Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng GIS Và Viễn Thám Quản Lý Khai Thác Nước Dưới Đất Tại TP.HCM

Luận văn thạc sĩ quản lý môi trường ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý khai thác nước dưới đất tại TP.HCM, phân tích hiệu quả và giải pháp bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thảo Vi
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Trung
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Quản lý môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng GIS Và Viễn Thám Trong Quản Lý Khai Thác Nước Dưới Đất Tại TP.HCM
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) là trung tâm kinh tế lớn của Việt Nam, với tốc độ đô thị hóa và phát triển công nghiệp nhanh chóng. Tuy nhiên, sự gia tăng dân số và hoạt động kinh tế đã dẫn đến việc khai thác nước dưới đất quá mức, gây ra nhiều vấn đề môi trường như lún đất, xâm nhập mặn, và ngập triều. Ứng dụng GIS và Viễn thám trong quản lý khai thác nước dưới đất được xem là giải pháp hiệu quả để giám sát và quản lý tài nguyên nước một cách bền vững. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiện trạng khai thác nước dưới đất tại TP.HCM và đề xuất các giải pháp quản lý dựa trên công nghệ GIS và Viễn thám.

1.1. Vấn đề nghiên cứu

TP.HCM đang đối mặt với tình trạng khai thác nước dưới đất quá mức, dẫn đến sụt lún đất và xâm nhập mặn. Việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất trở nên cấp thiết. GIS và Viễn thám được xem là công cụ hữu hiệu để giám sát và quản lý tài nguyên nước, giúp phân tích không gian và thời gian của các hoạt động khai thác.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm đánh giá hiện trạng khai thác nước dưới đất tại TP.HCM, lập bản đồ các công trình khai thác, và đề xuất giải pháp quản lý bền vững dựa trên GIS và Viễn thám. Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ việc ra quyết định trong quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường.

II. Hiện trạng khai thác nước dưới đất tại TP

TP.HCM là khu vực có mật độ khai thác nước dưới đất cao nhất cả nước. Theo số liệu từ Sở Tài nguyên và Môi trường, mực nước ngầm đang giảm trung bình 2m/năm, gây ra tình trạng khô cạn và xâm nhập mặn. Sự khai thác quá mức cũng dẫn đến biến dạng bề mặt đất, ảnh hưởng đến các công trình xây dựng và hệ thống thoát nước. Quản lý nước dưới đất cần được thực hiện một cách hệ thống và khoa học để đảm bảo sự bền vững của tài nguyên nước.

2.1. Trữ lượng và hiện trạng khai thác

Nghiên cứu chỉ ra rằng trữ lượng nước dưới đất tại TP.HCM đang suy giảm nghiêm trọng. Các tầng chứa nước Pliocene và Pleistocene đang bị khai thác quá mức, dẫn đến sụt lún đất và xâm nhập mặn. Phân tích dữ liệu từ các trạm quan trắc cho thấy mực nước ngầm đã giảm sâu đến -34.5m tại Quận 12.

2.2. Ảnh hưởng của khai thác quá mức

Khai thác nước dưới đất quá mức đã gây ra nhiều vấn đề môi trường, bao gồm lún đất, ngập triều, và xâm nhập mặn. Các khu vực như Bình Chánh và Tân Tạo đã ghi nhận hiện tượng sụt lún nghiêm trọng, ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng và đời sống người dân.

III. Ứng dụng GIS và Viễn thám trong quản lý nước dưới đất

GIS và Viễn thám là công cụ quan trọng trong quản lý tài nguyên nước dưới đất. GIS cho phép phân tích không gian và thời gian của các hoạt động khai thác, trong khi Viễn thám giúp giám sát biến dạng bề mặt đất. Nghiên cứu đã xây dựng cơ sở dữ liệu GIS để quản lý các giếng khoan và lập bản đồ mực nước ngầm, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý bền vững.

