Đặt vấn đề

Trong thời đại phát triển và ứng dụng công nghệ 4.0 đang được hướng tới đặt ra những thuận lợi mà công nghệ thông tin mang lại bên cạnh đó là những thách thức và cơ hội cho quá trình đổi mới hình thức quản lý tại các tỉnh, thành phố trong cả nhà nước. Trong đó, công nghệ GIS đang được triển khai ngày càng rộng rãi cho những ứng dụng hướng tới thành phố thông minh. Nhiều hội thảo ứng dụng GIS trong nước được tổ chức liên tiếp vào những năm gần đây 2017, 2018 đã ghi nhận tầm quan trọng của công nghệ GIS trong thời đại công nghệ mới [4]. GIS (Geographic Information Systems) – hệ thống thông tin địa lý là một tổ chức tổng thể của các thành phần: Phần cứng máy tính, phần mềm, dữ liệu địa lý và con người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. Công nghệ GIS là một loại hệ thông tin kiểu mới (New Information System) được xây dựng trên nền tảng công nghệ máy tính và công nghệ bản đồ [2, 4].

Trong những năm qua, công nghệ GIS ở Việt Nam được quan tâm nghiên cứu, triển khai tại nhiều trung tâm ứng dụng, các cơ quan nhà nước như là một công nghệ xử lý các dữ liệu về không gian để biến chúng thành những thông tin trợ giúp ra quyết định cho các nhà quản lý. Các ứng dụng của GIS được triển khai đa dạng theo nhiều chủ đề, đặc biệt trong lĩnh vực TNMT nhằm hướng đến mục tiêu “vì một trái đất bền vững” [1]. Hiện nay, nguồn nước ngọt cung cấp cho thành phố Hải Phòng đang bị ô nhiễm nặng đáng báo động do nhiều nguyên nhân, chính vì vậy Ủy ban nhân dân thành phố đang triển khai và tìm kiếm các giải pháp để bảo vệ các nguồn nước[5]. Bài báo này đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng hệ thống quản lý và giám sát nguồn TNN ngọt của TP. Hải Phòng.

Mô tả bài toán và đề xuất giải pháp

Mô tả bài toán quản lý và giám sát nguồn nước ngọt của TP. Hải Phòng

Tài nguyên nước có vai trò quan trọng, thiết yếu cho quá trình phát triển KT-XH của Hải Phòng trong thời gian qua, nhưng cũng chính quá trình phát triển đó đã đặt TNN trước những nguy cơ bị ô nhiễm. Tại nhiều nơi trong thành phố, nguồn nước ngọt ngày càng bị suy thoái cả về số lượng và chất lượng, dẫn đến thiếu nước vào mùa kiệt và ô nhiễm nước nguồn nước thô trong phục vụ sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy, việc xây dựng các giải pháp quản lý và giám sát nguồn nước ngọt nhằm kiểm soát mức độ ô nhiễm và ngăn chặn suy thoái nguồn nước ngọt trên địa bàn thành phố là rất cần thiết [3, 5].

Thành phố Hải Phòng hiện đang sử dụng nguồn nước ngọt từ các sông chính là sông Rế, Giá, Đa Độ, Chanh Dương, kênh Hòn Ngọc và hệ thống thủy nông huyện Tiên Lãng, phục vụ sản xuất nông nghiệp và đời sống dân sinh. Nguồn nước tại tất cả các sông, kênh, hệ thống thủy nông trên đều đang bị ô nhiễm do tiếp nhận nguồn xả thải trực tiếp phần lớn từ các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, khai thác chế biến khoáng sản, sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, làng nghề, nước thải sinh hoạt, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp, bệnh viện, trung tâm y tế. Vấn đề về nguồn nước và nguồn xả thải cần phải được quản lý và giám sát thường xuyên để các cơ quan phụ trách có những quyết định xử lý kịp thời khi nguồn nước có dấu hiệu ô nhiễm.

Trong thực tế, nguồn nước, nguồn xả thải luôn có sự biến đổi như trữ lượng nước của sông, sự gia tăng liên tục theo thời gian công suất xả thải của các nguồn thải đã được cấp phép, sự xuất hiện ngày càng nhiều nguồn xả thải mới từ các công ty, nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện,… Do đó, công tác cập nhật dữ liệu, kiểm soát hoạt động xả thải, lập báo cáo thông kê tổng lượng xả thải vào các sông, nhánh sông cần phải được thực hiện kịp thời, đồng bộ. Hiện tại, việc quản lý nguồn nước ngọt, nguồn xả thải ra các sông của TP. Hải Phòng chủ yếu dựa trên hồ sơ, văn bản, dữ liệu thu thập cục bộ rồi được tổng hợp dẫn đến tốn nhiều thời gian, nhân lực và nhiều khi không chính xác.

