DRASTIC đã được mở rộng trọng số 366
Ứng dụng Drastic kết hợp với Gis phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý,… của mỗi thông số thành phần trong chỉ số DRASTIC thông qua phương pháp Entropy, dựa trên bộ dữ liệu phù hợp với điều kiện khu vực. Hình 3. Bản đồ chỉ số DRASTIC theo trọng số Entropy 4. KẾT LUẬN Nước dưới đất tầng bazan Pleistocen trung - thượng huyện đảo Phú Quý được đánh giá bằng phương pháp DRASTIC trong môi trường GIS là một công cụ hiệu quả đánh giá, phân vùng trực quan về mức độ dễ bị tổn thương của nước dưới đất. Hơn nữa, bộ dữ liệu xếp hạng các đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn khu vực được sử dụng để xây dựng bộ trọng số nâng cao theo phương pháp Entropy, làm tăng tính khách quan dựa trên mức độ biến thiên của mỗi giá trị. Phản ánh ảnh hưởng của độ lượng bổ cập, thành phần lớp phủ và độ dốc bề mặt đến đặc tính chống nhiễm bẩn của nước dưới đất khu vực. Dựa trên kết quả của chỉ số DRASTIC theo trọng số Entropy, khu vực nghiên cứu đã được phân biệt thành ba (03) mức độ dễ bị tổn thương thấp, trung bình và cao với chất gây ô nhiễm tầng chứa nước, lần lượt chiếm 1 %, 70 % và 29 % khu vực nghiên cứu. Các kết quả này giúp nhà quản lý hiểu rõ hơn về chất lượng nước tầng bazan Pleistocen trung – thượng trên địa bàn đảo Phú Quý. Từ đó đưa ra các vị trí phải có mức độ ưu tiên cao về bảo vệ và ngăn ngừa ô nhiễm, các chiến lược quản lý và bảo vệ tầng chứa nước trong khu vực. Lời cảm ơn Tác giả xin cảm ơn sự hỗ trợ dữ liệu từ phòng Tài nguyên nước và Khoáng sản - Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Thuận. 367
Nguyễn Hải Âu, Tất Hồng Minh Vy, Nguyễn Anh Quốc TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sener Erhan, Sener Sehnaz and Davraz Aysen, (2009). "Assessment of aquifer vulnerability based on GIS and DRASTIC methods: a case study of the Senirkent-Uluborlu Basin (Isparta, Turkey)", Hydrogeology Journal, ISSN: 1431-2174; 1435-0157, 17(8), 2023-2035. 2. Aller Linda, Bennett Truman, Lehr Jay H. and Petty Rebecca J., (1985). "DRASTIC: A Standardized System for Evaluating Ground Water Pollution Potential Using Hydrogeologic Settings". 3. Yu Cheng, Zhang Baoxiang, Yao Yingying, Meng Fanhai and Zheng Chunmiao, (2012). "A field demonstration of the entropy-weighted fuzzy DRASTIC method for groundwater vulnerability assessment", Hydrological Sciences Journal, ISSN: 0262-6667; 2150-3435, 57(7), 1420-1432. 4. Al Hallaq Akram Hassan and Elaish Basheer Sofyan Abu, (2011). "Assessment of aquifer vulnerability to contamination in Khanyounis Governorate, Gaza Strip-Palestine, using the DRASTIC model within GIS environment", Arabian Journal of Geosciences, ISSN: 1866-7511; 1866-7538, 5(4), 833-847. 5. Al-Rawabdeh Abdulla M., Al-Ansari Nadhir A., Al-Taani Ahmed A. and Knutsson Sven, (2013). "A GIS-Based Drastic Model for Assessing Aquifer Vulnerability in Amman-Zerqa Groundwater Basin, Jordan", Engineering, ISSN: 1947-3931; 1947-394X, 05(05), 490-504. 6. Venkatesan G., Pitchaikani S. and Saravanan Subbarayan, (2019). "Assessment of Groundwater Vulnerability Using GIS and DRASTIC for Upper Palar River Basin, Tamil Nadu", Journal of the Geological Society of India, ISSN: 0016-7622; 0974-6889, 94(4), 387-394. 7. Maqsoom Ahsen, Aslam Bilal, Khalil Umer, Ghorbanzadeh Omid, Ashraf Hassan, Faisal Tufail Rana, Farooq Danish and Blaschke Thomas, (2020). "A GIS-based DRASTIC Model and an Adjusted DRASTIC Model (DRASTICA) for Groundwater Susceptibility Assessment along the China–Pakistan Economic Corridor (CPEC) Route", ISPRS International Journal of Geo- Information, ISSN: 2220-9964, 9(5). 8. Jafari Seyedeh Mahboobeh and Nikoo Mohammad Reza, (2016). "Groundwater risk assessment based on optimization framework using DRASTIC method", Arabian Journal of Geosciences, ISSN: 1866-7511; 1866-7538, 9(20), 742-755. 9. Neshat Aminreza and Pradhan Biswajeet, (2017). "Evaluation of groundwater vulnerability to pollution using DRASTIC framework and GIS", Arabian Journal of Geosciences, ISSN: 1866- 7511; 1866-7538, 10(22), 501-508. 10. Nahin Khadiza Tul Kobra, Basak Rony and Alam Rafiul, (2019). "Groundwater Vulnerability Assessment with DRASTIC Index Method in the Salinity-Affected Southwest Coastal Region of Bangladesh: A Case Study in Bagerhat Sadar, Fakirhat and Rampal", Earth Systems and Environment, ISSN: 2509-9426; 2509-9434, 4(1), 183-195. 11. Shannon C. E., (1948). "A mathematical theory of communication ", Bell system technical journal 17(3), 379-423. 12. Yan Han and Zou Zhihong, (2014). "Water Quality Evaluation Based on Entropy Coefficient and Blind Number Theory Measure Model", Journal of Networks, ISSN: 1796-2056, 9(7). 368
Ứng dụng Drastic kết hợp với Gis phân vùng dễ bị tổn thương tại huyện đảo Phú Quý,… 13. Wei Wang, Wenxu Wang, Lin Zhu, Rui Cheng, Lishan Meng, Sheming Chen and Futian Liu, (2021). "Application of DRASTIC Entropy Weight Model Method in Groundwater Vulnerability Evaluation in Ordos Area", IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, ISSN: 1755-1307; 1755-1315, 702(1), 012058-012065. 14. Mondal N. C., Adike S. and Ahmed S., (2018). "Development of entropy-based model for pollution risk assessment of hydrogeological system", Arabian Journal of Geosciences, ISSN: 1866-7511; 1866-7538, 11(14). 15. Torkashvand M., Neshat A., Javadi S. and Yousefi H., (2021). "DRASTIC framework improvement using Stepwise Weight Assessment Ratio Analysis (SWARA) and combination of Genetic Algorithm and Entropy", Environ Sci Pollut Res Int, ISSN: 1614-7499 (Electronic); 0944-1344 (Linking), 28(34), 46704-46724. 16. Nguyễn Đình Tiến, Hoàng Ngô Tự Do (2006). "Đánh giá độ nhạy cảm nhiễm bẩn nước dưới đất ở thành phố Huế và vùng phụ cận". 17. Trần Thị Phi Oanh, Nguyễn Việt Kỳ, Trần Quốc Dũng, Hồ Chí Thông, (2016). "Hiện trạng và rủi ro nguồn nước sử dụng cho sinh hoạt tại huyện Củ Chi, Thành Phố Hồ Chí Minh", Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 19, 122-130. 18. Nguyễn Công Tài, (2018). "Đánh giá mức độ dễ bị tổn thương với nhiễm bẩn của các tầng chứa nước trên địa bàn tỉnh Đồng Nai", Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 59(3), 64-70. 19. Wei Wang, Wenxu Wang, Lin Zhu, Rui Cheng, Lishan Meng, Sheming Chen and Futian Liu, (2021). "Application of DRASTIC Entropy Weight Model Method in Groundwater Vulnerability Evaluation in Ordos Area", IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, ISSN: 1755-1307; 1755-1315, 702(1). 20. Wang Bin, Teng Yanguo, Wang Huiqun, Zuo Rui, Zhai Yuanzheng, Yue Weifeng and Yang Jie, (2020). "Entropy weight method coupled with an improved DRASTIC model to evaluate the special vulnerability of groundwater in Songnen Plain, Northeastern China", Hydrology Research, ISSN: 0029-1277; 2224-7955, 51(5), 1184-1200. 21. Victorine Neh Akenji, Ako Ako Andrew, Richard Ayuk Akoachere and Hosono Takahiro, (2015). "DRASTIC-GIS model for assessing vulnerability to pollution of the phreatic aquiferous formations in Douala–Cameroon", Journal of African Earth Sciences, ISSN: 1464343X, 102, 180-190. 22. B A. Elubid, Huag T., E H. Ahmed, Zhao J., K M. Elhag, Abbass W. and M M. Babiker, (2019). "Geospatial Distributions of Groundwater Quality in Gedaref State Using Geographic Information System (GIS) and Drinking Water Quality Index (DWQI)", Int J Environ Res Public Health, ISSN: 1660-4601 (Electronic); 1660-4601 (Linking), 16(5). 23. Ouedraogo I., Defourny P. and Vanclooster M., (2016). "Mapping the groundwater vulnerability for pollution at the pan African scale", Sci Total Environ, ISSN: 1879-1026 (Electronic); 0048-9697 (Linking), 544, 939-53. 369
Nguyễn Hải Âu, Tất Hồng Minh Vy, Nguyễn Anh Quốc APPLICATION OF GIS AND DRASTIC METHOD FOR VULNERABILITY ZONING IN PHU QUY ISLAND, BINH THUAN PROVINCE Nguyen Hai Au 21*, Tat Hong Minh Vy1, Nguyen Anh Quoc2 1F 1 The Institute for Environment and Resources, Vietnam National University Ho Chi Minh, 142 To Hien Thanh, District 10, Ho Chi Minh City 2 Division of Water Resource and Mineral, Binh Thuan Department of Natural Resources and Environment, 15 Nguyen Tat Thanh, Phan Thiet, Binh Thuan ABSTRACT Groundwater aquifers in islands are at high risk of vulnerability due to human activities including the exploitation and use of groundwater sources, the discharge of wastes into the soil environment, the changes in land cover, and the process of groundwater recharge. In this study, the DRASTIC index model with optimized Entropy weights technique in combination with GIS were applied for the assessment of groundwater vulnerability in the basalt aquifer of Phu Quy Island. The Entropy weights were calculated from the collected data of monitoring boreholes in the study area to demonstrate the objectivity of the study area vulnerability. The research results could be divided into three categories: the low, medium and high vulnerability zones, accounting for 1 %, 70 % and 29 % of the total study area, respectively. In addition, the results also showed that areas with exposed aquifers or shallow aquifer roofs with poor coverage rates, and extensive mining activities constitute a high-risk index for groundwater vulnerability. This study suggests that the DRASTIC index model in association with GIS is a useful tool to support policy making toward the sustainable use of groundwater resources in islands. Keywords: Entropy weight, DRASTIC, Phu Quy Island. *Corresponding author, email address: haiauvtn@gmail.com 370