HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 440 ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ở ĐẦM PHÁ TAM GIANG – CẦU HAI, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ (APPLYING GIS TO BUILD WATER ENVIRONMENTAL MONITORING NETWORK OF TAM GIANG - CAU HAI LAGOON, THUA THIEN HUE PROVINCE) Nguyễn Huy Anh, Nguyễn Quang Hưng, Đinh Thanh Kiên Viện Tài nguyên, Môi trường và Công nghệ sinh học – Đại học Huế Abstract: The length of the Tam Giang - Cau Hai lagoon is about 70 kilometers, an area of about 22,000 ha, locate/ in coastal areas of Thua Thien Hue province. In recent years the pressure from the production process, resource extraction, waste water from urban areas, population around the lagoon as well as economic development activities in the lagoon have been led to bad consequences, altering water quality, degraded aquatic resources and significantly reduce the biodiversity of the lagoon. Within this article, we will present the research results in GIS applications for building water environmental monitoring network of the Tam Giang - Cau Hai. Contribute to integrated management and protect the water environmental quality of lagoon water. Keywords: GIS, Tam Giang – Cau Hai lagoon, environmental monitoring network. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đầm phá TG-CH phân bố trên chiều dài gần 70km, có diện tích khoảng 22.000 ha, nằm ở vùng ven bờ của tỉnh Thừa thiên Huế (TT-Huế). Hệ sinh thái của đầm phá TG-CH được đánh giá cao về tính độc đáo và đa dạng về chủng loại. Với nguồn gen phong phú và nhiều loài thủy hải sản nước lợ đầm phá là nơi cung cấp nguồn lợi thủy sản. Hệ thực vật đầm phá đã phát hiện được khoảng 400 loài: 250 loài thực vật phù du, 54 loài vi tảo đáy, 43 loài rong tảo, 13 loài thực vật thủy sinh, 31 loài thực vật cạn. Khu hệ động vật đã phát hiện được 445 loài trong đó: động vật nổi 66 loài, động vật đáy 76 loài, 230 loài cá và 73 loài chim [2,3,4]. Trong thời gian gần đây các áp lực từ quá trình sản xuất, khai thác tài nguyên, gây ô nhiễm môi trường ở khu vực thượng nguồn và hạ nguồn bao quanh đầm phá TG-CH cũng như các hoạt độ ng phát triển kinh tế trên đầm phá đã và đang dẫn đến những hệ quả xấu, làm biến đổi chất lượng nước, suy thoái tài nguyên thủy sinh vật và giảm đáng kể tính đa dạng sinh học của đầm. Theo đó, các cơ hội sử dụng tài nguyên thủy sản của đầm phá TT-Huế cũng bị hạn chế và mất dần đi trong tương lai. Chính vì vậy, việc xây dựng những giải pháp mang tính thống nhất, đồng bộ nhằm quản lý và bảo vệ môi trường nước của thủy vực đặc thù này là vấn đề hết sức cấp bách. Một trong những giải pháp quan trọng và có ý nghĩa then chốt đó là xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường nước. GIS ngày càng được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi nhằm quản lý tốt tài nguyên thiên nhiên và môi trường trong đó có xây dựng mạng lưới quan trắc và giám sát môi trường. Trong khuôn khổ bài báo này chúng tôi chỉ trình bày phương pháp ứng dụng GIS để xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường nước ở đầm phá TG-CH. HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 441 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong giới hạn bài báo này chỉ giới thiệu kết quả xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường nước đầm phá TG-CH bằng cách sử dụng công nghệ GIS. Đây là phương