Tài liệu ứng dụng phân tích thống kê trong đánh giá chất lượng nước dưới đất huyện tân thành, tỉnh bà rịa – vũng tàu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT HUYỆN TÂN THÀNH, TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU Sinh viên thực hiện: Phan Nguyễn Hồng Ngọc Khóa: 01ĐH-ĐCMT01 TP. Hồ Chí Minh, 2016 MSSV: 0150100025 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT HUYỆN TÂN THÀNH, TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU Sinh viên thực hiện: Phan Nguyễn Hồng Ngọc Khóa: 01ĐH-ĐCMT01 Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Thanh Thủy ThS. Nguyễn Hải Âu TP. Hồ Chí Minh, 2016 MSSV: 0150100025 LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là sản phẩm được thực hiện lần cuối cùng của sinh viên trước khi rời khỏi ghế nhà trường. Do đó, mọi kiến thức và kỹ năng được truyền đạt sau bao năm học tập tại giảng đường được sinh viên áp dụng tối đa trong sản phầm này. Tuy nhiên, để hoàn thành được tối ưu nhất đồ án tốt nghiệp không thể thiếu sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô hướng dẫn, các anh chị cán bộ Sở Tài nguyên và Môi trường, gia đình và bạn bè đã hỗ trợ tối đa cho sản phẩm này. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Địa chất và Khoáng sản đã truyền đạt kiến thức học tập quý báu cho em trong suốt những năm qua. Đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Hoàng Thị Thanh Thủy và thầy Nguyễn Hải Âu đã dẫn dắt, truyền đạt kiến thức, kỹ năng cũng như những nhiệt huyết để em hoàn thành được tốt nhất sản phẩm của mình. Xin cám ơn các anh chị cán bộ phòng Tài nguyên nước và Khí tượng thủy văn thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu đã nhiệt tình giúp đỡ và cung cấp bộ dữ liệu quý báu giúp em thực hiện được sản phầm này. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình giúp em hoàn thành trọn vẹn sản phẩm này. Xin chân thành cảm ơn! i MỤC LỤC TÓM TẮT ..................................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 2 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................2 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..............................................................3 3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...........................................................3 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................................6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ......................................................................................... 7 1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ...................7 1.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước.................................................7 1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ...............................................10 1.1.3. Nhận xét chung ............................................................................................11 1.2. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU .........................................................12 1.2.1. Điều kiện tự nhiên .......................................................................................12 1.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ............................................................................13 1.2.3. Đặc điểm địa chất thủy văn .........................................................................15 1.2.4. Đặc điểm địa chất thủy văn, địa chất khu vực.............................................16 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 24 2.1. