MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt tại các đô thị không phải là vấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu (Trần Yêm, Trịnh Thị Thanh, 2003)[23]. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới 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 tồi tệ hơn (Phạm Ngọc Hồ, 2007)[9]. Những năm gần đây nhân loại đã phải quan tâm nhiều đến vấn đề ô nhiễm môi trường không khí đó là: sự biến đổi của khí hậu – nóng lên toàn cầu, sự suy giảm tầng ôzôn và mưa axít v.
Ở Việt Nam ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trường đô thị, công nghiệp và các làng nghề. Ô nhiễm môi trường không khí không chỉ tác động xấu đối với sức khỏe con người (đặc biệt là gây ra các bệnh đường hô hấp) mà còn ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và biến đổi khí hậu như: hiệu ứng nhà kính, mưa axít và suy giảm tầng ôzôn v. 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 không khí theo chiều hướng xấu càng lớn. Ở Việt Nam, tại 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.
Và 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 (Phạm Ngọc Đăng, 2003)[4]. Thái Nguyên là một trong những tỉnh có tốc độ phát triển kinh tế cao với nhiều khu công nghiệp, các đường giao thông quốc lộ và tỉnh lộ. Các hoạt động này đã gây ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng môi trường không khí tỉnh Thái Nguyên nói chung và huyện Đại Từ nói riêng (Hoàng Văn Hùng và Nguyễn Ngọc Anh, 2013)[13]. Do đó, việc xem xét đánh giá chất lượng môi trường không khí tỉnh Thái Nguyên nói chung và huyện Đại Từ nói riêng là một vấn đề cần được quan tâm hiện nay.
n 2 Xuất phát từ những vấn đề trên và nhận thấy được tầm quan trọng của công tác đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường và xây dựng bản đồ ô nhiễm không khí nhằm mô phỏng mức độ ô nhiễm giúp cho người dân và nhà quản lí có cơ sở và giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu tác động là hết sức cần thiết. Được sự nhất trí của Ban giám hiệuhà trường, Ban Chủ nhiệm khoa Môi trường, Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên và dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo TS. Hoàng văn Hùng em tiến hành thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ ô nhiễm không khí khu vực huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên” nhằm phục vụ công tác quản lý nhà nước về bảo vệ môi trường tại huyện Đại Từ, qua đó đề xuất một số giải pháp nhằm bảo vệ và cải thiện môi trường hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Mục tiêu đề tài 1.
Mục tiêu tổng quát Xây dựng bản đồ chất lượng môi trường không khí và đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động của ô nhiễm không khí khu vực huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá hiện trạng môi trường không khí huyện Đại Từ năm 2013 – 2014. - Xác định một số nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường không khí và một số vấn đề môi trường không khí bức xúc cần giải quyết trên địa bàn huyện. - Xây dựng bản đồ hiện trạng chất lượng môi trường không khí và đề ra những giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế nhắm khắc phục ô nhiễm môi trường trên địa bàn huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên.
Yêu cầu của đề tài - Số liệu thu thập phải khách quan, chính xác, trung thực; - Các mẫu nghiên cứu phải đại diện cho khu vực lấy mẫu trên địa bàn nghiên cứu; - Đề xuất các giải pháp phải có tính khả thi, thực tế, phù hợp với điều kiện thực tế huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học: + Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học tập vào nghiên cứu. + Nâng cao kiến thức, kĩ năng và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này.
+ Nâng cao khả năng tự học tập, nghiên cứu và tìm tài liệu. + Bổ sung tư liệu cho học tập. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất Ứng dụng công nghệ thông tin vào ngành môi trường đã góp phần lớn trong việc quản lý dữ liệu về môi trường, kiểm soát tình hình ô nhiễm, đánh giá hiện trạng môi trường một cách đầy đủ. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Tổng quan về GIS 2. Giới thiệu chung về GIS * Khái niệm GIS: Hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information Systems) là một công cụ tập hợp những quy trình dựa trên máy tính để lập bản đồ, lưu trữ và thao tác dữ liệu địa lý, phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược. GIS chứa những thông tin địa lý hiện ( kinh độ, vĩ độ hoặc toạ độ lưới quốc gia), hoặc chứa những thông tin địa lý ẩn (địa chỉ, mã bưu điện, tên vùng điều tra dân số, bộ định danh các khu vực rừng hoặc tên đường).1: Mô hình dữ liệu địa lý Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau là mô hình vector và mô hình raster. Trong mô hình vector, thông tin về điểm, đường và vùng được mã hoá và lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ x,y.
Vị trí của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể được biểu diễn bởi một toạ độ đơn x,y. Đối tượng dạng đường, như đường giao thông, sông suối, có thể được lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm. Đối tượng dạng vùng, như khu vực buôn bán hay vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng khép kín của các điểm toạ độ. Cả mô hình vector và raster đều được dùng để lưu dữ liệu địa lý.
n 5 * Cơ sở dữ liệu nền GIS Cơ sở dữ liệu nền GIS là cơ sở dữ liệu trong lĩnh vực quản lý tài nguyên môi trường cần sử dụng. Cơ sở dữ liệu nền GIS là phần giao của từng cơ sở dữ liệu trong công tác quản lý tài nguyên môi trường. Cơ sở dữ liệu nền GIS bao gồm 2 phần: - Cơ sở dữ liệu không gian - Cơ sở dữ liệu thuộc tính Hình 2.2: Cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính * Ứng dụng của GIS trong môi trường GIS được sử dụng để đánh giá môi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng. Ứng dụng GIS phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất, sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn.
Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế. n 6 * Các phần mềm GIS - Mã nguồn mở: QGIS, GrassGIS, Map Windows, SAGA GIS - Phần mềm bản quyền: ArcGIS, MapInfo - Web-GIS: GeoServer, MapGuide Open Source, Mapnik, MapServer 2. Giới thiệu chung về ArcGIS ArcGIS là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp. Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: desktop (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD).
và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau. ArcGIS Desktop (với phiên bản mới nhất là ArcGIS 10) bao gồm những công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép: -Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính) - cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet; -Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau; -Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính; -Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp. ArcGIS Destop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap,ArcCatalog, ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe. Khi sử dụng các ứng dụng này đồng thời, người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, n 7 bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu.
Phần mềm ArcGIS Desktop được cung cấp cho người dùng ở 1 trong 3 cấp bậc với mức độ chuyên sâu khác nhau là ArcView, ArcEditor, ArcInfo: ArcMap là một phần mềm quan trọng trong bộ ArcGIS. ArcMap cho phép người sử dụng thực hiện các chức năng sau: - Hiển thị trực quan Thể hiện dữ liệu theo sự phân bố không gian giúp người dùng nhận biết được các quy luật phân bố của dữ liệuc các mối quanhệ không gian mà nếu sử dụng phương pháp truyền thống thì rất khó nhận biết. -Tạo lập bản đồ Nhằm giúp cho người sử dụng dể dàng xây dựng các bản đồ chuyên đề để truyền tải thông tin cần thiết một cách nhanh chóngvà chuẩn xác, ArcMap cung cấp hàng loạt các công cụ để người dùng đưa dữ liệu của họ lên bản đồ, thể hiện, trình bày chúng sao cho có hiệu quả và ấn tượng nhất.