Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy không gian xây dựng bản đồ chất lượng nước suối Nậm La chảy qua thành phố Sơn La

Nguyễn Thị Thu Hiền và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 39 - 43 
39 
ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY KHÔNG GIAN XÂY DỰNG BẢN 
ĐỒ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SUỐI NẬM LA CHẢY QUA THÀNH PHỐ SƠN LA 
Nguyễn Thị Thu Hiền1, Phạm Hải Nam3, Nguyễn Hải Hòa2*, Nguyễn Thị Khanh2 
1Trường Đại học Nông Lâm - ĐH Thái Nguyên, 
2Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, 
3Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Sơn La 
TÓM TẮT 
Nghiên cứu được thực hiện để xây dựng bản đồ chất lượng môi trường nước mặt thông qua các chỉ 
tiêu chất lượng nước, dựa vào 9 mẫu quan trắc tại suối Nậm La chảy qua thành phố Sơn La trên cơ 
sở ứng dụng thuật toán nội suy không gian. Kết quả nghiên cứu cho thấy hầu hết các thông số môi 
trường nước mặt khu vực nghiên cứu đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN:08-
2015/BTNMT. Ngoài chỉ số NO2 và E.coli vượt giới hạn QCVN 08:2015/BTNMT, còn các chỉ số 
khác đều trong ngưỡng cho phép. Cụ thể: giá trị pH từ 7,0 ÷ 7,8, TSS có giá trị từ 20,0 ÷ 44,0 
mg/l, nồng độ DO có giá trị 4,6 ÷ 5,2 mg/l, nồng độ COD là 9, ÷ 12,0 mg/l, giá trị BOD5 từ 4,0 ÷ 
5,8 mg/l; NH
+
4 từ 0,3 ÷ 0,43 mg/l; N-NH4 từ 0,2 ÷ 0,35 mg/l; Coliform từ 1100 ÷ 3500 
MPN/100ml. Kết quả nội suy không gian theo phương pháp IDW cho thấy sự khác biệt không lớn 
so với kết quả phân tích mẫu đối chứng, điều này cho thấy rằng phương pháp nội suy không gian 
IDW có thể được sử dụng để xây dựng bản đồ đánh giá chất lượng nước khu vực nghiên cứu. 
Từ khóa: GIS, nội suy không gian, nước mặt, nước mặt, ô nhiễm, suối Nậm La. 
ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của 
môi trường, là yếu tố đặc biệt quan trọng bảo 
đảm thực hiện thành công các chiến lược, quy 
hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế, xã hội, bảo 
đảm an ninh quốc phòng [1]. Trong những 
năm gần đây, bên cạnh những lợi ích của phát 
triển kinh tế đem lại cho đất nước, mặt khác nó 
cũng là nguyên nhân dẫn đến nguồn tài nguyên 
nước đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm 
và cạn kiệt [6]. Việc đánh giá chất lượng tài 
nguyên nước là vấn đề rất cấp thiết và đang 
nhận được nhiều sự quan tâm của xã hội. 
Trong những năm gần đây, Sơn La được biết 
đến như là thành phố có tiềm năng phát triển 
kinh tế, nhưng cũng đồng thời chịu nhiều sức 
ép về môi trường. Sự gia tăng ô nhiễm và 
biểu hiện suy thoái môi trường đang được 
cảnh báo, đặc biệt là ô nhiễm môi trường 
nước [5, 6] do đó cần phải có sự nỗ lực giải 
quyết từ nhiều ngành, nhiều cấp, từ các cơ 
quan quản lý nhà nước, các nhà khoa học, từ 
các nhà đầu tư cũng như cộng đồng dân cư, 
nhằm mục tiêu bảo vệ môi trường, đảm bảo 
*
 Tel: 0977 689948, Email: hoanh@vfu.edu.vn 
sức khỏe cộng đồng và môi trường sống. Tận 
dụng các ưu việt và thế mạnh của công nghệ 
GIS trong quản lý tổng hợp nhằm bảo vệ môi 
trường nước mặt bền vững [2, 4]. Để góp 
phần giải quyết vấn trên, nghiên cứu ứng 
dụng GIS và thuật toán nội suy không gian 
xây dựng bản đồ chất lượng nước suối Nậm 
La chảy qua thành phố Sơn La được thực hiện 
với hai điểm chính: Một là, đánh giá thực 
trạng chất lượng nước mặt. Hai là, xây dựng 
bản đồ nội suy chất lượng nước mặt khu vực 
nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa 
học cho các nghiên cứu kết tiếp đề xuất giải 
pháp quản lý chất lượng nước suối Nậm La 
bền vững khu vực nghiên cứu. 