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, THAM KHẢO VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 24 2.2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ ....................................................25 2.2.1. Biểu diễn biểu đồ Piper ...............................................................................25 2.2.2. Cân bằng Ion................................................................................................26 2.2.3. Phân tích thành phần chính (PCA) ..............................................................26 2.2.4. Phương pháp phân tích cụm (CA) ...............................................................33 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 42 3.1. DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...................................................................................................................................42 3.1.1. Điều kiện phân tích thống kê của bộ dữ liệu quan trắc ...............................42 3.1.2. Các nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng nước khu vực nghiên cứu ...42 3.1.3. Sự phân bố dữ liệu các giếng quan trắc khu vực nghiên cứu ......................48 3.2. CÁC CỤM GIẾNG THỂ HIỆN ĐẶC TRƯNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU..............................................................................51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 55 ii 1. KẾT LUẬN ...........................................................................................................55 2. KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 57 PHỤ LỤC .................................................................................................................... 59 iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD Biological Oxygen Demand CA Cluster Analysis CBE Concentrations Balance Error DO Dissolved Oxygen FA Factor Analysis HCA Hierarchical Cluster Analysis HP Hight Pollutant KT-XH Kinh tế - Xã hội LK Lỗ khoan LP Low Pollutant MP Middle Pollutant MSA Multivariate Statistics Analysis NPK Đạm-Lân-Kali PCA Principle Component Analysis PVC Polyvinylclorua TB Trung bình TDS Total dissolved solids UBND Ủy ban nhân dân iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Đặc điểm các giếng quan trắc tầng Pleistocen trên.......................................17 Bảng 1.2. Đặc điểm giếng quan trắc tầng Pleistocen giữa-trên (qp2-3) .......................19 Bảng 1.3. Đặc điểm giếng quan trắc tầng Pleistocen dưới (qp1) ..................................22 Bảng 2.1. Ví dụ về Eigenvalue từ PCA .........................................................................29 Bảng 2.2. Ví dụ về mối tương quan giữa các biến và thành phần chính .......................32 Bảng 2.3. Sơ đồ tích tụ cụm ..........................................................................................38 Bảng 3.1. Kết quả phân tích cân bằng ion .....................................................................42 Bảng 3.2. Ma trận tương quan các thông số chất lượng nước dưới đất mùa khô năm 2012 ...............................................................................................................................43 Bảng 3.3. Ý nghĩa hệ số tương quan .............................................................................44 Bảng 3.4. Tổng phương sai giải thích nhân tố...............................................................44 Bảng 3.5. Rút trích thành phần chính đại diện cho bộ dữ liệu ......................................46 Bảng 3.6. Hàm lượng trung bình các thông số qua các tầng chứa nước đặc trưng .......48 Bảng 3.7. Bảng giá trị trung bình thông số các giếng quan trắc mùa khô ....................52 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................................4 Hình 2. Sơ đồ vị trí huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu .......................................6 