Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận án tiến sĩ ngành kĩ thuật trắc địa với đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ giám sát môi trường nước mặt khu vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

1. -1A
– 2018

2. -1A
–
9.52.05.03
– 2018

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu khoa học của
riêng tôi. Các số liệu trình bày trong luận án được phản ánh hoàn toàn trung
thực. Các kết quả nghiên cứu trong luận án chưa có ai công bố trong bất kỳ
công trình nghiên cứu nào.
Hà Nội ngày tháng năm 2018
Tác giả luận án
Đinh Thị Thu Hiền

4. ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................i
MỤC LỤC........................................................................................................ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................vi
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................xi
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................3
3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................4
5. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................4
6. Những điểm mới của luận án.....................................................................5
7. Luận điểm bảo vệ.......................................................................................5
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án................................................5
9. Cơ sở tài liệu thực hiện luận án .................................................................6
10. Cấu trúc luận án.......................................................................................6
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.........................8
1.1 Tổng quan về tài nguyên nước mặt Việt Nam.........................................8
1.2 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt...............................................12
1.2.1 Ô nhiễm do nước thải sinh hoạt ......................................................12
1.2.2 Ô nhiễm do nước thải công nghiệp .................................................13
1.2.3 Ô nhiễm do nước thải y tế...............................................................15
1.2.4 Ô nhiễm do nước thải nông nghiệp, làng nghề...............................15
1.3 Các thông số chất lượng môi trường nước mặt .....................................16
1.4 Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thámgiám sát chất
lượng nước mặt............................................................................................20

5. iii
1.4.1 Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu chất
lượng nước mặt.........................................................................................20
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới..................................................25
1.4.3 Tình hình nghiên cứu trong nước....................................................34
1.5 Đặc điểm dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSAT-1A ....................................41
1.6 Kết luận chương 1..................................................................................44
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH...............46
CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT NƯỚC MẶT TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH
VNREDSAT-1A.............................................................................................46
2.1 Cơ sở khoa học phương pháp ứng dụng dữ liệu viễn thám trong đánh
giá chất lượng nước .....................................................................................46
2.1.1 Bức xạ trực tiếp đối tượng nước và tính chất quang học bất biến của nó46
2.1.2 Bức xạ gián tiếp đối tượng nước quan trắc bằng dữ liệu viễn thám48
2.1.3 Phương pháp xác định hàm lượng thông số chất lượng nước từ dữ
liệu viễn thám...........................................................................................49
2.1.4 Cơ sở khoa học phân tích hồi quy...................................................51
2.2 Đặc trưng phổ phản xạ của nước...........................................................53
2.3 Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh VNREDSAT - 1A...............................59
2.3.1 Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển ảnh vệ tinh VNREDSat - 1A..59
2.3.2 Phương pháp hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh VNREDSat-1A......65
2.4 Phương pháp đo phổ hiện trường ..........................................................73
2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả xác định hàm lượng các
thông số chất lượng nước.............................................................................75
2.6 Phương pháp lấy mẫu chất lượng nước.................................................79
2.7 Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ giám sát nước mặt từ dữ liệu
ảnh vệ tinh VNREDSAT-1A.......................................................................80
2.8 Kết luận chương 2..................................................................................84

6. iv
CHƯƠNG 3.THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ
THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT KHU VỰC HÀ NỘI TỪ DỮ
LIỆU ẢNH VỆ TINH VNREDSAT-1A......................................................85
3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu và dữ liệu sử dụng ................................85
3.1.1 Khu vực nghiên cứu ........................................................................85
3.1.2 Dữ liệu sử dụng ...............................................................................89
3.1.2.1 Dữ liệu viễn thám .....................................................................89
3.1.2.2 Số liệu quan trắc ......................................................................93
3.1.2.3 Số liệu đo phổ hiện trường ......................................................100
3.2 Kết quả xử lý ảnh vệ tinh VNREDSAT-1A........................................104
3.3 Xác định chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh
VNREDSAT-1A........................................................................................108
3.3.1 Xây dựng hàm quan hệ giữa chất lượng nước và phổ phản xạ ảnh vệ
tinh VNREDSAT-1A.............................................................................108
3.3.1.1 Khu vực hồ, đầm.....................................................................108
3.3.1.2 Khu vực sông Hồng................................................................124
3.3.2 Đánh giá độ chính xác kết quả hồi quy.........................................126
3.4 Đánh giá chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A ..........................................................................................128
3.5 Kết luận chương 3................................................................................135
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................136
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.................................138
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................139
PHỤ LỤC

7. v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt Tên đầy đủ tiếng anh Tên đầy đủ tiếng việt
GIS
Geographical Information
System
Hệ thống thông tin địa lý
WQI Water Quality Index Chỉ số chất lượng nước
TSS Total Suspended Sediment
Tổng hàm lượng chất lơ
lửng
BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa
COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học
VNREDSAT-
1A
Vietnam Natural Resources,
Environment and Disaster
monitoring Satellite-1A
Vệ tinh Việt Nam quan sát
tài nguyên thiên nhiên, môi
trường và thiên tai
TM Thematic Mapper
Cảm biến tài nguyên mặt đất
đa phổ
ETM+ Enhanced Thematic Mapper Pl
Cảm biến tài nguyên mặt đất
đa phổ độ phân giải cao
OLI Operational Land Imager Bộ chụp ảnh bề mặt trái đất
SPOT
Satellites Pour l'Observation de
la Terre or Earth-observing
Satellites
Vệ tinh quan sát trái đất của
Pháp
MODIS
Moderate Resolution Imaging
Spectroradiometer
Bộ chụp ảnh phổ kế bức xạ
độ phân giải trung bình

8. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.Một số đặc trưng cơ bản của các hệ thống sông chính ở Việt Nam.. 8
Bảng 1.2.Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng ....................................11
Bảng 1.3. Tổng lượng nước thải và thải lượng các chất ô nhiễm trong nước
thải từ các khu công nghiệp [5].......................................................................14
Bảng 1.4. Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt (theo QCVN 08-
MT:2015/BTNMT)[7].....................................................................................17
Bảng 1.5. Các bộ cảm viễn thám sử dụng phổ biến trong đánh giá chất lượng
nước [38] .........................................................................................................21
Bảng 1.6. Đặc điểm một số bộ cảm siêu phổ sử dụng trong đánh giá chất
lượng nước [38]...............................................................................................22
Bảng 1.7. Đặc điểm một số bộ cảm siêu cao tần sử dụng trong hải dương học
và đánh giá chất lượng nước [38] ...................................................................24
Bảng 1.8. Tổng quan các thông số của vệ tinh VNREDSat-1A (nguồn VAST)
.........................................................................................................................42
Bảng 1.9. Một số thông số ảnh vệ tinh VNREDSat-1A (nguồn VAST)........43
Bảng 2.1. Độ thấu quang của nước phụ thuộc bước sóng [22].......................59
Bảng 2.2. Giá trị Gian và Bias đối với các kênh phổ ảnh VNREDSat-1A
(nguồn VAST).................................................................................................64
Bảng 2.3. Đánh giá chất lượng hiệu chỉnh hình học ảnh VNREDSat-1A......73
Bảng 2.4. Phương thức bảo quản và thời gian lưu trữ một số chỉ tiêu chất
lượng nước ......................................................................................................77
Bảng 2.5. So sánh độ chính xác kết quả xây dựng hàm hồi quy giữa phổ phản
xạ xác định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 (trước và sau
hiệu chỉnh khí quyển) và hàm lượng các thông số chất lượng nước khu vực
Sông Hồng.......................................................................................................78
Bảng 2.6. So sánh độ chính xác kết quả xây dựng hàm hồi quy giữa phổ phản
xạ xác định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 (trước và sau
hiệu chỉnh khí quyển) và hàm lượng các thông số chất lượng nước khu vực
Sông Hồng.......................................................................................................78

9. vii
Bảng 2.7. Các chỉ tiêu chất lượng nước mặt sử dụng trong luận án...............80
Bảng 3.1. Một số hồ nội thành Hà Nội [13]...................................................87
Bảng 3.2.Tọa độ các điểm lấy mẫu chất lượng nước đợt 1 ............................94
Bảng 3.3. Tọa độ các điểm lấy mẫu chất lượng nước đợt 2 ...........................96
Bảng 3.4. Kết quả phân tích chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu đợt 1.....97
Bảng 3.5.Kết quả phân tích chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu đợt 2 ......98
Bảng 3.6. Chênh lệch giữa phổ phản xạ hiện trường và phổ phản xạ xác định
từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A (đợt 1 năm 2016)..........................................101
Bảng 3.7. Chênh lệch giữa phổ phản xạ hiện trường và phổ phản xạ xác định
từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A (đợt 2 năm 2017)..........................................103
Bảng 3.8. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh vệ
tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng độ đục .......................110
Bảng 3.9. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh vệ
tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng TSS ...........................110
Bảng 3.10. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng COD.....................111
Bảng 3.11. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng BOD5....................111
Bảng 3.12. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng độ đục ..................112
Bảng 3.13. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng TSS ......................112
Bảng 3.14. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng COD.....................113
Bảng 3.15. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại các kênh ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng BOD5....................113
Bảng 3.16. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1 và 2 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................114

10. viii
Bảng 3.17. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1 và 3 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................114
Bảng 3.18. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1 và 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................115
Bảng 3.19. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 2 và 3 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................115
Bảng 3.20. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phản xạ phổ kênh 2 và 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................115
Bảng 3.21. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 3 và 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................116
Bảng 3.22. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1 và 2 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................116
Bảng 3.23. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1 và 3 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................117
Bảng 3.24. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1 và 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................117
Bảng 3.25. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 2 và 3 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................117
Bảng 3.26. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 2 và 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................118

11. ix
Bảng 3.27. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 3 và 4 ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất lượng nước..118
Bảng 3.28. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 3 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................119
Bảng 3.29. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................119
Bảng 3.30. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 3, 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................120
Bảng 3.31. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 2, 3, 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................120
Bảng 3.32. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 3 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................121
Bảng 3.33. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................121
Bảng 3.34. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 3, 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................122
Bảng 3.35. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 2, 3, 4 ảnh
vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước ....................................................................................................122
Bảng 3.36. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 3, 4
ảnh vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước khu vực hồ, đầm ........................................................................123

12. x
Bảng 3.37. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 3, 4
ảnh vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước khu vực hồ, đầm ........................................................................124
Bảng 3.38. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 3, 4
ảnh vệ tinh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước khu vực sông Hồng....................................................................125
Bảng 3.39. Kết quả xác định hàm hồi quy giữa phổ phản xạ kênh 1, 2, 3, 4
ảnh vệ tinh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng các thông số chất
lượng nước khu vực sông Hồng....................................................................125
Bảng 3.40. Kết quả đánh giá độ chính xác đối với ảnh vệ tinh VNREDSat-1A
ngày 20/10/2016............................................................................................126
Bảng 3.41. Kết quả đánh giá độ chính xác đối với ảnh vệ tinh VNREDSat-1A
ngày 21/12/2017............................................................................................127

