ĐẶT VẤN ĐỀ Ô nhiễm môi trƣờng không khí là một trong những vấn đề đang đƣợc quan tâm hiện nay trên toàn cầu, đặc biệt ở các nƣớc đang phát triển trong đó có Việt Nam. Cùng với nguồn thải từ hoạt động công nghiệp, từ quá trình đốt nhiên liệu phục vụ cho sinh hoạt, các phƣơng tiện giao thông đã đóng góp một phần không nhỏ làm gia tăng mức độ ô nhiễm môi trƣờng không khí. Nồng độ các chất ô nhiễm thƣờng vƣợt tiêu chuẩn cho phép của nhà nƣớc đã ban hành. Đây là xu hƣớng tất yếu ở các nƣớc đang phát triển mà Việt Nam không nằm ngoài quy luật đó.
Cùng với sự phát triển kinh tế và xã hội, các phƣơng tiện giao thông vận tải cũng không ngừng gia tăng. Một khối lƣợng lớn các chất ô nhiễm chính sinh ra từ hoạt động của các phƣơng tiện giao thông và từ các nguồn khác nhau nhƣ sinh hoạt, công nghiệp đã gây ảnh hƣởng trực tiếp, gián tiếp hoặc tồn lƣu trong môi trƣờng, gây tác động không nhỏ đến môi trƣờng. Ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông đã trở thành một vấn đề môi trƣờng lớn ở Việt Nam. Tính trạng này có xu hƣớng tập trung chủ yếu vào các thành phố lớn, nơi có nhiều phƣơng tiện giao thông hoạt động và kết quả là làm suy giảm chất lƣợng không khí.
Đề tài đã chọn thành phố Sơn La là địa bàn nghiên cứu của đề tài, do thành số Sơn La trong những năm gần đây hệ thống giao thông và du lịch sinh thái phát triển dẫn đến môi trƣờng không khí có nhiều thay đổi. Do vậy, đề tài “Ứng dụng GIS đánh giá chất lƣợng môi trƣờng không khí tại thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La” đƣợc thực hiện nhằm nghiên cứu sâu hơn nữa về các chỉ số nhận biết đối tƣợng không khí. Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần tạo cơ sở khoa học cho việc giám sát sự phân bố, biến động môi trƣờng không khí ảnh hƣởng tới sinh hoạt và sản xuất trên địa bàn nghiên cứu. 1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Tổng quan về GIS [2,3,4,5,6] 1. Khái niệm[6] GIS - Geography Information System là hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu trong một hệ tọa độ quy chiếu. GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu và các phương thức để thao tác với dữ liệu đó 1. Thành phần và chức năng của GIS[6] Các thành phần của GIS 1.
Con ngƣời: Là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thực hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống. Dữ liệu: Dữ liệu trong GIS đƣợc chia thành 2 dạng: Dữ liệu không gian: Thể hiện trực quan về hình dạng, kích thƣớc vật lý và vị trí địa lý của các đối tƣợng trên bề mặt trái đất. Dữ liệu không gian (trả lời cho câu h ỏi về vị trí - ở đâu?) đƣợc thể hiện trên bản đồ và h ệ thống thông tin địa lí dƣới dạng điểm (point), đƣờng (line) hoặc vùng (polygon). Dữ liệu không gian là d ữ liệu về đối tƣợng mà v ị trí của nó đƣợc xácđịnh trên bề mặt trái đất.
Hệ thống thông tin địa lí làm vi ệc với hai dạng mô hình d ữ liệu địa lý khác nhau - mô hình vector và mô hình raster.1 :Các mô hình vector và raster 2 Dữ liệu phi không gian: Là các dữ liệu ở dạng văn bản thể hiện hay mô tả thuộc tính thông tin của đối tƣợng. Dữ liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính (Non - Spatial Data hay Attribute) (trả lời cho câu hỏi nó là cái gì?) là nh ững mô t ả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tƣợng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng đặc biệt của công ngh ệ GIS là kh ả năng của nó trong vi ệc liên kết và x ử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Thông th ƣờng hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính: - Đặc tính của đối tƣợng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có th ể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích.
