Tài liệu Ứng dụng mô hình chỉ tiêu tổng hợp GIS đánh giá chất lượng môi trường đất tỉnh Hòa Bình

Nội dung text: Tài liệu Ứng dụng mô hình chỉ tiêu tổng hợp GIS đánh giá chất lượng môi trường đất tỉnh Hòa Bình

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 48, 10/2014, (Chuyªn ®Ò §o ¶nh - ViÔn th¸m), tr.31-37 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHỈ TIÊU TỔNG HỢP GIS ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG ĐẤT TỈNH HÒA BÌNH TRẦN THỊ HÒA, Trường Đại học Công nghệ Virginia, Hoa Kỳ TRẦN THỊ NGỌC, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: So sánh với phương pháp xác định chỉ tiêu tổng hợp bằng trọng số, phương pháp xác định chỉ tiêu tổng hợp từng thành phần ứng dụng trong xây dựng mô hình GIS đánh giá chất lượng môi trường có nhiều ưu điểm hơn. Bởi, việc sử dụng chỉ tiêu tổng hợp từng thành phần trên một mời giới hạn không gian và thời gian xác định sẽ cho phép xác định sự thay đổi của biến chất lượng môi trường ở các điểm khảo sát với thời gian xác định. Vì thế, kết quả không những phản ảnh được bức tranh tổng quát về hiện trạng môi trường ở khu vực nghiên cứu mà còn có thể mô phỏng và dự đoán sự thay đổi, nên tính hiệu quả về kinh tế sẽ cao hơn. Trong bài báo, tác giả sử dụng phương pháp đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường đất của tỉnh Hoà Bình dựa trên chỉ tiêu tổng hợp của 4 thành phần cơ bản của đất là chỉ số hữu cơ (OM), Nitơ, Kali và Phốtpho. Kết quả cho thấy, tình hình chất lượng đất của tỉnh Hoà Bình đang trong tình trạng đáng báo động về mức suy thoái, đặc biệt là khu vực bản thân đã nghèo dinh dưỡng (đá vội, đất ferralit). 1. Một số phương pháp đánh giá chất lượng người [3]. Khi đó, chỉ tiêu EQI sẽ có dạng tổng môi trường đất quát như sau: 1.1. Phương pháp chỉ tiêu tổng hợp đánh giá n EQI P P P P (1.1) chất lượng môi trường có trọng số wi i w1 1 w2 2 wn n i 1 Khi đánh giá chất lượng môi trường bao gồm trong đó: Pi là các môi trường thành phần. nhiều môi trường thành phần khác nhau (đất, Wi là các trọng số tương ứng của Pi nước, không khí, hệ sinh thái v.v ) cần phải gắn Việc xác định các trọng số của Wi dựa trên cho mỗi môi trường thành phần một trọng số cơ sở khoa học và đảm bảo tính khách quan chỉ tương ứng, tuỳ theo từng bài toán đặt ra. Chỉ số có thể tiến hành bằng con đường mô hình hoá, được sử dụng trong đánh giá chất lượng môi nhưng vấn đề này quá phức tạp, hiện nay vẫn trường là EQI (Environmental quality index). chưa có lời giải. Thay vào đó người ta thường Theo nghiên cứu tại nhóm tác giả trong tạp chí dùng phương pháp chủ quan gắn trọng số Wi Environment Health, chỉ số EQI gồm có 4 thành bằng cách cho điểm theo mức độ ưu tiên và tầm phần: miền xác định giá trị, nguồn dữ liệu, biến quan trọng của từng môi trường thành phần Pi. và giản lược dữ liệu. Trong đó, miền giá trị của Thêm vào đó, nếu miền giá trị và các chỉ số càng chỉ số môi trường bao gồm 5 thành phần: không lớn thì việc thu thập và xử lý dữ liệu cũng là một khí, nước, đất và yếu tố xã hội, miền giá trị này vấn đề đáng bàn. được đặt giới hạn bởi không gian và thời gian để 1.2. Phương pháp chỉ tiêu tổng hợp đánh giá dễ dàng tính toán biến số [4]. Miền giá trị cũng chất lượng môi trường thành phần [1] có thể thay đổi tuỳ thuộc vào mục tiêu và đối Phương pháp này được ứng dụng để đánh giá tượng nghiên cứu chính. chất lượng môi trường tổng hợp đối với các môi Ví dụ như trong bài toán đánh giá chất lượng trường thành phần từ những năm 80 (Liên Xô cũ, đất phục vụ nông nghiệp, Miền giá trị được xác Canađa, Đức, Mỹ ), và cũng đã được phát triển định bao gồm: điều kiện về đất đai, nguồn nước ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Tư tưởng chủ đạo cung cấp trên bề mặt, không khí (thành phần của phương pháp này là xem ở một thời điểm không khí) và yếu tố hoạt động canh tác của con không gian khảo sát chịu tác động bởi tổ hợp của 31