Đề xuất giải pháp

Việc xây dựng hệ thống thông tin quản lý và giám sát nguồn TNN ngọt cho thành phố Hải Phòng là một nhiệm vụ rất quan trọng, hệ thống cho phép giải quyết được ba vấn đề: một là, xây dựng được cơ sở dữ liệu địa lý thống nhất về các nguồn nước ngọt bao gồm đầy đủ các thông tin của sông, nhánh sông, hồ, kênh, hệ thống thủy nông, các trạm cấp nước, các nguồn xả thải và loại xả thải; hai là, thể hiện trực quan vị trí và quá trình hoạt động của các nguồn xả thải ra các sông, hồ, kênh; ba là, thể hiện được tổng tải lượng từ tất cả các nguồn thải đổ vào sông để từ đó giúp các nhà quản lý biết được tình trạng ô nhiễm nguồn nước. Nếu kết quả thể hiện sông đã quá tải thì hệ thống sẽ đưa ra những cảnh báo để cơ quan quản lý kiểm soát nghiêm ngặt về các nguồn xả thải nhằm bảo vệ hệ sinh thái và nguồn nước ngọt cung cấp cho người dân.

Xây dựng hệ thống thông tin địa lý quản lý và giám sát nguồn nước ngọt

Xây dựng cơ sở dữ liệu

Để thể hiện được đầy đủ thông tin về các nguồn xả thải, diễn biến hoạt động xả thải của các nguồn này theo thời gian và vị trí không gian, cần thiết phải xây dựng một cơ sở dữ liệu để cập nhật thường xuyên những biến động của các nguồn thải ra sông, hồ. Nguồn dữ liệu này là cơ sở để xây dựng phần mềm cho phép đưa ra nhanh chóng, chính xác dữ liệu về tổng tải lượng từ các nguồn thải vào sông, từ đó giúp cho các nhà quản lý biết được con sông đó đã quá tải hay vẫn còn khả năng tiếp nhận nguồn thải. Hệ thống này không chỉ giúp người quản lý theo dõi, giám sát được tình trạng các nguồn nước ngọt, đưa ra những cảnh báo về khả năng tiếp nhận nguồn xả thải, mà còn là cơ sở để thiết lập bản đồ chuyên đề về kiểm tra chất lượng nguồn nước, đánh giá mức độ ô nhiễm của môi trường nước.

Hình 1. Cơ sở dữ liệu hệ thống

Từ bài toán đã được mô tả ở trên, cơ sở dữ liệu của hệ thống được xây dựng như hình 1. Cơ sở dữ liệu hệ thống được thiết lập bằng hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL server 2014 bao gồm 9 bảng dữ liệu. Trong đó, các bảng dữ liệu “Song”, “Ho” để lưu trữ thông tin về các nguồn nước ngọt tại các sông, nhánh sông, hồ lớn của thành phố Hải Phòng. Bảng dữ liệu “Chi _tiet _Nguon xa_ thai” lưu trữ thông tin về một nguồn xả thải cụ thể và đã được cấp giấy phép xả thải của sở TN&MT Hải Phòng.

Bảng dữ liệu “Loại_ Nguon_ xả_ thai” lưu trữ thông tin về các loại nguồn xả thải như: nguồn thải sinh hoạt, bệnh viện, nhà máy, xí nghiệp, cụm công nghiệp, KCN, khai thác chế biến khoáng và các nguồn thải khác. Bảng dữ liệu “Lich_ su_ hoạt_ đong_ xa_ thai” lưu trữ thông tin về quá trình xả thải của một nguồn xả thải cụ thể ra sông hồ, cho phép thể hiện thời gian diễn ra hoạt động xả thải, công suất xả thải, loại hình xả thải trực tiếp hay gián tiếp, loại xả thải có các loại: nước thải, rác thải, chất thải y tế, chất thải công nghiệp, và các thông tin cần thiết khác nhằm mục đích để giám sát hoạt động của các nguồn xả thải trên.