Hình 1.1. Mặt cắt tầng Pleistocen trên (qp3) .................................................................17 Hình 1.2. Mặt cắt tầng Pleistocen giữa-trên (qp2-3) .....................................................19 Hình 1.3. Mặt cắt tầng Pleistocen dưới (qp1)................................................................22 Hình 2.1. Biểu đồ tam giác Piper ..................................................................................25 Hình 2.2. Biểu đồ Scree của eigienvalues .....................................................................31 Hình 2.3. Ví dụ về khoảng cách Euclid giữa hai đối tượng theo hai biến X và Y ........34 Hình 2.4. Ví dụ phương pháp phân tích cụm tích tụ dựa vào khoảng cách liên kết .....37 Hình 2.5. Ví dụ phân tích cụm tích tụ dựa vào phương sai và dựa vào khoảng cách trung tâm. .......................................................................................................................37 Hình 2.6. Sơ đồ hình cây trong phân tích cụm ..............................................................39 Hình 3.1. Biểu đồ dốc rút trích nhân tố .........................................................................45 Hình 3.2. Biểu đồ phân bố xu hướng các ion chính trong tầng chứa nước ...................49 Hình 3.3. Diễn biến Cl-, SO42-, Na+ và TDS mùa khô năm 2012 ...............................50 Hình 3.4. Sơ đồ phân bố giếng quan trắc theo không gian ...........................................51 Hình 3.5. Biểu đồ phân tích cụm mùa khô năm 2012 ...................................................52 vi TÓM TẮT Ở nghiên cứu này, các phương pháp phân tích thống kê đa biến như phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích cụm (CA) được ứng dụng cho việc xác định sự biến thiên về không gian của chất lượng nước dưới đất huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Các mẫu nước dưới đất được thu thập từ 18 giếng quan trắc vào tháng 4 (mùa khô) trong năm 2012. Mười lăm thông số chất lượng nước (pH, độ cứng, TDS, Cl-, F-, NO3-, SO42-, Cr6+, Cu2+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3- and Fe2+) được lựa chọn để tiến hành phân tích thống kê đa biến. PCA xác định được 3 thành phần chính ảnh hưởng đến chất lượng nước dưới đất với sự thay đổi theo mùa. Ba thành phần chính gồm yếu tố nhiễm mặn, hoạt động nhân sinh và sự tương tác của các thành phần thạch học đã giải thích được 79,244% biến thiên phương sai của tập mẫu. Phân tích cụm (CA) chỉ ra 3 nhóm khác nhau với sự đồng nhất trong nội bộ từng cụm. Nghiên cứu này thực sự rất cần thiết và hữu dụng khi xử lí một lượng lớn tập dữ liệu quan trắc phức tạp nhằm đạt được những thông tin đơn giản mà hiệu quả hơn trong việc đánh giá chất lượng nước dưới đất. Những thông tin này cung cấp những nền tảng khoa học giúp các nhà quản lí dễ dàng hơn trong việc ra quyết định. 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nước dưới đất là một hợp phần thiết yếu của tài nguyên nước, đóng vai trò quan trọng trọng các hoạt động sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Nước dưới đất thường ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người, trong nước dưới đất thường không có các hạt keo lơ lửng, vi sinh hay vi trùng và có chất lượng tốt hơn nước mặt, tuy nhiên nếu không có những biện pháp bảo vệ hợp lí thì vấn nạn ô nhiễm nước dưới đất hoàn toàn có thể xảy ra. Ở các vùng đồi núi có mật độ dân số thấp, sự luân chuyển nước đảm bảo được nước dưới đất là sạch, phục vụ tốt cho khai thác nhỏ quy mô hộ gia đình. Ngược lại, ở các vùng đồng bằng với mật độ dân cư lớn, sự xuất hiện của các khu công nghiệp, nông nghiệp cũng như nước thải sinh hoạt đã góp phần không nhỏ trong việc gây ô nhiễm nguồn nước dưới đất. Các chương trình đánh giá chất