- Số liệu hiện tƣợng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định - Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phƣơng hƣớng định vị, …liên quan đến cácđối tƣợng địa lý. - Quan hệ giữa các đối tƣợng trong không gian, có th ể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tƣơng thích, mối quan hệ đồ hình giữa cácđối tƣợng). Phần cứng: Các thiết bị mà ngƣời sử dụng có thể thao tác với các chức năng của GIS nhƣ máy tính, các thiết bị ngoại vi,… 4. Phần mềm: Các chƣơng trình chạy trên máy của ngƣời sử dụng đƣợc thiết kế cho việc điều khiển và phân tích các dữ liệu không gian.
Phƣơng pháp phân tích: Cho phép ngƣời dùng lựa chọn thuật toán phù hợp với mục đích phân tích dữ liệu. Nếu không có phƣơng pháp thì GIS không hoạt động hoặc hoạt động không hiệu quả. Chức năng của GIS gồm có : Nhập dữ liệu Thao tác dữ liệu Quản lý dữ liệu Hỏi đáp và phân tích Hiển thị dữ liệu 3 1.2 Ứng dụng của GIS trong nghiên cứu môi trường không khí[6] 1. Trên thế giới Trên thế giới đã có những nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong đánh giá chất lƣợng môi trƣờng không khí, xây dựng các mối tƣơng quan giữa ảnh viễn thám và các chấy ô nhiễm trong không khí, trong đó đáng chú ý là các nghiên cứu có giá trị khoa học dƣới góc độ xây dựng phƣơng pháp tính toán các thành phần không khí.
Dựa vào mức độ tƣơng quan của độ dày sol khí để nghiên cứu mức độ ô nhiễm các thành phần không khí từ tƣ liệu ảnh viễn thám. Nghiên cứu: “Xây dựng mối tƣơng quan giữa độ dày sol khí và mức độ nhiễm không khí bằng cách sử dụng dữ liệu vệ tinh tại chỗ” của Sifakis và Deschamps năm 1992. Tác giả đã nghiên cứu tính toán chỉ số AOT và các thuật toán để xác định nồng độ các chất trong không khí. Nghiên cứu: “Ƣớc lƣợng nồng độ bụi PM10 sử dụng viễn thám và GIS của Salah Abdul Hameed Saleh và Ghada Hasan năm 2014 tại thành phố Kirkuk thủ phủ của khu tự trị Iraq sử dụng ảnh LANDSAT 8”.
Nghiên cứu: “Xây dựng bản đồ chất lƣợng không khí từ ảnh LANDSAT 8 của Hwee San Lim tại Malaysia”. Sử dụng Mozumder và cộng sự (2012) đã nghiên cứu chỉ số ô nhiễm không khí (API) và dữ liệu thực tế mặt đất để xây dựng mô hình đánh giá chất lƣợng không khí ở đô thị khu vực của thành phố Hyderabad (Ấn Độ) dựa trên ảnh Landsat và IRS hình ảnh đa phổ (Chitrini Mozumder et al. Nhận xét chung: Các nghiên cứu này đã ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu xây dựng các bản đồ ô nhiễm không khí, có mức độ tin cậy cao.Tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các khu đô thị lớn mà chƣa có nghiên cứu nào nghiên cứu ô nhiễm không khí khu vực khai thác khoáng sản.2 Tại Việt Nam Đã có mốt số nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong đánh giá, quản lý môi trƣờng không khí. 4 Nghiên cứu: “Khả năng phát hiện ô nhiễm bụi trên khu vực đô thị bằng công nghệ viễn thám nhằm hỗ trợ quan trắc môi trƣờng”.