13. xi
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Bản đồ ranh giới các lưu vực sông nước ta........................................9
Hình 1.2.Tỉ lệ phân bố tài nguyên nước mặt Việt Nam theo các lưu vực sông
.........................................................................................................................10
Hình 1.3. Tỉ lệ giữa các vùng về tổng lượng các chất ô nhiễm trong nước thải
sinh hoạt [5].....................................................................................................13
Hình 1.4.Ô nhiễm nước mặt ở các hồ ở Hà Nội (nguồn: internet) .................13
Hình 1.5. Ô nhiễm nước mặt ở làng nghề Sơn Đồng (Hoài Đức, Hà Nội)
(nguồn: Internet)..............................................................................................16
Hình 1.6. Quan hệ giữa thông số độ đục và phổ phản xạ chiết xuất từ dữ liệu
viễn thám [61] .................................................................................................26
Hình 1.7. Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của
Weipi He [70]..................................................................................................27
Hình 1.8. Kết quả xác định phân bố hàm lượng NO3-N và NH3-N từ dữ liệu
viễn thám [70] .................................................................................................28
Hình 1.9. Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SPM) vùng Gironde (Pháp)
trên ảnh SPOT HRV (a, 14-06-1996) và Landsat ETM+ (b, 04-03-2000) [31].29
Hình 1.10.Phân bố hàm lượng SPM khu vực German Bight từ ảnh vệ tinh
SPOT ...............................................................................................................29
Hình 1.11. Bản đồ phân bố độ đục của nước khu vực sông Gomti Lucknow từ
ảnh vệ tinh QuickBird [59] .............................................................................32
Hình 1.12. Phân bố hàm lượng tổng nitơ (TN) và tổng photpho (TP) khu vực
hồ Cihu từ ảnh vệ tinh Ikonos [45] .................................................................32
Hình 1.13. Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SS) trong nước mặt hồ
Buyukcekmece (Thổ Nhĩ Kỳ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh IKONOS [65]..............33
Hình 1.14. Bản đồ phân bố các trạm quan trắc chất lượng nước khu vực cửa
Quảng Ninh - Hải Phòng[8]............................................................................35
Hình 1.15. Bản đồ phân bố hàm lượng chất ô nhiễm BOD5 và COD khu vực
Quảng Ninh - Hải Phòng.................................................................................36

14. xii
Hình 1.16. Hàm hồi quy giữa giá trị hàm lượng chất lơ lửng và tỉ lệ ảnh
kênh4/kênh2 ảnh Landsat 7 ETM+ khu vực hồ Trị An [64] ..........................37
Hình 1.17. Sơ đồ phân bố hàm lượng chlorophyll-a trong nước Hồ Tây tính
toán từ ảnh Sentinel-2A chụp ngày 18/6/2016 [10]........................................38
Hình 1.18. Bản đồ hiện trạng phân bố hàm lượng chất lơ lửng (SPM) khu vực
ven bờ sông Hồng (ngày 25/09/2014) từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A [19]....40
Hình 1.19. Bản đồ phân bố hàm lượng Chl-a trung bình vùng biển Việt Nam
vào tháng 8 năm 2008 và 2011[19].................................................................41
Hình 1.20.Vệ tinh VNREDSat – 1A và một số thành phần chính (nguồn: STI-
VAST) .............................................................................................................41
Hình 1.21.Một số ảnh vệ tinh VNREDSat-1A: khu vưc Hà Nội (a),
Melbourne (Australia, b) (nguồn: VAST).......................................................44
Hình 2.1. Các thành phần của bức xạ Mặt Trời đi tới nguồn nước được bộ
cảm biến ghi nhận ...........................................................................................46
Hình 2.2. Các thành phần bức xạ thu nhận từ đầu thu[48] .............................47
Hình 2.3. Mối quan hệ giữa hàm lượng chất lơ lửng và ảnh tỉ lệ giữa kênh
đỏ/kênh xanh lục ảnh SPOT (a) và Landsat (b) [31] ......................................50
Hình 2.4.Đặc trưng phổ phản xạ của nước và một số đối tượng khác (nguồn
Internet)...........................................................................................................54
Hình 2.5. Đối tượng nước tương phản rõ rệt với đất liền ở kênh cận hồng
ngoại ảnh vệ tinh VNREDSat-1Anăm 2016 khu vực Hà Nội ........................55
Hình 2.6. Tổ hợp màu RGB=MIR:NIR:RED ảnh Landsat 5 TM năm 2009
khu vực ven biển Cà Mau giúp thể hiện rõ đường bờ nước ...........................55
Hình 2.7. Phổ phản xạ của nước trong và nước đục [43] ...............................56
Hình 2.8. Chỉ số độ đục xác định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà
Nội năm 2016..................................................................................................56
Hình 2.9. Phổ phản xạ của nước chứa hàm lượng chất lơ lửng khác nhau
(nguồn Internet)...............................................................................................57

15. xiii
Hình 2.10. Ảnh hưởng của hàm lượng chlorophyll-a đến phổ phản xạ của
nước [39] .........................................................................................................58
Hình 2.11. Chỉ số chất diệp lục xác định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu
vực Hà Nội năm 2016 [36]..............................................................................58
Hình 2.12. Ví dụ về các ”đối tượng tối” trên ảnh vệ tinh Landsat (nguồn
gisapmaps.com)...............................................................................................61
Hình 2.13. Sơ đồ các bước thực hiện hiệu chỉnh khỉ quyển ảnh vệ tinh ........63
Hình 2.14. Đo giá trị bức xạ của khí quyển dựa trên đồ thị histogram của kênh
ảnh ...................................................................................................................65
Hình 2.15. So sánh phổ phản xạ của nước trước và sau khi hiệu chỉnh khí
quyển (nguồn gisapmaps.com)........................................................................65
Hình 2.16. Hệ tọa độ ảnh và các điểm khống chế [77]...................................66
Hình 2.17. Ảnh hưởng độ chênh cao địa hình và góc nghiêng trục quang.....68
Hình 2.18. Sơ đồ các bước hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh VNREDSat-1A 70
Hình 2.19. Máy đo phổ hiện trường GER 1500..............................................74
Hình 2.20. Sơ đồ quy trình giám sát và đánh giá chất lượng nước mặt từ dữ
liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A......................................................................81
Hình 3.1.Phân tích mạng lưới sông hồ và các dự kiến mở rộng mặt nước, tạo
hồ trữ nước ngọt (theo Báo cáo quy hoạch chung thủ đô lần 3).....................86
Hình 3.2. Dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội ngày
20/10/2016 ở tổ hợp màu tự nhiên..................................................................90
Hình 3.3. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội ngày 20/10/2016, kênh
1.......................................................................................................................90
Hình 3.4. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội ngày 20/10/2016, kênh
2.......................................................................................................................91
Hình 3.5. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội ngày 20/10/2016, kênh
3.......................................................................................................................91
Hình 3.6. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội ngày 20/10/2016, kênh
4.......................................................................................................................91

16. xiv
Hình 3.7. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội, ngày 21/12/2017, tổ
hợp màu tự nhiên.............................................................................................92
Hình 3.8. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội, ngày 21/12/2017,
kênh 1 ..............................................................................................................92
Hình 3.9. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội, ngày 21/12/2017,
kênh 2 ..............................................................................................................92
Hình 3.10. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội, ngày 21/12/2017,
kênh 3 ..............................................................................................................93
Hình 3.11. Ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội, ngày 21/12/2017,
kênh 4 ..............................................................................................................93
Hình 3.12. Sơ đồ các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong đợt quan trắc 1 ..95
Hình 3.13. Sơ đồ các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong đợt quan trắc 2 ..95
Hình 3.14. Kết quả chồng ghép ảnh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 khu vực
Hà Nội trước và sau khi hiệu chỉnh hình học................................................105
Hình 3.15. Ảnh phản xạ đỉnh khí quyển (TOA, a) và phản xạ bề mặt (b) xác
định từ ảnh VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 ..............................................105
Hình 3.16. Ảnh phản xạ đỉnh khí quyển (TOA, a) và phản xạ bề mặt (b) xác
định từ ảnh VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 ..............................................106
Hình 3.17. Sự khác nhau giữa phổ phản xạ của thực vật trên ảnh VNREDSat-
1A sau khi hiệu chỉnh khí quyển...................................................................106
Hình 3.18. Sự khác nhau giữa phổ phản xạ của nước trên ảnh VNREDSat-1A
sau khi hiệu chỉnh khí quyển.........................................................................107
Hình 3.19. Sự khác nhau giữa phổ phản xạ của đất trên ảnh VNREDSat-1A
trước và sau khi hiệu chỉnh khí quyển ..........................................................107
Hình 3.20. Ví dụ các hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại kênh 1 ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A ngày 20/10/2016 và hàm lượng độ đục khu vực hồ, đầm...110
Hình 3.21. Ví dụ các hàm hồi quy giữa phổ phản xạ tại kênh 1 ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A ngày 21/12/2017 và hàm lượng TSS khu vực hồ, đầm ......112

17. xv
Hình 3.22. Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng độ đục từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 20/10/2016 khu vực hồ, đầm (Hà Nội) .............129
Hình 3.23. Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 20/10/2016 khu vực hồ, đầm (Hà Nội) .............130
Hình 3.24 Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng độ đục từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 20/10/2016 khu vực sông Hồng (Hà Nội).........131
Hình 3.25 Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 20/10/2016 khu vực sông Hồng (Hà Nội).........131
Hình 3.26 Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng độ đục từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 21/12/2017 khu vực hồ, đầm (Hà Nội) .............132
Hình 3.27 Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 21/12/2017 khu vực hồ, đầm (Hà Nội) .............133
Hình 3.28 Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng độ đục từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 21/12/2017 khu vực sông Hồng (Hà Nội).........134
Hình 3.29 Kết quả đánh giá phân bố hàm lượng TSS từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A chụp ngày 21/12/2017 khu vực sông Hồng (Hà Nội).........135

18. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước nói chung và nước mặt nói riêng là yếu tố không thể thiếu trong
toàn bộ sự sống và các quá trình xảy ra trên Trái Đất. Nước là môi trường cho
các phản ứng chuyển dịch nhiều loại vật chất, góp phần điều tiết và điều hòa
khí hậu. Nước còn có vai trò quyết định trong các hoạt động kinh tế và đời
sống văn hóa tinh thần của loài người [18].
Trong những năm qua, cùng với sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế
- xã hội, những ảnh hưởng tiêu cực của các hoạt động này đến nguồn nước
khiến tình trạng ô nhiễm nước mặt diễn ra nghiêm trọng.Quá trình đô thị hóa
diễn ra nhanh chóng làm thay đổi sâu sắc hiện trạng sử dụng đất, dẫn đến
sông, hồ trong các khu vực đô thị dần bị thu hẹp, thậm chí có nơi còn bị lấp
hoàn toàn để lấy đất phục vụ xây dựng cơ sở hạ tầng, khu dân cư. Bên cạnh
đó, việc phát triển các khu công nghiệp, cụm công nghiệp cũng là một nguyên
nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng môi trường nước mặt ở nhiều thành phố.
Nguồn nước mặt ở nhiều địa phương bị ô nhiễm nặng bởi nước thải và chất
thải rắn. Nhiều kết quả quan trắc cho thấy, nước mặt ở các khu vực đô thị ở
nước ta bị nhiễm bẩn bởi dầu mỡ, phenon, kim loại nặng, chất hữu cơ...Hầu
hết nước mặt trong các thành phố lớn đều bị ô nhiễm, đặc biệt các sông, hồ
trở thành nơi chứa đựng rác thải, nước thải từ các hoạt động của con người.
Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2012, nguyên nhân
chính gây ra ô nhiễm nước mặt ở Việt Nam là từ các nguồn nước thải sinh
hoạt, nước thải y tế, nước thải công nghiệp và nước thải nông nghiệp. Ô
nhiễm môi trường nước mặt đã gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh
thái, môi trường sống và sức khỏe của người dân. Ô nhiễm nước là nguyên
nhân quan trọng gây ra nhiều bệnh về da, mắt, gan, đường ruột...cũng như làm
suy giảm tính đa dạng sinh học trong các thủy vực [5].