lượng nước dưới đất thường được đo đạc theo chu kì các thông số ở các trạm quan trắc nước dưới đất, từ đó đánh giá bộ số liệu qua việc so sánh với các quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam. Phương pháp này đơn thuần chỉ là so sánh các thông số với quy chuẩn rồi từ đó đưa ra kết luận chất lượng nước ở khu vực nghiên cứu có ô nhiễm hay không mà không nếu được mối quan hệ giữa các thông số cũng như nhân tố chính gây ô nhiễm nguồn nước. Chính vì vậy, để có thể hiểu sâu hơn về chất lượng nước dưới đất ta cần hiểu rõ về mối quan hệ trực tiếp và gián tiếp giữa các thông số phân tích. Phân tích thống kê đa biến (MSA) bao gồm các kỹ thuật thống kê đa biến khác nhau như phân tích cụm (CA), phân tích thành phần chính (PCA) giúp giải thích cũng như tinh biến ma trận các dữ liệu phức tạp nhằm hiểu rõ hơn về chất lượng nước dưới đất, cho phép xác định các nhân tố và nguồn ô nhiễm ảnh hưởng đến chất lượng nước, cung cấp một công cụ hữu ích trong việc quản lí nguồn tài nguyên nước, đưa ra được các giải pháp nhanh chóng để xử lí các vấn đề ô nhiễm nguồn tài nguyên nước. Với vị trí địa lí và điều kiện tự nhiên thuận lợi, huyện Tân Thành đã và đang trở thành một trong ba địa phương có nền kinh tế phát triển bậc nhất tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Theo thống kê của UBND huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu năm 2012 có tất cả 20 khu công nghiệp lớn nhỏ đang hoạt động trên địa bàn huyện thuộc các ngành nghề: luyện kim, nhiệt điện, sản xuất gạch men, thuộc da…; đồng thời là nơi tập trung 2 nhiều khu công nghiệp nhất của tỉnh. Tuy nhiên, trước sức ép của tốc độ phát triển công nghiệp quá nhanh, huyện Tân Thành đang phải đối mặt với nguy cơ nguồn nước dưới đất đang bị đe dọa với một số dấu hiệu ô nhiễm nghiêm trọng, gây suy giảm chất lượng cuộc sống của người dân sinh sống trong khu vực này. Trước các nội dung trên thì vấn nạn ô nhiễm nước dưới đất đã và đang tác động tiêu cực đến đời sống người dân huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Chính vì thế, việc tiến hành thực hiện đề tài “ Ứng dụng phân tích thống kê trong đánh giá chất lượng nước dưới đất huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu” hiện này là rất cần thiết, cung cấp công cụ hữu hiệu phục vụ cho các cơ quan có thẩm quyền trong việc đề ra các giải pháp tối ưu nhất giải quyết tình trạng ô nhiễm nguồn nước dưới đất cũng như quản lí bền vững nguồn tài nguyên nước trong khu vực. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1. Mục tiêu nghiên cứu chính Ứng dụng kỹ thuật phân tích thống kê đánh giá chất lượng nước dưới đất huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, cung cấp công cụ hữu ích phục vụ quản lí nguồn tài nguyên nước. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể - Đưa ra các thành phần chính, cụm giếng quan trắc mang các thông số đặc trưng ảnh hưởng đến chất lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu - Đánh giá được sự thay đổi chất lượng nước dưới đất theo không gian thông qua sự phân bố dữ liệu quan trắc. 3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Nội dung nghiên cứu 3.1.1. Sơ đồ thể hiện nội dung nghiên cứu 3 Các nội dung nghiên cứu chính được trình bày cụ thể qua sơ đồ sau đây. Thu thập tài liệu  Tổng hợp bản đồ (Mapinfor,Google Earth) Xử lí số liệu  Thống kê mô tả (Excel 2010) Biểu diễn biểu đồ (boxplot, piper diagrams) Phân tích thống kê đa biến (SPSS 20) Phân tích cụm (HCA) Phân thành phần chính (PCA) Chọn thước đo khoảng cách (Euclid bình phương) Ma trận tương quan Chọn thủ tục phân cụm (thủ tục Ward) Quyết định số cụm Thành phần chính Giải thích và mô tả các cụm Đặt tên thành phần chính Đánh giá độ tin cậy Kết luận tình hình chất lượng nước dưới đất Hình 1. Sơ đồ nghiên cứu 4 