2. n chất có giá trị Ci và vì vậy tiêu chí đánh giá - Thuận lợi trong việc xây dựng các bản đồ hiện trạng môi trường thành phần nói riêng và r chất lượng môi trường tại mỗi thời điểm j ứng tổng hợp nói chung, đảm bảo độ tin cậy và tối ưu với thời điểm t bằng một chỉ tiêu tổng hợp P, về mặt kinh tế. (Ví dụ để xây dựng bản đồ hiện được xác định bởi công thức sau: trạng môi trường nước bao gồm 30 yếu tố Ci, cần n C n phải xây dựng 30 bản đồ Ci tương ứng, trong khi P i q (1.2)   i đó dùng chỉ tiêu tổng hợp P chỉ cần xây dựng 1 i 1 Ci0 i 1 bản đồ là đủ). Ci trong đó qi được gọi là trị số tương đối - Thuận lợi trong việc xây dựng các mô hình C io tính toán, dự báo chất lượng môi trường tổng của yếu tố Ci, hợp. Ci là giá trị của chất i được xác định bằng 2. Lựa chọn mô hình dãy số liệu đo đạc, phân tích thực tế, hoặc tính toán từ mô hình Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của hai phương pháp trên, tác giả lựa chọn phương pháp Cio là giá trị giới hạn cho phép của chất i theo chỉ tiêu giới hạn cho phép (TCCP) xây dựng chỉ tiểu tổng hợp để xây dựng mô hình đánh giá riêng của mỗi nước chất lượng môi trường. Tuy nhiên, khi áp dụng Dựa vào từng nhóm chất Ci hoặc cả tổ hợp mô hình này vào Việt Nam (tức là áp dụng công thức 1.2) gặp một khó khăn là chưa có TCCP chất Ci mà mỗi nước xây dựng một Po tương ứng. Việt Nam Po cho P. Vì lẽ đó để khắc phục hạn Sau đó lại sử dụng các bất đẳng thức P Po hoặc chế nêu trên, công thức (2.2) sẽ được cải tiến P >Po để đánh giá chất lượng môi trường xấu, trung bình hoặc tốt. bằng cách thay thế chỉ tiêu P bởi chỉ tiêu trung ̅ Phương pháp này có ưu điểm hơn phương bình P được trình bày như sau [1]: pháp truyền thống ở các khía cạnh sau: Giả sử trên miền không gian khảo sát D ở - So sánh được chất lượng môi trường ở thời điểm t có một dãy số Ci thực nghiệm hoặc tính toán từ mô hình : điểm ri với các điểm ri 1 , ri 2 , , rn C1, C2, C3 Cn , D, D là miền không gian - Lập được các biểu đồ hoặc các đồ thị biểu khảo sát. C1 C2 Cn diễn sự biến đổi của P theo ri Lập các tỷ số : , , C10 C20 Cn0 P C1 C2 Cn Hay q1 , q2 , qn C10 C20 Cn0 Kí hiệu và tên gọi các đại lượng qi, Ci, Cio như ở mục 1.2 Tách trong tập hợp n các trị số qi thành 2 nhóm: Nhóm 1: Gồm m trị số tương đối C, q , i 1 (nhóm các chất có giá trị TCCP) i , Cio Nhóm 2: Gồm k trị số tương đối ,, ri ,, Ci Hình 1. Biểu đồ biến đổi của P và ri qi ,, 1 (nhóm các chất có giá trị > - Dễ nhận xét, phân tích đánh giá về bức Cio tranh phân bố tổng quát của chất lượng môi TCCP) trường trên miền không gian khảo sát tại thời trong đó: m + k = n điểm t. Khi đó viết dưới dạng tường minh ta có: 32