Thực hiện bởi nhóm tác giả Trần Thị Vân, Trịnh Thị Bình và Hà Dƣơng Xuân Bảo viện môi trƣờng và tài nguyên ĐHQG – TPHCM (2012) đã nghiên cứu phát hiện thành phần bụi sử dụng ảnh SPOT 5 bằng phƣơng pháp hồi quy tƣơng quan giữa nồng độ bụi PM10 quan trắc từ trạm mặt đất và giá trị phản xạ trên ảnh vệ tinh. Nghiên cứu: “Ứng dụng GIS nghiên cứu ô nhiễm bụi ở thị xã Bỉm Sơn – Thanh Hóa” của Lê Duy Hiếu trƣờng ĐHKHTN –ĐHQG Hà Nội năm 2015. Về cơ bản đề tài đã giải quyết đƣợc những trọng điểm về bụi tuy nhiên còn dừng lại ở mức đề tài chƣa có ứng dụng trong thực tế. Nghiên cứu: “Ứng dụng ảnh viễn thám đánh giá chất lƣợng môi trƣờng không khí đô thị Hà Nội” của Nguyễn Thị Thu Ngân trƣờng Đại học Tài nguyên và môi trƣờng Hà Nội năm 2016.
Đề tài còn sơ lƣợc về vấn đề ô nhiễm không khí trên khu vực Hà Nội, còn cục bộ thiếu tính sát thực. Nghiên cứu: “ Xác định ô nhiễm không khí khu vực Quảng Ninh” của Trịnh Lê Hùng trƣờng Học viện kỹ thuật quân sự năm 2014. Nghiên cứu đã xây dựng đƣợc bản đồ ô nhiễm không khí khu vực Quảng Ninh, tuy nhiên chƣa đánh giá sự tƣơng quan đối với số liệu trạm quan trắc mặt đất. Nghiên cứu: “Xác định chất lƣợng không khí khu vực khai thác mỏ công nghiệp tại Quảng Ninh” của Trần Văn Vƣơng năm 2015.
Đề tài sử dụng dữ liệu ảnh MODIS đánh giá nồng độ PM10 trong khu vực mỏ than tỉnh Quảng Ninh. Nghiên cứu: “Sử dụng ảnh SPOT xác định phân bố không gian PM10 tại thành phố Hồ Chí Minh” của Trần Văn Vƣơng và cộng sự. Nghiên cứu đã chỉ ra đƣợc phân bố không gian bụi PM10 trong khu vực thành phố. Nghiên cứu: “Ứng dụng ảnh LANDSAT để xây dựng bản đồ phân bố ô nhiễm không khí do khai thác khoáng sản huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh” của Nguyễn Thị Hƣơng và TS.
Nguyễn Hải Hòa Trƣờng Đại học Lâm nghiệp năm 2017. Nghiên cứu đã xây dựng đƣợc bản đồ ô nhiễm không khí khu vực huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh và đã đánh giá đƣợc sự tƣơng quan đối với số liệu trạm quan trắc mặt đất. 5 Nhận xét chung: Các nghiên cứu đã bƣớc đầu ứng dụng công nghệ ảnh viễn thám và GIS để nghiên cứu các thành phần môi trƣờng không khí , đánh giá chất lƣợng không khí. Tuy nhiên chỉ có 1 nghiên cứu chuyên sâu về xác định vùng ô nhiễm không khí, mối tƣơng quan giữa thực vật và ô nhiễm không khí.
Các nghiên cứu này chủ yếu nghiên cứu khu vực đô thị, còn rất ít nghiên cứu nào nghiên cứu chuyên sâu các khu vực ô nhiễm không khí.2 Tổng quan về tình hình ô nhiễm không khí [2,3,4,5,6] 1.1 Tình hình ô nhiễm không khí Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng không khí, đặc biệt tại các khu vực khai thác khoáng sản vật liệu xây dựng không còn là vấn đề xa lạ với chúng ta. Thực trạng phát triển kinh tế xã hội của các quốc gia trên thế giƣới trong thời gian qua đã có những tác động lớn đến môi trƣờng và đã làm cho môi trƣờng sống của con ngƣời bị thay dổi và ngày càng trở lên tồi tệ hơn.
