BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ARIMA DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG VÀM CỎ ĐÔNG TỈNH LONG AN Ngành: MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn: PGS - TSKH. Bùi Tá Long Sinh viên thực hiện: Vũ Xuân Linh MSSV: 0951080044 Lớp: 09DMT2 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2013 i LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là : Vũ Xuân Linh Là sinh viên lớp 09DMT2 khóa học 2009 – 2013, chuyên ngành Kỹ thuật môi trường, khoa Môi trường và Công nghệ sinh học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM. Tôi xin cam đoan đề tài “ Ứng dụng mô hình ARIMA dư báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu và kết quả được nêu trong đồ án là trung thực, chính xác và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ c ho việc thực hiện và hoàn thành đồ án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc.Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình. Sinh viên thực hiện Vũ Xuân Linh ii LỜI CẢM ƠN Đề tài tốt nghiệp được hoàn thành dưới sự giúp đỡ và động viên của các thầy cô, gia đình và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Bùi Tá Long, người đã trực tiếp có những chỉ dẫn, chia sẻ và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện. Xin chân thành cảm ơn:  Chị Linh cùng các anh chị trong phòng tin học môi trường, viện Tài nguyên môi trường, trường Đại học Quốc gia TP. HCM đã trực tiếp hỗ trợ em hoàn thành các mội dung của đồ án.  Thầy cô khoa Môi trường và Công nghệ sinh học, bạn bè trong lớp 09DMT1, 09DMT2 đã quan tâm giúp đỡ, động viên tôi hoàn thành một cách tốt nhất đồ án tốt nghiệp này. Cuối cùng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới cha, mẹ, anh, chị, em trong gia đình tôi đã luôn bên cạnh hỗ trợ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án, đồng thời còn là động lực, chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi nỗ lực không ngừng để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất. Người thực hiện Vũ Xuân linh iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined. LỜI CÁM ƠN Error! Bookmark not defined. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH viii MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1 3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2 4. NHIỆM VỤNGHIÊN CỨU 2 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3 6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 3 7. KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên 4 1.1.1 . Vị trí địa lý ( Tỉnh Long An, sông Vàm Cỏ Đông) 4 1.1.2 . Điều kiện tự nhiên 6 1.1.3 . Tình hình sử dụng đất 11 1.1.4 . Tình hình cấp nước 13 1.1.5 . Hiện trạng thoát nước và xử lý nước thải 14 1.2 Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội 15 1.2.1 . Dân số 15 1.2.2 . Phát triển công nghiệp 16 iv 1.2.3 . Hệ thống công trình y tế 18 1.2.4 . Hệ thống công trình giáo dục – đào tạo 19 1.2.5 . Giao thông, du lịch trên địa bàn tỉnh 20 1.2.6 . Đánh giá nhận xét 23 1.3 Hiện trạng môi trường nước sông Vàm Cỏ Đông 24 1.4 Hiện trạng công tác QLMT nước 29 1.4.1 . Về cơ cấu tổ chức, chức năng, nhiệm vụ 29 1.4.2 . Đánh giá công tác quản lý môi trường nước sông Vàm Cỏ Đông 30 1.4.3 . Phân tích những hạn chế, tồn tại. Đề xuất giải pháp khắc phục 30 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH ĐƯỢC SỬ DỤNG 2.1 Giới thiệu mô hình ARIMA 32 2.1.1 . Hàm tự tương quan ACF 33 2.1.2 . Hàm tự tương quan từng phần PACF 34 2.1.3 . Mô hình AR (p) 36 2.1.4 . Mô hình MA (q) 37 2.1.5 . Sai phân I (d) 37 2.1.6 . Mô hình