Xây dựng phần mềm hệ thống

Phần mềm hệ thống cho phép kết hợp giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian của đối tượng để tạo bản đồ số hóa trên cơ sở xử lý dữ liệu bằng hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server và bản đồ nền thành phố Hải Phòng. Bản đồ thể hiện vị trí các con sông, nguồn xả thải và các đối tượng khác được tạo lập trên phần mềm ArcGIS, ứng dụng được thử nghiệm trên công cụ Microsoft Visual studio. Việc ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng hệ thống quản lý và giám sát nguồn nước ngọt của thành phố nhằm hỗ trợ công tác quản lý đạt hiệu quả cao, nhanh chóng, chính xác, kịp thời rút ngắn thời gian tổng hợp dữ liệu. Dựa vào công nghệ GIS cho phép tích hợp được các công cụ thành lập bản đồ trên máy tính một cách đơn giản giúp phóng to, thu nhỏ, các đối tượng không gian dạng đường, điểm và vùng, cụ thể ở trong bài toán trên là chuẩn hoá dữ liệu không gian để thể hiện vị trí của các dòng sông, hồ, các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp, bệnh viện và nhiều nguồn xả thải khác. Chuẩn hóa dữ liệu thuộc tính của các đối tượng trong bài toán nhằm cập nhật liên tục dữ liệu hoạt động xả thải phục vụ cho công tác giám sát, xử lý dữ liệu để tạo các báo cáo, thống kê, đưa ra các cảnh báo về tình trạng quá tải lượng thải của các sông, hồ. Từ đó hệ thống giúp cho các nhà quản lý nguồn nước đưa ra những quyết định kịp thời để giảm tình trạng ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước ngọt. Chương trình cài đặt thử nghiệm quản lý và giám sát nguồn nước ngọt Hải Phòng được thể hiện như hình 2.

Hình 2. Chương trình cài đặt thử nghiệm hệ thống

Trong hình 2, một phần bản đồ thể hiện vị trí của sông Giá. Kết quả thử nghiệm trên bản đồ cho thấy, có rất nhiều nguồn xả thải ra sông Giá với các hình thức và loại xả thải khác nhau, tuy nhiên trong thực tế các nguồn xả thải được sở tài nguyên và môi trường cấp phép hoạt động xả thải chỉ có 4 đơn vị được cấp phép. Như vậy, việc cập nhật dữ liệu về giấy cấp phép xả thải của các nguồn xả thải trong hệ thống rất quan trọng, là cơ sở để thống kê đơn vị, doanh nghiệp chưa được theo dõi quản lý hoạt động xả thải.

Kết luận

Bài báo nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống thông tin địa lý quản lý và giám sát nguồn nước ngọt của thành phố Hải Phòng. Dựa trên những dữ liệu khảo sát về các nguồn nước ngọt, chủ yếu là từ các sông chính, sông nhánh, hồ và các nguồn xả thải gây ô nhiễm nguồn nước trên địa bàn thành phố, bài báo đã xây dựng được cơ sở dữ liệu thống nhất quản lý nguồn nước, tạo bản đồ trên máy tính thể hiện vị trí không gian nguồn nước, nguồn xả thải, cập nhật liên tục vào hệ thống dữ liệu về hoạt động xả thải giúp cho việc giám sát các đối tượng được dễ dàng, trực quan. Hệ thống trên cũng là cơ sở cho phép đánh giá chất lượng nguồn nước nhằm phân vùng các nguồn nước để phục vụ các mục đích quan trọng như cấp nước sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản, phục vụ tưới tiêu.

Tài liệu tham khảo

[1]. Bảo vệ và quản lý tài nguyên nước. PGS.TS. Trần Đức Hạ, NXB Khoa học và kỹ thuật, 287 tr – 2016.

[2]. Giáo trình Thực hành Hệ thống thông tin địa lý GIS. Lê Thị Giang, NXB Đại học Nông nghiệp 2015.

[3]. Vùng cửa sông ở Hải Phòng - tài nguyên vị thế và tiềm năng phát triển. Trần Đức Thạnh, tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; tập 14, Số 2; 2014.

[4]. www.gisconference.org/ “Hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2017”; “Hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2018”; “Hội thảo ứng dụng GIS toàn quố.c 2019”.

[5]. Báo cáo của UBND thành phố HP về “Công tác bảo vệ môi trường và kết quả quan trắc môi trường”.

TS. TRẦN THỊ HƯƠNG, ThS. PHẠM NGỌC DUY

Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam