Ứng dụng GIS kết hợp với chỉ số WQI để đánh giá chất lượng nước mặt trên địa bàn thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE<br /> Social Sci., 2014, Vol. 59, No. 10, pp. 155-161<br /> This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn<br /> <br /> ỨNG DỤNG GIS KẾT HỢP VỚI CHỈ SỐ WQI ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG<br /> NƯỚC MẶT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ VINH, TỈNH NGHỆ AN<br /> Lương Thị Thành Vinh<br /> <br /> Khoa Địa lí - Quản lí tài nguyên, Trường Đại học Vinh<br /> Tóm tắt. Bài báo trình bày kết quả ứng dụng công nghệ GIS kết hợp với chỉ số WQI trong<br /> việc đánh giá chất lượng nước mặt trên địa bàn thành phố Vinh phục vụ cho công tác quy<br /> hoạch mạng lưới quan trắc nước mặt trên địa bàn. Kết quả về đánh giá chất lượng nước mặt<br /> được thể hiện bằng việc nội suy mạng lưới các điểm quan trắc dựa vào chỉ số WQI trên<br /> phần mềm Mapinfo.<br /> Từ khóa: Ứng dụng GIS, chỉ số WQI, chất lượng nước mặt.<br /> <br /> 1.<br /> <br /> Mở đầu<br /> <br /> Chỉ số WQI là một loại chỉ số tổng hợp đánh giá chất lượng nước mặt thông qua một số các<br /> thông số đặc trưng kết hợp với việc ứng dụng GIS để thể hiện nó lên bản đồ trực quan [1, 2]. Hiện<br /> nay việc đánh giá chất lượng nước mặt phải sử dụng rất nhiều các thông số (23 thông số) nên gây<br /> rất khó khăn trong việc tính toán và lưu trữ số liệu. Điều này được khắc phục bởi việc ứng dụng<br /> công nghệ GIS vào thành lập bản đồ nội suy nước mặt mạng lưới quan trắc. Bản đồ là căn cứ giúp<br /> xác định nhanh ranh giới, khu vực chất lượng nước trong một khu vực. Bản đồ giúp việc thống kê,<br /> so sánh về chất lượng, diện tích chất lượng từng loại nước một cách dễ dàng và có thể cập nhật dữ<br /> liệu một cách nhanh chóng.<br /> Thành phố Vinh là thành phố đa ngành, cỡ trung bình của cả nước, và là một trong những<br /> thành phố có ý nghĩa quan trọng đối với khu vực Bắc Trung Bộ và là trung tâm phát triển kinh tế văn hóa – xã hội của tỉnh Nghệ an. Việc xây dựng bản đồ nội suy và kết hợp đánh giá chỉ số WQI<br /> về chất lượng nước mặt phục vụ cho công tác đánh giá, quản lí nước mặt trên địa bàn thành phố có<br /> ý nghĩa rất lớn trong quy hoạch mạng lưới quan trắc nước mặt trong tương lai của thành phố Vinh<br /> và cả tỉnh Nghệ An.<br /> <br /> 2.<br /> 2.1.<br /> <br /> Nội dung nghiên cứu<br /> Khái quát về chỉ số WQI và ứng dụng công nghệ GIS trong đánh giá<br /> chất lượng nước mặt.<br /> <br /> Chỉ số chất lượng nước (viết tắt là WQI) là một chỉ số được tính toán từ các thông số quan<br /> trắc chất lượng nước, dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và khả năng sử dụng của nguồn<br /> Ngày nhận bài 15/5/2014. Ngày nhận đăng 20/10/2014.