Nghiên cứu giám sát mức độ phú dưỡng hồ Hoàng Mai, Hà Nội bằng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat

Nghiên cứu giám sát mức độ phú dưỡng của hồ tại quận Hoàng Mai, Hà Nội bằng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 1, cung cấp thông tin hữu ích cho quản lý môi trường.

• Tác giả: Vũ Thị Hân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thu Hà
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Địa chất môi trường
• Đề tài: Giám sát phú dưỡng hồ Hoàng Mai bằng ảnh vệ tinh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu
• 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố TSI tại vùng nghiên cứu
• 1.1.2.1. Các yếu tố tự nhiên
• 1.1.2.1.1. Đặc điểm địa hình, địa chất
• 1.1.2.1.2. Đặc điểm thời tiết, khí hậu
• 1.1.2.1.3. Đặc điểm thủy văn
• 1.1.2.2. Các yếu tố kinh tế - xã hội
• 1.1.2.2.1. Dân số
• 1.1.3. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU
• 1.1.3.1. Trên thế giới
• 1.1.3.2. Tại Việt Nam
• 1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. THU THẬP VÀ TỔNG HỢP TÀI LIỆU
• 1.2.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA
• 1.2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHLOROPHYLL-A VÀ CHỈ SỐ TSI
• 1.2.4. DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH SỬ DỤNG
• 1.2.5. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH
• 1.2.6. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG PHÚ DƯỠNG
• 1.2.7. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ BẢN ĐỒ
• 1.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.3.1. Hiện trạng phú dưỡng tại các hồ nghiên cứu tại quận Hoàng Mai. Mối quan hệ giữa chỉ số TSI với phổ mặt nước tại các hồ nghiên cứu
• 1.3.2. Diến biến TSI trong các hồ nghiên cứu từ năm 2013 đến nay
• 1.3.2.1. Phương trình tính toán chỉ số TSI
• 1.3.2.2. Diễn biến TSI trong các hồ nghiên cứu từ năm 2013 đến nay
• 1.3.3. Mối quan hệ giữa trình đô thị hóa và TSI của hồ
• 1.3.4. Đề xuất giải pháp giám sát tình trạng phú dưỡng các hồ thuộc quận Hoàng Mai sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh
• 1.3.4.1. Tích hợp viễn thám và các phương pháp quan trắc truyền thống
• 1.3.4.2. Hoàn thiện hệ thống văn bản pháp quy, đưa công nghệ viễn thám thành một cấu phần của hệ thống giám sát tài nguyên môi trường
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giám sát phú dưỡng hồ Hoàng Mai bằng ảnh vệ tinh

Giám sát phú dưỡng hồ Hoàng Mai là một vấn đề quan trọng trong quản lý tài nguyên nước. Hồ Hoàng Mai, với diện tích lớn và vai trò quan trọng trong hệ sinh thái đô thị, đang phải đối mặt với nhiều thách thức về ô nhiễm và phú dưỡng. Việc sử dụng ảnh vệ tinh để giám sát tình trạng này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá chất lượng nước.

1.1. Vị trí và đặc điểm của hồ Hoàng Mai

Hồ Hoàng Mai nằm ở phía nam Hà Nội, có diện tích khoảng 130 ha. Đây là một trong những hồ lớn nhất trong khu vực, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu và cung cấp nước cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất.

1.2. Tầm quan trọng của việc giám sát phú dưỡng

Việc giám sát phú dưỡng giúp phát hiện sớm các vấn đề ô nhiễm, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời. Điều này không chỉ bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng.

II. Thách thức trong giám sát phú dưỡng hồ Hoàng Mai

Hồ Hoàng Mai đang phải đối mặt với nhiều thách thức trong việc giám sát phú dưỡng. Sự gia tăng dân số và đô thị hóa nhanh chóng đã dẫn đến việc xả thải không kiểm soát vào hồ. Điều này làm gia tăng nồng độ chất dinh dưỡng như Nitrogen (N) và Phosphorus (P), gây ra hiện tượng tảo nở hoa và ô nhiễm nước.