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 
Để đánh giá chất lượng nước suối Nậm La, 
nghiên cứu tập trung vào các thông số về chất 
lượng nước mặt khu vực khai thác khoáng 
sản, bao gồm: pH, DO, độ đục, TSS, COD, 
BOD5, Amoni (NH4
+
), Nitrite (NO2), E.coli, 
Coliform tại suối Nậm La chảy qua thành phố 
Sơn La. 
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
Tư liệu sử dụng: Nghiên cứu sử dụng các dữ 
liệu thứ cấp, bao gồm dữ liệu bản đồ nền địa 
Nguyễn Thị Thu Hiền và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 39 - 43 
40 
lý, các báo cáo về điều kiện tự nhiên, kinh tế - 
xã hội của địa phương, các số liệu của các đề 
tài và dự án nghiên cứu có liên quan. 
Phương pháp xử lý mẫu: Nghiên cứu tiến 
hành lấy 9 mẫu nước mặt phân bố đều trên 
suối Nậm La khu vực nghiên cứu, mỗi vị trí 
cách nhau khoảng 200 ÷ 250 m (Hình 01). 
Các mẫu được xử lý và phân tích theo quy 
chuẩn hiện hành của Việt Nam (Sơ đồ 01). 
Sau khi các mẫu nước được lấy ngoài thực địa 
sẽ được bảo quản và phân tích tại phòng thí 
nghiệm Trung tâm quan trắc tài nguyên và 
môi trường thành phố Sơn La. 
Các thông số phân tích gồm có: pH, DO, độ 
đục, TSS, COD, BOD5, Amoni (NH4
+
), 
Nitrite (NO2
-
), E.coli, Coliform. Việc phân 
tích chất lượng nước mặt dựa trên cơ sở so 
sánh các hàm lượng của các chỉ số với Quy 
chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước 
mặt [3,7]. Phương pháp xử lý và thành lập 
bản đồ: Quá trình xử lý và thành lập bản đồ 
gồm 3 bước chính như sau: (i) thu thập số liệu 
phân tích về chất lượng nước tại các điểm 
quan trắc, số hóa bản đồ nền trên Google 
Earth; (ii) nội suy các chỉ tiêu môi trường 
bằng thuật toán IDW (Inverse Distance 
Weighted), đánh giá độ chính xác của kết quả 
nội suy bằng cách so sánh giá trị nội suy với 
giá trị phân tích. Lựa chọn phương pháp nội 
suy tối ưu nhất; và (iii) thành lập bản đồ nồng 
độ các thông số chất lượng nước mặt và so 
sánh với QCVN 08:2015/BTNMT. Tổng quát 
phương pháp nội suy chất lượng nước được 
thể hiện tại sơ đồ trên Hình 02. 
Hình 01. Vị trí điểm lấy mẫu nước phân tích Sơ đồ 01. Tổng quát phương pháp nội suy chất 
lượng nước suối Nậm La 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Thực trạng chất lượng nước mặt khu vực nghiên cứu 
Kết quả phân tích các chỉ tiêu pH, DO, độ đục, TSS, COD, BOD5, Amoni (NH4
+
), Nitrite (NO2
-
), 
E.coli, Coliform trong mẫu phân tích lấy tại suối Nậm La chảy qua thành phố Sơn La được tổng 
hợp chi tiết tại Bảng 01 dưới đây: 
Nguyễn Thị Thu Hiền và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 39 - 43 
41 
Bảng 01. Kết quả phân tích chỉ tiêu môi trường nước mặt. 