19. 2
Các phương pháp nghiên cứu truyền thống sử dụng kết quả phân tích
các mẫu nước thử nghiệm chỉ đánh giá được chất lượng nước một cách cục bộ
xung quan điểm đo. Hơn nữa, cũng không thể lấy quá nhiều mẫu thử nghiệm
hay thiết lập mạng lưới quan trắc chất lượng nước dày đặc do tốn kém về thời
gian và chi phí. Những hạn chế này đã được khắc phục khi sử dụng tư liệu
viễn thám, với ưu điểm diện tích phủ trùm rộng, tiết kiệm thời gian, dải phổ
và số lượng kênh phổ đa dạng, chi phí thấp...
Cho đến nay, công nghệ viễn thám được sử dụng rộng rãi trên thế giới
cũng như ở Việt Nam để ước lượng và theo dõi các thông số chất lượng nước
mặt ở các vùng ven biển, cửa sông và hồ. Các nghiên cứu này cho thấy có sự
liên quan chặt chẽ giữa giá trị các thông số chất lượng nước như tổng chất rắn
lơ lửng (TSS), chất diệp lục (Chlorophyll), chất hữu cơ hòa tan, nhu cầu oxy
sinh học (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD).... Nhiều thuật toán, mô hình
được phát triển dựa trên dữ liệu ảnh viễn thám và dữ liệu đo thực địa giúp xác
định các thành phần trong nước. Sự phát triển các thuật toán này bản chất là
thiết lập hàm quan hệ giữa giá trị phản xạ phổ của ảnh vệ tinh và các giá trị
thu nhận được trong các phép đo thực địa trên cơ sở sự phụ thuộc khả năng
phản xạ phổ của nước với thành phần các chất có trong nước.
Tháng 5 năm 2013, vệ tinh viễn thám đầu tiên của nước ta mang tên
VNREDSat-1A đã được phóng thành công lên quỹ đạo. Hiện nay,
VNREDSat-1A đã hoạt động ổn định và cung cấp nguồn dữ liệu ảnh viễn
thám phong phú phục vụ nghiên cứu, giám sát tài nguyên, môi trường và đảm
bảo quốc phòng, an ninh cũng như chứng minh tính đúng đắn trong việc chú
trọng đầu tư cho công nghệ viễn thám của Việt Nam. Dữ liệu ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A đã được sử dụng trong thành lập bản đồ lớp phủ, giám sát
biến động khu vực lục địa, hải đảo và xuyên biên giới, đảm bảo mục đích
quốc phòng – an ninh… Mặc dù vậy, cho đến nay mới chỉ có Cục viễn thám

20. 3
quốc gia thực hiện dự án sản xuất bằng dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A,
dự án đã thông qua nhiều lần hội thảo khoa học, bảo vệ sản phẩm niên độ qua
các thời kỳ trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt. Các nghiên cứu
ứng dụng tư liệu viễn thám đánh giá chất lượng môi trường nước mặt chủ yếu
sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình như Landsat,
SPOT,…hoặc độ phân giải thấp (MODIS). Với những lý do trên, đề tài
“Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ giám sát môi trường nước mặt
khu vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A” được lựa chọn xuất
phát từ nhu cầu thực tế, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Những kết quả đạt
được trong đề tài cũng góp phần chứng minh tính đúng đắn trong việc đưa vệ
tinh viễn thám đầu tiên của nước ta (vệ tinh VNREDSat-1A) vào hoạt động
phục vụ công tác nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường và
đảm bảo mục đích quốc phòng - an ninh.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của luận án nhằm xây dựng được quy trình giám
sát chất lượng nước mặt một số sông, hồ khu vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ
tinh VNREDSat - 1A.
3. Nội dung nghiên cứu
• Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: tài nguyên nước mặt, các nguyên
nhân gây ô nhiễm môi trường nước mặt, tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước liên quan đến ứng dụng dữ liệu viễn thám đánh giá chất
lượng nước mặt;
• Cơ sở khoa học của phương pháp ứng dụng dữ liệu viễn thám trong
giám sát và đánh giá chất lượng nước mặt;
• Đặc trưng phổ phản xạ của nước từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A;
• Nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá, giám sát chất lượng nước mặt
từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A;

21. 4
• Thu thập, phân tích một số mẫu chất lượng nước mặt ở một số sông, hồ
khu vực Hà Nội;
• Xây dựng hàm quan hệ giữa giá trị các thông số chất lượng nước mặt
và giá trị phổ phản xạ xác định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A;
• Thành lập bản đồ phân bố các thông số chất lượng nước mặt ở một số
sông, hồ, đầm khu vực Hà Nội.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu: đối tượng nghiên cứu trong luận án là chất
lượng nước mặt ở một số sông, hồ, đầm khu vực Hà Nội.
• Phạm vi nghiên cứu:
+ Phạm vi không gian: Giới hạn trong một số sông, hồ khu vực Hà Nội.
+ Phạm vi thời gian: trong nghiên cứu sử dụng 02 cảnh ảnh VNREDSat-
1A, chụp ngày 20 tháng 10 năm 2016 và ngày 21 tháng 12 năm 2017.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp, phân tích và đánh giá
các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ứng dụng viễn thám đánh
giá chất lượng nước mặt; phân tích mẫu chất lượng mước mặt của một số
sông, hồ khu vực Hà Nội.
Phương pháp viễn thám: Xử lý ảnh vệ tinh VNREDSat-1A nhằm xác
định phổ phản xạ bề mặt phục vụ đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt
khu vực Hà Nội;
Phương pháp GIS: sử dụng phân tích, thống kê không gian nhằm
thành lập bản đồ chất lượng nước mặt ở một số sông, hồ khu vực Hà Nội;
Phương pháp hồi quy: sử dụng trong xây dựng hàm quan hệ giữa giá
trị các thông số chất lượng nước (xác định bằng lấy mẫu thực địa) và giá trị
phổ phản xạ từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A.

22. 5
6. Những điểm mới của luận án
• Xây dựng được quy trình công nghệ, giám sát môi trường nước mặt
thông qua các thông số chất lượng nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A.
• Xây dựng được hàm quan hệ giữa hàm lượng các thông số chất lượng
nước xác định từ các mẫu thực địa và giá trị phổ phản xạ từ ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A sau khi đã hiệu chỉnh khí quyển.
7. Luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Có mối quan hệ chặt chẽ giữa phổ phản xạ của nước mặt
được xác định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A sau khi hiệu chỉnh khí quyển với
hàm lượng các thông số chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội.
Luận điểm 2: Quy trình công nghệ giám sát nước mặt được đề xuất
góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác xác định hàm lượng các thông số
chất lượng nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a) Ý nghĩa khoa học:
• Kết quả nghiên cứu đã minh chứng tính hiệu quả và độ tin cậy của công
nghệ viễn thám trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt so với
các phương pháp nghiên cứu truyền thống.
• Góp phần minh chứng tính hiệu quả của dữ liệu ảnh vệ tinh quang học
VNREDSat-1A trong xác định phân bố hàm lượng các thông số chất
lượng nước mặt, phục vụ công tác giám sát, đánh giá và thành lập bản
đồ chất lượng nước mặt.
b) Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần cung cấp thông tin để các nhà quản lý đưa ra
các biện pháp trong giám sát và ứng phó với ô nhiễm môi trường nước mặt ở
khu vực Hà Nội. Bên cạnh đó, kết quả nhận được trong đề tài cũng có thể sử
dụng, tham khảo trong công tác nghiên cứu khoa học, giảng dạy ở các trường
đại học, viện nghiên cứu.

23. 6
9. Cơ sở tài liệu thực hiện luận án
Dữ liệu sử dụng trong luận án bao gồm dữ liệu viễn thám (ảnh vệ tinh
VNREDSat-1A khu vực Hà Nội), các bản đồ chuyên đề và số liệu quan trắc,
phân tích chất lượng nước mặt tại các điểm lấy mẫu.
10. Cấu trúc luận án
Luận án gồm: phần mở đầu, kết luận- kiến nghị và tài liệu tham khảo,
luận án được trình bày trong ba chương:
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2. Cơ sở khoa học xây dựng quy trình công nghệ giám sát môi
trường nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A
Chương 3. Thực nghiệmxác định hàm lượng chất lượng nước mặt khu
vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A.

24. 7
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất đến hai thầy hướng
dẫn khoa học là PGS.TS Trần Xuân Trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
và TS. Lê Quốc Hưng, Cục Viễn thám quốc gia, Bộ Tài nguyên và Môi
trường. Các thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên trong suốt quá
trình nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành luận án này.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo Bộ môn Đo
ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai; Phòng Đào tạo
Sau đại học; Ban lãnh đạo Trường Đại học Mỏ - Địa chất; Viện KHCN cơ
khí, Tự động hóa và Môi trường, Trường Đại học Điện Lực đã tạo mọi điều
kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm luận án cũng như các đóng góp quý
báu về luận án.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu của Cục viễn
thám, Trung tâm nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ và môi trường đã
tạo điều kiện giúp đỡ tôi làm thực nghiệm của luận án.
Cuối cùng tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bố, mẹ,
chồng, con, anh, chị, em và các bạn đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ
tôi về vật chất và tinh thần trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án.