2.1. Tác động của đô thị hóa đến chất lượng nước

Tốc độ đô thị hóa nhanh chóng đã làm giảm khả năng tự làm sạch của hồ. Nước thải sinh hoạt và công nghiệp không qua xử lý được xả thải trực tiếp vào hồ, làm gia tăng nồng độ chất hữu cơ và dinh dưỡng.

2.2. Khó khăn trong việc thu thập dữ liệu

Các phương pháp giám sát truyền thống thường tốn kém và mất nhiều thời gian. Việc thiếu dữ liệu kịp thời làm cho việc quản lý chất lượng nước trở nên khó khăn hơn.

III. Phương pháp giám sát phú dưỡng bằng ảnh vệ tinh

Sử dụng công nghệ GIS và ảnh vệ tinh Landsat là một phương pháp hiệu quả để giám sát phú dưỡng hồ Hoàng Mai. Phương pháp này cho phép thu thập dữ liệu nhanh chóng và chính xác về tình trạng chất lượng nước.

3.1. Ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat

Ảnh vệ tinh Landsat cung cấp thông tin chi tiết về bề mặt nước, giúp xác định nồng độ chlorophyll-a, một chỉ số quan trọng phản ánh tình trạng phú dưỡng của hồ.

3.2. Phân tích dữ liệu và mô hình hóa

Dữ liệu từ ảnh vệ tinh được phân tích để xây dựng mô hình dự đoán sự biến động của chỉ số phú dưỡng (TSI) theo không gian và thời gian, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

IV. Kết quả nghiên cứu về phú dưỡng hồ Hoàng Mai

Nghiên cứu cho thấy rằng mức độ phú dưỡng tại hồ Hoàng Mai đang gia tăng, đặc biệt là trong các mùa mưa. Sự biến động của chỉ số TSI cho thấy mối liên hệ chặt chẽ với các yếu tố môi trường và hoạt động đô thị.

4.1. Diễn biến TSI qua các năm

Kết quả phân tích cho thấy chỉ số TSI tại hồ Linh Đàm, Yên Sở và Định Công có sự gia tăng đáng kể từ năm 2013 đến nay, cho thấy tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng.

4.2. Mối quan hệ giữa TSI và các yếu tố môi trường

Nghiên cứu chỉ ra rằng sự gia tăng TSI có mối liên hệ trực tiếp với lượng nước thải xả vào hồ và sự phát triển đô thị xung quanh, điều này cần được quản lý chặt chẽ.

V. Giải pháp quản lý phú dưỡng hồ Hoàng Mai

Để giảm thiểu tình trạng phú dưỡng, cần có các giải pháp quản lý hiệu quả. Việc tích hợp công nghệ viễn thám vào hệ thống giám sát tài nguyên môi trường là một trong những giải pháp khả thi.

5.1. Tích hợp công nghệ viễn thám

Công nghệ viễn thám giúp theo dõi tình trạng hồ một cách liên tục và chính xác, từ đó đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời.

5.2. Hoàn thiện hệ thống quản lý tài nguyên nước

Cần xây dựng hệ thống văn bản pháp quy rõ ràng, đưa công nghệ viễn thám thành một phần không thể thiếu trong quản lý tài nguyên nước tại quận Hoàng Mai.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai

Giám sát phú dưỡng hồ Hoàng Mai bằng ảnh vệ tinh là một phương pháp hiệu quả và cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Việc áp dụng công nghệ hiện đại sẽ giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ hệ sinh thái hồ.

6.1. Tương lai của giám sát phú dưỡng

Với sự phát triển của công nghệ, việc giám sát phú dưỡng sẽ ngày càng trở nên chính xác và hiệu quả hơn, góp phần bảo vệ môi trường nước.