ARIMA 38 2.2 Phần mềm xử lý số liệu Eviews 39 2.2.1. Giới thiệu về phần mềm Eviews 39 2.2.2. Áp dụng Eviews thi hành các bước mô hình ARIMA 41 CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ TÍNH TOÁN DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG VÀM CỎ ĐÔNG 3.1 Thi hành mô hình ARIMA 44 3.1.1 . Chuẩn bị dữ liệu đầu vào 44 3.1.2 . Kiểm tra tính dừng của dữ liệu 55 3.1.3 . Xác định các thông số của mô hình 58 v 3.1.4 . Ước lượng và kiểm định với mô hình ARIMA 59 3.1.5 . Dự báo 63 3.2. Đánh giá mô hình 64 3.2.1. Kiểm định tính dừng 65 3.2.2. Nhận dạng mô hình 66 3.2.3. Ước lượng mô hình 67 3.2.4. Tiến hành kiểm định mô hình ARIMA 68 3.2.5. Dự báo 69 3.3. Dự báo xu hướng biến độngCLN sông Vàm Cỏ Đông 70 Kết luận và kiến nghị 71 Kết luận 71 Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADF: Augmented Dickey-Fuller ARIMA: Autoregressive Integrated Moving Average BP: Box-Priere CLN: Chất lượng nước ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long ĐTM: Đánh giá tác động môi trường KCN: Khu công nghiệp Luật BVMT: Luật bảo vệ Môi trường NĐ 36/CP: Nghị định 36 của Chính phủ NMSX: Nhà máy sản xuất PACF: Sample Partial Autocorrelation Function QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn Việt Nam 08:2008 của Bộ Tài Ngyên Môi Trường QLMT: Quản lý môi trường QMS: Quantitative Micro Software SACF: Sample Autocorrelation Function Sở KHCN: Sở Khoa Học Công Nghệ Tp. HCM: Thành phố Hồ Chí Minh TTCN: Trung tâm công nghiệp TTQT &DVKTMT: Trung tâm quan trắc và dịch vụ kỹ thuật Môi trường UBND: Ủy ban nhân dân VCĐ: Vàm Cỏ Đông VKTTĐPN: Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam VSV: Vi sinh vật WQI Water Quality Index XLNT: Xử lý nước thải vii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1. 1: Thay đổi thời tiết khí hậu tỉnh Long An từ năm 2005-2009 7 Bảng 1.2: (%) 10 Bảng 1.3: Tình hình sử dụng đất giai đoạn 2000 – 2005 12 Bảng 1.4: Tình hình biến động về sử dụng đất tỉnh Long An đến năm 2010 13 Bảng 3.1: Bảng quy định các giá trị qi, Bpi 47 Bảng 3.2 :Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa 48 Bảng 3.3: Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số Ph 48 Bảng 3.4: Bảng đánh giá chất lượng nước 49 Bảng 3.5: Bảng vị trí quan trắc và mô tả ảnh hưởng 50 Bảng 3.6: Bảng giá trị quan trắc tại vị trí số 1và số 2 năm 2006 52 Bảng 3.7: Giá trị WQI thông số quý 1 và 2 năm 2006 53 Bảng 3.8: Giá trị WQI tính toán cho sông VCĐ 54 Bảng 3.9: Kết quả kiểm định ADF chuỗi WQI theo tính chặn 57 Bảng 3.10. Kết quả kiểm định ADF chuỗi WQI theo xu thế và tính chặn 58 Bảng 3.11: Giá trị tương quan của chuỗi WQI 59 Bảng 3.12: Các thông số ước lượng mô hình ARIMA (1, 0, 1) 61 Bảng 3.13: Thông số ước lượng các mô hình ARIMA khác nhau 62 Bảng 3.14: Kết quả kiểm định phần dư chuỗi WQI 63 Bảng 3.15: Kết quả dự báo WQI năm 2013 64 Bảng 3.16: Giá trị WQI dung trong dự báo 65 Bảng 3.17: Giá trị ước lượng các mô hình 68 Bảng 3.18: Đánh giá kết quả dự báo 71 viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH Trang Hình 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Long An 4 Hình 1.2: Bản đồ sông Vàm Cỏ Đông 5 Hình 1.3: Mật độ dân số phân chia theo địa bàn của tỉnh Long An – 2007 17 Hình 1.4: Biểu đồ pH sông Vàm Cỏ Đông 25 Hình 1.5: Biểu đồ DO sông Vàm Cỏ Đông 26 Hình 1.6: Biểu đồ SS sông Vàm Cỏ Đông 26 Hình 1.7: Biểu đồ BOD5 sông Vàm Cỏ Đông 27 Hình 1.8: Biểu đồ COD sông Vàm Cỏ Đông 27 Hình 1.9: Biểu đồ Amoni sông Vàm Cỏ Đông 28 Hình 1.10: Biểu đồ Nitrit sông Vàm Cỏ Đông 28 Hình 1.8: Biểu đồ Sắt sông Vàm Cỏ Đông 29 Hình 