MỞ ĐẦU 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nƣớc là tài nguyên vô cùng quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của con ngƣời nói chung. Vùng lãnh thổ, quốc gia có nguồn nƣớc tự nhiên từ các dòng sông luôn là lợi thế trong xây dựng và phát triển kinh tế - xã hội. Với vùng kinh tế Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) phát triển chủ yếu là nông nghiệp thì vai trò của các dòng sông đem lại là vô cùng to lớn. ĐBSCL nằm hạ lƣu sông lớn Mê Kong, dòng sông này cung cấp nƣớc thô cho sản xuất nƣớc sinh hoạt, tƣới tiêu cho nông nghiệp, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản, du lịch, điều tiết khí hậu, bồi đắp phù sa màu mỡ cho hạ lƣu và hình thành văn hóa sinh hoạt mùa nƣớc nổi với chiến lợi phẩm cá tôm đa dạng mùa lũ.
Với lợi ích kinh tế to lớn do dòng sông đem lại, các quốc gia có liên quan đã và đang tích cực khai thác nguồn nƣớc bằng cách xây dựng các thủy điện ngăn sông. Hiện nay, trên toàn lƣu vực đã có tới 94 công trình thủy điện lớn nhỏ đang hoạt động. Theo thống kê của Ủy hội Mê Kông, đến năm 2015 sẽ có 36 đập thủy điện ở dòng nhánh đƣợc đƣa vào vận hành, đến năm 2030 có thêm 30 đập nữa đƣợc triển khai trên các dòng nhánh [1]. Việc xây dựng khai thác quá mức làm cho chất lƣợng sông bị thay đổi rõ rệt: giảm lƣu lƣợng, thay đổi dòng chảy, chất lƣợng nƣớc bị biến động mạnh và các rủi ro khi khai thác vận hành công trình.
Thay đổi lƣu lƣợng nƣớc sông Mêkong, đặc biệt vào mùa khô đã làm cho ĐBSCL trở thành thiếu nƣớc nghiêm trọng, gieo trồng lúa và nuôi trồng thủy sản gặp rất nhiều khó khăn. Hiện tƣợng xâm nhập mặn vào sâu trong nội đồng do không đủ lƣợng nƣớc ngọt để rửa phèn, thiếu nƣớc ngọt vào mùa khô. Văn hóa sinh hoạt khai thác thủy sản mùa nƣớc nổi cũng không còn phong phú nhƣ trƣớc. Khi lƣu lƣợng nƣớc thay đổi và bị các đập thủy điện chặn thì tổng chất rắn lơ lửng (TSS – Turbidity & suspendid solids) cũng bị thay đổi và sẽ không tuân theo xu hƣớng tự nhiên vốn có.
TSS, độ đục phụ thuộc rất nhiều vào lƣu lƣợng nƣớc, chế độ thủy văn, hệ sinh thái, địa chất, nguồn ô nhiễm. Để xem xét diễn biến TSS, độ đục trên 2 hạ lƣu sông Mêkong tại ĐBSCL khi bị tác động bởi các công trình xây dựng phía thƣợng nguồn nhƣ thế nào, cần quan trắc thực địa và sử dụng công nghệ để có thể đánh giá chính xác nồng độ và phân bố không gian của TSS, độ đục trong khu vực nghiên cứu. Hiện nay, với nhiều công trình đã công bố dùng công nghệ viễn thám đánh giá xâm nhập mặn, chất ô nhiễm môi trƣờng nƣớc mặt rất hiệu quả, chính xác cao, ít tốn kém và có thể dự báo trên phạm vi không gian rộng lớn. Đây là ƣu điểm vƣợt trội của viễn thám so với các phƣơng pháp khác.
Với những lý do trên và tính ƣu điểm của phƣơng pháp kỹ thuật viễn thám, đề tài nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám đánh giá độ đục nước sông vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long” đã đƣợc thực hiện. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phân tích theo không gian và thời gian độ đục, TSS nƣớc sông vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long bằng kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám kết hợp số liệu quan trắc mặt đất nhằm hỗ trợ công tác dự báo chất lƣợng nƣớc sông.1 Đối tƣợng nghiên cứu Chỉ tiêu TSS và độ đục trong nƣớc sông nghiên cứu từ các kênh phổ của ảnh Landsat 2.2 Phạm vi nghiên cứu Khu vực nghiên cứu: trên hai nhánh sông lớn là sông Tiền và sông Hậu. Thời gian nghiên cứu: giai đoạn tháng 3/ 2014 – 9/2016.3 Nội dung nghiên cứu 1) Tổng quan cơ sở khoa học về độ đục, TSS về kỹ thuật viễn thám trong giám sát chất lƣợng nƣớc mặt trên sông. 3 2) Khảo sát tƣơng quan và xây dựng hàm hồi quy giữa các kênh phổ ảnh Landsat và nồng độ độ đục, TSS.