6.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về mối quan hệ giữa phú dưỡng và các yếu tố môi trường, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý bền vững cho hồ Hoàng Mai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quận Hoàng Mai, Hà Nội, với diện tích tự nhiên khoảng 4.032 ha, sở hữu hệ thống hồ đô thị quan trọng như hồ Linh Đàm (75 ha), hồ Yên Sở (130 ha) và hồ Định Công (25 ha). Các hồ này đóng vai trò điều hòa nước, tạo cảnh quan và phục vụ sinh hoạt cộng đồng. Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa nhanh chóng đã gây áp lực lớn lên chất lượng nước hồ, đặc biệt là hiện tượng phú dưỡng – sự tích tụ quá mức các chất dinh dưỡng như Nitơ (N) và Photpho (P), dẫn đến nở hoa tảo, suy giảm oxy hòa tan và ô nhiễm môi trường nước. Theo khảo sát thực địa, hàm lượng chlorophyll-a (Chl-a) trung bình tại các hồ này lên tới khoảng 100,14 µg/L, tương ứng với chỉ số trạng thái phú dưỡng (TSI) trung bình là 76, thuộc mức phú dưỡng đến siêu phú dưỡng.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm giám sát mức độ phú dưỡng của các hồ tại quận Hoàng Mai bằng cách sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8, xác định mối quan hệ giữa TSI và các thông số phổ phản xạ, mô hình hóa sự phân bố không gian – thời gian của TSI, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa đến chất lượng nước hồ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào ba hồ lớn Linh Đàm, Yên Sở và Định Công trong giai đoạn 2013-2017. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp công cụ giám sát nhanh, chính xác và tiết kiệm chi phí cho công tác quản lý tài nguyên nước đô thị, góp phần bảo vệ hệ sinh thái hồ và nâng cao chất lượng cuộc sống người dân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Chỉ số trạng thái phú dưỡng (TSI): Được phát triển bởi Carlson và Simpson, TSI là chỉ số tổng hợp đánh giá mức độ phú dưỡng dựa trên các tham số như hàm lượng chlorophyll-a, tổng photpho (TP) và độ trong nước (SDD). Chỉ số này phản ánh sức khỏe hệ sinh thái thủy sinh và mức độ ô nhiễm dinh dưỡng trong hồ.

• Phân tích phổ phản xạ mặt nước: Sử dụng các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat 8 để chiết xuất các tỷ số phổ phản xạ liên quan đến hàm lượng Chl-a và TSI. Các kênh phổ trong dải nhìn thấy và cận hồng ngoại được sử dụng để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính xác định TSI.

• Mô hình hồi quy đa biến: Áp dụng để xác định mối quan hệ giữa TSI và các tỷ số phổ phản xạ, từ đó xây dựng phương trình tính toán TSI từ dữ liệu ảnh vệ tinh.

Các khái niệm chính bao gồm: chlorophyll-a (Chl-a) – chỉ số sinh học phản ánh mật độ tảo; tổng photpho (TP) – chất dinh dưỡng chính gây phú dưỡng; độ trong nước (SDD) – chỉ số quang học phản ánh độ đục; viễn thám – công nghệ thu thập dữ liệu từ xa bằng vệ tinh; đô thị hóa – quá trình phát triển kinh tế xã hội làm thay đổi môi trường tự nhiên.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng 48 mẫu nước thu thập qua 6 đợt khảo sát thực địa tại 3 hồ Linh Đàm, Yên Sở và Định Công trong giai đoạn 2016-2017. Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI gồm 12 cảnh ảnh từ năm 2013 đến 2017 với độ phân giải không gian 30x30 m, được hiệu chỉnh bức xạ và khí quyển.

• Phương pháp phân tích: Hàm lượng chlorophyll-a được xác định bằng phương pháp chiết xuất acetone 90% và đo quang phổ trong phòng thí nghiệm. TSI được tính toán dựa trên hàm lượng Chl-a theo công thức của Carlson. Phổ phản xạ mặt nước được đo thực địa bằng máy quang phổ GER 1500, đồng thời chiết xuất phổ phản xạ từ ảnh vệ tinh. Mối quan hệ giữa TSI và tỷ số phổ phản xạ được phân tích bằng hồi quy tuyến tính và hệ số tương quan Pearson.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích mẫu nước từ tháng 6/2016 đến tháng 8/2017; xử lý và phân tích ảnh vệ tinh từ năm 2013 đến 2017; xây dựng mô hình và kiểm chứng trong năm 2017.