3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS

Nghiên cứu đã xây dựng cơ sở dữ liệu GIS để quản lý các giếng khoan và lập bản đồ mực nước ngầm. Các dữ liệu được thu thập bao gồm thông tin về vị trí, độ sâu, và lưu lượng khai thác của các giếng khoan. Phân tích không gian giúp xác định các khu vực có nguy cơ sụt lún và xâm nhập mặn.

3.2. Giám sát biến dạng bề mặt đất bằng Viễn thám

Viễn thám được sử dụng để giám sát biến dạng bề mặt đất do khai thác nước dưới đất. Các hình ảnh vệ tinh cho phép theo dõi sự thay đổi độ cao mặt đất theo thời gian, từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của khai thác nước dưới đất.

IV. Đề xuất giải pháp quản lý bền vững

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các giải pháp quản lý bền vững đã được đề xuất, bao gồm phân vùng khai thác, kiểm soát lưu lượng khai thác, và tăng cường bảo vệ các tầng chứa nước. Quy hoạch đô thị cần được tích hợp với quản lý tài nguyên nước để đảm bảo sự phát triển bền vững của TP.HCM.

4.1. Phân vùng khai thác và kiểm soát lưu lượng

Nghiên cứu đề xuất phân vùng khai thác nước dưới đất dựa trên trữ lượng và khả năng bổ cập của các tầng chứa nước. Kiểm soát lưu lượng khai thác được thực hiện thông qua việc cấp phép và giám sát các giếng khoan.

4.2. Tăng cường bảo vệ tầng chứa nước

Các biện pháp bảo vệ tầng chứa nước bao gồm hạn chế xây dựng các công trình khai thác mới, tăng cường giám sát chất lượng nước, và thực hiện các dự án phục hồi nguồn nước.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của GIS và Viễn thám trong quản lý khai thác nước dưới đất tại TP.HCM. Các giải pháp đề xuất sẽ góp phần bảo vệ tài nguyên nước và đảm bảo sự phát triển bền vững của thành phố. Cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước.

5.1. Kết luận

Nghiên cứu đã hệ thống hóa cơ sở khoa học và thực tiễn trong quản lý nước dưới đất tại TP.HCM. GIS và Viễn thám đã chứng minh là công cụ hiệu quả trong giám sát và quản lý tài nguyên nước.

5.2. Kiến nghị

Cần tiếp tục đầu tư vào công nghệ GIS và Viễn thám để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước. Đồng thời, cần tăng cường hợp tác giữa các cơ quan quản lý và nghiên cứu để thực hiện các giải pháp bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) là trung tâm kinh tế của Viêt nam có diện tích 2095km2 chiếm 0.6% diện tích cả nƣớc nhƣng lại có dân số tập trung đông, chiếm 7. Tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh nhƣng cơ sở hạ tầng chƣa kịp quy hoạch tổng thể, ý thức ngƣời dân còn kém trong nhận thức bảo vệ môi trƣờng, vì vậy Tp.HCM đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng nhƣ không khí, nƣớc. Vấn đề nổi trội hơn cả là thành phố phải đảm bảo đƣợc nguồn nƣớc sạch cung cấp cho hoạt động sống cơ bản của dân cƣ và phục vụ cho phát triển kinh tế. Ngày nay việc phát triển của các khu cụm công nghiệp dẫn đến nguy cơ nƣớc thải trực tiếp vào nguồn trong khi chƣa có các giải pháp kiểm soát hiệu quả diễn ra thƣờng xuyên.

Do đó tài nguyên nƣớc đang có xu thế suy thoái và tiếp tục chịu tác động của các hoạt động sản xuất, khai thác nƣớc chƣa có quy hoach. Nƣớc mặt và nƣớc dƣới đất (NDĐ) hiện là 02 nguồn nƣớc chính cho thành phố. Lƣợng nƣớc bình quân đầu ngƣời giảm khi dân số tăng dẫn đến việc khai thác ồ ạt, mất kiểm soát nguồng NDĐ, hiện nay tổng lƣợng nƣớc thành phố khai thác 1.000 m3/ngày, trong đó NDĐ chiếm 40%. Đối diện với nguy cơ thiếu nƣớc, đặc biệt là nguồn nƣớc ngọt sạch do đó con ngƣời cần có những biện pháp sử dụng và khai thác nguồn tài nguyên này một cách hiệu quả.