pháp quan trọng và mang lại hiệu quả rất cao trong quá trình nghiên cứu, GIS có thể thiết kế bản đồ vị trí các điểm quan trắc môi trường nước, tích hợp các thông tin liên quan đến điểm quan trắc. Ngoài ra các modul của GIS có thể phân tích nội suy không gian tạo cơ sở cho việc xác định các vị trí quan trắc môi trường nước của đầm phá TG-CH cũng như quản lý, cập nhật các thông tin quan trắc từ đó đưa ra các dự báo cho chất lượng nước của đầm phá. Dữ liệu không gian: tọa độ của các điểm lấy mẫu được được xác định bằng máy định vị Garmin GPS eTrex. Phép đo thực hiện trực tiếp ngoài hiện trường. Dữ liệu máy định vị cung cấp bao gồm tọa độ địa lý và cao độ của đối tượng nghiên cứu. Dữ liệu thuộc tính: là kết quả phân tích các thông số chất lượng nước, được tích hợp vào lớp các điểm lấy mẫu nước. Sử dụng phần mềm ArcGis 9.2 và phần mềm Mapinfo 10. có tích hợp mô hình toán nội suy để phân vùng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH từ cơ sở dữ liệ u GIS về các điểm lấy mẫu đánh giá hiện trạng chất lượng nước. Hình 1. Chuyển dữ liệu từ GPS sang định dạng của GIS 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Hiện trạng môi trường nước đầm phá Tam Giang – Cầu Hai Để có cơ sở khoa học cho việc xác định vị trí các điểm quan trắc môi trường nước trên hệ thống đầm phá TG-CH, trong thời gian nghiên cứu đã tiến hành 3 đợt khảo sát và lấy mẫu phâ tích hiện trạng môi trường nước. Để thuận lợi trong việc đánh giá và so sánh diễn biến môi trường nước qua các năm trong quá trình nghiên cứu đã chia hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thành 4 thủy vực chính là: đầm Cầu Hai, đầm Thủy Tú – Hà Trung, đầm Sam – Chuồn và phá Tam Giang. 3.1.1. Đầm Cầu Hai Bảng 1. Giá trị trung bình các thông số chất lượng nước đầm Cầu Hai T T Thông số Đơn vị Năm 2009 Năm 2010 QCVN 10:2008 BTNMT (b) Mùa khô TB ± S (a) Mùa mưa TB ± S (a) Mùa khô TB ± S (a) 1 Nhiệt độ o C 31,50 26,20 27,8 30 2 pH 8,10 7,80 7,8 6,5 - 8,5 HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 442 T T Thông số Đơn vị Năm 2009 Năm 2010 QCVN 10:2008 BTNMT (b) Mùa khô TB ± S (a) Mùa mưa TB ± S (a) Mùa khô TB ± S (a) 3 DO mg/l 5,70 7,90 6,9 ≥ 5 4 COD mg/l 21,10 10,10 12,7 3 5 N-NH 4 + mg/l 0,02 0,18 0,1 0,1 6 N-NO 3 - mg/l 0,15 0,73 0,11 KQĐ 7 P-PO 4 3- mg/l 0,01 0,004 0,013 KQĐ 8 Fe mg/l 0,14 0,11 - 0,1 9 Mn mg/l 0,03 0,05 0,04 0,1 10 Coliform MPN/100ml 935.360 2.540 - 1.000 Ghi chú: (-): Không xác định; KQĐ: Không quy định; (a) : n=30 cho các thông số có STT 1-3 và n=10 cho các thông số còn lại; (b) : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ (áp dụng cho nuôi trồng thủy sản) Theo kết quả phân tích chất lượng môi trường nước đầm Cầu Hai ở bảng trên cho thấy các chỉ tiêu như: Nhiệt độ, pH, DO, NH 4 + , NO 3 - , PO 4 3- , Mn đều thỏa mãn giới hạn cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT - áp dụng cho vùng nuôi trồng thủy sản (NTTS) và yêu cầu chất lượng nước nuôi tôm theo Thông tư số 44/2010/TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Tuy nhiên, mộ số chỉ tiêu COD, Fe và Coliform có kết quả phân tích tương đối cao và đều vượt quá so với giá trị cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT (áp dụng cho vùng NNTS), điều này chứng tỏ đầm Cầu Hai đã có dấu hiệu ô nhiễm. 