• Lý do lựa chọn phương pháp: Viễn thám cho phép giám sát nhanh, liên tục và diện rộng, khắc phục hạn chế về chi phí và thời gian của phương pháp truyền thống. Phương pháp hồi quy tuyến tính đơn giản, hiệu quả trong việc mô hình hóa mối quan hệ giữa phổ phản xạ và TSI.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện trạng phú dưỡng tại các hồ: Hàm lượng Chl-a trung bình đạt khoảng 100,14 µg/L, dao động từ 28,5 đến 304,3 µg/L; TSI trung bình là 76, thuộc mức phú dưỡng đến siêu phú dưỡng. Hồ Linh Đàm có giá trị TSI cao nhất, phản ánh mức độ ô nhiễm nghiêm trọng hơn so với hồ Yên Sở và Định Công.

2. Mối quan hệ giữa TSI và phổ phản xạ: TSI có mối tương quan nghịch với phổ phản xạ các kênh Landsat 8 (kênh 1 đến kênh 5) với hệ số tương quan từ -0,05 đến -0,76. Tỷ số phổ phản xạ kênh 3 trên kênh 2 (b3/b2) có hệ số tương quan cao nhất với TSI (R=0,90, p<0,01), cho phép xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính với hệ số xác định r²=0,76 và sai số chuẩn 2,2.

3. Diễn biến TSI theo thời gian và không gian: TSI tại các hồ có xu hướng tăng dần từ năm 2013 đến 2017, đặc biệt vào các tháng cuối năm. Ví dụ, TSI trung bình hồ Linh Đàm tăng từ 52,46 (6/2013) lên 60,15 (6/2017). Không gian phân bố TSI cho thấy giá trị cao tập trung ở vùng ven bờ, gần các cống xả thải, giảm dần về trung tâm hồ.

4. Ảnh hưởng của đô thị hóa: Sự gia tăng dân số trung bình từ 344.785 người (2011) lên 379.483 người (2016) cùng với diện tích đất đô thị mở rộng đã làm tăng lượng chất thải và chất dinh dưỡng xả vào hồ, góp phần làm tăng TSI và mức độ phú dưỡng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 để tính toán TSI là khả thi và có độ chính xác cao, phù hợp với điều kiện hồ nội địa đô thị có độ đục cao. Mối tương quan mạnh giữa TSI và tỷ số phổ phản xạ b3/b2 cho phép giám sát nhanh và liên tục mức độ phú dưỡng trên diện rộng, khắc phục hạn chế của phương pháp truyền thống tốn kém và thời gian.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các mô hình sử dụng phổ phản xạ trong dải nhìn thấy và cận hồng ngoại để ước lượng hàm lượng Chl-a và TSI. Sự gia tăng TSI theo thời gian phản ánh tác động tiêu cực của đô thị hóa và thiếu hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, dẫn đến ô nhiễm dinh dưỡng nghiêm trọng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến động TSI theo năm, bản đồ phân bố TSI không gian thể hiện vùng ô nhiễm cao tập trung ven bờ, giúp các nhà quản lý dễ dàng nhận diện điểm nóng ô nhiễm để có biện pháp xử lý kịp thời.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng hệ thống giám sát phú dưỡng liên tục bằng viễn thám: Áp dụng phương pháp tính toán TSI từ ảnh Landsat 8 để theo dõi chất lượng nước hồ định kỳ hàng năm, giúp phát hiện sớm các biến động và xu hướng ô nhiễm. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội; Thời gian: triển khai ngay trong 1-2 năm tới.

2. Hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải đô thị: Đầu tư xây dựng và nâng cấp các trạm xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp, đặc biệt tại các khu vực xung quanh hồ Linh Đàm, Yên Sở và Định Công nhằm giảm tải lượng N, P xả thải trực tiếp. Chủ thể thực hiện: UBND quận Hoàng Mai phối hợp với các đơn vị liên quan; Thời gian: 3-5 năm.