2.1: Giao diện làm việc của Evie ws 41 Hình 3.1: Chỉ số WQI từ quý 01/2006 đến quý 04/2012 56 Hình 3.2: Biểu đồ tương quan chuỗi WQI 67 Hình 3.3: Ước lượng mô hình ARIMA (1, 0, 1) 68 Hình 3.4: Kiểm định mô hình ARIMA (1, 0, 1) 69 Hình 3.5: Kết quả dự báo của mô hình 70 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An Trang 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, trong quá trình đô thị hóa và phát triển công nghệ đã đem lại những lợi ích to lớn cho con người, tuy nhiên mặt trái của nó là gây ra những tác động tiêu cực đối với môi trường sống của chúng ta. Các chất ô nhiễm đưa vào môi trường ngày càng nhiều làm tổn thương các hệ sinh thái – gây tổn hại đến cấu trúc hệ sinh thái và tàn phá môi trường sống của vi sinh vật, đặc biệt là môi trường nước. Hơn nữa, nước là thành phần quan trọng cho sự sống của con người, VSV và các hoạt động phát triển công nghiệp.Một nhiệm vụ quan trọng đặt ra là chúng ta phải dự đoán sự biến đổi của môi trường dưới sự tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Dự báo là một nhu cầu không thể thiếu cho những hoạt động của con người trong bối cảnh bùng nổ thông tin.Dự báo sẽ cung cấp những cơ sở cần thiết cho các hoạch định, và có thể nói rằng nếu không có khoa học dự báo thì những dự định tương lai của con người vạch ra sẽ không có sự thuyết phục đáng kể.Do vậy, mô hình hóa môi trường sẽ giúp đưa ra những dự báo trước, từ đó đưa ra những biện pháp quản lý và biện pháp kỹ thuật thích hợp đối với tài nguyên. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phần mềm tính toán, mô phỏng chất lượng nước đang được sử dụng trong dự báo. Do vậy, đồ án đã thực hiện đề tài: “Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An” 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Trê n thế giới, kỹ thuật dự báo đã hình thành từ thế kỉ thứ 19, tuy nhiên dự báo có ảnh hưởng mạnh mẽ khi công nghệ thông tin phát triển vì bản chất mô phỏng của các phương pháp dự báo rất cần thiết sự hỗ trợ của máy tính. Đến năm những 1950, các lý thuyết về dự báo cùng với các phương pháp luận được xây dựng và phát triển có hệ thống.Trong bối cảnh bùng nổ công nghệ thông tin, dự báo đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu cho những hoạt động của con người.Dự báo sẽ cung cấp những cơ sở cần thiết cho các hoạch định trong tương lai.Trong công tác phân tích dự báo, vấn đề [...]... liệu chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông đoạn chảy qua Long An đã được quan trắc, lập mô hình dự báo bằng mô hình ARIMA Từ đó đưa ra những dự báo diễn biến chất lượng nước sông Đánh giá khả năng áp dụng của mô hình ARIMA cho bài toán dự báo chất lượng nước 4 NHIỆM VỤNGHIÊN CỨU - Thu thập, phân tích số liệu quan trắc chất lương nước sông VCĐ Tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) Trang 2 Ứng dụng mô hình ARIMA. .. phận Tỉnh Long An Trang 21 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An Các tuyến tỉnh lộ như tỉnh lộ 7, tỉnh lộ 8, tỉnh lộ 22, tỉnh lộ 821, tỉnh lộ 822, tỉnh lộ 823, tỉnh lộ 824, tỉnh lộ 825, tỉnh lộ 826, tỉnh lộ 827, tỉnh lộ 828, tỉnh lộ 829, tỉnh lộ 831, tỉnh lộ 833, tỉnh lộ 835, tỉnh lộ 836, tỉnh lộ 837, tỉnh lộ 838 và tỉnh lộ 839 Ngoài hệ thống giao thông đường bộ long. .. tỉnh Long An - Hiện trạng môi trường nước sông VCĐ CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH ĐƯỢC SỬ DỤNG - Giới thiệu về mô hình ARIMA, phần mềm Eview - Các bước tiến hành mô hình ARIMA cho sông VCĐ CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN DỰ BÁO CLN SÔNG VÀM CỎ ĐÔNG - Kết quả tính