MỞ ĐẦU Đối với một tỉnh có mật độ dân số cao và nhiều khu công nghiệp nhƣ tỉnh Bắc Ninh thì việc quản lý tài nguyên, đặc biệt tài nguyên nƣớc là rất quan trọng. Nếu không có sự quản lý chặt chẽ thì chất lƣợng nƣớc ngầm sẽ nhanh chóng bị suy giảm và kéo theo đó là sự ô nhiễm của các môi trƣờng khác nhƣ môi trƣờng đất, hiện tƣợng sụt lún đất. Trong những năm qua, việc quản lý tài nguyên nƣớc nói chung và nƣớc ngầm nói riêng đã đƣợc tiến hành từ rất sớm. Công tác quản lý bao gồm quản lý trữ lƣợng, chất lƣợng, dòng chảy ngầm, các hang chứa nƣớc ngầm.
Với nhiều thông số quản lý nhƣ vậy nên hàng năm các cơ quan quản lý phải xử lý một số lƣợng lớn các hồ sơ và số liệu khác nhau cũng nhƣ gặp nhiều khó khăn trong việc thu thập, xử lý, lƣu trữ và truy xuất thông tin đáp ứng nhu cầu của các nhà quản lý, điều hành. Bắc Ninh: Cần xây dựng dự án để thống kê toàn bộ công trình khai thác sử dụng nƣớc trên toàn tỉnh để điều tra, đánh giá nhằm nắm rõ đƣợc hiện trạng sử dụng các công trình khai thác thuận tiện cho việc quản lý nhà nƣớc trong lĩnh vực tài nguyên nƣớc. [5] Việc xây dựng mạng lƣới quan trắc tài nguyên nƣớc về cả nƣớc mặt và nƣớc ngầm là hết sức cần thiết với Bắc Ninh bởi qua kiểm tra, 10/10 đơn vị đƣợc thanh tra đều có các hành vi chƣa tuân thủ theo các quy định của pháp luật về tài nguyên nƣớc hiện hành, thể hiện chủ yếu ở các hành vi sau: Không thực hiện việc thông báo tới cơ quan cấp phép về việc chuyển đổi tên doanh nghiệp (chiếm 10%); Không có giấy phép xả nƣớc thải vào nguồn nƣớc (chiếm 10%); Đặc biệt, báo cáo kết luận thanh tra cũng cho thấy, có tới 8/10 đơn vị (chiếm 80%) không thực hiện, thực hiện không đầy đủ việc quan trắc, giám sát mực nƣớc, lƣu lƣợng, chất lƣợng trong quá trình khai thác, sử dụng theo quy định của nội dung giấy phép và theo quy định tại Điều 16 của Quy định ban hành kèm theo Quyết định số 15/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 ; và chƣa thực hiện việc báo cáo định kỳ tình hình khai thác, sử dụng nƣớc dƣới đất theo quy định là 6/10 đơn vị (chiếm 60%);… Trong những năm gần đây, hệ thống thông tin địa lý GIS (viết tắt của Geographic Information System) ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau trong LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 công tác quản lý tài nguyên nói chung và tài nguyên nƣớc nói riêng. Với các ƣu điểm của GIS nhƣ: Tổng hợp hiệu quả nhiều tập hợp dữ liệu thành một cơ sở dữ liệu kết hợp; lƣu trữ dễ, lâu dài, sao chép nhanh; trích xuất, truy cập bản đồ dễ dàng; dễ dàng cập nhật, chỉnh sửa thông tin, in ấn nhanh; tạo ra những giá trị mới (bản đồ chuyên đề); có thể tích hợp với viễn thám, cơ sở dữ liệu, công cụ mô hình.
Với sự hợp tác của Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên và Trung tâm GIS.FCU của Trƣờng Đại học Phùng Giáp - Đài Loan. Đƣợc sự đồng ý của TS. Trƣơng Hà Hải và TS. Hoàng Thanh Vân, em chọn đề tài: “Nghiên cứu phát triển hệ thống quản lý tài nguyên nƣớc ngầm bằng công nghệ GIS và ứng dụng tại tỉnh Bắc Ninh”.
Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ GIS trong bài toán xây dựng hệ thống quản lý, xử lý, lƣu trữ kết xuất thông tin trên mô hình dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính phục vụ công tác quản lý. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là GIS và ứng dụng GIS trong các bài toán quản lý tài nguyên nƣớc ngầm. Phạm vi nghiên cứu của đề tài đƣợc giới hạn trong dữ liệu không gian là các các điểm quan trắc nƣớc ngầm, cùng với các chỉ số quan trắc đánh giá chất lƣợng nƣớc trong năm 2014 trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh. Với chƣơng trình thử nghiệm đƣợc cài đặt cho phép: Tổng hợp, xử lý, trình diễn, truy vấn dữ liệu; đánh giá về tài nguyên nƣớc ngầm tỉnh Bắc Ninh.
Mục tiêu của đề tài: - Nghiên cứu về GIS - Khả năng ứng dụng của GIS trong quản lý tài nguyên nƣớc ngầm. - Ứng dụng GIS và phƣơng pháp nội suy để biểu diễn mức độ ô nhiễm nƣớc ngầm trong khu vực tỉnh Bắc Ninh. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ ỨNG DỤNG 1. Lý thuyết cơ bản về hệ thống thông tin địa lý (GIS)[2] Hệ thống thông tin địa lý còn gọi là GIS (viết tắt của Geographic Information Systems) ra đời trên cơ sở sự phát triển của khoa học máy tính (Computer Science).
Ngày nay GIS đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu không gian, từ ngành khoa học tự nhiên đến những ngành khoa học xã hội. Sự phát triển nhanh chóng và những ứng dụng mang tính đột phá trong nhiều lĩnh vực của GIS hiện là mối quan tâm của nhiều quốc gia, nhiều ngành và nhiều ngƣời trên toàn thế giới. Việc áp dụng ngày càng phong phú đã tạo ra các tiền đề cơ bản và những điều kiện thuận lợi cho sự ra đời một ngành mới: Ngành khoa học thông tin địa lý (Geographic Information Science). Ở đây, GIS đƣợc xác lập nhƣ một ngành khoa học liên ngành đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Nguồn gốc của GIS là việc tạo các bản đồ chuyên đề, các nhà quy hoạch sử dụng phƣơng pháp chồng xếp bản đồ (overlay), phƣơng pháp này đƣợc mô tả một cách có hệ thống lần đầu tiên bởi ông Jacqueline Tyrwhitt trong quyển sổ tay quy hoạch vào năm 1950, kỹ thuật này còn đƣợc sử dụng trong việc tìm kiếm vị trí thích hợp cho các công trình đƣợc quy hoạch. Việc sử dụng máy tính trong vẽ bản đồ cũng bắt đầu vào cuối thập niên 50, từ đây khái niệm về GIS ra đời nhƣng chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng. Hệ thống thông tin địa lý đầu tiên của thế giới đƣợc xây dựng vào đầu những năm 60 (1964) tại Canada với tên gọi là CGIS (Canadian Geographic Information System). Giai đoạn đầu những năm 60, các hệ GIS phục vụ chủ yếu cho công tác điều tra, quản lý tài nguyên thiên nhiên thì giữa những năm 60, các hệ GIS phục vụ cho công tác khai thác và quản lý đô thị.
Sự ra đời và phát triển các hệ GIS trong những năm 60 đã đƣợc quốc tế chấp nhận và đánh giá cao. Vì vậy, năm 1968 Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu nhận và xử lý dữ liệu Địa lý (Commission on Geographical Data Sensing and Processing) nhằm mục đích phổ biến kiến thức về lĩnh vực này trong những năm tiếp theo. Trong những năm 70, với các tiến bộ trong công nghệ chế tạo máy tính đã LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 làm tăng khả năng hoạt động của các hệ GIS và hậu thuẫn cho việc nghiên cứu, thiết kế và thƣơng mại hoá các phần mềm GIS. Đứng đầu trong lĩnh vực thƣơng mại là các công ty: ESRI, Synercom, Intergraph, Calma, Computervision.