3. Tăng cường quản lý và bảo vệ hành lang hồ: Kiểm soát việc san lấp, lấn chiếm mặt hồ và khu vực ven hồ, đồng thời tổ chức các hoạt động tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường hồ. Chủ thể thực hiện: UBND quận, các phường và cộng đồng dân cư; Thời gian: liên tục.

4. Kết hợp viễn thám với quan trắc truyền thống: Duy trì các đợt lấy mẫu thực địa để kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình viễn thám, đảm bảo độ chính xác và tin cậy của dữ liệu giám sát. Chủ thể thực hiện: Trung tâm CARGIS, các viện nghiên cứu; Thời gian: hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước đô thị: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý, giám sát và bảo vệ các hồ nội thành, nâng cao hiệu quả quản lý môi trường nước.

2. Các nhà khoa học và nghiên cứu môi trường: Áp dụng phương pháp viễn thám kết hợp phân tích thực địa để nghiên cứu các hồ nội địa khác, phát triển mô hình giám sát chất lượng nước.

3. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư: Nắm bắt thông tin về tình trạng ô nhiễm hồ, tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường, nâng cao nhận thức về tác động của ô nhiễm phú dưỡng.

4. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển bền vững: Tham khảo dữ liệu và phân tích để cân nhắc tác động của đô thị hóa đến môi trường nước, từ đó thiết kế các giải pháp phát triển đô thị thân thiện với môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phú dưỡng hồ là gì và tại sao cần giám sát?
   Phú dưỡng là hiện tượng tích tụ quá mức các chất dinh dưỡng như Nitơ và Photpho trong hồ, gây nở hoa tảo và suy giảm chất lượng nước. Giám sát giúp phát hiện sớm, ngăn ngừa ô nhiễm nghiêm trọng và bảo vệ hệ sinh thái.

2. Tại sao sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 để giám sát phú dưỡng?
   Landsat 8 cung cấp dữ liệu đa phổ với độ phân giải không gian 30 m, cho phép theo dõi diện rộng, liên tục và tiết kiệm chi phí so với phương pháp lấy mẫu truyền thống.

3. Chỉ số TSI được tính toán như thế nào?
   TSI được tính dựa trên hàm lượng chlorophyll-a, tổng photpho và độ trong nước, phản ánh mức độ phú dưỡng. Trong nghiên cứu này, TSI được mô hình hóa từ tỷ số phổ phản xạ kênh 3 trên kênh 2 của ảnh Landsat 8.

4. Mối quan hệ giữa đô thị hóa và phú dưỡng hồ ra sao?
   Đô thị hóa làm tăng dân số và diện tích đất xây dựng, dẫn đến gia tăng lượng nước thải chưa xử lý chứa chất dinh dưỡng xả vào hồ, làm tăng mức độ phú dưỡng và ô nhiễm.

5. Giải pháp nào hiệu quả để giảm phú dưỡng hồ?
   Xây dựng hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, bảo vệ hành lang hồ, giám sát liên tục bằng viễn thám và nâng cao nhận thức cộng đồng là các giải pháp thiết thực và hiệu quả.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được mối quan hệ chặt chẽ giữa chỉ số trạng thái phú dưỡng (TSI) và tỷ số phổ phản xạ kênh 3 trên kênh 2 của ảnh vệ tinh Landsat 8 với hệ số xác định r²=0,76, sai số chuẩn 2,2, cho phép tính toán TSI chính xác từ dữ liệu viễn thám.
• TSI tại các hồ Linh Đàm, Yên Sở và Định Công dao động trong khoảng 63-87, thuộc mức phú dưỡng đến siêu phú dưỡng, phản ánh tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng do tác động của đô thị hóa và nước thải chưa xử lý.
• Diễn biến TSI từ năm 2013 đến 2017 cho thấy xu hướng tăng dần, đặc biệt tập trung ở vùng ven bờ gần các cống xả thải, cảnh báo nguy cơ suy thoái môi trường hồ nếu không có biện pháp quản lý kịp thời.
• Phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 kết hợp phân tích thực địa là công cụ hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thời gian cho giám sát chất lượng nước hồ đô thị.
• Đề xuất xây dựng hệ thống giám sát liên tục, hoàn thiện xử lý nước thải, bảo vệ hành lang hồ và kết hợp viễn thám với quan trắc truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước.