3.1.2. Tóm tắt nội dung nghiên cứu Để bảo đảm hoàn thiện các mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã tiến hành thực hiện các nội dung sau, cụ thể:  Thu thập tài liệu - Thu thập báo, chí, sách liên quan đến nội dung nghiên cứu - Thu thập số liệu quan trắc chất lượng nước - Thu thập các báo cáo tổng kết về quy hoạch, vận hành mạng lưới quan trắc khu vực nghiên cứu - Thu thập các bản đồ địa chất thủy văn, bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu  Xử lí số liệu - Thống kê mô tả dữ liệu trên phần mềm Excel 2010 - Thống kê đặc điểm địa tầng, cấu trúc giếng quan trắc khu vực nghiên cứu - Biểu diễn biểu đồ diễn biến chất lượng nước - Biểu diễn biểu đồ hóa học nước  Phân tích thống kê đa biến - Phân tích thành phần chính (PCA) trên phần mềm SPSS 20 - Phân tích cụm (CA) trên phần mềm SPSS 20  Báo cáo kết quả Báo cáo kết quả đạt được sau quá trình nghiên cứu 3.2. Phạm vi nghiên cứu Huyện Tân Thành nằm trên quốc lộ 51 tuyến Thành phố Hồ Chí Minh - Vũng Tàu với phía Đông giáp huyện Châu Đức, phía Tây giáp huyện Cần Giờ và thành phố Vũng Tàu, phía Nam giáp thành phố Bà Rịa và phía Bắc giáp huyện Long Thành. Diện tích tự nhiên của khu vực nghiên cứu khoảng 33.825 ha, dân số trung bình khoảng 137.334 người (2015), có 10 đơn vị hành chính gồm 9 xã và 1 thị trấn. Trong nghiên cứu này, các thông số chất lượng nước dưới đất được lựa chọn trong hai đợt quan trắc vào mùa mưa và mùa khô năm 2012 với bộ dữ liệu được thu thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu bao gồm: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3-, pH, độ cứng, TDS, Cl-, F-, NO3-, SO42-, Cr6+, Cu2+ và Fe2+. Các mẫu nước được lấy từ 18 giếng quan trắc phân bố trên khu vực huyện Tân Thành. 5 Hình 2. Sơ đồ vị trí huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để hoàn thành tốt mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, đồ án tốt nghiệp được tiến hành thực hiện các phương pháp nghiên cứu chính sau đây. - Phương pháp thu thập, tham khảo và tổng quan tài liệu - Phương pháp phân tích thống kê 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước Phân tích thống kê trong đánh giá chất lượng nước dưới đất bao gồm nhiều phương pháp thực hiện trong đó phương pháp thống kê đa biến (MSA) là một trong những phương pháp nổi bật và hiệu quả, đã và đang được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới, một số nghiên cứu được công bố đã nêu ra được kết quả chất lượng nước dưới đất ở một số nước như: Kỹ thuật thống kê đa biến kết hợp nghiên cứu địa chất thủy văn được ứng dụng để đánh giá chất lượng nước dưới đất ở các vùng bán khô hạn, khu nông nghiệp truyền thống Yinchuan thuộc Tây Nam Trung Quốc, nằm gần khu vực thượng nguồn sông Yellow. Họ tiến hành phân tích đặc tính hóa học của các mẫu nước thu thập được từ 39 trạm quan trắc trước vụ hè thu năm 2011, đồng thời sử dụng kỹ thuật thống kê đa biến và địa thống kê để giải quyết vấn đề trên. Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước được tìm thấy bằng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích cụm (CA). PCA biểu diễn những biến quan trọng đại diện cho sự bốc hơi mạnh mẽ bởi khí hậu khô hanh (pH, TDS, SO42-), sự hòa tan khoáng (F- và HCO3-) ; các hoạt động nhân sinh bao gồm xử lí nước thải và phân bón hóa học (NH4+, NO3-). Phương thức Q của phân tích cụm chỉ ra được ba loại nước riêng biệt biểu thị các thành phần hóa học khác nhau. Trong khi đó, phương thức R biểu diễn hai cụm riêng biệt từ trạm lấy mẫu cho thấy khu vực nghiên cứu xuất hiện dấu hiệu chịu ảnh hưởng bởi tác nhân tự nhiên và nhân sinh (Xuedi Zhang, et al., 2014). Ở Tây Ban Nha, phương pháp trên được ứng dụng cho khu vực Bajo Andarax. Cụ thể hơn, khu vực nghiên cứu trên xác định các thành phần chính gây biến động chất lượng