Ứng dụng GIS và Viễn thám trong công tác quản lý nƣớc dƣới đất là công cụ thực thi các công tác kiểm tra, giám sát việc khai thác nƣớc dƣới đất và những hệ quả khi khai thác quá mức. GIS và Viễn thám sẽ thống kê đƣợc các giếng khoan tồn tại trong khu vực, lập bản đồ mực nƣớc, từ đó sẽ có những kiến nghị cho các công trình khác liên quan đến khai thác nƣớc dƣới đất nhằm phục vụ cho nhu cầu sử dụng nguồn nƣớc này đƣợc đảm bảo.2 Tính cấp thiết của đề tài Nƣớc dƣới đất là một tài nguyên quý giá mà con ngƣời sử dụng cho các mục đích khác nhau. Nên việc khai thác, sử dụng hợp lý cũng phải đƣợc tiến hành nhƣ khai thác các loại tài nguyên có ích khác nhƣ tài nguyên khoáng sản, tài nguyên dầu khí…. Nguồn nƣớc chính cung cấp cho Tp.HCM chủ yếu từ hai nguồn: nƣớc mặt (sông Đồng Nai, Sài Gòn), nƣớc dƣới đất.

Nƣớc dƣới đất là một thành phần của tài nguyên nƣớc có vai trò rất quan trọng đối với đời sống con ngƣời, nƣớc dƣới đất có liên quan chặt chẽ với các yếu tố khác của môi trƣờng xung quanh nên rất cần có giải pháp quản lý và bảo vệ phục vụ quản lý khai thác nƣớc dƣới đất bền vững trên địa bàn Tp. Tuy nhiên, Tp.HCM đã không ngừng phát triển, dẫn đến sự gia tăng nhanh dân số và các hoạt động phát triển công nghiệp,… đã gây ra sự khai thác quá mức nƣớc dƣới đất. Công tác quan trắc nƣớc dƣới đất tại các tầng chứa nƣớc Pliocen trên và dƣới đã cho thấy: - Mực nƣớc có xu hƣớng tiếp tục giảm (trung bình 2m/năm). - Độ cao mực nƣớc đã ở độ sâu -34.5m tại Quận 12 và -26.85m tại Bình Chánh, cũng nhƣ -19.

- Sự khai thác nƣớc dƣới đất quá mức đã làm biến dạng bề mặt đất ảnh hƣởng nghiêm trọng đến các công trình dân dụng và công nghiệp cũng nhƣ xâm nhập mặn ảnh hƣởng đến môi trƣờng sống của ngƣời dân. Hiện nay, nguồn nƣớc chính cung cấp cho nền công nghiệp phát triển mạnh và đô thị hóa nhanh của Tp.HCM chủ yếu từ hai nguồn: nƣớc mặt (sông Đồng Nai, Sài Gòn) và nƣớc dƣới đất từ các giếng khoan. Nhu cầu nƣớc dƣới đất đang gia tăng, trong khi trữ lƣợng nguồn tài nguyên nƣớc có hạn và quy mô phân bố ngày càng thu hẹp do ô nhiễm. Vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên nƣớc dƣới đất, mà cụ thể là xác định và bảo vệ nƣớc dƣới đất bao gồm các hoạt động nhƣ: phòng ngừa, hạn chế các tác động xấu tới số lƣợng, chất lƣợng, giữ cho nguồn nƣớc dƣới đất không bị suy thoái, ô nhiễm, cạn 9 kiệt,.Tìm giải pháp phục hồi, cải thiện nguồn nƣớc dƣới đất tránh bị ô nhiễm, cũng nhƣ khai thác, sử dụng hợp lý và tiết kiệm nguồn nƣớc dƣới đất,.