25. 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về tài nguyên nước mặt Việt Nam
Nước mặt là nước tồn tại trên mặt đất liền hoặc hải đảo. Nước mặt tồn tại dưới
dạng nước trong sông, hồ, nước trong vùng đất ngập nước hay băng, tuyết...Nước
mặt là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia và là yếu tố không thể
thiếu trong toàn bộ sự sống và các quá trình xảy ra trên Trái Đất [4].
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, có lượng mưa trung
bình hàng năm tương đối lớn (1.940 mm/năm), tuy nhiên do địa hình đồi núi
nên trữ lượng và phân bố tài nguyên nước ở Việt Nam không đồng đều [4].
Việt Nam có hơn 2.360 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong
đó có 109 sông chính. Cả nước có 16 lưu vực sông với diện tích lưu vực lớn
hơn 2.500 km2
, trong đó 10/16 lưu vực có diện tích trên 10.000 km2
. Tổng
diện tích các lưu vực sông trên cả nước lên đến 1.167.000 km2
, trong đó phần
lưu vực nằm ngoài diện tích lãnh thổ chiếm đến 72% [4].
Bảng 1.1.Một số đặc trưng cơ bản của các hệ thống sông chính ở Việt Nam
TT
Hệ thống
sông
Diện tích lưu vực (km2
)
Tổng lượng dòng chảy năm
(tỷ m3
)
Ngoài
nước
Trong
nước
Tổng
Ngoài
nước
Trong
nước
Tổng
1
Bằng Giang -
Kỳ Cùng
1.980 11.280 13.260 1,7 7,7 9,4
2
Hồng - Thái
Bình
86.660 82.340 169.000 51,8 83,2 135
3 Mã 10.680 17.720 28.400 3,9 14,1 18
4 Cả 9.470 17.730 27.200 4 19,5 23,5
5 Thu Bồn - 10.350 10.350 - 20,1 20,1
6 Ba - 13.900 13.900 - 9,5 9,5
7 Sê San - - 11.620 - - 12,9
8 Srê Pôk - - 18.265 - - 13,5
9 Đồng Nai 6.700 33.300 40.000 3,5 33,5 37
19 Mê Kông 756.000 39.000 795.000 400 75 475
Nguồn: Hồ sơ tài nguyên nước Quốc gia, Bộ TN&MT, 2003;
Báo cáo Tài nguyên nước, những vấn đề và giải pháp quản lý, khai thác, sử
dụng nước, Bộ TN&MT, 2009.

26. 9
Hình 1.1.Bản đồ ranh giới các lưu vực sông nước ta
Nguồn: Dự án đánh giá ngành nước, Cục Quản lý Tài nguyên nước, 2008
Do đặc điểm vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên đặc thù nên khoảng 60%
lượng nước mặt nước ta tập trung ở lưu vực sông Mê Kông, 16% tập trung ở
lưu vực sông Hồng – Thái Bình, khoảng 4% ở lưu vực sông Đồng Nai, trong
khi các lưu vực sông lớn khác tổng lượng nước chỉ chiếm một phần nhỏ (hình
1.2) [4]. Do lượng mưa phân bố không đồng đều cả về thời gian và không
gian, vào mùa khô, lượng nước mặt chỉ bằng khoảng 20 – 30% lượng nước
cho cả năm, trong đó khoảng một nửa trong số 16 lưu vực sông chính bị thiếu
nước bất thường hoặc cục bộ.

27. 10
Hình 1.2.Tỉ lệ phân bố tài nguyên nước mặt Việt Nam theo các lưu vực sông
(nguồn: Báo cáo Tài nguyên nước, những vấn đề và giải pháp quản lý,
khai thác, sử dụng nước, Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2009)
Tổng lượng nước mặt của các lưu vực sông trên lãnh thổ Việt Nam đạt
khoảng 830 - 840 tỷ m3
/năm, trong đó có khoảng 310 - 315 tỷ m3
là nước nội
sinh, còn 520 - 525 tỷ m3
là nước cháy từ các nước láng giềng vào lãnh thổ
nước ta. Ví dụ, ở lưu vực sông Mê Công có đến 90% tổng khối lượng nước bề
mặt có nguồn gốc ngoại lai, hay lưu vực sông Hồng tỉ lệ nguồn nước ngoại lai
chiếm 50% (bảng 1.1) [4].
Mặc dù tổng lượng nước cả năm của nước ta rất dồi dào, tuy nhiên nếu
xét trên từng lưu vực, chỉ có 4 lưu vực sông đủ nước, bao gồm Mê Công, Sê
San, Vu Gia - Thu Bồn và Gianh. Lưu vực sông Hương và sông Ba có lượng
nước ở mức xấp xỉ tiêu chuẩn quốc tế. Các lưu vực sông khác có thể thiếu
nước thường xuyên hoặc cục bộ [4]. Nếu xét lượng nước vào mùa khô thì
nước ta lại thuộc các vùng phải đối mặt với thiếu nước, một số khu vực thuộc
loại khan hiếm nước.
Tính đến năm 2012, với dân số khoảng 88 triệu người, tổng lượng nước
bình quân đầu người theo năm ở nước ta đạt khoảng 9.500 m3
/người. Như
vậy, lượng nước bình quân đầu người theo năm ở Việt Nam thấp hơn chuẩn
10.000m3
/người/năm của các quốc gia có tài nguyên nước trung bình theo
quan điểm của Hiệp hội nước quốc tế (IWRA) [4]. Hơn nữa, nếu chỉ tính theo
lượng nước nội sinh thì lượng nước bình quân đầu người theo năm ở Việt
Nam còn thấp hơn nữa. Điều này có thể dẫn đến tình trạng khan hiếm nước

28. 11
mặt và đe dọa đến sự phát triểnổn định về kinh tế, xã hội, an ninh lương thực
ở nước ta trong tương lai gần.
Dòng chảy của các con sông trong lưu vực ở nước ta đang được kiểm
soát bởi hệ thống các hồ chứa và đập nước (bảng 1.2). Tổng dung tích hữu ích
của các hồ chứa ở nước ta đạt khoảng 37 tỷ m3
(4,5% tổng lượng nước mặt
trung bình năm), trong đó trên 45% thuộc lưu vực sông Hồng - Thái Bình,
khoảng 22% ở lưu vực sông Đồng Nai và 5 - 7% ở lưu vực các sông Cả, Ba,
Sê San [4]. Lượng nước trữ trong các hồ, đập ở các lưu vực sông khác chiếm
khoảng 20% tổng lượng nước mặt hàng năm.
Bảng 1.2.Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng
STT
Lưu vực
sông
Số lượng
hồ chứa
Tên hồ chứa
1 Hồng 8
Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang,
Huổi Quảng, Bản Chát, Nậm Na 3, Lai Châu
2 Mã 5 Cửa Đạt, Hủa Na, Trung Sơn, Pa Ma, Huổi Tạo
3 Cả 4 Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng, Ngàn Trươi
4 Hương 4 Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch, A Lưới
5
Vu Gia -
Thu Bồn
6
A Vương, Đắk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông
Bung 2, Sông Bung 4, Đắk Mi 1
6 Trà Khúc 2 Đak Đrinh, Nước Trong
7
Kôn – Hà
Thanh
3 Vĩnh Sơn A, Vĩnh Sơn B, Bình Định, Núi Một
8 Ba 5
Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông Hnăng, Ayun
Hạ, cụm hồ An Khê - Kanak
9 Sê San 5
Plêy Krông, Ialy, Sê San 4, Thượng Kon Tum,
Sê San 4A
10 Srêpôk 6
Buôn Tua Srah, Buôn Kuốp, Srêpôk 3, Srêpôk
4, Đức Xuyên, Srêpôk 7
11 Đồng Nai 13
Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ, Đơn Dương,
Hàm Thuận - Đa Mi - Cầu Đơn, Đại Ninh,
Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Srok
Phu Miêng, Phước Hòa
Nguồn: Cục Quản lý Tài nguyên nước, Bộ TN&MT, 2012

29. 12
Như vậy, có thể nhận thấy, tài nguyên nước ở Việt Nam có vai trò hết
sức quan trọng và đang trở nên quý hiếm trong những năm gần đây. Trong khi
nhu cầu về nước không ngững tăng cao, nguồn nước mặt ở nhiều sông, hồ lại
đang bị suy thoái và ô nhiễm nghiêm trọng dẫn đến nguồn nước sạch ngày
càng khan hiếm. Hạn hán, thiếu nước xảy ra thường xuyên, nghiêm trọng ở
nhiều vùng ở nước ta, không chỉ vào mùa khô mà cả mùa mưa. Ảnh hưởng
của biến đổi khí hậu, sự gia tăng dân số và các hoạt động của con người đang
gây áp lực rất lớn đến chất lượng nguồn nước mặt, đe dọa an ninh về nguồn
nước ở Việt Nam. Ở nhiều thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí
Minh, các hệ thống sông, hồ bị ô nhiễm hết sức nghiêm trọng bởi rác thải,
nước thải sinh hoạt, công nghiệp, ý tế. Đặc biệt ở Hà Nội, nơi tập trung 22%
làng nghề cả nước (1.350 làng có nghề, 286 làng nghề truyền thống), trong đó
có 43 làng chế biến thực phẩm, 59 làng dệt nhuộm đồ da, 135 làng thủ công
mỹ nghệ, chất lượng nước mặt ở các sông, hồ bị ô nhiễm nặng nề. Theo số
liệu thống kê, tại các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm ở Hà Nội,
lượng nước thải có nơi lên đến 7000 m3
/ngày, nơi ít nhất cũng trên 1000
m3
/ngày [5].
1.2 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt
1.2.1 Ô nhiễm do nước thải sinh hoạt
Theo báo cáo Môi trường quốc gia năm 2012 của Bộ Tài nguyên và
Môi trường, nước thải sinh hoạt là một trong những nguyên nhân chính gây ô
nhiễm nguồn nước mặt. Nước thải sinh hoạt chiếm trên 30% tổng lượng thải
trực tiếp ra các sông hồ, hay kênh rạch dẫn ra sông, trong đó Đông Nam Bộ
và đồng bằng sông Hồng là hai nơi tập trung nhiều nước thải sinh hoạt nhất cả
nước (Hình 1.3) [5].
Lượng nước thải sinh hoạt đổ ra các hệ thống sông, hồ hàng năm đều
tăng do tốc độ đô thị hóa cao. Tỉ lệ tăng dân số khu vực đô thị nhanh gấp ba

30. 13
lần mức độ tăng dân số cả nước. Hàng loạt đô thị mới được xây dựng trong
những năm gần đây trong khi chưa có nhà máy xử lý nước thải tập trung hoặc
đã có nhưng hoạt động không hiệu quả. Ngay cả ở khu vực nông thôn, lượng
nước thải sinh hoạt chiếm tỉ lệ rất lớn và tăng nhanh qua từng năm dẫn đến
tình trạng ô nhiêm nước mặt ngày càng nghiêm trọng.
Hình 1.3. Tỉ lệ giữa các vùng về tổng lượng các chất ô nhiễm trong nước thải
sinh hoạt [5]
Hình 1.4.Ô nhiễm nước mặt ở các hồ ở Hà Nội (nguồn: internet)
1.2.2 Ô nhiễm do nước thải công nghiệp
Cùng với sự phát triển kinh tế – xã hội là sự ra đời của nhiều khu công
nghiệp, cụm công nghiệp ở nhiều tỉnh, thành ở nước ta. Trong khi đó, việc
đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải công nghiệp còn rất hạn chế. Số lượng