3.1.2. Đầm Thủy Tú - Hà Trung Bảng 2. Giá trị trung bình các thông số chất lượng nước đầm Thủy Tú - Hà Trung TT Thông số Đơn vị Năm 2009 QCVN 10:2008/BTNMT (b) Mùa khô TB ± S (a) Mùa mưa TB ± S (a) 1 Nhiệt độ o C 31,3 26,0 30 2 pH 8,1 7,8 6,5 - 8,5 3 DO mg/l 6,2 8,4 ≥ 5 4 COD mg/l 18,4 6,5 3 5 N-NH 4 + mg/l 0,03 0,16 0,1 6 N-NO 3 - mg/l 0,17 1,05 KQĐ 7 P-PO 4 3- mg/l 0,01 0,005 KQĐ 8 Fe mg/l 0,10 0,17 0,1 9 Mn mg/l 0,06 0,08 0,1 10 Coliform MPN/100ml 1.534.180 2.930 1.000 Ghi chú: (-): Không xác định; KQĐ: Không quy định; (a): n=30 cho các thông số có STT 1-3 và n=10 cho các thông số còn lại; (b): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ (áp dụng cho nuôi trồng thủy sản) Tương tự như đầm Cầu Hai, khu vực Thủy Tú - Hà Trung, kết quả phân tích chất lượng môi trường nước cho thấy các chỉ tiêu như: pH, Độ mặn, DO, NH 4 + , NO 3 - , PO 4 3- , Mn đều thỏa mãn giới hạn cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT (áp dụng cho vùng NTTS) và yêu cầu chất lượng nước nuôi tôm theo Thông tư số 44/2010/TT-BNNPTNT . Tuy nhiên, mộ số chỉ tiêu: nhiệt độ (mùa khô), COD, Fe và Coliform có kết quả phân tích tương đối cao và đều vượt quá so với giá trị cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT (áp dụng cho vùng nuôi trồng thủy sản), đặc biệt chỉ tiêu coliform đã vượt quá rất nhiều lần so với mức cho phép của Quy chuẩn Việt Nam QCVN 10:2008/BTNMT. HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 443 3.1.3. Đầm Sam – Chuồn Bảng 3. Giá trị trung bình các thông số chất lượng nước đầm Sam - Chuồn TT Thông số Đơn vị Năm 2009 QCVN 10:2008/BTNMT (b) Mùa khô TB ± S (a) Mùa mưa TB ± S (a) 1 Nhiệt độ o C 30,9 26,4 30 2 pH 7,9 7,8 6,5 - 8,5 3 DO mg/l 5,7 8,4 ≥ 5 4 COD mg/l 13,2 9,5 3 5 N-NH 4 + mg/l 0,02 0,22 0,1 6 N-NO 3 - mg/l 0,16 0,68 KQĐ 7 P-PO 4 3- mg/l 0,010 0,003 KQĐ 8 Fe mg/l 0,23 0,27 0,1 9 Mn mg/l 0,05 0,07 0,1 10 Coliform MPN/100ml 85.030 6.230 1.000 Ghi chú: (-): Không xác định; KQĐ: Không quy định; (a) : n=30 cho các thông số có TT 1-3 và n=10 cho các thông số còn lại; (b) : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ (áp dụng cho NTTS) Theo kết quả phân tích chất lượng môi trường nước khu vực đầm Sam - Chuồn cho thấy giá trị trung bình các chỉ tiêu như: Nhiệt độ (mùa mưa), pH, DO, NH 4 + , Mn đều thỏa mãn giới hạn cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT (áp dụng cho vùng NTTS). Tuy nhiên, mộ số chỉ tiêu nhiệt độ (mùa khô), COD, Fe và Coliform có giá trị phân tích trung bình tương đối cao và đều vượt quá so với giá trị cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT (áp dụng cho vùng NTTS). 3.1.4. Phá Tam Giang Bảng 4: Giá trị trung bình các thông số chất lượng nước phá Tam Giang TT Thông số Đơn vị Năm 2009 QCVN 10:2008/BTNMT (b) Mùa khô TB ± S (a) Mùa mưa TB ± S (a) 1 Nhiệt độ o C 32,2 26,1 30 2 pH 7,9 7,5 6,5 - 8,5 3 DO mg/l 6,4 7,7 ≥ 5 4 COD mg/l 18,1 6,2 3 5 N-NH 4 + mg/l 0,03 0,24 0,1 6 N-NO 3 - mg/l 0,31 0,88 KQĐ 7 P-PO 4 3- mg/l 0,01 0,005 KQĐ 8 Fe mg/l 0,20 0,30 0,1 9 Mn mg/l 0,08 0,07 0,1 10 Coliform MPN/100ml 15.730 4.050 1.000 Ghi chú: (-): Không xác định; KQĐ: Không quy định; (a) : n=30 cho các thông số có TT 1-3 và n=10 cho các thông số còn lại; (b) : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ (áp dụng cho NTTS) Số liệu đo đạc, phân tích các thông số chất lượng nước vùng phá Tam Giang trong năm 2009 và 2010 cho thấy giá trị trung bình các chỉ tiêu như: Nhiệt độ (mùa mưa), pH, DO, NH 4 + (mùa khô), Mn đều thỏa mãn giới hạn cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT (áp dụng cho vùng NTTS). Tuy nhiên, mộ số chỉ tiêu nhiệt độ (mùa khô), NH 4 + (mùa mưa) COD, Fe và Coliform có giá trị phân tích trung bình tương đối cao và đều vượt quá so với giá trị cho phép theo QCVN 10:2008/BTNMT (áp dụng cho vùng NTTS). HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 444 3.2. Phân vùng ô nhiễm chất lượng nước Từ kết quả đo đạc và phân tích hiện trạng môi trường nước chúng tôi đã sử dụng phương pháp mô hình hóa để phân vùng hiện trạng chất lượng nước bằng công nghệ GIS. Đây là cơ sở khoa học quan trọng để xác định vị trí các điểm quan trắc môi trường nước cho đầm phá. Hình 2. Nhiệt độ bề mặt mùa khô Hình 3. Nhiệt độ bề mặt mùa mưa Hình 4. pH vào mùa khô Hình 5. pH vào mùa mưa Hình 6. DO vào mùa khô Hình 7. DO vào mùa mưa Hình 8. COD mùa khô Hình 9. NH 4 + mùa khô Hình 10. NO 3 - vào mùa khô HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 445 Kết quả phân vùng chất lượng nước đầm phá TG- CH cho thấy các kết quả phân vùng đều thể hiện chất lượng nước xấu nhất là khu vực tập trung phát triển NTTS như Sam – Chuồn, Vinh Hưng – Vinh Giang, Quảng Thành, Quảng Lợi; khu vực dân cư đô thị như: TT.Thuận An, TT. Phú Lộc, Vinh Hiền, phía Tây đầm Cầu Hai; nơi tập trung các cửa sông lớn đổ vào đầm phá như sông Hương, Truồi, sông Đại Giang. Ngoài ra, còn có sự ô nhiễm cục bộ tại một số tiểu vùng như: vùng cửa Tư Hiền, Lộc Bình. Đây là cơ sở khoa học quan trọng để lựa chọn điểm quan trắc môi trường nước trên đầm phá. 3.3. Mạng lưới quan trắc Để xây dựng được mạng lưới quan trắc môi trường nước cho hệ đầm phá TG-CH, trong quá trình nghiên cứu đã dựa trên các cơ sở khoa học và thực tiễn sau: - Kết quả khoanh vùng nhạy cảm môi trường nước do hoạt động NTTS - Đánh giá hiện trạng và diễn biến môi trường nước đầm phá - Phân vùng chất lượng nước đầm phá - Phân tích các quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội khu vực đầm phá - Phân tích các vị trí quan trắc khác đã được xác định trên đầm phá Hình 11. Quy trình xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường nước đầm phá Bảng 5. Đề xuất mạng lưới quan trắc môi trường nước hệ thống đầm phá Tam Giang – Cầu Hai Ký hiệu Vĩ độ bắc - kinh độ đông Ký hiệu Vĩ độ bắc - kinh độ đông TG_CW_01 16° 38' 56" - 107° 26' 29" SC_CW_18 16° 30' 8,3" - 107° 39' 16,4" TG_CW_02 16° 37' 52" - 107° 28' 48" HT_CW_19 16° 30' 37,8" - 107° 41' 42" TG_CW_02 16° 36' 20"- 107° 30' 7.4" HT_CW_20 16° 29' 14,4" - 107° 43' 38,3" TG_CW_04 16° 35' 46" - 107° 32' 15" TT_CW_21 16° 25' 45,8" - 107° 46' 44" TG_CW_05 16° 35' 37" -107° 33' 45" TT_CW_22 16° 23' 44,4" - 107° 48' 27" TG_CW_06 16° 34' 41" - 107° 34' 12" CH_CW_23 16° 21' 36.1" - 107° 47' 27" TG_CW_07 16° 34' 17" - 107° 35' 41" CH_CW_24 16° 21' 22.1" - 107° 50' 33" TG_CW_08 16° 33' 47" - 107° 36' 54" CH_CW_25 16° 20' 25"; - 107° 51' 36.2" HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 446 Ký hiệu Vĩ độ bắc - kinh độ đông Ký hiệu Vĩ độ bắc - kinh độ đông TA_CW_09 16° 34' 31" - 107° 37' 24" CH_CW_26 16° 20' 14" - 107° 53' 17.8" TA_CW_10 16° 34' 4" - 107° 37' 30" CH_CW_27 16° 21' 5.1" - 107° 54' 56" TA_CW_11 16° 33' 29" - 107° 37' 59" CH_CW_28 16° 19' 35" - 107° 54' 56" TA_CW_12 16° 32' 48" - 107° 37' 19" CH_CW_29 16° 18' 53" - 107° 52' 48.7" TA_CW_13 16° 32' 39" - 107° 37' 19" CH_CW_30 16° 17' 12" - 107° 53' 1.2" SC_CW_14 16° 32' 17" - 107° 