đã và đang giữ một vị trí quan trọng trong công tác quản lý và bảo vệ tài nguyên nƣớc bền vững, luôn là vấn đề cấp bách cho Tp. Đòi hỏi phải có công tác quản lý thích hợp, chặt chẽ các giếng khai thác tại các đơn vị, giám sát theo dõi tình trạng nhiễm mặn thông qua các giếng quan trắc từ thực tiễn. Thành phố còn chỉ đạo các ngành chức năng có liên quan kết hợp để quản lý việc khai thác và sử dụng nguồn nƣớc bền vững. Nhận thức đƣợc tầm quan trọng của vần đề này, đề tài “Ứng dụng GIS và Viễn thám trong quản lý nƣớc dƣới đất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh” đƣợc chọn để xây một cơ sở dữ liệu quản lý chặt chẽ, sử dụng hình ảnh viễn thám để thu thập dữ liệu, giám sát biến dạng mặt đất do khai thác nƣớc, từ đó đƣa ra các giải pháp phù hợp phân vùng và đƣa ra quyết định kịp thời nhằm hạn chế khai thác và sử dụng nguồn nƣớc hợp lý.3 Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Trên thế giới đã sử dụng GIS và Viễn thám vào các hệ thống quản lý nguồn nƣớc dƣới đất và đã trở nên khá phổ biến hiện nay.

Các cơ quan chính phủ đã áp dụng GIS và Viễn thám vào hệ thống quản lý môi trƣờng để có những đánh giá tác động môi trƣờng từ hoạt động quy hoạch đất, công nghiệp hóa, đô thị hóa, khai thác các nguồn tài nguyên trên thế giới. Tích hợp công nghệ GIS và Viễn thám cho phép cung cấp thông tin quan trọng và hỗ trợ đƣa ra những quyết định một cách nhanh chóng. Các lĩnh vực sử dụng GIS và Viễn thám trong quản lý nguồn nƣớc dƣới đất điển hình nhƣ: - “Gis and urban hydrology” - Errin Kemper, E.E Lập ra bản đồ chỉ nguy cơ ngập lụt dựa trên thủy hệ đến khu thoát nƣớc. Bản đồ này sử dụng công cụ hữu ích hỗ trợ cho việc xác định khu vực ngập và xác lập khu vực phòng hộ cho tƣơng lai.

Dữ liệu đƣợc thu thập bao gồm các thông tin về đất, dữ liệu địa hình, mục đích sử dụng đất hiện tại và tƣơng lai. 10 - “Groundwater management and development by integrated remote sensing and geographic information systems: prospects and constraints” - Madan K. Jha & Alivia Chowdhury & V. Chowdary & Stefan Peiffer, 2006 Sử dụng công nghệ Viễn thám và GIS để đƣa ra một đánh giá toàn diện về hệ thống dòng nƣớc dƣới đất.

Có 06 lĩnh vực chủ yếu của GIS và viễn thám đƣợc áp dụng vào quản lý nƣớc dƣới đất: Thăm dò và đánh giá tài nguyên nƣớc; Chọn lọc các nguồn bổ cập nhân tạo; GIS dựa trên mô hình hóa dòng chảy và ô nhiễm; Đánh giá nguy cơ ô nhiễm và kế hoạch bảo vệ nguồn nƣớc dƣới đất; Khả năng tự phục hồi; Phân tích hệ thống dữ liệu. - “Ƣớc tính bổ cấp nƣớc dƣới đất khu vực bằng việc sử dụng dữ liệu thủy văn, ứng dụng cho lƣu vực Hemet ở phía tây Riverside County, California”,2009. Kết hợp các dữ liệu về nƣớc với điều kiện tự nhiên, đặc tính của tầng chứa nƣớc, mực nƣớc và trữ lƣợng nƣớc để ƣớc lƣợng tính bổ cập trong khu vực California. Việt Nam những năm gần đây cũng đã áp dụng GIS vào quản lý đã cho ra nhiều kết quả khả quan khi đƣa vào thực tiễn ở nƣớc ta nhƣ cảnh báo nguy cơ biến dạng, sụt lún mặt đất từ khai thác nƣớc dƣới đất, ngập triều, quản lý lƣu vực nguồn thủy điện, ngập lụt,… - Nguyễn Văn Ngà (2002), Hiện trạng khai thác sử dụng và đề xuất phƣơng án quản lý hợp lý nguồn tài nguyên NDĐ TP.