Mẫu Kinh độ Vĩ độ pH Độ đục 
(NTU) 
DO 
(mg/l) 
BOD5 
(mg/l) 
COD 
(mg/l) 
TSS 
(mg/l) 
NH4
+ 
(mg/l) 
NO2 
(mg/l) 
Coliform 
(MPN/100ml) 
E.coli 
(MPN/100ml) 
M1 21,30522 103,90685 7,0 6,18 5,2 4,0 12,0 20 0,3 0,09 1100 700 
M2 21,319397 103,91213 7,1 11,8 5,1 4,0 9,0 26 0,30 0,05 1200 750 
M3 21,32639 103,91358 7,2 19,2 4,8 5,8 11,0 37 0,31 0,08 1200 900 
M4 21,33647 103,90958 7,3 22,6 4,7 6,3 9,0 40 0,38 0,05 2100 1000 
M5 21,33950 103,90972 7,4 22,9 4,7 6,6 12,0 41 0,4 0,07 3100 1200 
M6 21,34619 103,91389 7,5 23,3 4,6 6,8 9,0 44 0,43 0,05 3500 1300 
M7 21,35589 103,91385 7,6 21,5 4,7 6,7 10,0 43 0,41 0,05 3400 1200 
M8 21,37436 103,91081 7,7 19,7 4,9 6,4 12,0 38 0,35 0,04 2200 2000 
M9 21,38401 103,91662 7,8 16,8 5,0 6,3 11,3 36 0,33 0,07 2200 1900 
QCVN 08:2015/BTNMT - Cột B1 
5,5-
9,0 
- ≥ 4 15 30 50 0,09 0,05 7500 100 
M1 (Chân cầu bản Pọng), M2 (Khu vực hành chính công), M3 (Khu vực công viên 26/10), M4 (Khu vực 
cầu cách mạng tháng 8), M5 (Khu vực cầu Nậm La), M6 (Khu vực cầu bản Cọ), M7 (Khu vực cầu bản 
Hài), M8 (Khu vực cầu bản Tông), M9 (Khu vực cầu bản Sẳng). 
Từ Bảng 01 nghiên cứu đi đến một số nhận 
xét sau: 
- pH: Giá trị pH tại các vị trí không có sự sai 
số nhiều, biến động từ 7,0 ÷ 7,7 và nằm trong 
khoảng cho phép so với QCVN 
08:2015/BTNMT [3], thông số này tại khu 
vực nghiên cứu đạt chỉ tiêu môi trường. 
- DO: Thông số DO biến động từ 4,6 ÷ 5,2 
mg/l và nằm trong khoảng cho phép (đều > 
4,0 mg/l) so với QCVN 08:2015/BTNMT. 
Thông số DO càng cao thì hàm lượng oxy hòa 
tan trong nước càng lớn, chất lượng nước 
càng cao. Do vậy thông số DO ở khu vực 
nghiên cứu đạt chỉ tiêu môi trường. 
- BOD5: Giá trị BOD5 của điểm lấy mẫu biến 
động từ 4,0 ÷ 6,8 mg/l và nhỏ hơn 15 mg/l so 
với QCVN 08:2015/BTNMT, do đó đều đạt 
tiêu chuẩn môi trường. 
- TSS: Nồng độ TSS cao nhất là 44, thấp 
nhất là 20, các giá trị này đều nhỏ hơn 50 
mg/l so với QCVN 08:2015/BTNMT, do đó 
thông số TSS tại khu vực nghiên cứu đạt 
chỉ tiêu môi trường. 
- Độ đục: Độ đục ở mẫu phân tích của các địa 
điểm có biến động lớn từ 6,18 ÷ 22,9 NTU. 
Nghiên cứu độ đục cho ta biết được thành 
phần chất lở lửng trong nước. 
- NH4
+
: Nồng độ NH4
+
 biến động từ 0,3 ÷ 0,43 
mg/l. Các điểm đều có nồng độ NH4
+ nhỏ hơn 
0,9 mg/l so với QCVN 08:2015/BTNMT vì thế 
các giá trị này đều nằm trong khoảng cho 
phép. Do vậy thông số NH4
+
 tại khu vực 
nghiên cứu đạt chỉ tiêu môi trường. 
- NO2: Nồng độ NO2 biến động từ 0,04 ÷ 0,09 
mg/l. So sánh với QCVN 08:2015/BTNMT 
cho thấy giá trị NO2 của 4/9 điểm lấy mẫu lớn 
hơn 0,05 mg/l do vậy thông số NO2 ở khu vực 
nghiên cứu chưa đạt tiêu chuẩn môi trường 
cho phép. 
- Coliform: Nồng độ Coliform có biến động 
khá lớn và dao động từ 1100 ÷ 3500 
MPN/100ml. Mẫu phân tích của các điểm đều 
có có nồng độ Coliform nhỏ hơn 7500 
MPN/100ml so với QCVN 08:2015/BTNMT. 
Do đó thông số Coliform tại khu vực nghiên 
cứu đạt chỉ tiêu môi trường. 