Cũng thời gian này đã xuất hiện một tình trạng mà R.Tomlinson (1991) gọi là loạn khuôn dạng (digital chaos), đòi hỏi trong những năm sau này phải nghiên cứu khả năng giao diện, trao đổi khuôn dạng thông qua một số khuôn dạng chuẩn và đƣợc chấp nhận rộng rãi nhất. Những năm 80 đƣợc đánh dấu bởi các nhu cầu ngày càng cao về điều tra, khai thác, quản lý tài nguyên cùng việc bảo vệ môi trƣờng v.với các quy mô lãnh thổ khác nhau. Ngoài việc vẫn tiếp tục nghiên cứu giải quyết một số vấn đề còn tồn tại từ những năm trƣớc đây, một hƣớng đƣợc phát triển tƣơng đối mạnh, đó là xây dựng các hệ GIS chuyên dụng cho một số lĩnh vực quan trọng trong sử dụng, quản lý tài nguyên, môi trƣờng: LIS (Land Information System), LRIS (Land Resource Information System), PMIS (Port Management Information System), ILWIS (Intergreted Land and Water Information System). Nhìn chung đây là một thời kỳ bùng nổ các ứng dụng của GIS.
Trong khung cảnh hiện tại, thế giới đã biết đến ít nhất vài trăm phần mềm GIS đƣợc thƣơng mại hoá, giá giao động từ vài trăm đến vài trăm ngàn đô la Mỹ. Với sự tích luỹ về dữ liệu thông qua các ứng dụng riêng lẻ trong từng chuyên ngành đã vƣợt quá khả năng quản lý của các hệ GIS riêng lẻ. Một đặc điểm khác của sự phát triển ứng dụng trong giai đoạn hiện nay là sự gia tăng sử dụng thông tin viễn thám nhƣ một đầu vào thông tin quan trọng của các hệ GIS. Rất nhiều nỗ lực đã đƣợc giành cho nghiên cứu các phƣơng pháp tích hợp thông tin ảnh viễn thám với các thông tin bản đồ trên GIS.
Các ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên tự nhiên trên thế giới rất đa đạng và phong phú. Định nghĩa [2] Định nghĩa GIS: GIS là một trƣờng hợp đặc biệt của hệ thống thông tin ở đó cơ sở dữ liệu bao gồm các quan sát trên đặc trƣng phân tán không gian, các hoạt động hoặc sự kiện mà có thể định rõ trong không gian nhƣ điểm, đƣờng hoặc vùng. Một hệ thống LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 thông tin địa lý vận dụng dữ liệu về các điểm, đƣờng, vùng này để nhận dữ liệu bằng cách hỏi đáp và phân tích đặc biệt. Có nhiều định nghĩa về GIS, tùy theo cách tiệm cận: - Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thông tin có khả năng mã hóa, lƣu trữ, chuyển đổi, phân tích và hiển thị thông tin không gian địa lý (http://www.org) - Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống nhập liệu, lƣu trữ, thao tác và trích xuất thông tin địa lý (NCGIA Core Curriculum in Geographic Information Science) - Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống phần mềm máy tính, phần cứng, dữ liệu, và nhân viên để giúp thao tác, phân tích và trình bày thông tin cùng với không gian vị trí (http://www.com) Khái quát từ các định nghĩa GIS: GIS là hệ thống thông tin trên cơ sở máy tính với 04 khả năng chủ yếu nhƣ sau đây: - Thu thập và tiền xử lý dữ liệu tham chiếu địa lý, bao gồm dữ liệu từ bản đồ giấy, dữ liệu vệ tinh, điều tra hay từ các nguồn khác.
- Quản lý dữ liệu, bao gồm lƣu trữ và bảo trì trong CSDL.