Kỹ thuật điều khiển dữ liệu ứng dụng trong nghiên cứu quá trình phú dưỡng hồ Hà Nội

Nghiên cứu đã thu thập các số liệu về hệ sinh thái hồ Hà Nội, ứng dụng cây phân loại để phân tích, đánh giá và xác định các yếu tố cơ bản để phân loại thủy vực phú dưỡng làm cơ sở đề xuất các giải pháp kiểm soát, và hạn chế tác động của hiện tượng phú dưỡng tại hồ Hà Nội cũng như hồ đô thị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật điều khiển dữ liệu ứng dụng trong nghiên cứu quá trình phú dưỡng hồ Hà Nội Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000209 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN DỮ LIỆU ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÚ DƢỠNG HỒ HÀ NỘI Hoàng Thị Thu Hương, Văn Diệu Anh, Nguyễn Thị Thu Hiền Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Email: huong.hoangthithu@hust.edu.vn TÓM TẮT Phú dưỡng là một hiện tượng nghiêm trọng tại các hồ nông ở Hà Nội. Dữ liệu về các thông số chất lượng nước và tình trạng phú dưỡng đã được thu thập tại 6 hồ ở Hà Nội trong giai đoạn 2015- 2017. Chỉ số tình trạng dinh dưỡng (TSI) phản ánh mức độ phú dưỡng đã được tính toán để đánh giá các điều kiện hồ. Nồng độ oxy hòa tan DO đã được quan trắc cho thấy có sự biến thiên rất lớn đạt giá trị lớn nhất vào thời gian 15h00-17h00 (180 % DO bão hòa) và giá trị thấp nhất vào 4h00-6h00 (20 % DO bão hòa). Kỹ thuật điều khiển dữ liệu đã được phát triển cho phép lựa chọn các biến điều khiển trong việc phân loại trạng thái phú dưỡng trong hồ. Việc áp dụng các cây phân loại đã chứng minh rằng sự phú dưỡng trong các hồ của Hà Nội được thúc đẩy bởi các chất dinh dưỡng và gia tăng các chất hữu cơ cũng như sự biến thiên nồng độ oxy hòa tan trong ngày. Biến thiên DO hàng ngày tương quan với mật độ thực vật phù du, TSI, Chlorphyll-a và mật độ tảo cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa biến thiên DO và tình trạng phú dưỡng. Đây có thể là một chỉ số quan trọng cho quá trình phú dưỡng trên thủy vực tĩnh. Kỹ thuật điều khiển dữ liệu đã được chứng minh là một công cụ hiệu quả có thể cung cấp các mô phỏng đáng tin cậy giúp cho công tác quản lý tổng hợp nguồn nước. Từ khóa: Cây phân loại, biến thiên DO, TSI. 1. GIỚI THIỆU Theo báo cáo Hồ Hà Nội 2015, các hồ trong khu vực đô thị Hà Nội đã phải đối mặt với nhiều vấn đề môi trường, như: 1) bị thiếu nước; 2) độ đục cao do hợp chất hữu cơ và rác thải; 3) bị ô nhiễm bởi kim loại nặng và hợp chất hữu cơ nhân tạo; 4) bùng nổ tảo; 5) suy thoái đa dạng sinh học. Trong đó vấn đề phú dưỡng hóa là đặc biệt nghiêm trọng. Phú dưỡng là hiện tượng dư thừa chất dinh dưỡng trong thủy vực dẫn đến sự nở rộ của tảo, gây suy giảm chất lượng nước. Trong các hồ phú dưỡng, do mật độ tảo tăng, quá trình quang hợp và hô hấp mạnh gây ra sự thay đổi rất lớn nồng độ oxy hòa tan. Hiện tượng này ảnh hưởng lớn đến đời sống của các sinh vật thủy sinh gây ra nhiều khó khăn trong việc đánh giá chất lượng nước. Quản lý tổng hợp nguồn nước dựa trên giám sát, mô hình hóa và đánh giá chu trình nước. Quản lý đạt hiệu quả khi phối hợp tốt cả ba hoạt động trên. Việc lựa chọn các kỹ thuật giám sát và đánh giá chất lượng phù hợp là yếu tố quan trọng trong quản lý các thủy vực [1]. Hiện nay các kỹ thuật mô hình hóa đã phát triển mạnh trong đó kỹ thuật khai thác dữ liệu - mô hình hóa sinh thái, dựa trên các số liệu quan trắc, đã trở thành công cụ hữu ích nhằm khảo sát các hệ thống phức tạp, làm rõ các thuộc tính của toàn bộ hệ thống, cho phép hoàn thiện hơn các hiểu biết về hệ sinh thái [2]. Cây phân loại đã được sử dụng rộng rãi để hỗ trợ quản lý nguồn nước [3,4], và được sử dụng trong nghiên cứu này để xác định các tham số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình phú dưỡng. Nghiên cứu đã thu thập các số liệu về hệ sinh thái hồ Hà Nội, ứng dụng cây phân loại để phân tích, đánh giá và xác định các yếu tố cơ bản để phân loại thủy vực phú dưỡng làm cơ sở đề xuất các giải pháp kiểm soát, và hạn chế tác động của hiện tượng phú dưỡng tại hồ Hà Nội cũng như hồ đô thị. 2. PHƢƠNG PHÁP 2.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu 2.1.1. Quan trắc, lấy mẫu và phân tich Sáu hồ bao gồm Hoàn Kiếm, Ba Mẫu, Bảy Mẫu, Hai Bà Trưng, Trúc Bạch và Đầm Trị nằm ở 5 quận khác nhau trong đô thị Hà Nội đã được chọn để nghiên cứu. Quá trình quan trắc được triển khai theo 7 đợt: tháng 10/2015, 01/2016, 3/016, 7/2016, 9/2016, 9/2016, 11/2016, 01/2017. Quy trình lấy mẫu và bảo quản mẫu được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 6663-4:2011 (ISO 5667-4:2006). 577 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” Các phép đo tại hiện trường bao gồm độ sâu (m, thiết bị siêu âm), nhiệt độ nước (°C), pH (pH DREL/2010), oxy hòa tan (mg/l, tỷ lệ oxy bão hòa %) (WTW Oxy 330), độ dẫn (WTW Điện cực 249), độ sâu Secchi (SD) (cm). Phân tích tại phòng thí nghiệm bao gồm COD (SMWW 5220C/D), BOD5 (SMWW 5210B), Nitơ Kjeldahl (SMWW 4500-Norg C), tổng P (SMWW 4500-PE) , PO43 - P, Nitơ vô cơ hòa tan (DIN = NH4+-N (SMWW 4500-NH3 F) + NO2--N (SMWW 4500-NO2- B) + NO3-- N (SMWW 4500-NO3- E)), Chl-a (SMWW 10200 H) và mật độ thực vật phù du. Dữ liệu DO theo giờ (mg/l và tỷ lệ oxy bão hòa (%)) được đo trong vòng 24 giờ ở khoảng 0,3m dưới mặt nước vào ngày lấy mẫu nước để đánh giá sự chệnh lệch DO trong ngày và nghiên cứu tác động của chất lượng nước đến diễn biến DO trong khoảng thời gian 2 ...