- E.coli: Nồng độ E.coli cao nhất là 3500 
MPN/100ml và thấp nhất là 1100 
MPN/100ml. Điều này cho thấy mẫu ở các 
điểm đều có nồng độ E.coli vượt mức cho 
phép so với QCVN 08:2015/BTNMT (đều > 
100 MPN/100ml), do vậy thông số E.coli ở 
khu vực nghiên cứu không đạt tiêu chuẩn môi 
trường cho phép. 
- COD: nồng độ COD cao nhất là 12,0 mg/l 
và thấp nhất là 9,0 mg/l. Các điểm đều có 
nồng độ COD nhỏ hơn 30 mg/l so với QCVN. 
Do vậy thông số COD tại khu vực nghiên cứu 
đạt chỉ tiêu môi trường. 
Xây dựng bản đồ nội suy chất lượng nước mặt 
Từ dữ liệu quan trắc và bản đồ nền đề tài sử 
dụng phương pháp nội suy IDW để xây dựng 
Nguyễn Thị Thu Hiền và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 39 - 43 
42 
bản đồ cho các chỉ số môi trường pH, DO, 
TSS, COD, BOD5, Amoni (NH4
+
), Nitrite 
(NO2
-), E.coli, Coliform. Kết quả xây dựng 
bản đồ nội suy chất lượng nước mặt theo từng 
chỉ tiêu pH được thể hiện tại Hình 02. Từ kết 
quả tổng hợp tại Bảng 02 cho thấy không có 
sự khác biệt lớn giữa giá trị nội suy theo 
phương pháp nghịch đảo khoảng cách có 
trọng số (IDW) với kết quả phân tích mẫu tại 
phòng thí nghiệm. Điều này cho thấy phương 
pháp IDW có thể sử dụng được trong xây 
dựng bản đồ đánh giá chất lượng nước mặt.
Hình 02. Giá trị pH theo IDW tại Suối Nậm La 
Bảng 02. Kết quả đánh giá độ chính xác giữa phương pháp nội suy với kết quả phân tích mẫu. 
KẾT LUẬN 
Từ kết quả đánh giá chất lượng nước mặt suối Nậm La, nghiên cứu đi đến một số nhận xét như sau:
Chỉ 
tiêu 
Mẫu đối 
chứng 
Kết 
quả 
phân 
tích 
Giá trị 
nội suy 
Sai khác Chỉ tiêu Mẫu 
đối 
chứn
g 
Kết quả 
phân 
tích 
Giá trị 
nội suy 
Sai khác 
Giá trị 
(%) Giá trị % 
pH 
M2 7,1 7,2 0,1 1,4 
TSS 
M2 26 36,8 10,8 41,5 
M5 7,4 7,4 0,0 0,0 M5 41 41,6 0,6 1,5 
M7 7,6 7,6 0,0 0,0 M7 43 41,6 -1,4 -3,3 
Độ 
đục 
M2 11,8 18,2 6,4 54,2 NH4
+ M2 0.30 0,31 0,01 4,3 
M5 22,9 21,6 -1,3 -5,7 M5 0,4 0,39 -0,01 -2,5 
M7 21,5 21,6 0,1 0,5 M7 0,41 0,39 -0,02 -4,9 
DO 
M2 5,1 4.9 -0,20 -,1 
NO2 
M2 0,05 0,07 0,02 48,0 
M5 4,7 4,7 0,0 0,0 M5 0,07 0,05 -0,02 -22,9 
M7 4,7 4,7 0,0 0,0 M7 0,05 0,05 0,0 0,0 
BO
D5 
M2 4,0 5,4 1,4 35,0 
E.coli 
M2 750 830 80 10,7 
M5 6,6 6,5 -0,1 -1,3 M5 1200 1090 -110 -9,2 
M7 6,7 6,5 -0,2 -2,8 M7 1200 1610 410 34,2 
CO
D 
M2 9,0 11,1 2,1 23,3 
Coliform 
M2 1200 1339 139 11,6 
M5 12,0 9,3 -2,7 -22,5 M5 3100 2299 -801 -25,8 
M7 10,0 9,9 -0,1 -1,0 M7 3400 2779 621 -18,3 
Nguyễn Thị Thu Hiền và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 39 - 43 
43 
Các thông số môi trường dùng để đánh giá 
chất lượng nước mặt ở khu vực nghiên cứu 
đều nằm trong giới hạn cho phép so với 
QCVN 08:2015/BTNMT, bao gồm các thông 
số pH, TSS, DO, BOD5, COD, NH4
+
, 
Coliform và độ đục. Cụ thể: chỉ số pH có giá 
trị từ 7,0 ÷ 7,8; TSS có giá trị từ 20,0 ÷ 43,0 
mg/l; nồng độ DO có giá trị 4,6 ÷ 5,2 mg/l; 
nồng độ COD là 9,0 ÷ 12,0 mg/l; nồng độ 
BOD5 là 4,0 ÷ 5,8 mg/l; nồng độ NH4
+
 là 0,3 
÷ 0,43 mg/l; Coliform có nồng độ dao động từ 
1100÷3500 (MPN/100mL). Tuy nhiên, chỉ số 
NO2 và E.coli không nằm trong giới hạn cho 
phép so với QCVN 08:2015/BTNMT. Cụ thể: 
nồng độ NO2 là 0,04 ÷ 0,09 mg/l và E.coli có 
giá trị từ 700÷ 2000(MPN/100ml). 