3. 2/ Nếu = = 1 - CLMT A và B ở mức trung bình * * 3/ Nếu PA ≥ PB >1 - CLMT A xấu hơn B; (2.1) Dấu = xảy ra thì A và B xấu như nhau PA 1 Cộng 2 vế của hệ (2.1) ta được 4/ Nếu - CLMT B xấu hơn A , , , PB 1 0 q1 + q2 + + qm m, hay , , , PA PB 1 q1 q2 qm 5/ Nếu - CLMT B xấu hơn A 0 1 (2.2) PB 1 m Vế trái của (2.2) chính là giá trị trung bình PB PA 1 ’ 6/ Nếu - CLMT ở A xấu hơn B của m trị số tương đối qi : PA 1 __ m 1 , Ghi chú: 0 P qi 1 (2.3) m i 1 - Tốt tương ứng với chất lượng môi trường Tương tự như vậy đối với nhóm 2 ta có hệ chưa bị ô nhiễm, các chất có giá trị tiêu chuẩn (2.4) cho phép (TCCP) - Để đồng nhất với quy ước nêu trên về thang đánh giá tốt, trung bình và xấu, khi tính toán các Cộng 2 vế của (2.4) ta được: trị số qi đối với chất có giá trị C > C (TCCP) i i0 ,, ,, q,, C q1 + q2 + + k >k hay i0 là tốt, cần phải tính trị số nghịch đảo qi 1 __ k C 1 ,, i P* qi 1 (2.5) k Ci i 1 nếu C > C và q 0 1 nếu b (ví dụ P i b nhóm 2 - nhóm gây ô nhiễm môi trường bởi k đối với pH). chất). Để so sánh chất lượng môi trường ở hai điểm Khi sử dụng phương pháp này để xây dựng A và B bất kỳ, do vai trò của A và B ngang nhau, bản đồ ta sẽ có một hệ thống các đường đẳng trị __ nên chỉ cần xét một trong sáu các bất đẳng thức (các đường đồng mức) P biến đổi từ 0  1 và sau là đủ: >1. Tập hợp các đường đẳng trị này sẽ mô __ __ 1/ Nếu P A P B < 1 - Chất lượng môi tả được bức tranh tổng quát về chất lượng môi trường (CLMT) ở điểm A tốt hơn ở điểm B; Dấu trường trên phạm vi không gian khảo sát ứng với = xảy ra thì CLMT A và B tốt như nhau. thời điểm t. 33
4. 3. Thực nghiệm - Hiệu chỉnh các số liệu quan trắc bằng thiết Tác giả lựa chọn khu vực thực nghiệm là bị thông thường (xách tay) theo số liệu quan trắc tỉnh Hoà Bình, trên cơ sở thành lập bản đồ đánh và phân tích tự động cố định. giá chất lượng thành phần đất ở tỷ lệ 1:100 000. - Hiệu chỉnh các số liệu tính toán từ các mô Ở tỷ lệ này, các loại đất và chỉ số sẽ được tổng hình khác nhau về một mô hình cụ thể G. hợp theo bảng dữ liệu ở mục 3.2. Việc xác định - Hiệu chỉnh số liệu tính toán từ mô hình G theo các loại đất dựa trên “Bộ tiêu chí đánh giá” của số liệu quan trắc và phân tích tự động cố định. Tổng cục Môi trường. d/ Xây dựng ngân hàng dữ liệu trên máy tính 3.1. Thu thập dữ liệu (sắp xếp chuỗi số liệu theo không gian và thời a/ Thu thập số liệu trên miền không gian gian trên miền khảo sát D). khảo sát D 3.2. Tính toán chỉ số tổng hợp (dựa theo bộ chỉ tiêu quy định [2]) Nguồn số liệu thu thập bao gồm: Đối với đất, thành phần quan trọng quyết - Các yếu tố Ci từ số liệu của các trạm khảo định độ phì nhiêu của đất là các chỉ số hữu cơ sát phân tích tự động và không tự động. OM, Ni tơ, Photphi và Kali. Mỗi loại đất khác - Các yếu tố Ci từ số liệu tính toán mô hình. nhau sẽ có sự thay đổi về các chỉ số này, thông - Các yếu tố Ci từ số liệu của các đề tài, dự án. qua đó, phần nào có thể đánh giá chất lượng của - Các yếu tố Ci từ số liệu điều tra khảo sát đo từng loại đất. Dữ liệu được tách thành nhóm để đạc và phân tích chất lượng môi trường. tính P 1. Ngoài phương pháp b/ Nội ngoại suy các yếu tố Ci theo không này, có thể sử dụng phương pháp, có thể lựa chọn phương pháp xây dựng bản đồ thành phần của gian ri và thời gian t để làm giàu chuỗi số liệu từng yếu rố sau đó sử dụng công cụ GIS để chồng bằng các mô hình toán thống kê hoặc số trị. ghép bản đồ và xây dựng thang đánh giá bằng c/ Đồng nhất chuỗi số liệu. khoảng giá trị tổng hợp. Bảng 1. Các trị số tính theo hệ số qui đổi trung bình của bốn yếu tố OM, nitơ, photpho, kali Loại đất OM Nitơ Photpho Kali 1 Đất thường xuyên được bồi, trung tính 1 0.83 1 1.99 0.83 1 1.99 Đất feralit