3) Mô phỏng định lƣợng chất lƣợng nƣớc sông và đánh giá chất lƣợng dựa theo các chỉ tiêu nghiên cứu. 4) Đề xuất giải pháp phù hợp quản lý chất lƣợng nƣớc sông trên khu vực nghiên cứu. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Tính khoa học Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc giám sát, đánh giá và dự báo chất lƣợng nƣớc sông. Cung cấp thêm căn cứ khoa học cho sử dụng phƣơng pháp viễn thám trong nghiên cứu môi trƣờng và các lĩnh vực khác là hoàn toàn thuyết phục và đúng đắn.
Kết quả nghiên cứu là dữ liệu cho các đánh giá sau này khi xem xét diễn biến độ đục, TSS nƣớc sông theo thời gian cùng với tác động ô nhiễm. Nắm bắt đƣợc xu hƣớng biến đổi chất lƣợng nƣớc sẽ đƣa ra các giải pháp bảo vệ và phát triển an toàn, hiệu quả khi khai thác nguồn nƣớc.2 Tính thực tiễn Kết quả nghiên cứu có tính dự báo cao trong phạm vi rộng lớn. Kết hợp với số liệu quan trắc mặt đất sẽ cho kết quả có độ chính xác đáng tin cậy. Ƣu điểm của kỹ thuật viễn thám là cho phép tính nội suy kết quả tại những điểm khó tiếp cận hoặc không tiếp cận đƣợc trên thực tế.
Với ƣu điểm này viễn tham đang đƣợc các nhà khoa học ứng dụng trên nhiều lĩnh vực. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÁC ĐỘNG TSS, ĐỘ ĐỤC VỚI MÔI TRƢỜNG NƢỚC 1.1 Tác động TSS với nƣớc Tổng chất rắn lơ lửng (TSS- Total Suspended Solids) là các hạt lớn hơn 2 micron tìm thấy trong nƣớc, nhỏ hơn 2 micron đƣợc coi là chất rắn hòa tan. Nó đƣợc sử dụng nhƣ là một chỉ số về chất lƣợng nƣớc. Những chất rắn này bao gồm mọi thứ trôi nổi lơ lững trong nƣớc, từ trầm tích, bùn, cát và tảo.
Chất hữu cơ từ các vật liệu phân hủy cũng có thể góp phần vào nồng độ TSS. Nhƣ tảo, thực vật và động vật phân hủy, quá trình phân hủy cho phép các hạt hữu cơ nhỏ phá vỡ đi và nhập kết lại thành chất rắn lơ lửng kết tủa. Ngay cả hóa chất cũng đƣợc coi là một hình thức của chất rắn lơ lửng. TSS là một yếu tố quan trọng trong nƣớc giúp có giải pháp xử lý hiệu quả Một số chất rắn lơ lửng có thể lắng thành trầm tích ở đáy trong một khoảng thời gian nhất định.
Những hạt nặng nhƣ sỏi và cát thƣờng trú bên ngoài trƣớc khi chúng vào một khu vực của dòng chảy thấp hoặc không có. Các hạt mà không lắng đƣợc gọi là keo hoặc chất rắn không thể lắng- chất rắn lơ lửng. TSS có mối liên quan chặt chẽ với độ đục và chúng thƣờng gây ra các tác hại: Giảm khả năng truyền ánh sáng trong nƣớc Gây tắc nghẽn dòng chảy và lấp dầy hồ chứa Tiêu thụ oxy hòa tan trong nƣớc Tăng quá trình phân hủy yếm khí trong nƣớc Gây cảm giác khó chịu khi sử dụng nƣớc Xác định TSS: TSS của mẫu nƣớc hoặc nƣớc thải đƣợc xác định bằng cách đổ một thể tích nƣớc đƣợc đo cẩn thận (thƣờng là một lít; nhƣng ít hơn nếu mật độ hạt cao, hoặc nhiều hơn hai hoặc ba lít đối với nƣớc rất sạch) qua bộ lọc đƣợc cân trƣớc có kích thƣớc lỗ xác định, sau đó cân lại bộ lọc sau quá trình sấy loại bỏ tất cả 5 nƣớc trên bộ lọc. Các bộ lọc cho phép đo TSS thƣờng bao gồm các sợi thủy tinh [2].
Độ tăng trọng lƣợng là thƣớc đo trọng lƣợng khô của các hạt có trong mẫu nƣớc đƣợc biểu thị bằng đơn vị dẫn xuất hoặc tính từ thể tích nƣớc đƣợc lọc (thƣờng là miligam trên lít hoặc mg / l). Nếu nƣớc có chứa một lƣợng đáng kể các chất hòa tan (chắc chắn sẽ là trƣờng hợp khi đo TSS trong nƣớc biển), những chất này sẽ làm tăng thêm trọng lƣợng của bộ lọc khi nó đƣợc sấy khô. Do đó, cần phải "rửa" bộ lọc và lấy mẫu bằng nƣớc khử ion sau khi lọc mẫu và trƣớc khi sấy bộ lọc. Không thêm bƣớc này là một lỗi khá phổ biến do các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm thiếu kinh nghiệm làm việc với các mẫu nƣớc biển và sẽ làm mất hiệu lực kết quả vì trọng lƣợng muối còn lại trên bộ lọc trong quá trình sấy có thể dễ dàng vƣợt quá vật chất hạt lơ lửng.
Mục đích đo lƣờng tính chất chất lƣợng nƣớc với TSS, có ý nghĩa vì nó cung cấp trọng lƣợng thực tế của vật liệu hạt có trong mẫu. Trong các tình huống giám sát chất lƣợng nƣớc, một loạt các phép đo TSS sử dụng kết hợp với các phép đo độ đục tƣơng đối nhanh và dễ dàng để phát triển mối tƣơng quan cụ thể theo địa điểm. Sau khi đƣợc thiết lập thỏa đáng, mối tƣơng quan có thể đƣợc sử dụng để ƣớc tính TSS từ các phép đo độ đục. Một số tình huống hoặc điều kiện có xu hƣớng đình chỉ các hạt lớn hơn thông qua chuyển động của nƣớc (ví dụ: tăng dòng chảyhoặc hành động sóng) có thể tạo ra các giá trị TSS cao hơn không nhất thiết phải đi kèm với sự tăng độ đục tƣơng ứng.
Điều này làm cho giá trị tƣơng quan không có ý nghĩa và không đƣợc bằng máy đo độ đục để suy luận giá trị TSS trên dụng cụ đo.2 Tác động độ đục với nƣớc Nguyên nhân: Độ đục trong nƣớc có thể đƣợc gây ra bởi sự phát triển của thực vật phù du. Các hoạt động của con ngƣời làm xáo trộn đất đai nhƣ: xây dựng, khai thác mỏ và nông nghiệp, có thể dẫn đến mức độ trầm tích cao xâm nhập vào các vùng nƣớc theo dòng chảy nƣớc mƣa. Các khu vực dễ bị tốc độ xói mòn bờ, khu vực đô thị hóa cũng đóng góp một lƣợng lớn độ đục cho vùng nƣớc gần đó, thông qua ô nhiễm nƣớc mƣa từ các bề mặt lát đá nhƣ đƣờng, cầu và bãi đỗ xe [2]. Một số ngành công nghiệp nhƣ khai thác đá, khai thác mỏ than có thể tạo ra độ đục 6 rất cao từ các hạt đá keo.
Trong nƣớc uống, mức độ đục càng cao, nguy cơ con ngƣời mắc các bệnh về đƣờng tiêu hóa càng cao [3]. Điều này đặc biệt có vấn đề đối với ngƣời bị suy giảm miễn dịch, vì các chất gây ô nhiễm nhƣ virus hoặc vi khuẩn có thể bị dính vào chất rắn lơ lửng. Các chất rắn lơ lửng cản trở khử trùng nƣớc bằng clo vì các hạt đóng vai trò là lá chắn cho virus và vi khuẩn.