<br /> Liên lạc Lương Thị Thành Vinh, e-mail: hvhaivinh404@gmail.com<br /> <br /> 155<br /> <br /> Lương Thị Thành Vinh<br /> <br /> nước đó; được biểu diễn qua một thang điểm [3]. Sử dụng khi đánh giá nhanh chất lượng nước mặt<br /> lục địa một cách tổng quát. Có thể được sử dụng như một nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân<br /> vùng chất lượng nước, WQI cung cấp thông tin môi trường cho cộng đồng một cách đơn giản, dễ<br /> hiểu, trực quan.<br /> Hệ Thông tin địa lí (GIS) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật,<br /> hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS có khả năng thực hiện một số chức năng mà các công<br /> nghệ khác không có như: Nhập dữ liệu, phân tích dữ liệu, quản lí dữ liệu, biên tập bản đồ. . . Do<br /> dữ liệu được quản lí theo các lớp (layer) nên GIS tiện dụng trong truy cập, xử lí dữ liệu [1]. Ứng<br /> dụng GIS trong nội suy bản đồ cũng là một thế mạnh. Chức năng nội suy sẽ tạo ra cái nhìn trực<br /> quan cho việc đánh giá tổng quát về một khía cạnh, khu vực nào đó. Những khả năng này khiến<br /> cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán<br /> tác động và hoạch định chiến lược) và cũng giúp phân biệt GIS với các công nghệ khác.<br /> <br /> 2.2.<br /> <br /> Ứng dụng công nghệ GIS kết hợp chỉ số WQI để đánh giá chất lượng<br /> nước mặt thành phố Vinh, Nghệ An.<br /> <br /> 2.2.1. Quy trình đánh giá chất lượng nước mặt ứng dụng GIS<br /> Quy trình thực hiện như sau:<br /> B1: Thu thập số liệu: Số liệu (đã qua xử lí) có thể thu thập từ nhiều nguồn tài liệu khác<br /> nhau, từ các cơ quan Quan trắc, phòng Tài nguyên. . .<br /> B2: Tính chỉ số WQI: Thực hiện tính WQI thông qua các thông số và nguyên tắc có sẵn.<br /> Các thông số bao gồm: DO, BOD5 , COD, NH4 + , PO4 −, pH, Độ đục.<br /> B3: Đánh giá chỉ số: Khi tính xong chỉ số chúng ta tiến hành đánh giá chất lượng nước mặt<br /> thông qua việc so sánh chỉ số này với những cách phân chia phù hợp với từng mục đích sử dụng.<br /> B4: Tạo BĐ mạng lưới quan trắc nước mặt: Sử dụng phần mềm MapInfo để tạo BĐ mạng<br /> lưới.<br /> B5: Cập nhật DL quan trắc: Sau khi tạo được BĐ mạng lưới chúng ta tiến hành cập nhật<br /> DL (WQI) cho mạng lưới thông qua phần mềm MapInfo.<br /> B6: Nội suy BĐ: Sử dụng công cụ Vertical Mapper để nội suy BĐ tạo ra BĐ chất lượng<br /> nước mặt.<br /> <br /> 2.2.2. Tính WQI của các điểm quan trắc trên địa bàn thành phố Vinh<br /> - Tính toán WQI thông số:<br /> + WQI thông số (WQISI ) được tính toán cho các thông số BOD5 , COD, N-NH4 , P-PO4 ,<br /> TSS, độ đục, Tổng coliform theo công thức như sau:<br /> <br /> Trong đó:<br /> BPi : Nồng độ giới hạn dưới của giá trị thông số quan trắc được quy định trong bảng 1 tương<br /> ứng với mức i<br /> BPi+1 : Nồng độ giới hạn trên của giá trị thông số quan trắc được quy định trong bảng 1<br /> 156<br /> <br /> Ứng dụng GIS Kết hợp với chỉ số WQI để đánh giá chất lượng nước mặt...<br /> <br /> tương ứng với mức i+1<br /> qi : Giá trị WQI ở mức i đã cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi<br /> qi+1 : Giá trị WQI ở mức i+1 cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi+1<br /> Cp : Giá trị của thông số quan trắc được đưa vào tính toán.