trên đá sét, phiến sét 1 1 1.19 1.6 1 1.40 Đất feralit trên đá vôi 1 1.14 1 2.27 1 1.71 Đất feralit trên đá biến chất 1 1 6.45 0.86 0.86 1 6.45 Đất feralit trên đá cát 1.23 1 2.66 2.7 1 2.20 Đất feralit trên phù sa cổ 1.09 1 1 4.9 1 3.00 Đất feralit biến đổi do trồng lúa 0.94 2 0.52 1.5 0.73 1.75 Đất đen trên sản phẩm phong hoá đá vôi 1 1 1 4.47 1 4.47 Đất dốc tụ 1.2 0.83 2.92 8.1 0.83 4.07 Đất phù sa sông suối 1 1 2.36 3.83 1 3.10 Thổ cư 1 1 2.07 2.6 1 2.34 Núi đá vôi có lớp phủ rừng 1 1 1.91 1.23 1 1.57 Đất thường xuyên được bồi, glây 1 0.94 1.24 1.3 0.94 1 1.27 Đất feralit mùn trên đá sét xen đá vôi 1 1 2.09 2.38 1 2.24 Đất feralit mùn trên đá macma, bazơ 1 1 4.83 1 1 4.83 34
5. 3.3. Trình bày kết quả Do các giá trị lựa chọn trong miền giá trị chỉ Khu vực “No data” là khu vực không đầy có 4 yếu tố đặc trưng là OM, N, P, K, trên thực đủ dữ liệu hoặc khu vực sông, suối ao hồ, nơi tế số lượng các yếu tố đánh giá cần nhiều hơn tụ nước. Thông qua kết quả nhận được, kết hợp nữa thì mới có kết quả chính xác. Trên cơ sở kết với bản đồ đất tỉnh Hoà Bình và báo cáo thăm quả phân tích và dữ liệu thực nghiệm, tác giả do từ địa phương,ta có thể rút ra nhận xét như công cụ GIS để chồng xếp trực tiếp các bản đồ sau: thành phần. Kết quả là bản đồ đánh giá môi - Căn cứ và đánh giá thành phần của các trường đất tỉnh Hòa Bình được xây dựng tỷ lệ yếu tố dinh dưỡng trong đất, có thể thấy 1: 100 000 (hình 2). được tình trạng thoái hoá đất đang dần trở Trong đó, dựa vào thang phân khoảng để nên trầm trọng ở Hoà Bình, ngoài những khu đánh giá như sau: vực đất đá vôi và đất feralit trên đá sét xen Bảng 2. Khoảng giá trị đánh giá trên bản đồ đá vôi bản thân rất nghèo dinh dưỡng (màu tổng hợp da cam), có một diện tích không nhỏ là đất TT Khoảng giá trị Ptb Mô tả chất lượng bị thoái hoá do tác động trực tiếp của con 1 >2.5 Rất nghèo dinh dưỡng người. (đối chiếu với bản đồ đất - hình 3 - 2 2.0-2.5 Nghèo dinh dưỡng màu đỏ đun). 3 1.5-2.0 Thiếu dinh dưỡng - Hơn 60% diện tích đất tự nhiên Hoà Bình 4 1.0-1.5 Trung bình đang trong tình trạng cảnh báo về tình trạng 5 No data - suy thoái nghiêm trọng. Hình 2. Bản đồ hiện trạng môi trường đất tỉnh Hòa Bình 35
6. Hình 3. Bản đồ đất tỉnh Hoà Bình năm 2013 4.Kết luận và kiến nghị giá chất lượng môi trường cần xây dựng riêng bộ Phương pháp sử dụng chỉ số tổng hợp đòi hỏi tiêu chuẩn cho phép (TCCP) để đảm báo chỉ số số lượng dữ liệu đầu vào lớn và khối lượng tính tổng hợp cuối cùng được xác định dựa trên căn toán dữ liệu khá nhiều. Mặc dù là một phương cứ khoa học rõ rang thay vì phải sử dụng lại pháp phức tạp, nhưng việc loại bỏ được sai số do phương pháp phân bậc truyền thống. kinh nghiệm của phương pháp trọng số giúp nâng cao được chỉ số tin cậy nhất là trong công TÀI LIỆU THAM KHẢO tác đánh giá và quy hoạch. Tuy nhiên, cũng xuất phát từ việc đòi hỏi số lượng lớn các chỉ tiêu đầu [1]. Trung tâm Quan trắc và mô hình hóa Môi vào vì thế nếu chỉ tiêu không đủ thì kết quả đánh trường, Trường đại học Khoa học tự nhiên, Đại giá cuối cùng khi qui về hệ số quy đổi lại phải áp học Quốc gia Hà Nội, 2009 - Báo cáo chuyên đề. dụng phương pháp phân bậc giá trị tương tự như [2]. Cục kiểm soát ô nhiễm. Tổng cục Môi phương pháp trọng số. Kết quả bước đầu cũng có trường, 2012. Bộ tiêu chí khoanh vùng kiểm soát độ chính xác nhất định trên cơ sở tham chiếu với ô nhiễm môi trường đất. kết quả khảo sát thực