Nghiên cứu tính toán hàm lượng phù sa lơ lửng của nước sông Hồng đoạn qua thành phố Lào Cai sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2A

Giám sát sự biến động của hàm lượng phù sa lơ lửng (SSC) trong nước sông giúp đánh giá một cách định lượng chất lượng nước sông và hiểu rõ hơn quá trình vận chuyển các chất ô nhiễm của sông. Nghiên cứu này sử dụng kết quả đo phổ phản xạ ( w) và SSC tại sông Hồng đoạn qua thành phố Lào Cai để xây dựng phương trình tính toán thông số này (SSC) từ ảnh vệ tinh Sentinel-2A (S2A).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính toán hàm lượng phù sa lơ lửng của nước sông Hồng đoạn qua thành phố Lào Cai sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2A Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000132 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN HÀM LƢỢNG PHÙ SA LƠ LỬNG CỦA NƢỚC SÔNG HỒNG ĐOẠN QUA THÀNH PHỐ LÀO CAI SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH SENTINEL-2A Nguyễn Thiên Phƣơng Thảo1,2, Nguyễn Thị Thu Hà2, Phạm Quang Vinh3 1 Trung tâm Nghiên cứu Biển và Đảo, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Email: thaontpgeo@vnu.edu.vn 2 Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHN, Email: hantt_kdc@vnu.edu.vn 3 Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Email: pqvinh@ig.vast.vn TÓM TẮT Giám sát sự biến động của hàm lượng phù sa lơ lửng (SSC) trong nước sông giúp đánh giá một cách định lượng chất lượng nước sông và hiểu rõ hơn quá trình vận chuyển các chất ô nhiễm của sông. Nghiên cứu này sử dụng kết quả đo phổ phản xạ ( w) và SSC tại sông Hồng đoạn qua thành phố Lào Cai để xây dựng phương trình tính toán thông số này (SSC) từ ảnh vệ tinh Sentinel- 2A (S2A). Kết quả cho thấy SSC có tương quan cao với tỷ số kênh 4 (666 nm) trên kênh 3 (560 nm) của ảnh S2A bằng phương trình tuyến tính hàm mũ (R2 = 0,86; RMSE = 0,15). Phân bố SSC trong nước sông Hồng tính toán được từ 6 cảnh ảnh S2A thu được trong năm 2018 thể hiện rõ 2 xu hướng: a) SSC thấp trong mùa khô và cao trong mùa mưa; b) SSC giảm dần xuôi theo chiều dòng chảy. Phương pháp và kết quả trình bày trong nghiên cứu này cần được bổ sung và áp dụng cho toàn hệ thống sông nhằm góp phần cung cấp các thông tin định lượng hữu hiệu cho việc giám sát chất lượng nước xuyên biên giới. Từ khóa: Hàm lượng phù sa lơ lửng, sông Hồng, ảnh vệ tinh, vận chuyển trầm tích, quản lý nước xuyên biên giới. 1. GIỚI THIỆU Những thay đổi về sự phân bố không gian trong nước sông của hàm lượng phù sa lơ lửng (SSC) phản ánh một loạt các vấn đề về chế độ thủy văn như suy giảm hay tăng tổng lượng trầm tích, biến động luồng lạch, các hoạt động nhân sinh trên dòng sông… hay chất lượng nước sông. Chính vì vậy, việc giám sát SSC là vô cùng cần thiết đối với bất kỳ một chương trình giám sát chất lượng môi trường sông nào. Sông Hồng là một trong 10 dòng sông có tải lượng nước và phù sa lớn nhất thế giới [1]. Sông Hồng đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội không chỉ của Việt Nam mà của cả khu vực ASEAN. Tuy nhiên, với trên 50% nguồn nước của sông xuất phát từ ngoài biên giới nên sông Hồng đoạn qua nước ta cực kỳ nhạy cảm với mọi hoạt động khai thác và sử dụng nguồn nước từ phía thượng lưu [2]. Do đó việc phát triển và ứng dụng các kỹ thuật định lượng vào giám sát chất lượng nước của sông Hồng, đặc biệt là khu vực biên giới là vô cùng cần thiết để quản lý chất lượng nước sông cũng như các vấn đề khai thác nước. Trên thế giới, viễn thám đã và đang được sử dụng như một công cụ hiện đại để giám sát các thông số chất lượng môi nước các thủy vực trong đó có giám sát SSC ở các con sông lớn [3]. Tuy nhiên, do đặc tính là dòng chảy thường xuyên, có sự pha trộn các chất hòa tan lơ lửng ở các tỷ lệ khác nhau nên việc tính toán SSC của nước sông còn nhiều hạn chế, đặc biệt là sự đáp ứng về độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh vệ tinh so với kích thước mặt cắt ngang của sông. Vệ tinh Sentinel-2A (S2A) chỉ mới được phóng lên quỹ đạo vào tháng 6 năm 2015 bởi Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) nên ít được đề cập trong các nghiên cứu giám sát môi trường nước trên thế giới. Tuy nhiên, với độ phân giải không gian cao (lên tới 10 m) và thiết kế kênh phổ chuyên biệt cho vùng cận hồng ngoại (có đến 5 kênh phổ), S2A được đánh giá là một dữ liệu phù hợp để nghiên cứu, giám sát môi trường nước các thủy vực nội địa, đặc biệt là các dòng sông. 270 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, nghiên cứu này được tiến hành nhằm xây dựng phương trình tính toán SSC của nước sông Hồng đoạn qua thành phố Lào Cai từ dữ liệu ảnh vệ tinh S2A dựa vào mối quan hệ thực nghiệm giữa SSC và phổ phản xạ mặt nước ( w) đo được cùng thời kỳ tại hiện trường. Phương trình sau đó được áp dụng để tính toán SSC từ các cảnh ảnh S2A thu được trong năm 2018 để làm rõ sự thay đổi của thông số này trong không gian và thời gian. Kết quả nghiên cứu bước đầu góp phần khẳng định tiềm năng khai thác của dữ liệu ảnh S2A trong việc giám sát chất lượng nước sông. 2. PHƢƠNG PHÁP 2.1. Phƣơng pháp khảo sát thực địa SSC và w của nước sông Hồng đoạn qua thành phố Lào Cai được đo đồng thời vào hai đợt khảo sát thực địa: đợt 1: ngày 23/03/2018 và ngày 01/04/2018; đợt 2: ngày 29/07/2018 và ngày 10/08/2018. Tổng số 64 số liệu đo từ các điểm khảo sát của 04 ngày đo nêu trên được thu thập trong v ...