toán chỉ số CLN bằng WQI - Kết quả dự báo mô hình ARIMA - Mô phỏng CLN thông qua GIS Trang 3 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông. .. với sông Vàm Cỏ Tây bằng các con kênh ngang Maeng – Rạch Gốc, Trà Cú Thượng, kênh Thủ Thừa và các kênh đào khác Ngoài ra sông Vàm Cỏ Đông còn được nối với sông Sài Gòn bởi các kênh Thầy Cai, An Hạ, Rạch Trà và sông Bến Lức Hình 1.2: Bản đồ sông Vàm Cỏ Đông Trang 5 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An 1.1.2 Điều kiện tự nhiên 1.1.2.1 Địa hình Địa hình tỉnh Long An. .. chảy đến ngã ba Bầu Quỳ ( Cần Đước – Long An) và hợp Trang 4 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An lưu với sông Vàm Cỏ Tây, sau đó theo sông Vàm Cỏ đổ ra sông Sòai Rạp ra biển Đông Chiều dài sông Vàm Cỏ Đông khoảng 270 km Đoạn chảy qua tỉnh Tây Ninh dài 151 km Đoạn chảy qua địa phận tỉnh Long An dài 145 km theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, nằm từ kinh độ 105030’30”... ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An - Tiến hành dự báo chất lượng nước sông thông qua chỉ số chất lượng nước bằng mô hình ARIMA - Dự báo xu hướng biến động CLN, đánh giá những kết quả đạt được 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Thu thập thông tin: kết quả quan trắc chất lượng nước sông VCĐ hàng năm của Trung tâm Quan trắc và Dịch vụ Kỹ thuật Môi trường Long An - Xử lý, thống kê, sử dụng. .. 24 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An 1.3 Hiện trạng môi trường nước sông Vàm Cỏ Đông Chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông chủ yếu bị ảnh hưởng từ các nguồn thải của các nhà máy, giá trị các thông số tại các cống thải luôn cao hơn các vị trí khác, càng cách xa khu vực cống xả của các nhà máy thì chất lượng nước càng tốt hơn Hiện trạng môi trường nước sông VCĐ được... cao hơn so với các năm trước cho thấy nước sông Vàm Cỏ Đông đang ngày càng có khuynh hướng cải thiện ô nhiễm đối với thông số DO Nồng độ DO cũng có khuynh hướng tăng dần từ phía thượng nguồn Trang 25 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An đến hạ nguồn, thể hiện nước sông Vàm Cỏ Đông tuy chịu ảnh hưởng nguồn thải hai bên bờ nhưng sông có khả năng tự làm sạch tương đối... nguồn nước ngầm Việc phát triển những nhà máy xử lý nước quy mô lớn còn khó khăn do dân cư phân bố rải rác, không đều Trang 14 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An trên địa bàn tỉnh b Cấp nước cho công nghiệp Nhu cầu nước cho sản xuất đang ngày một tăng do sự phát triển nhanh của các khu công nghiệp Quy mô hoạt động ngày một mở rộng khiến cho nhu cầu sử dụng nước. .. tăng lên đáng kể Trang 13 Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An 1.1.4 Tình hình cấp nước a Cấp nước cho sinh hoạt Khả năng cấp nước sạch đã không thể đáp ứng nhu cầu người dân trong tỉnh. Tổng công suất cấp nước hiện chỉ đạt 57.616 m3/ngày Với dân số 1,4triệu người, mỗi người chỉ có khoảng 40 lít nước sử dụng mỗi ngày Điều đó chỉ ra rằng việc cấp nước sạch hiện nay . Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An Trang 3 - Tiến hành dự báo chất lượng nước sông thông qua chỉ số chất lượng nước bằng mô hình ARIMA. - Dự báo. toán, mô phỏng chất lượng nước đang được sử dụng trong dự báo. Do vậy, đồ án đã thực hiện đề tài: Ứng dụng mô hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An 2. TÌNH HÌNH. hình ARIMA dự báo chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tỉnh Long An Trang 5 lưu với sông Vàm Cỏ Tây, sau đó theo sông Vàm Cỏ đổ ra sông Sòai Rạp ra biển Đông. Chiều dài sông Vàm Cỏ Đông khoảng