31. 14
khu công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải ở Việt Nam vẫn đang ở mức
trung bình (50 - 60%), hơn nữa hơn 50% trong số đó vẫn chưa hoạt động có
hiệu quả [5].
Ô nhiễm môi trường nước mặt do nước thải công nghiệp tập trung ở các
trung tâm công nghiệp như Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Bình Dương,
thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai...Sự gia tăng nước thải từ các khu công
nghiệp trong những năm gần đây là rất lớn với tốc độ gia tăng cao hơn nhiều
so với sự gia tăng tổng lượng nước thải chung trong toàn quốc. Nhiều khu
công nghiệp, nhà máy xả nước thải chưa qua xử lý ra các hệ thống sông, hồ
xung quanh. Chất lượng nước mặt tại một số khu vực tập trung các nhà máy,
xí nghiệp...đang ở mức báo động với nhiều thông số chất lượng nước vượt
nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép.
Tổng lượng nước thải và thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải
các khu công nghiệp ở Việt Nam được thể hiện trong bảng 1.3 [5].
Bảng 1.3. Tổng lượng nước thải và thải lượng các chất ô nhiễm trong
nước thải từ các khu công nghiệp [5]
Vùng Khu vực
Lượng
nước thải
Tổng lượng các chất ô nhiễm (kg/ngày)
(m3
/ngày) TSS BOD COD
Tổng
N
Tổng P
Đồng
bằng
sông
Hồng
Hà Nội 36.577 8.047 5.011 11.668 2.122 2.926
Hải Phòng 14.026 3.086 1.922 4.474 814 1.122
Quảng Ninh 8.050 1.771 1.103 2.568 467 644
Hải Dương 23.806 5.237 3.261 7.594 1.381 1.904
Hưng Yên 12.350 2.717 1.692 3.940 716 988
Vĩnh Phúc 21.300 4.686 2.918 6.795 1.235 1.704
Bắc Ninh 38.946 8.568 5.336 12.424 2.259 3.116
Duyên
hải
miền
Đà Nẵng 23.792 5.234 3.260 7.590 1.380 1.903
Thừa Thiên
Huế
4.200 924 575 1.340 244 336

32. 15
Trung Quảng Nam 13.024 2.865 1.784 4.154 755 1.042
Quảng Ngãi 3.950 869 541 1.260 229 316
Bình Định 13.842 3.045 1.896 4.416 803 1.107
Đông
Nam Bộ
TP. HCM 57.700 12.694 7.905 18.406 3.347 4.616
Đồng Nai 179.066 39.395 24.532 57.122 10.386 14.325
Vũng Tàu 93.550 20.581 12.816 29.842 5.426 7.484
Bình Dương 45.900 10.098 6.288 14.642 2.662 3.672
Tây Ninh 11.700 2.574 1.603 3.732 679 936
Bình Phước 100 22 14 32 6 8
Long An 25.384 5.585 3.478 8.098 1.472 2.031
Đồng
bằng
sông
Cửu
Long
Cần Thơ 11.300 2.486 1.548 3.605 655 904
Cà Mau 2.400 528 329 766 139 192
1.2.3 Ô nhiễm do nước thải y tế
Nhiều địa phương ở nước ta, đặc biệt là tại các thành phố lớn tập trung
nhiều bệnh viện các cấp, nhiều trung tâm y tế đang hoạt động. Mặc dù nhiều
bệnh viện lớn đã được trang bị hệ thống xử lý nước thải, tuy nhiên các cơ sở y
tế với quy mô nhỏ phần lớn xả nước thải y tế chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa
triệt để ra môi trường xung quanh.
Nước thải y tế được xem là nguồn thải rất độc hại nếu không được xử
lý trước khi thải ra môi trường do chứa nhiều hóa chất độc hại với nồng độ
cao và chứa nhiều vi trùng, vi khuẩn lây lan bệnh truyền nhiễm. Mức độ gia
tăng lượng nước thải y tế ở nước ta ngày càng nhanh chóng do sự gia tăng số
lượng các bệnh viện và cơ sở y tế. Ô nhiễm nguồn nước mặt do nước thải, rác
thải y tế đang là một vấn đề gây bức xúc ở nhiều địa phương ở Việt Nam [5].
1.2.4 Ô nhiễm do nước thải nông nghiệp, làng nghề
Bên cạnh các nguồn nước thải trên, nước thải nông nghiệp, làng nghề
cũng là một nguồn gây ô nhiễm môi trường nước mặt. Hoạt động trồng trọt sử

33. 16
dụng phân bón không đúng quy trình, sử dụng quá nhiều hóa chất bảo vệ thực
vật đang gây ảnh hưởng tới chất lượng nước các lưu vực sông. Phân bón và
hóa chất bảo vệ thực vật tồn dư trong đất bị rửa trôi theo các dòng chảy mặt
và đổ vào các hệ thống sông, hồ, đặc biệt là vào mùa mưa. Nước thải từ hoạt
động nông nghiệp có chứa hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu là những
thành phần hết sức độc hại cho môi trường và sức khỏe con người [5].
Các khu vực đồng bằng, xung quanh các đô thị thường là nơi tập trung
các làng nghề sản xuất thủ công với quy mô nhỏ lẻ, công nghệ lạc hậu và hầu
như không có các công trình xử lý nước thải. Nước thải từ các làng nghề làm
cho chất lượng môi trường nguồn nước mặt bị suy giảm nghiêm trọng, ảnh
hưởng rất lớn đến sức khỏe và môi trường sống của người dân.
Hình 1.5. Ô nhiễm nước mặt ở làng nghề Sơn Đồng (Hoài Đức, Hà Nội)
(nguồn: Internet)
1.3 Các thông số chất lượng môi trường nước mặt
Có nhiều thông số để đánh giá chất lượng môi trường nước mặt. Theo
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt năm 2015 (QCVN 08-
MT:2015/BTNMT), có tới 36 thông số có thể sử dụng nhằm đánh giá chất
lượng môi trường nước mặt. Các thông số này có thể chia thành các nhóm như
nhóm chỉ tiêu vật lý (độ pH, độ đục, chất rắn lơ lửng...), chỉ tiêu hóa học (hàm
lượng oxy hòa tan trong nước, nhu cầu oxy sinh học, nhu cầu oxy hóa học, hàm

34. 17
lượng kim loại nặng...) và chỉ tiêu sinh học (vi khuẩn E.coli...) (Bảng 1.4)[7].
Bảng 1.4. Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt (theo QCVN 08-
MT:2015/BTNMT)[7]
TT Thông số Đơn vị
Giá trị giới hạn
A B
A1 A2 B1 B2
1 pH 6-8,5 6-8,5 5,5-9 5,5-9
2 BOD5 (20 0
C) mg/l 4 6 15 25
3 COD mg/l 10 15 30 50
4 Ôxy hòa tan (DO) mg/l ≥6 ≥5 ≥4 ≥2
5
Tổng chất rắn lơ lửng
(TSS)
mg/l 20 30 50 100
6 Amoni (NH+
4tính theo N) mg/l 0,3 0,3 0,9 0,9
7 Clorua (Cl-
) mg/l 250 350 350 -
8 Florua (F-
) mg/l 1 1,5 1,5 2
9
Nitrit (NO2
-
tính theo
N)
mg/l 0,05 0,05 0,05 0,05
10
Nitrat (NO3
-
tính theo
N )
mg/l 2 5 10 15
11
Phosphat (PO4
3-
tính
theo P )
mg/l 0,1 0,2 0,3 0,5
12 Xyanua (CN-
) mg/l 0,05 0,05 0,05 0,05
13 Asen (As) mg/l 0,01 0,02 0,05 0,1
14 Cadimi (Cd) mg/l 0,005 0,005 0,01 0,01
15 Chì (Pb) mg/l 0,02 0,02 0,05 0,05
16 Crom VI (Cr6+
) mg/l 0,01 0,02 0,04 0,05
17 Tổng Crom mg/l 0,05 0,1 0,5 1
18 Đồng (Cu) mg/l 0,1 0,2 0,5 1
19 Kẽm (Zn) mg/l 0,5 1,0 1,5 2

35. 18
20 Niken (Ni) mg/l 0,1 0,1 0,1 0,1
21 Mangan (Mn) mg/l 0,1 0,2 0,5 1
22 Thủy ngân (Hg) mg/l 0,001 0,001 0,001 0,002
23 Sắt (Fe) mg/l 0,5 1 1,5 2
24 Chất hoạt động bề mặt mg/l 0,1 0,2 0,4 0,5
25 Aldrin μg/l 0,1 0,1 0,1 0,1
26
Benzene hexachloride
(BHC)
μg/l 0,02 0,02 0,02 0,02
27 Dieldrin μg/l 0,1 0,1 0,1 0,1
28
Tổng Dichloro diphenyl
trichloroethane (DDTs)
μg/l 1,0 1,0 1,0 1,0
29
Heptachlor &
Heptachlorepoxide
μg/l 0,2 0,2 0,2 0,2
30 Tổng Phenol mg/l 0,005 0,005 0,01 0,02
31
Tổng dầu, mỡ (oil &
grease)
mg/l 0,3 0,5 1 1
32
Tổng các bon hữu cơ
(Total organic carbon,
TOC)
mg/l 4 - - -
33 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0,1 0,1 0,1 0,1
34 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1,0 1,0 1,0 1,0
35 Coliform
MPN hoặc
CFU/100 ml
2500 5000 7500 10000
36 E.coli
MPN hoặc
CFU/100 ml
20 50 100 200
Giá trị các thông số chất lượng nước này sẽ được phân hạng dựa trên
mục đích sử dụng nước khác nhau. Theo QCVN 08-MT: 2015/BTNMT, giá
trị các thông số chất lượng nước được phân thành 4 hạng, bao gồm A1, A2, B1,
B2. Việc phân hạng A1, A2, B1, B2 đối với các nguồn nước mặt nhằm đánh giá

36. 19
và kiểm soát chất lượng nước, phục vụ cho các mục đích sử dụng nước khác
nhau, được sắp xếp theo mức chất lượng giảm dần [6]:
A1- Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý
thông thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh và các mục đích khác như loại
A2, B1 và B2.
A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công
nghệ xử lý phù hợp hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2.
B1- Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác
có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp.
Để đánh giá chất lượng nước mặt cũng như mức độ gây ô nhiễm nước
có thể dựa vào một số chỉ tiêu cơ bản và quy định giới hạn của từng chỉ tiêu
đó tuân theo các quy chuẩn của từng quốc gia. Không nhất thiết phải quan
trắc và phân tích tất cả 36 thông số chất lượng nước trên mà tùy đặc điểm
từng khu vực cụ thể sẽ lựa chọn số lượng và thông số chất lượng nước cụ thể.
Từng thông số môi trường nước tại các điểm quan trắc được đánh giá,
phân tích và đưa ra các nhận định về hiện trạng và diễn biến của chất lượng
nước. Ngoài phương pháp phân tích, đánh giá cho từng thông số, nhiều nước
trên thế giới cũng xây dựng các chỉ số môi trường nước mặt, trong đó sử dụng
số liệu tổng hợp hơn so với đánh giá từng thông số. Nhiều nước, trong đó có
Việt Nam đã triển khai áp dụng mô hình chỉ số chất lượng nước (WQI – Water
Quality Index). Từ nhiều giá trị của các thông số khác nhau, chỉ số WQI được
tính toán và phản ảnh một cách tổng quát nhất về chất lượng nước. Do có nhiều
ưu điểm, chỉ số WQI đã được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam trong đánh giá
chất lượng nước, như trong các nghiên cứu của Lê Trình (2008) [23], Tôn Thất
Lãng (2010) [14], Nguyễn Duy Phú (2012) [16], Lê Văn Thăng và nnk (2013)
[21], Phạm Thế Anh, Nguyễn Văn Huy (2013) [3], Trương Văn Đàn và nnk
(2014) [9], Nguyễn Thị Lệ Hằng và nnk (2017) [11] …

37. 20
1.4 Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thámgiám sát
chất lượng nước mặt
1.4.1 Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu chất
lượng nước mặt
Các phương pháp truyền thống sử dụng số liệu điều tra, quan trắc chỉ
có thể đánh giá chất lượng nước cục bộ ở điểm đo và gần như không thể đánh
giá sự phân bố theo không gian và thời gian của các thông số chất lượng nước
ở một khu vực rộng lớn do tốn kém về thời gian và chi phí.
Cùng với sự phát triển của công nghệ vũ trụ và công nghệ thông tin, từ
những thập kỷ cuối của thế kỷ XX, kỹ thuật viễn thám đã được sử dụng rộng rãi
và mang lại hiệu quả quan trọng trong hải dương học cũng như nghiên cứu đánh
giá chất lượng nước. Dữ liệu ảnh viễn thám với độ phân giải không gian đa dạng
cho phép nghiên cứu, giám sát các vùng nước ở các quy mô khác nhau. Một số
ảnh vệ tinh thương mại hiện nay như QuickBird, WorldView...có thể đạt độ
phân giải không gian lên đến 1m hoặc cao hơn. Dữ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải
cao có thể áp dụng hiệu quả cho các nghiên cứu ở mức độ chi tiết (ao, hồ, các
đoạn sông). Trong khi đó, ảnh vệ tinh độ phân giải không gian trung bình (từ 10
đến 100 m) thường được sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá chất lượng nước
ở quy mô cấp vùng. Đối với những khu vực rộng lớn như biển, đại dương, dữ
liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải thấp có thể được áp dụng do diện tích
phủ trùm của một cảnh ảnh có thể lên đến một vài km2
.
Các vùng nước với hàm lượng thông số chất lượng nước khác nhau sẽ
có đặc trưng phổ phản xạ khác nhau. Đặc trưng phổ phản xạ này có thể được
sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp để ước lượng hàm lượng các thông số chất
lượng nước như chất lơ lửng (TSS), chất diệp lục (Chrolophyll), nhiệt độ, pH,
hàm lượng chất hữu cơ hòa tan...[38]. Do vậy, dữ liệu viễn thám chủ đạo sử
dụng trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước là ảnh vệ tinh quang học.
Trong bảng 1.5 [38] trình bày các bộ cảm biến quang học sử dụng phổ biến

38. 21
trong đánh giá chất lượng nước, trong đó các bộ cảm được chia thành ba
nhóm chính: độ phân giải không gian cao (dưới 10 m), độ phân giải không
gian trung bình (khoảng 10 đến 100 m) và độ phân giải không gian thấp (lớn
hơn 100 m).
Bảng 1.5. Các bộ cảm viễn thám sử dụng phổ biến trong đánh giá chất lượng
nước [38]
Loại Vệ tinh-Bộ cảm
Ngày
phóng
Độ phân
giải không
gian (m)
Độ
rộng
dải
chụp
Độ phân
giải thời
gian
(ngày)
Độ
phân
giải
cao
Digital Globe
WorldView - 1
18/09/2007 0,5 17,7 1,7
Digital Globe
WorldView - 2
08/10/2009 1,85-0,46 16,4 1,1
NOAA WorldView -
3
13/08/2014
1,24-3,7-
0,31
13,1 1-4,5
Digital Globe
Quikckbird
18/10/2001 2,62-0,65 18 2,5
GeoEye Geoeye - 1 06/09/2010 1,65-0,41 15,2 <3
GeoEye IKONOS 24/09/1999 3,2-0,82 11,3 3
SPOT - 5 HRG 05/05/2002
2,5; 5-10-
20
60 2-3
CARTOSAT 05/05/2005 2,5 30 5
ALOS AVNIR - 2 24/01/2006 2,5-10 70 2
Độ
phân
giải
trung
bình
Landsat 8 OLI/TIRS 11/02/2013 30-15-100 170 16
Landsat 7 ETM+ 15/04/1999 30-15-60 183 16
Landsat 5 TM 01/03/1984 30-120 185 16
Landsat 5 MSS 01/03/1984 80 185 18
EO -1 Hyperion 21/11/2000 30 7,5 16
EO - 1 ALI 21/11/2000 10-30 185 16
Terra ASTER 18/12/1999 15-30-90 60 16
PROBA CHRIS 22/10/2001 18-36 14 7
HICO 10/09/2009 100 45-50 10

39. 22
Độ
phân
giải
thấp
Terra MODIS 18/12/1999
250-500-
1000
2330 1-2
Envisat - 1 MERIS 01/03/2002 300-1200 1150
Hàng
ngày
OrbView - 2
SeaWiFS
01/08/1997 1130 2806 16
NIMBUS - 7 CZCS 24/10/1978 825 1556 6
ERS - 1 ATSR - 1 17/06/1991 1000 500 3-6
ERS - 2 ATSR - 2 22/04/1995 1000 500 3-6
ENVISAT AATSR 01/03/2001 1000 500 3-6
Suomi NPP VIIRS 28/10/2011 375-750 3060
1-2
lần/ngày
NOAA - 16
AVHRR
21/09/2000 1100-4000 3000 9
Ảnh vệ tinh quang học mặc dù được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu,
đánh giá chất lượng nước, tuy nhiên cũng có nhược điểm do số kênh phổ tương
đối ít, độ rộng từng kênh phổ lớn nên một số thông tin quan trọng về chất lượng
nước có thể bị lẫn vào nhau và lượng thông tin mang lại hạn chế. Những năm
gần đây, ảnh viễn thám siêu phổ (hyperspectral image) với số lượng kênh phổ
lên đến hàng trăm kênh đã được áp dụng nhằm giải đoán những yếu tố hết sức
chi tiết mà trên ảnh viễn thám truyền thống không thể nhận biết được như các
loại đất, các khoáng vật, các thông số chất lượng nước... (Bảng 1.6) [38].
Bảng 1.6. Đặc điểm một số bộ cảm siêu phổ sử dụng trong đánh giá chất
lượng nước [38]
Tên bộ
cảm
Tên đầy đủ Số kênh phổ Dải phổ (μm)
Độ phân
giải
không
gian (m)
AVIRIS
Airborne Visible
Infrared
Imaging
Spectrometer
224 0,40-2,50 17

40. 23
HYDICE
Hyperspectral
Digital Imagery
Collection
Experiment
210 0,40-2,50 0,8 đến 4
HyMap
Tên gọi khác là
PROBE-1
128 0,40-2,50 3 đến 10
APEX
Airborne Prism
Experiment
VIS/NIR (300),
SWIR (199)
VIS/NIR
(0,38-0,97),
SWIR (0,97-
2,50)
2 đến 5
CASI-
1500
Compact Airborne
Spectrographic
Imager
228 0,40-1,00 0,5 đến 3
EPS-H
Environmental
Protection System
VIS/NIR (76),
SWIR1 (32),
SWIR2 (32), TIR
(12)
VIS/NIR
(0,43-1,05),
SWIR1 (1,50-
1,80), SWIR2
(2,00-2,50),
TIR (8-12,50)
Khoảng
1m
DAIS
7915
Digital Airborne
Imaging
Spectrometer
VIS/NIR (32),
SWIR1 (8),
SWIR2 (8), MIR
(1), TIR (12)
VIS/NIR
(0,43-1,05),
SWIR1 (1,50-
1,80), SWIR2
(2,00-2,50),
MIR (3,00-
5,00), TIR
(8,70-12,30)
3 đến 20
AISA
Airborne Imaging
Spectrometer
288 0,43-0,90 1
MIVIS
Multispectral
Infrared and
Visible Imaging
Spectrometer
VIS/NIR (28),
MIR (64), TIR
(10)
VIS (0,43-
0,83), NIR
(1,15-1,55),
MIR (2,00-
2,50), TIR
(8,20-12,70)
3 đến 8

41. 24
Deadalus
Daedalus
Multispectral
Scanner (MSS)
VIS/NIR (8),
SWIR (2), TIR
(2)
0,42-0,90 25
HySpex
ODIN-
2014
HySpex
hyperspectral
cameras
VIS/NIR1 (128),
VIS/NIR2 (160),
SWIR1 (160),
SWIR2 (256)
0,40-2,50
0,5 đến
2000
Một loại cảm biến khác được sử dụng trong nghiên cứu đại dương và
đánh giá chất lượng nước và máy phát bức xạ siêu cao tần (MWR -
microwave radiometers) và radar độ mở tổng hợp (SAR - synthetic aperture
radar) (bảng 1.7) [38]. Máy phát bức xạ siêu cao tần sử dụng dải sóng trong
khoảng mm đến cm (hay ở tần số 1 - 1000 Gz) có thể nghiên cứu các quá
trình vật lý liên quan đến sự phát xạ năng lượng trong các bước sóng này, từ
đó có thể tính toán được hai thông số chất lượng nước quan trọng là nhiệt độ
bề mặt biển (SST - sea surface temperature) và độ mặn bề mặt biển (SSS - sea
surface salinity). Trong khi đó, ảnh SAR chủ yếu được sử dụng trong phát
hiện ô nước nhiễm biển do tràn dầu. Trong các nghiên cứu về chất lượng
nước, các kết quả đã chứng minh rằng ảnh SAR không có nhiều ưu điểm khi
kết hợp với ảnh quang học nhằm ước lượng hàm lượng các thông số chất
lượng nước [38].
Bảng 1.7. Đặc điểm một số bộ cảm siêu cao tần sử dụng trong hải dương học
và đánh giá chất lượng nước [38]
Vệ tinh Bộ cảm
Ngày
phóng
Độ phân giải
không gian
(km)
Ứng
dụng
Nimbus-5 ESRM 12/1972 25 SST
Nimbus-7 SMMR 10/1978 25 SST
SEASAT SMMR 06/1978 22 SST
Prinroda-MIR IKAR-P 04/1996 75 SST
POEM-1 MIMR 06/1998 4,8x3,1; 60x40 SST

42. 25
EOS PM-1 MIMR 05/2002 4,8x3,1; 60x40 SST
TRMM TMI 11/1997 8x6; 72x43 SST
ADEOS-2 AMSR 12/2002 6x3; 70x40 SST
AQUA AMSR-E 05/2002 6x4; 75x43 SST
GCOM-W1 AMSR-2 05/2012 5x3; 62x35 SST
GPM GMI 07/2013 7,2x4,4; 32x19 SST
Coriolis WindSat 01/2003 13x8; 71x39 SSS-SST
SAC-D Aquarius 05/2001 100 SSS
SMOS MIRAS 11/2009 50 SSS
Airborne ESTAR 1990 100 SSS-SST
Airborne PALS 1999 0,350 - 1 SST
Airborne 2D-STAR 2003 0,800 SSS
Airborne SLFMR 08/1999 0,5 - 1 SSS
Airborne STARRS 06/2001 1 SSS-SST
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Với những ưu điểm nổi bật so với các phương pháp nghiên cứu truyền
thống, phương pháp viễn thám đã được sử dụng phổ biến trên thế giới trong quan
trắc, đánh giá và giám sát diễn biến các thông số chất lượng nước với độ chính
xác cao, tiết kiệm được thời gian và chi phí.
Các nghiên cứu ban đầu trong ứng dụng viễn thám để quan trắc hàm
lượng các thông số chất lượng nước chủ yếu tập trung chứng minh sự tồn tại mối
quan hệ giữa phổ phản xạ thu được từ ảnh vệ tinh và hàm lượng các thông số
chất lượng nước xác định dựa trên các phương pháp thực nghiệm [40], [54],
[55]. Nhiều nghiên cứu đã tìm ra mối quan hệ tuyến tính giữa phổ phản xạ và
hàm lượng một số thông số chất lượng nước như chất lơ lửng (TSS) và
chlorophyll trong nước mặt [40], [54], [55]. Richie và cộng sự (1976) [56] đã
tìm ra mối quan hệ tuyến tính giữa hàm lượng TSS trong nước mặt và phổ phản
xạ trong bước sóng từ 0,7 - 0,8 μm ảnh vệ tinh Landsat MSS khu vực hồ chứa
Mississippi với hệ số tương quan cao (R = 0,85). Trong [28], mối quan hệ giữa

43. 26
hàm lượng TSS và phổ phản xạ cũng được xác định là tuyến tính logarit trong
dải sóng 0,450 - 0,700 μm và tuyến tính trong dải sóng từ 0,700 đến 1,050 μm.
Novo và cộng sự (1991) đã chứng minh rằng, mối quan hệ giữa hàm lượng TSS
và phổ phản xạ là tuyến tính và không đổi trong dải sóng nhìn thấy và cận hồng
ngoại (0,450 đến 0,900μm) [51]. Nhìn chung, trong các nghiên cứu này, hàm
lượng TSS và phổ phản xạ xác định từ dữ liệu viễn thám đều có mối tương quan
cao với hệ số tương quan thường đạt lớn hơn 0,8. Mặt khác, một số nghiên cứu
trong phòng thí nghiệm cũng cho thấy, sử dụng phổ phản xạ chiết xuất từ dữ liệu
viễn thám có thể ước lượng hàm lượng TSS với giá trị sai số trung bình không
vượt quá 8% [28].
Ouillon và cộng sự (2008) [61] đã sử dụng đa nguồn dữ liệu viễn thám,
bao gồm ảnh vệ tinh MODIS, MERIS, TM, ETM+, SeaWiFS, OCTS trong
nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước khu vực ven biển Cuba, Fiji và New
Caledonia. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã thử nghiệm với nhiều phương
án khác nhau, bao gồm phổ phản xạ từ các kênh ảnh đơn ở các bước sóng 0,620
μm và 0,681 μm, sử dụng tỉ lệ giữa hai kênh ảnh bao gồm R412/R620,
R443/R670 và R510/R681 và giá trị thông số độ đục tại hàng trăm điểm lấy mẫu
nhằm tìm ra hàm quan hệ tốt nhất giữa phổ phản xạ và độ đục (Turbility). Kết
quả nhận được cho thấy, tỉ lệ ảnh ở các dải sóng 0,510 và 0,681 μm cho phép thể
hiện tốt nhất sự phân bố giá trị thông số độ đục (hình 1.6) [61].
Hình 1.6. Quan hệ giữa thông số độ đục và phổ phản xạ chiết xuất từ dữ liệu
viễn thám [61]

44. 27
Kết hợp các bước sóng trong dải sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại,
Ouillon và cộng sự đưa ra hàm quan hệ giữa phổ phản xạ chiết xuất từ dữ liệu
viễn thám và thông số độ đục như sau [61]:
(620) (681) 0,594
(412)
.
90,647( )rs rs
rs
R R
Turb
R
=
(1.1)
Năm 2008, Weipi He và cộng sự [70]đã sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám
quang học Landsat và GIS trong nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước mặt các
hồ ở Bắc Kinh (Trung Quốc). Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng
ảnh LANDSAT TM và 76 điểm lấy mẫu chất lượng nước nhằm xác định hàm
lượng chlorophyll-a, COD, total nitrogen (TN), ammonia nitrogen (NH3-N)…
trong các hồ chứa nước ở thành phố Bắc Kinh (Trung Quốc). Nghiên cứu này
đã chứng minh rằng, các kênh phổ ở dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại có thể
sử dụng để xây dựng các mô hình tính toán hàm lượng các tạp chất trên với
độ chính xác đảm bảo [70].
Hình 1.7. Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trong nghiên cứu của
Weipi He [70]

45. 28
Hình 1.8. Kết quả xác định phân bố hàm lượng NO3-N và NH3-N từ dữ liệu
viễn thám [70]
Nghiên cứu của Doxaran và cộng sự (2002, 2006, 2009) [31], [32], [33]
sử dụng dữ liệu ảnh SPOT HVR và LANDSAT ETM+ nhằm xác định hàm
lượng các chất ô nhiễm vùng cửa sông Gironde (Pháp). Trong các nghiên cứu
này, các tác giả đã phân tích đặc trưng phổ phản xạ của nước và cơ sở khoa
học của phương pháp ứng dụng dữ liệu viễn thám quang học (SPOT,
LANDSAT) trong đánh giá chất lượng nước. Từ phân tích đặc trưng phổ phản
xạ của nước, các tác giả đã chứng minh rằng dải sóng cận hồng ngoại (NIR)
và xanh lục (Green) có khả năng phản ánh tốt nhất hàm lượng chất lơ lửng
trong nước và đề xuất sử dụng tỉ số giữa hệ số phổ phản xạ tại kênh cận hồng
ngoại (kênh 4 đối với ảnh LANDSAT ETM+, kênh 3 đối với ảnh SPOT) và
kênh xanh lục (kênh 2, kênh 1 đối với ảnh LANDSAT ETM+ và SPOT tương
ứng). Từ mối quan hệ giữa phổ phản xạ tại các kênh sóng này cùng với số liệu
đo thực địa, tác giả đã đưa ra mô hình ước lượng hàm lượng chất lơ lửng tại
vùng cửa sông Gironde (hình 1.9) [31].

46. 29
Lehner và cộng sự (2004) [44] sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT trong
đánh giá sự phân bố hàm lượng các hợp chất lơ lửng khu vực German Bight
(Đức). Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng các kênh ảnh ở dải sóng
0,50 - 0,50 μm, 0,61 - 0,68μm và 0,79 - 0,89μm từ 04 cảnh ảnh SPOT chụp
vào ngày 02, 15 và 17 tháng 5 năm 1998, ngày 03 tháng 09 năm 1999 nhằm
đánh giá phân bố hàm lượng SPM.
Hình 1.10.Phân bố hàm lượng SPM khu vực German Bight từ ảnh vệ tinh
SPOT
Hình 1.9. Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SPM) vùng Gironde (Pháp)
trên ảnh SPOT HRV (a, 14-06-1996) và Landsat ETM+ (b, 04-03-2000) [31]

47. 30
Trong nhiều nghiên cứu khác, như của Ke Sheng Cheng, Tsu Chiang
Lei (2001) [29], Emmanuel Olet (2010) [53], Jian - Jun Wang et al (2009)
[71], Sudheer et al (2006) [60], Xing-Ping Wen (2010) [72], Yuan - Fong Su
(2008) [74], các tác giả cũng sử dụng dữ liệu viễn thám và số liệu các trạm
quan trắc trong đánh giá hàm lượng chất lơ lửng, chất diệp lục khu vực cửa
sông và ven biển. Kết quả nhận được từ các nghiên cứu này đã được sử dụng
trong xây dựng các hệ thống giám sát chất lượng nước mặt khu vực cửa sông
và ven biển và cung cấp cơ sở khoa học phục vụ công tác ứng phó tình trạng ô
nhiễm nước và cải thiện chất lượng nước.
Bên cạnh việc sử dụng các kênh ảnh trong dải sóng nhìn thấy và cận
hồng ngoại nhằm xây dựng hàm quan hệ giữa phổ phản xạ và hàm lượng các
thông số chất lượng nước, một số nghiên cứu cũng sử dụng các ảnh tỉ lệ như tỉ
lệ ảnh giữa kênh xanh lục (0,50 - 0,60 μm) và kênh đỏ (0,6 - 0,70 μm) [34]
[30] [42] [73], tỉ lệ giữa kênh cận hồng ngoại (NIR) và kênh đỏ [58], giữa
kênh xanh lục và xanh lam, giữa kênh xanh lam và đỏ[37]…trong nghiên cứu,
xác định hàm lượng chất diệp lục, chất hữu cơ hòa tan.
Trong các nghiên cứu ở quy mô lớn, dữ liệu ảnh độ phân giải thấp
MODIS đã được sử dụng rộng rãi nhằm đánh giá hàm lượng chất lơ lửng,
chất diệp lục và nhiệt độ bề mặt nước biển. Do ưu điểm diện tích vùng chụp
rộng, dải phổ và số lượng kênh phổ lớn, ảnh MODIS tỏ ra có hiệu quả đặc
biệt trong nghiên cứu môi trường biển và ven bờ. Trong nghiên cứu của
Guzman và cộng sự (2009), các tác giả sử dụng dữ liệu ảnh MODIS xác định
hàm lượng chất lơ lửng khu vực vịnh Mayaguez (Perto Rico) trên cơ sở đánh
giá mối quan hệ với hiện trạng xói mòn và trượt lở đất. Nghiên cứu trên đã
chứng minh rằng, kênh 1 ảnh MODIS (bước sóng trong khoảng 0,589 -
0,645µm) có khả năng thể hiện sự phân bố hàm lượng chất lơ lửng, chất diệp
lục tốt nhất [40]. Các tác giả cũng đã sử dụng máy đo quang phổ bức xạ cầm

48. 31
tay GER 1500 để hiệu chỉnh phổ bề mặt nhằm tăng cường độ chính xác trong
tính toán. Cũng sử dụng dữ liệu ảnh đa phổ độ phân giải thấp MODIS trong
đánh giá chất lượng nước vùng ven biển có thể kể đến các nghiên cứu của
Wong et al (2008) [69], Brando et al (2006) [24].
Ngoài các nghiên cứu trên, có thể kể đến nghiên cứu của M. Tomic ở
khu vực khai thác mỏ Kolubara, Lazarevac (Serbia, 2014) [63]. Tác giả đã sử
dụng kết hợp dữ liệu viễn thám và GIS để xác định các thông số chất lượng
nước phục vụ đánh giá ô nhiễm nguồn nước mặt do khai khoáng. Woldai
(2011) [68] cũng sử dụng dữ liệu viễn thám, trong đó có ảnh hàng không và
ảnh vệ tinh và GIS để quan trắc ô nhiễm nước mặt do khai khoáng ở Thổ Nhĩ
Kỳ . Tác giả cũng sử dụng kênh hồng ngoại nhiệt ảnh LANDSAT nhằm phát
hiện các khu vực khai thác mỏ bất thường về nhiệt nhằm cảnh báo cháy ngầm.
Năm 2002, Evans [35] và các cộng sự đã sử dụng tư liệu ảnh viễn thám CASI
trong nghiên cứu ô nhiễm nước mặt do khai thác dầu ở Maracaibo
(Venezuela).
Trong các nghiên cứu ở mức độ chi tiết, dữ liệu ảnh vệ tinh quang học
độ phân giải cao như QuickBird, Ikonos...đã được áp dụng rộng rãi nhằm
đánh giá hàm lượng các thông số chất lượng nước. Oki et al (2012) đã sử
dụng dữ liệu ảnh QuickBird trong ước lượng hàm lượng tổng nitơ (total
nitrogen - TN), tổng photpho (TP - total phosphorus) và TOC - total organic
carbon trong các hồ chứa khu vực sông Koise giai đoạn 2007 - 2008 [52].
Somvanshi et al (2011) cũng sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải
cao QuickBird trong xác định phân bố thông số độ đục (turbidity) phục vụ
đánh giá chất lượng nước mặt. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng
chỉ số độ đục khác biệt (NDTI - Normalized Difference Turbidity Index) và
kết quả lấy mẫu thực địa nhằm xây dựng bản đồ phân bố thông số độ đục khu
vực sông Gomti Lucknow (Ấn Độ) [59].