<br /> i<br /> <br /> qi<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> <br /> 100<br /> 75<br /> 50<br /> 25<br /> 1<br /> <br /> Bảng 1. Bảng quy định các giá trị qi , BPi<br /> <br /> Giá trị BPi quy định đối với từng thông số<br /> BOD5<br /> COD<br /> N-NH4<br /> P-PO4<br /> Độ đục<br /> TSS<br /> Coliform<br /> (mg/L)<br /> (NTU)<br /> (mg/L) (MPN/100m/L)<br /> (mg/L)<br /> (mg/L)<br /> (mg/L)<br /> ≤4<br /> ≤ 10<br /> ≤ 0,1<br /> ≤ 0,1<br /> ≤5<br /> ≤ 20<br /> ≤ 2500<br /> 6<br /> 15<br /> 0,2<br /> 0,2<br /> 20<br /> 30<br /> 5000<br /> 15<br /> 30<br /> 0,5<br /> 0,3<br /> 30<br /> 50<br /> 7500<br /> 25<br /> 50<br /> 1<br /> 0,5<br /> 70<br /> 100<br /> 10,000<br /> ≥ 50<br /> ≥ 80<br /> ≥5<br /> ≥6<br /> ≥ 100<br /> >100<br /> >10,000<br /> Ghi chú: Trường hợp giá trị Cp của thông số trùng với giá trị BPi đã cho trong bảng,<br /> thì xác định được WQI của thông số chính bằng giá trị qi tương ứng.<br /> <br /> + Tính giá trị WQI đối với thông số DO (WQIDO): tính toán thông qua giá trị DO % bão<br /> hòa.<br /> * Tính giá trị DO bão hòa:<br /> DO%baohoa = 14.652 - 0.41022 T + 0.0079910 T2 - 0.000077774 T3<br /> T: nhiệt độ môi trường nước tại thời điểm quan trắc (đơn vị: ◦ C).<br /> * Tính giá trị DO % bão hòa:<br /> DO%baohoa = DOhoatan / DO%baohoa *100<br /> DO%baohoa : Giá trị DO quan trắc được (đơn vị: mg/L)<br /> * Tính giá trị WQIDO :<br /> <br /> Trong đó:<br /> Cp : giá trị DO % bão hòa<br /> BPi , BPi+1 , qi , qi+1 là các giá trị tương ứng với mức i, i+1 trong bảng 2<br /> i<br /> BPi<br /> qi<br /> <br /> 2.<br /> <br /> 1<br /> ≤ 20<br /> 1<br /> <br /> Bảng 2. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO%baohoa<br /> 2<br /> 20<br /> 25<br /> <br /> 3<br /> 50<br /> 50<br /> <br /> 4<br /> 75<br /> 75<br /> <br /> 5<br /> 88<br /> 100<br /> <br /> 6<br /> 112<br /> 100<br /> <br /> 7<br /> 125<br /> 75<br /> <br /> 8<br /> 150<br /> 50<br /> <br /> 9<br /> 200<br /> 25<br /> <br /> 10<br /> ≥ 200<br /> 1<br /> <br /> * Nếu giá trị DO%baohoa ≤20 thì WQIDO bằng 1.<br /> * Nếu 20< giá trị DO%baohoa < 88 thì WQIDO được tính theo công thức 2 và sử dụng Bảng<br /> * Nếu 88 ≤ giá trị DO%baohoa ≤ 112 thì WQIDO bằng 100.<br /> * Nếu 112< giá trị DO%baohoa < 200 thì WQIDO được tính theo công thức 1 và sử dụng<br /> 157<br /> <br /> Lương Thị Thành Vinh<br /> <br /> Bảng 2.<br /> * Nếu giá trị DO%baohoa ≥200 thì WQIDO bằng 1.<br /> + Tính giá trị WQI đối với thông số pH<br /> Bảng 3. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH<br /> 1<br /> ≤ 5,5<br /> 1<br /> <br /> I<br /> BPi<br /> qi<br /> <br /> 2<br /> 5,5<br /> 50<br /> <br /> 3<br /> 6<br /> 100<br /> <br /> 4<br /> 8,5<br /> 100<br /> <br /> 5<br /> 9<br /> 50<br /> <br /> 6<br /> ≥9<br /> 1<br /> <br /> * Nếu giá trị pH≤5,5 thì WQIpH bằng 1.<br /> * Nếu 5,5< giá trị pH