Kết quả nội suy không gian theo phương pháp 
IDW cho thấy sự khác biệt không lớn so với 
kết quả phân tích mẫu đối chứng, điều này 
cho thấy rằng phương pháp nội suy không 
gian IDW có thể được sử dụng để xây dựng 
bản đồ đánh giá chất lượng nước khu vực 
nghiên cứu. 
Lời cảm ơn (Knowledgements) 
Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Trung 
Tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường 
tỉnh Sơn La đã tạo điều kiện trong quá trình 
thu thập số liệu và phân tích mẫu. Nhóm 
nghiên cứu xin cảm ơn sự đóng góp ý kiến 
quí báu của các phản biện trong việc nâng cao 
chất lượng bài báo. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Luật bảo vệ môi trường Việt Nam, (2014). 
2. Nguyễn Kim Lợi và Trần Thống Nhất (2007). 
Hệ thống thông tin địa lý phần mềm Arcview 3.3, 
Nxb Nông nghiệp, tr12 – 14. 
3. QCVN 08- MT: 2015/BTNMT Quy chuẩn kỹ 
thuật quốc gia về chất lượng nước mặt. 
4. Pesce, S.F., Wunderlin, D.A (2000). Use of 
Water Quality Indices to Verify the Impact of 
Cordoba City (Argentina) on Suquía River. Water 
Research, 34, 2915-2926. 
5. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sơn La 
(2017). Báo cáo quan trắc chất lượng môi trường 
tỉnh Sơn La năm 2017. 
6. Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường 
Sơn La (2016). Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh 
Sơn La năm 2015, 2016. 
7. Tổng cục Môi trường (2011). Quyết định về 
việc ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số 
chất lượng nước. Bộ TN&MT. 
ABSTRACT 
APPLICATION OF GIS AND SPATIAL INTERPOLATION 
TO MAP WATER QUALITY OF NAM LA STREAM PASSING 
THROUGH SON LA CITY, SON LA PROVINCE 
Nguyen Thi Thu Hien
1
, Pham Hai Nam
3
, Nguyen Hai Hoa
2*
, Nguyen Thi Khanh
2
1University of Agriculture and Forestry – TNU, 2Vietnam National University of Forestry 
3Son La Monitoring Station of Resources and Environment 
This study was conducted to determine the spatial distribution of water quality based on ten 
environmental norms under the National Environment Standards (QCVN 08:2015/BTNMT) in 
Nam La stream passing through Son La city, Son La province in combination with GIS and spatial 
interpolation IDW (Inverse Distance Weitghted). As a result, a majority of environmental norms 
are analysed and calculated under the National Environmental Standards except for NO2 and 
E.coli. In particular, value of pH is calculated with range of 7.0 ÷ 7.8, TSS with 20 ÷ 4 4 mg/l; 
DO with 4.6 ÷ 5.2 mg/l; COD with 9.0÷ 12.0 mg/l; BOD5 with 4 ÷ 5.8mg/l; NH
+
4 with 0.3 ÷ 0.43 
mg/l; N-NH4 with 0.2 ÷ 0.35 mg/l; Coliform with 1100 ÷ 3500 MPN/100ml. In addition, values of 
water quality interpolated by IDW are almost similar to the results of samples analysed in the 
labolatory with high accuracies. Therefore, spatial interpolation for assessing surface water quality 
is reliable and applicable to Nam La stream and it may be applicable to other relevant streams in 
Son La province. 
Keywords: GIS, Spatial interpolation, map, surface water, Nam La stream, Son La. 
Ngày nhận bài: 21/9/2018; Ngày hoàn thiện: 03/11/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018 
*
 Tel: 0977 689948, Email: hoanh@vfu.edu.vn