49. 32
Hình 1.11. Bản đồ phân bố độ đục của nước khu vực sông Gomti Lucknow từ
ảnh vệ tinh QuickBird [59]
Liu et al (2015) [45] sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân
giải cao IKONOS trong ước lượng hàm lượng tổng nitơ (TN) và tổng
phosphor (TP) trong nước mặt khu vực hồ Cihu (Trung Quốc). Trong nghiên
cứu này, các tác giả đã sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến
(MLR -multiple linear regressions) và mạng neural nhằm xây dựng các mô
hình tính toán hàm lượng TN và TP trong nước mặt. Kết quả nhận được cho
thấy, hệ số R2
trong nghiên cứu này đạt trên 0,86 và sai số trung phương
RMSE nhỏ hơn 0,89 [45].
Hình 1.12. Phân bố hàm lượng tổng nitơ (TN) và tổng photpho (TP) khu vực
hồ Cihu từ ảnh vệ tinh Ikonos [45]

50. 33
Ustun (2011) [65] cũng sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh IKONOS nhằm xác
định phân bố hàm lượng chất lơ lửng và nitrogen trong nước mặt hồ
Buyukcekmece (Thổ Nhĩ Kỳ), trong đó tác giả sử dụng phổ phản xạ ở các
kênh 1, 2, 3, 4 nhằm xây dựng hàm quan hệ với các giá trị đo thực địa. Kết
quả nhận được cho thấy, hệ số R2
trong nghiên cứu trên đạt trên 0,90.
Hình 1.13. Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng (SS) trong nước mặt hồ
Buyukcekmece (Thổ Nhĩ Kỳ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh IKONOS [65]
Nhìn chung, các nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy tính hiệu quả của
phương pháp sử dụng dữ liệu viễn thám trong đánh giá và ước lượng hàm
lượng các thông số chất lượng nước, đặc biệt đối với một số thông số như
TSS, chlorophyll-a, tổng nitơ và tổng photphor. Các nghiên cứu trên cũng cho
thấy, giữa phổ phản xạ xác định từ ảnh viễn thám và hàm lượng các thông số
chất lượng nước có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Do vậy, bản chất của việc
ứng dụng dữ liệu viễn thám trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước mặt
là xây dựng hàm quan hệ giữa phổ phản xạ và hàm lượng các thông số chất
lượng nước. Mặt khác, phân tích các nghiên cứu trên thế giới cũng cho thấy,
hiệu quả xác định hàm lượng một số thông số chất lượng nước như BOD5,

51. 34
COD từ dữ liệu viễn thám cũng ở mức nhất định, thể hiện qua giá trị hệ số R2
thường đạt thấp hơn đáng kể so với khi xác định TSS, chlorophyll-a...
1.4.3 Tình hình nghiên cứu trong nước
Trước đây, ở Việt Nam, để đánh giá mức độ ô nhiễm nước mặt thường
dựa vào việc phân tích các thông số chất lượng nước riêng biệt, sau đó so
sánh giá trị từng thông số đó với giá trị giới hạn được quy định trong các tiêu
chuẩn/quy chuẩn trong nước hoặc quốc tế. Tuy nhiên, cách làm này có rất
nhiều hạn chế do việc đánh giá từng thông số riêng rẽ không nói lên diễn biến
chất lượng tổng quát của nước mặt. Để khắc phục khó khăn trên, một số
nghiên cứu [9], [11], [14], [16] đã sử dụng chỉ số WQI (Water Quality Index)
trong đánh giá chất lượng nước mặt. Mặc dù có nhiều ưu điểm, phương pháp
sử dụng chỉ số WQI cũng có những hạn chế nhất định như thiếu sự thống nhất
về cách tiếp cận chung khi xây dựng mô hình WQI. Một số nghiên cứu sử
dụng các thuật toán nội suy không gian như Kriging, IDW...để xây dựng bản
đồ phân bố hàm lượng các thông số chất lượng nước, tuy nhiên phương pháp
này có độ chính xác không cao trong trường hợp số lượng các điểm lấy mẫu
không đủ lớn.
Cho đến nay, ở nước ta đã có một số nghiên cứu sử dụng dữ liệu ảnh vệ
tinh quang học trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt, trong đó sử
dụng dữ liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình như SPOT,
Landsat (nghiên cứu chất lượng nước mặt lục địa) hoặc ảnh vệ tinh độ phân
giải thấp như MODIS (nghiên cứu chất lượng nước biển ven bờ).
Trong dự án “Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng cơ sở dữ
liệu thành lập bản đồ diễn biến vùng ô nhiễm nguồn nước thải từ các khu
công nghiệp, đô thị nhằm đưa ra cảnh báo các vùng có nguy cơ ô nhiễm
thuộc vùng kinh tế trọng điểm miền Bắc” đã sử dụng dữ liệu viễn thám trong
xác định hàm lượng một số thông số chất lượng nước như BOD5, COD, TSS

52. 35
khu vực ven biển Hải Phòng - Quảng Ninh. Trong nghiên cứu này, các tác giả
đã sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình SPOT 5 kết
hợp kết quả quan trắc tại 10 điểm lấy mẫu khu vực cửa sông, ven biển (Hình
1.14) nhằm xác định hàm quan hệ giữa phổ phản xạ thu được từ ảnh vệ tinh
và giá trị các thông số chất lượng nước [8].
Hình 1.14. Bản đồ phân bố các trạm quan trắc chất lượng nước khu vực cửa
Quảng Ninh - Hải Phòng[8].
Kết quả xác định hàm hồi quy giữa giá trị đo thực địa hàm lượng chất ô
nhiễm BOD5 (biochemical oxygen demand), COD (chemical oxygen
demand), TSS (total suspended sediment) từ dữ liệu ảnh quang học SPOT 5
đối với khu vực Quảng Ninh - Hải Phòng được trình bày trong các công thức
sau [8]:
1.0339* 0.0375
10 FB
BOD −
= (1.2)
1.0331* 11.245COD FB= − (1.3)
1,0319. 2,6409TSS FB= − (1.4)
Trong đó FB là tổ hợp các kênh ảnh SPOT 5.
Trong nghiên cứu trên, hệ số tương quan trong xác định hàm lượng các
chất BOD5, COD, TSS đối với khu vực Quảng Ninh- Hải Phòng tương ứng là

53. 36
0,74, 0,84 và 0,91. Như vậy, có thể khẳng định, phương pháp sử dụng dữ liệu
viễn thám trong nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước khu vực ven biển Hải
Phòng - Quảng Ninh có kết quả đảm bảo độ chính xác. Từ kết quả nghiên cứu
trên, các tác giả đã xây dựng bản đồ phân bố hàm lượng các chất ô nhiễm
nước mặt BOD5 và COD khu vực Quảng Ninh - Hải Phòng (Hình 1.15).
Hình 1.15. Bản đồ phân bố hàm lượng chất ô nhiễm BOD5 và COD khu vực
Quảng Ninh - Hải Phòng
Trịnh Lê Hùng (2014) [64] sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh quang học
Landsat và kết quả quan trắc chất lượng nước tại 10 điểm lấy mẫu để đánh giá
phân bố hàm lượng chất lơ lửng trong nước mặt hồ Trị An. Trong nghiên cứu
này, tác giả đã sử dụng tỉ lệ ảnh giữa kênh 4 (kênh cận hồng ngoại) và kênh 2
(kênh green) ảnh Landsat 7 ETM+ nhằm xây dựng hàm quan hệ với giá trị
hàm lượng chất lơ lửng (TSS) tại các điểm quan trắc:
𝑇𝑆𝑆 �
𝑚g
𝑙
� = 131.55. (
𝜌 𝑏𝑎𝑛𝑑4
𝜌 𝑏𝑎𝑛𝑑2
)2
− 94.355 �
𝜌 𝑏𝑎𝑛𝑑4
𝜌 𝑏𝑎𝑛𝑑2
� + 18.838 (1.5)
Bình phương hệ số tương quan R2
trong nghiên cứu này đạt trên 0.98

54. 37
(Hình 1.16). Mặc dù vậy, có thể nhận thấy trong nghiên cứu này vẫn còn hạn
chế do số lượng điểm lấy mẫu chất lượng nước tương đối ít (10 điểm).
Hình 1.16. Hàm hồi quy giữa giá trị hàm lượng chất lơ lửng và tỉ lệ ảnh
kênh4/kênh2 ảnh Landsat 7 ETM+ khu vực hồ Trị An [64]
Cũng sử dụng ảnh vệ tinh Landsat, Nguyễn Quốc Phi và cộng sự
(2014) trong [15] đã nghiên cứu và đánh giá chất lượng nước mặt khu vực
ven biển Cửa Đáy phục vụ công tác giám sát môi trường. Trong nghiên cứu
này, các tác giả đã trích lọc thông tin về chất lượng nước thông qua việc tính
toán các chỉ số phổ phản xạ cũng như áp dụng các chỉ số kinh nghiệ và phân
tích đặc trưng phổ phản xạ để xác định phân bố tổng chất rắn chất lơ lửng,
chlorophyll, chỉ số trầm tích lơ lửng, độ đục/độ trong [15].
Lê Minh Sơn (2008) [17] trong đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên
cứu ứng dụng ảnh vệ tinh để xác định nhiệt độ và hàm lượng chlorophyll bề
mặt nước biển” đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải thấp
MODIS trong tính toán nhiệt độ bề mặt cũng như hàm lượng chất diệp lục
(chlorophyll) bề mặt nước biển. Trong nghiên cứu này, các kênh hồng ngoại
nhiệt ảnh MODIS được sử dụng để tính nhiệt độ bề mặt nước biển, trong khi
đó hàm lượng chất diệp lục được xác định trên cơ sở áp dụng thuật toán
truyền thống đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới là OC - Ocean Color.