địa. [3]. Nancy H.F. French, Tyler, Erickson, Brian Mặc dù có những hạn chế, cũng cần khẳng Thelen, and Robert Shuchman .Michigan định lại rằng phương pháp đánh giá bằng chỉ số instuiton report, 2008. The Environmental tổng hợp đã giảm được yếu tố chủ quan trong Quality Index Approach. trong quá trình phân tích dữ liệu. Vì thế, cần có [4]. Lynne C Messer, Jyotsna S Jagai, Kristen M những nghiên cứu sâu hơn nữa về phương pháp Rappazzo and Danelle T Lobdell. Environment này để có thể ứng dụng trong giải quyết bải toán Health, 2014. Construction of an environmental tối ưu trong lĩnh vực địa lý. Ngoài ra, trong đánh quality index for public health research. 36
7. SUMMARY Applying gis summary criteria model in assessing soil environmental quality in Hoa Binh province Tran Thi Hoa, Polytechnic University Virginia Tran Thi Ngoc, Hanoi University of Mining and Geology The method of determining each component’s general index of GIS evaluated model of environmental quality has taken some advantages compared to the conventional weighted method. By using an key - indicator for each component in a defined space and specified time will allow to determine the changes of variable environmental quality. Therefore, the results can not only reflect the overall picture of the current state of the environment in the study area, but also simulate and predict the changes, so economic efficiency will be higher. In this paper, the author uses that method to assess the current status of soil environmental quality of Hoa Binh Province based on a general indicator of the 4 basic soil components: soil organic matter (OM), Nitrogen, Potassium and Phosphorus. The results show that the quality of the land in Hoa Binh is an alarming situation of the recession; especially in the region itself in poor nutrition (ex: limestone). ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU (tiếp theo trang 30) SUMMARY GIS Application for building database and environmental quality map Pham Thi Thanh Hoa, Hanoi University of Mining and Geology In recent years, environmental management has become an important and urgent requirement in the countries, the provinces and the territories. The rapid increase of social and economic activities in the areas impacted on quality of natural resources and environment. The establishment of an information system, a database to support the environmental management is necessary in current and future. In addition, with the development of information technology, GIS technology (Geographic Information System) with the means for both efficient handling of voluminous data and effective spatial analysis capabilities, is suitable for this field. With study areas in lower reaches of Cau river, existing the problems of pollution, environmental degradation and environmental disaster. Therefore, efforts to counteract this problem include environmental protection and environmental resources management, towards sustainable development. Thus, the objective of this paper is to buid a GIS database and environmental quality map in these areas (include 6 districts in lower reaches of Cau river). At the same time, the built datase and maps will provide the important information to the managers have a more complete picture of managed areas and can more readily make decision for environmental management and environmental impact assessment. 37