Nâng cao hiệu quả đánh giá phú dưỡng nước hồ Thác Bà sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-3B và Co-kriging

Nghiên cứu này nhằm xác định phương pháp phân tích không gian và dữ liệu hỗ trợ để tăng cường độ chính xác trong mô hình hóa sự phân bố trong không gian của TSI, từ đó tối ưu hóa việc đánh giá hiện trạng phú dưỡng hồ Thác Bà.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao hiệu quả đánh giá phú dưỡng nước hồ Thác Bà sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-3B và Co-kriging TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂNBài báo khoa họcNâng cao hiệu quả đánh giá phú dưỡng nước hồ Thác Bà sửdụng ảnh vệ tinh Sentinel-3B và Co-krigingNguyễn Thiên Phương Thảo1, Phạm Quang Vinh2*, Nguyễn Trung Hậu1, Trần ThịHiền3, Nguyễn Thị Thu Hà1* 1 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; nguyenthienphuongthao_t57@hus.edu.vn; nguyentrunghau_t64@hus.edu.vn; hantt_kdc@vnu.edu.vn 2 Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; pqvinh@ig.vast.vn 3 Khoa Địa tin học, Đại học Thành Công, Đài Loan; p66127059@gs.ncku.edu.tw *Tác giả liên hệ: pqvinh@ig.vast.vn; hantt_kdc@vnu.edu.vn; Tel.: +84–2435587062 Ban Biên tập nhận bài: 9/10/2023; Ngày phản biện xong: 10/11/2023; Ngày đăng bài: 25/2/2024 Tóm tắt: Mô hình hóa chính xác sự phân bố trong không gian của chỉ số dinh dưỡng TSI (trophic state index) là một bước quan trọng trong đánh giá hiện trạng phú dưỡng nước hồ, giúp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả. Nghiên cứu này nhằm xác định phương pháp phân tích không gian và dữ liệu hỗ trợ để tăng cường độ chính xác trong mô hình hóa sự phân bố trong không gian của TSI, từ đó tối ưu hóa việc đánh giá hiện trạng phú dưỡng hồ Thác Bà. Dựa vào số liệu đo hàm lượng cholorophyll-a (Chla), độ trong của nước (SD) tại 50 điểm trên hồ và ảnh vệ tinh Sentinel-3B (S3B) chụp đồng thời vào ngày 16/12/2022, chúng tôi đã xác định được hai thông số α và β từ ảnh có tương quan cao với TSI thực tế (r = 0,79 và 0,70) dùng để cải thiện độ chính xác của mô hình co-kriging trong ước tính TSI trên không gian mặt hồ (R2 từ 0,43 thành 0,83; RMSE từ 1,69 thành 1,23). Kết quả cho thấy nước hồ Thác Bà đang ở mức dinh dưỡng trung bình chuyển sang phú dưỡng và có sự thay đổi theo không gian phụ thuộc vào các hoạt động nhân sinh trên và ven hồ. Thông qua nghiên cứu, ảnh S3B được minh chứng có tiềm năng cao trong việc đánh giá chất lượng nước ở các hồ chứa có diện tích lớn như hồ Thác Bà. Từ khóa: Mô hình hóa; Phú dưỡng; Hồ Thác Bà; Sentinel-3B; TSI.1. Giới thiệu Hiện tượng phú dưỡng được coi là một vấn đề ô nhiễm phổ biến với các hồ và hồ chứatừ giữa thế kỷ 20. Các cuộc điều tra cho thấy 54% các hồ nước ở châu Á xuất hiện hiệntượng phú dưỡng, ở châu Âu là 53%, Bắc Mỹ là 48%, Nam Mỹ là 41% và ở châu Phi là28% [1]. Hiện tượng này bắt nguồn từ sự dư thừa các chất dinh dưỡng do các nguồn chấtthải từ xung quanh hồ dẫn đến sự phát triển quá mức của các loại tảo, rong rêu, vi tảo…làm mất cân bằng sinh học nước, thậm chí làm cho hệ sinh thái trong hồ bị nhiễm độc gâyra hiện tượng cá chết hàng loạt. Thêm vào đó, hiện tượng phú dưỡng kéo theo quá trìnhlắng đọng trầm tích và các chất ô nhiễm trong hồ làm cho hồ nông dần theo thời gian, thayđổi màu của nước, làm cho nước có mùi hôi thối, khiến hệ thống hồ không thể thực hiệnđược các chức năng của mình, đồng thời cũng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Do vậy, đểcó thể kịp thời bảo vệ hệ sinh thái các hồ, việc đánh giá, giám sát và dự báo nhanh biếnđộng chất lượng nước, đặc biệt là sự phú dưỡng của nước hồ là vô cùng cần thiết, có ýnghĩa đặc biệt trong việc quản lý môi trường hồ và hồ chứa.Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2024, 758, 35-45; doi:10.36335/VNJHM.2024(758).35-45 http://tapchikttv.vn/Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2024, 758, 35-45; doi:10.36335/VNJHM.2024(758).35-45 36 Trên thế giới, trạng thái dinh dưỡng của hồ đã được xác định bằng cách sử dụng cácchỉ số khác nhau [2–3], phổ biến nhất trong số đó là chỉ số trạng thái dinh dưỡng TSI(trophic state index), được phát triển bởi Carlson [4] do các thông số để tính toán TSI tươngđối dễ xác định và phản ánh đầy đủ các khía cạnh đa dạng về mức độ phú dưỡng của hồ [5].TSI do Carlson đề xuất được tính toán từ một hoặc ba thông số chính, gồm hàm lượngChlorophyll-a (Chla), tổng phốt pho (TP) và độ sâu Secchi (SD). Thông thường, giá trị TSInằm trong khoảng từ 0 đến 100 và có thể được phân loại thành bốn cấp độ dinh dưỡng là:nghèo dinh dưỡng, dinh dưỡng trung bình, phú dưỡng và siêu phú dưỡng [6]. Hồ Thác Bà - một trong ba hồ nước nhân tạo lớn nhất Việt Nam, được hình thành trongquá trình xây dựng Nhà máy thủy điện Thác Bà, tỉnh Yên Bái. Hồ Thác Bà đóng một vaitrò quan trọng trong đời sống kinh tế, xã hội của tỉnh Yên Bái nói riêng và đồng bằng BắcBộ nói chung. Bên cạnh việc đóng góp một tỷ lệ rất lớn vào tổng lượng điện quốc gia thì hồThác Bà còn là nguồn cấp nước chính cho các hoạt động nuôi trồng thủy sản, sản xuất nôngnghiệp, công nghiệp và tưới tiêu của vùng. Đặc biệt, đối với tỉnh Yên Bái, hồ Thác Bà cònlà nguồn cung cấp nước sinh hoạt quan trọng cho người dân địa phương. Tuy nhiên, trongnhững năm gần đây, việc khai thác đất rừng đầu nguồn, nuôi trồng thủy sản trong lòng hồ,khai thác khoáng sản trong lưu vực đã có những tác động trực tiếp và gián tiếp đến chấtlượng môi trường nước hồ [7]. Một vài ...