Các cơ quan quản lý cần triển khai áp dụng phương pháp viễn thám trong giám sát hồ, đồng thời đầu tư nâng cấp hệ thống xử lý nước thải và tăng cường công tác bảo vệ môi trường hồ để đảm bảo phát triển bền vững đô thị Hà Nội.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Phú dƣỡng là hiện tƣợng thƣờng gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nƣớc thải. Biểu hiện phú dƣỡng của các hồ đô thị là nồng độ chất dinh dƣỡng Nitro (N), Photpho (P) cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tƣơng đối P so với N, sự yếm hí và môi trƣờng khử của lớp nƣớc đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của tảo và nở hoa tảo, sự ém đa dạng của các sinh vật nƣớc, đặc biệt là cá, nƣớc có màu xanh đen hoặc đen, c mùi hai thối do thoát khí hidro sunfua (H2S). Nguyên nh n g y phú dƣỡng là sự thâm nhập một lƣợng lớn N, P từ nƣớc thải sinh hoạt của các hu d n cƣ, sự đ ng ín và thiếu đ u ra của môi trƣờng hồ. Sự phú dƣỡng nƣớc hồ đô thị và các sông kênh dẫn nƣớc thải g n các thành phố lớn đã trở thành hiện tƣợng phổ biến ở h u hết các nƣớc trên thế giới.

Hiện tƣợng phú dƣỡng hồ đô thị và ênh thoát nƣớc thải tác động tiêu cực tới hoạt động văn hoá của d n cƣ đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái nƣớc hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của đô thị. Các hồ đô thị h u hết đ ng vai tr quan trọng trong việc tiếp nhận, điều hòa nƣớc và khí hậu, tạo cảnh quan, và là nơi vui chơi giải trí của cộng đồng. Quận Hoàng Mai - thành Phố Hà Nội nằm ở vùng địa hình thấp của đồng bằng sông Hồng nên ph n lớn các hồ thuộc địa bàn quận có nguồn gốc từ các vùng trũng hoặc từ các nhánh sông. Sự hình thành và biến đổi của các hồ đều gắn liền với sự phát triển đô thị.

Các hồ đô thị tạo thành một hệ thống kết nối với các sông tiêu thoát nƣớc của thủ đô Hà Nội. Quận Hoàng Mai có khoảng 14 hồ, ao vừa và lớn [1]. Trong đ c 3 hồ lớn nhất là hồ Linh Đàm (75 ha), hồ Yên Sở (130 ha); hồ Định Công (25 ha) và một số hồ nhỏ hác nhƣ hồ Đền Lừ (4 ha), một số hồ điều h a nƣớc cho các khu vực nhỏ, hỗ trũng thuộc địa bàn các phƣờng Định Công, Giáp át, đặc biệt là khu vực ao hồ thuộc phƣờng Hoàng Văn Thụ, Thịnh Liệt, Yên Sở, Tr n Phú, Lĩnh Nam, Hoàng Liệt. Tổng diện tích các ao hồ, ruộng trũng nêu trên hoảng trên 400 ha [17].

Hệ thống hồ lớn trên địa bàn quận có một bề dày lịch sử và đã trở thành biểu tƣợng, niềm tự hào của quận, đồng thời đ ng vai tr quan trọng trong đời sống cộng đồng, ngoài việc tiếp nhận trực tiếp nƣớc thải, nƣớc mƣa của lƣu vực thoát nƣớc xung quanh sau đ tiêu thoát qua các mƣơng thoát nƣớc của thành phố Hà Nội, chúng c n đƣợc sử dụng cho mục đích cảnh quan du lịch phục vụ vui chơi giải trí, nuôi cá của quận. 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] H u hết các hồ đô thị đều chịu sự tác động của các yếu tố tự nhiên và nh n sinh nên quá trình lão hoá diễn ra nhanh. Trong những năm g n đ y, hi tốc độ đô thị hoá tăng lên rõ rệt, hệ thống thoát nƣớc hông đƣợc x y dựng theo kịp tốc độ đô thị hoá dẫn đến độ sâu của hồ giảm rõ rệt do các vật liệu bị nƣớc mƣa cuốn trôi, do xả nƣớc thải và san lấp, lấn chiếm không gian của ngƣời dân sống xung quanh. Điều này cũng dẫn đến việc diện tích hồ bị thu hẹp rất nhiều so với ban đ u.

Bên cạnh đ , việc xả nƣớc chƣa qua xử lý, chứa một lƣợng rất lớn chất hữu cơ, các chất dinh dƣỡng nhƣ N, P và các chất độc hại khác vào hồ làm cho hồ nhiễm bẩn. Hiện tƣợng phú dƣỡng g y “tảo nở hoa” và cá chết hàng loạt làm cho hệ sinh thái trong hồ bị nhiễm độc và khi lắng xuống cùng với cặn trong nƣớc thải tạo nên lớp tr m tích đọng ở đáy hồ, làm cho hồ nông d n theo thời gian, nhất là tại nơi trực tiếp đ n nhận nƣớc thải; kéo theo đ là sự đổi màu của nƣớc, nƣớc có mùi hôi thối khiến cho hệ thống hồ không thể thực hiện đƣợc các chức năng của mình. Do vậy, để có thể kịp thời bảo vệ hệ sinh thái các hồ, việc đánh giá và dự báo sự phú dƣỡng là vô cùng c n thiết. Đã c nhiều công trình nghiên cứu với nhiều phƣơng pháp để xác định tình trạng phú dƣỡng của hồ trên địa bàn thành phố Hà Nội, trong đ c một số hồ tại quận Hoàng Mai bằng cách dựa vào các nhóm sinh vật chỉ thị cho sự phú dƣỡng hoặc giám sát các thông số đánh giá độ phú dƣỡng thứ cấp nhƣ N và P [4-6,11].

Tuy nhiên, các phƣơng pháp quan trắc, giám sát truyền thống chất lƣợng nƣớc các hồ đô thị thƣờng gây tốn kém về mặt thời gian và kinh phí, đặc biệt không giúp đánh giá nhanh đƣợc hiện trạng môi trƣờng của hồ để có giải pháp kịp thời. Điều này dẫn đến thực trạng thiếu dữ liệu trong việc quản l các hồ ở đô thị hiện nay. Trong hi đ trên thế giới, việc sử dụng viễn thám vào giám sát, đánh giá mức độ phú dƣỡng của các hồ thông qua tính toán hàm lƣợng chlorophyll-a (Chl-a) - chỉ số trực tiếp phản ánh sức khỏe hệ sinh thái trong hồ, đã trở nên phổ biến, hiệu quả và mang độ chính xác cao. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu giám sát mức độ phú dưỡng của một số hồ tại quận Hoàng Mai, Hà Nội sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat” đƣợc tiến hành nghiên cứu với mục tiêu nghiên cứu nhƣ sau: - Xác định mối quan hệ giữa chỉ số phú dƣỡng (TSI) của nƣớc tại một số hồ thuộc quận Hoàng Mai, Hà Nội và các thông số thu đƣợc của ảnh Landsat 8; - Sử dụng dữ liệu ảnh Landsat 8 để tính toán, mô hình hóa sự phân bố không gian và thời gian của TSI trong nƣớc tại một 3 hồ lớn của quận Hoàng Mai là Linh Đàm, Yên Sở, Định Công; 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - Xác định mối quan hệ giữa quá trình đô thị hóa và sự gia tăng d n số khu vực xung quanh 3 hồ (Linh Đàm, Yên Sở, Định Công) với diễn biến của TSI trong các hồ; - Đề xuất một số giải pháp giám sát hiện tƣợng phú dƣỡng tại 3 hồ (Linh Đàm, Yên Sở, Định Công).

Trong luận văn, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu là TSI và sự biến động của TSI theo không gian và thời gian ở 3 hồ lớn tại quận Hoàng Mai là Yên Sở, Linh Đàm và Định Công. Nội dung của luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng, không kể ph n mở đ u và kết luận nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về vùng nghiên cứu và lịch sử nghiên cứu Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận Luận văn đƣợc thực hiện tại bộ môn Địa chất Môi trƣờng, Khoa Địa chất, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Nguyễn Thị Thu Hà. Luận văn là ết quả nghiên cứu của học viên cao học thuộc ngành đào tạo thí điểm Địa chất môi trƣờng.

3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu Quận Hoàng Mai nằm ở phía nam thủ đô Hà Nội. Tọa độ địa lý của quận vào khoảng 20o53’ - 21o35’ độ vĩ Bắc và 105o44’ - 106o02’ độ kinh Đông.

Phía bắc của quận giáp với quận Hai à Trƣng, phía nam giáp với huyện Thanh Trì, phía đông giáp với sông Hồng và huyện Gia Lâm, phía tây giáp với huyện Thanh Trì và quận Thanh Xuân. Địa bàn quận Hoàng Mai tƣơng đối rộng, trải từ bắc xuống nam khoảng 5 km, từ đông sang tây khoảng 12 km với tổng diện tích tự nhiên khoảng 4.032 ha với 14 đơn vị hành chính cấp phƣờng. Là cửa ngõ phía nam thành phố Hà Nội, trên địa bàn quận theo hƣớng Bắc - Nam c đƣờng quốc lộ 1A, đƣờng Tam Trinh, đƣờng Lĩnh Nam, nối giữa Đông - T y và đƣờng vành đai 3 c c u Thanh Trì chạy qua. Ở đ y c nhiều tuyến giao thông đƣờng bộ, đƣờng sắt nối thủ đô với các địa phƣơng hác trong cả nƣớc.

Thêm vào đ , sông Hồng ở phía đông cũng là một điều kiện thuận lợi cho việc phát triển giao thông đƣờng thủy với các tỉnh vùng đồng bằng sông Hồng và vùng trung du miền núi phía Bắc. Chính vị trí địa lý thuận lợi này là điều kiện để mở rộng giao lƣu, lƣu thông hàng h a và dịch vụ, tạo tiền đề để phát triển kinh tế, văn h a và xã hội của quận Hoàng Mai trong tƣơng lai. Vị trí của Quận Hoàng Mai và 3 hồ nghiên cứu 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự phân bố TSI tại vùng nghiên cứu 1.

Các yếu tố tự nhiên a. Đặc điểm địa hình, địa chất Quận Hoàng Mai nằm ở phía nam thành phố Hà Nội với địa hình tƣơng đối trũng, độ cao trung bình khoảng 4 đến 5 m. Địa hình biến đổi dốc nghiêng từ Bắc xuống Nam và từ T y sang Đông: hu vực phía bắc bao gồm các phƣờng Mai Động, T n Mai, Tƣơng Mai, Giáp át và Hoàng Văn Thụ c độ cao từ 6 - 6,2m; khu vực phía nam bao gồm các phƣờng Đại Kim, Định Công, Hoàng Liệt, Thanh Trì, Vĩnh Hƣng, Yên Sở, Lĩnh Nam và Tr n Phú c độ cao từ 5,20 - 5,8m; khu vực ao, hồ, vùng trũng c độ cao dƣới 3,5m. Địa hình có sự khác biệt giữa trong đê và ngoài đê.

Toàn quận với 14 phƣờng chủ yếu là vùng trong đê, ngoài ra c n một số vùng bãi ven đê sông Hồng với diện tích khoảng 920 ha là diện tích thuộc các phƣờng Thanh Trì, Tr n Phú, Yên Sở, Lĩnh Nam. Đ y là ph n đất phù sa bồi tụ thƣờng xuyên nên c độ cao trung bình thƣờng cao hơn vùng đất trong đê. Giữa vùng bãi và đê c nhiều đ m hồ trũng chạy ven đê là nơi giữ nƣớc vào mùa khô. Đất đai vùng bãi thuộc loại đất bồi tụ hàng năm, thƣờng ngập nƣớc vào mùa lũ nên vùng này thích hợp cho việc phát triển các loại rau màu thực phẩm, nhất là các loại rau an toàn [16].