39' 22" CH_CW_31 16° 18' 18" - 107° 51' 20.2" SC_CW_15 16° 30' 14"- 107° 39' 29" CH_CW_32 16° 17' 29" - 107° 50' 17.5" SC_CW_16 16° 31' 7"- 107° 39' 24" CH_CW_33 16° 19' 17" - 107° 48' 50.1" SC_CW_17 16° 31' 56"- 107° 41' 40" Ghi chú: - TG: Tam Giang; TA: Thuận An; SC: Sam – Chuồn; HT: Hà Trung; TT: Thủy Tú; CH: Cầu Hai - Do khuôn khổ bài báo nên chúng tôi chỉ giới thiệu khái quát mạng lưới Hình 12. Mạng lưới quan trắc môi trường nước đầm phá TGCH được xây dựng bằng GIS Lựa chọn thông số và tần suất quan trắc: Hiện nay, ở Việt Nam chưa có quy chuẩn, tiêu chuẩn quy định chất lượng nước của đầm phá ven biển. Chính vì vậy chúng tôi đã tham khảo các tiêu chuẩn, quy chuẩn có liên quan như sau: QCVN 08: 2010/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về quan trắc môi trường nước mặt lục địa; QCVN 10: 2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ; Thông tư 44/2010/TT-BNNPTNT Quy định điều kiện cơ sở, vùng nuôi tôm sú, tôm chân trắng thâm canh đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, đã đề xuất các chỉ tiêu sau (25 chỉ tiêu) theo thứ tự: Nhiệt độ, độ đục, EC, độ mặn, pH, DO, TSS, BOD 5 , COD, NH 4 + , Tổng Nitơ, Tổng Photpho, Coliform, Fe, Mn, Váng dầu mỡ, Cu, Pb, Zn, Cd, As, Hg, DDT. Tuy nhiên, tùy thuộc vào điều kiện kinh phí, năng lực các phòng thí nghiệm và nhân lực các có thể giảm số lượng các chỉ tiêu. Tần suất quan trắctrắc 3 tháng 1 lần (1 năm 4 lần). HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 447 Hình 13. Cơ sở dữ liệu mạng lưới được quản lý, cập nhật bằng GIS 4. KẾT LUẬN Kết nghiên cứu cho thấy, hầu hết các thông số chất lượng nước đầm phá Tam Giang - Cầu Hai như pH, DO, BOD 5 , Amoni, Nitrit, đều thoả mãn Quy chuẩn Việt Nam QCVN 10:2008/BTNMT cho nước biển ven bờ và yêu cầu chất lượng nước nuôi tôm theo Thông tư số 44/2010/TT-BNNPTNT ngày 22 tháng 7 năm 2010 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Trong đó có một số chỉ tiêu như COD, Fe, Coliform trong đầm phá đều vượt giới hạn cho phép trong QCVN 10:2008/BTNMT cho nước biển ven bờ, chứng tỏ nước ở đầm phá TG- CH đã có dấu hiệu ô nhiễm. Ứng dụng GIS trong xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường nước hệ thống đầm phá TG-CH tỉnh Thừa Thiên Huế đã xây dựng được mạng lưới quan trắc gồm 33 vị trí, phân bố rộng khắp bề mặt đầm phá. Hệ thống các điểm quan trắc được quản lý bằng các phần mềm GIS để cập nhật kết quả quan trắc, cảnh báo ô nhiễm môi trường nước đầm phá phục vụ cho phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Hồng Khánh, 2003. Giám sát môi trường không khí và nước- Lý luận và thực tiễn ở Việt Nam. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nôi [2]. Tôn Thất Pháp và nnk, 2009. Đa dạng sinh học ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, tỉnh Thừa Thiên Huế. NXB Đại học Huế. [3]. Trần Đức Thạnh và nnk 1996. Hệ sinh thái đầm phá Tam Giang Cầu Hai. Đề tài nhánh thuộc đè tài cấp nhà nước, Mã số KT- 03 - 11. [4]. UBND tỉnh Thừa Thiên Huế, 2005. Địa chí Th ừa Thiên Huế. NXB Khoa học Xã hội. . THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 440 ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ở ĐẦM PHÁ TAM GIANG – CẦU HAI, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ. sở khoa học quan trọng để lựa chọn điểm quan trắc môi trường nước trên đầm phá. 3.3. Mạng lưới quan trắc Để xây dựng được mạng lưới quan trắc môi trường