Luận văn cao học lƣu trữ tại Trƣờng Đại học Khoa học Xã hội và Nhân văn. - Mai Trần Hoàng Anh (2011), Ứng dụng công nghệ GIS hỗ trợ công tác quản lý ngập triều khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. Luận văn cao học đã xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS liên quan để đề xuất các phƣơng pháp thoát nƣớc ở vùng ngập triều khu vực đô thị hóa. - Nguyễn Hoàng Mỹ Lan (2006), Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong quản lý hệ thống thoát nƣớc tại thành phố Long Xuyên, tỉnh An 11 Giang.

Luận văn cao học đã ứng dụng GIS trong quản lý hệ thống thoát nƣớc, biên tập và xây dựng chƣơng trình quản lý hệ thống thoát nƣớc SEWSMPro dựa trên phần mềm ArcViewGIS và ngôn ngữ lập trình Avenue. - Trần Văn Lã (1998) dự báo Lún mặt đất khi khai thác 02 tầng chứa nƣớc Pliocen trên và dƣới với lƣu lƣợng 28. - Dƣơng Thị Kiều Anh (1999) dự báo lún cho Nhà máy nƣớc Gò Vấp với lƣu lƣợng 30.000 m3/ngày từ tầng chứa nƣớc Pliocen trên. - Đỗ Tiến Hùng (2001) dự báo lún mặt đất do khai thác nƣớc tại Tân Chánh Hiệp, Quận 12.

- Lê Văn Trung và Hồ Tống Minh Định (2008) đã ứng dụng kỹ thuật INSAR vi phân để nghiên cứu sự biến dạng mặt đất khu vực thành phố Hồ Chí Minh. - Lê Văn Trung (2008), Lún mặt đất, nƣớc dƣới đất và phát triển đô thị Thành phố Hồ Chí Minh. Đã thể hiện sự tƣơng quan giữa lún mặt đất và các khu vực khai thác nƣớc dƣới đất bằng công nghệ GIS và Viễn thám. Nhìn chung, bảo vệ tài nguyên nƣớc dƣới đất là một nhu cầu vô cùng cấp thiết và thực tiễn.

Việc tạo giải pháp cung cấp nhanh thông tin hữu ích trên một khu vực mặt đất rộng lớn liên quan đến các vấn đề nhƣ: hiện trạng khai thác ứng với các tầng chứa nƣớc, trữ lƣợng khai thác hiện tại của các tầng khai thác chủ yếu, dự báo đƣợc sự biến dạng mặt đất do khai thác nƣớc quá mức so với khả năng của nguồn nƣớc,. Đây là các mối quan hệ phức tạp để quy hoạch sử dụng nƣớc ngầm hay tạo phƣơng án, lộ trình giảm lƣu lƣợng, số lƣợng công trình khai thác nƣớc dƣới đất hiện có, nhằm phục vụ quản lý khai thác nƣớc dƣới đất bền vững trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.4 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Đánh giá hiện trạng khai thác nƣớc dƣới đất và lập bản đồ thể hiện các công trình khai thác. Từ đó, đề xuất giải pháp bảo vệ tài nguyên nƣớc dƣới đất phục vụ quản lý và khai thác NDĐ bền vững trên địa bàn Tp.