nước dưới đất. Kết quả thu được gồm ba nhân tố (V1 ảnh hưởng từ sunphate: SO42-, Ca2+, Sr2+, V2 ảnh hưởng từ nhiệt độ: pH, nhiệt độ, Li+, V3: ảnh hưởng từ đại dương: Cl-, Na+, Mg2+, K+, B3+). Phân tích về sự phân bố không gian được thực hiện thông qua việc tính toán thực nghiệm va ứng dụng lí thuyết, là cơ sở cho dữ liệu đầu vào của mô hình. Phép phân tích này biểu diễn xác xuất các dữ liệu được giữ lại bằng cách bản đồ hóa ba biến này khắp các tầng chứa nước tại mỗi điểm lấy mẫu. Theo 7 cách này, họ có thể đánh giá được sự thay đổi theo không gian và thời gian của quy trình lí hóa liên quan đến ba nhân tố chính tác động đến chất lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu (Francisco Sanchez-Martos, et al., 2001). Kỹ thuật phân tích thống kê đa biến, phân tích cụm thứ bậc, phân tích thành phần chính kết hợp với biểu đồ hóa nước tam giác truyền thống được ứng dụng để xác định các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước dưới đất thuộc khu vực ven bờ, tỉnh Fujian phía nam Trung Quốc. Các mẫu nước dưới đất được thu thập ở 12 trạm quan trắc vào tháng 1 (mùa khô) và tháng 7 năm 2011 (mùa mưa). Mười một thông số chất lượng nước (pH, độ cứng, TDS, Ca2+, Mg2+, Na+, Cl¯, SO42-, HCO3¯, NO3¯, Mn) được lựa chọn đêt thực hiện phân tích thống kê đa biến. Trong suốt mùa mưa và mùa khô, kết quả PCA đưa ra được 3 thành phần chính có ý nghĩa nhằm giải thích quá trình nhiễm mặn (TH, TDS, Mg2+, Na+, Cl¯, and SO42-), sự tương tác của đất đá (pH, Ca2+, HCO3¯, and Mn) và ô nhiễm nhân sinh (NO3¯ ) ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng nước ngầm thuộc khu vực nghiên cứu. Ba nhân tố được giữ lại này giải thích được 90.3% và 80.3% tổng phương sai của bộ dữ liệu mùa mưa và mùa khô. Phân tích cụm sử dụng thủ tục Ward với thước đo là bình phương khoảng cách Euclidean, nó chỉ ra được sự phân bố của các giếng quan trắc dựa trên chất lượng nước của từng giếng. Các mẫu nước từ 12 giếng quan trắc được gom lại thành 3 nhóm riêng biệt nhằm miêu tả sự khác biệt của các tướng thủy hóa của khu vực nghiên cứu. Kết quả trên đã chứng minh rằng phương pháp phân tích đa biến như HCA, PCA rất hữu dụng trong việc định lượng sự ô nhiễm nước dưới đất cũng như nhân dạng được đặc tính thủy hóa của nước dưới đất (Qingchun Yang, et al., 2015). Bên cạnh những ứng dụng trong lĩnh vực nước dưới đất, các nghiên cứu về ứng dụng phương pháp phân tích thống kê đa biến cũng đã được thực hiện ở một số khu vực điều tra chất lượng nước mặt thuộc các quốc gia trên thế giới như: Ở Thổ Nhĩ Kỳ, kỹ thuật thống kê đa biến đã được áp dụng để đánh giá chất lượng nước mặt tại khu vực biển Đen. Mục đích của nghiên cứu này là điều tra sự thay đổi chất lượng nước mặt theo không gian và thời gian. Các mẫu nước được thu thập từ mười trạm quan trắc trên các sông và khu vực biển từ năm 2007 đến 2008. Hai lăm thông số chất lượng nước được lựa chọn để phân tích (Carbon tổng, carbon vô cơ, carbon hữu cơ, crom, cadimium, đồng, chì, sắt, niken, mangan, phenol, chất hoạt động 8 bề mặt, amoni, nitrite, nitrate, phospho tổng, halogen hữu cơ, sulfate, độ ứng, oxy hòa tan, pH, nhiệt độ, tổng chất rắn hòa tan, độ dẫn điện, độ mặn). Phương pháp phân tích PCA, CA được sử dụng để phân tích độ tương đồng của các vị trí quan trắc, xác định nguồn gốc và sự phân bố của các thông số chất lượng nước. Phân tích thành phần chính (PCA) được thực hiện bằng phương pháp xoay Varimax, kết quả thu được ba nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng nước giải thích 82.24% tổng phương sai và có liên quan đến nguồn ô nhiễm hữu cơ (nước thải dân sinh), ô nhiễm vô cơ (nước thải công nghiệp) và ô nhiễm dinh dưỡng (hoạt động nông nghiệp) (Feryal Akbal, et al., 2010). Ở Ấn Độ, kỹ thuật thống kê đa biến cũng đã được nhóm nghiên cứu (Gholami Siamak Srikantaswamt) áp dụng trong đánh giá chất lượng nước sông vùng lân cận của Đập KRS, Karnataka năm 2009. Kết quả trên đã giúp các cơ quan có thẩm quyền quản lí, quy hoạch tài nguyên nước trong khu vực với nhiều mục đích khác nhau trong tương lai. Các thông số chất lượng nước như oxy hòa tan, nhu cầu oxy hóa học, nhu cầu oxy sinh hóa và các thông số khác cũng đac được lựa chọn phân tích. Kết quả thu được so sánh với các quy chuẩn cho phép, các tham số có ý nghĩa thống kê (P<0,01) khi quan trắc từ thượng lưu đến hạ lưu sông, đặc biệt là vào mùa hè. Bên cạnh đó, các thông số chất lượng nước còn được tính toán mối tương quan giữa chúng (Taqveem Ali Khan, 2015). Đối với Nhật Bản, kỹ thuật thống kê đa biến cũng được áp dụng trong việc đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Fujji. Các kỹ thuật thống kê đa biến bao gồm phân tích cụm (CA), phân tích thành phần chính (PCA), phân tích nhân tố (FA) và phân tích biệt tích với 12 thông số tại 13 trạm quan trắc khác nhau. Kết quả phân tích cụm thứ bậc phân ra được 3 cụm từ 13 vị trí quan trắc với vị trí ít ô nhiễm (LP), ô nhiễm trung bình (MP) và ô nhiễm nặng (HP) dựa vào đặc tính hóa học nước của các trạm quan trắc. Phân tích thành phần chính PCA cũng đưa ra được ba thành phần chính giải thích 73.18%, 77.61% và 65.39% tổng phương sai, đồng thời tương ứng với các khu vực LP, MP và HP. Các nhân tố chính phản ánh các thông số từ nguồn ô nhiễm hữu cơ do nước thải sinh hoạt (nguồn điểm) với khu vực ít ô nhiễm, ô nhiễm dinh dưỡng từ hoạtt động nông nghiệp (nguồn diện) với khu vực ô nhiễm trung bình và ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng từ các nhà máy, xí nghiệp (nguồn điểm) với khu vực ô nhiễm nặng. Kết 9 quả từ nghiên cứu trên đã chứng minh sự hữu ích của ký thuật thống kê đa biến trong phân tích và giải thích bộ dữ liệu phức tạp, phát hiện ra nguồn ô nhiễm cũng như các yếu tố thay đổi theo không gian và thời gian ảnh hưởng đến chất lượng nước từ đó đưa ra các biện pháp quản lí hiệu quả (Shrestha. S and Kazama F, 2007). 1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay, các nghiên cứu về ứng dụng kỹ thuật thống kê đa biến (MSA) phần lớn được sử dụng ở các quốc gia trên thế giới. Một số nghiên cứu được công bố trong nước trong việc ứng dụng phương pháp này với mục tiêu phân tích chất lượng nước mặt. Ở lưu vực sông Thị Tính, các kỹ thuật phân tích thống kê đa biến đã bước đầu được áp dụng trong đánh giá chất lượng nước sông. Các thông số phân tích như: DO, BOD, và một số thông số vật lí hoặc hóa học khác được phân tích, và các kết quả phân tích được so sánh với các tiêu chuẩn giới hạn cho phép tương ứng. Trong nghiên cứu này, sau khi thống kê tóm tắt nồng độ và đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Thị Tính, các phương pháp Phân tích cụm (Cluster Analysis), Phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis) và Phân tích nhân tố (Factor Analysis) trong phương pháp thống kê đa biến được sử dụng để giải thích ma trận dữ liệu phức tạp, qua đó hiểu rõ những thay đổi trong chất lượng nước và hiện trạng sinh thái của hệ thống nghiên cứu, từ đó cho phép cung cấp một công cụ đáng tin cậy để quản lí tài nguyên nước. Kết quả nhận định được rằng có 2 nhân tố chính giải thích 94,290% của tổng phương sai ảnh hưởng đến chất lượng nước của sông Thị Tính gồm: (1) Các nguồn thải nhân tạo (nguồn thải hữu cơ từ đô thị, dân cư tập trung và công nghiệp chế biến thực phẩm); (2) Các nguồn ảnh hưởng tự nhiên (độ mặn do ảnh hưởng của thủy triều và hàm lượng chất rắn lơ lửng do xói mòn đất, các chất bẩn bề mặt trên lưu vực, trong đó nhân tố 1 tác động lớn nhất đến chất lượng nước sông (Nguyễn Hải Âu và Vũ Văn Nghị, 2014). Ở lưu vực sông Như Ý tỉnh Thừa Thiên Huế, tác giả Nguyễn Minh Kỳ và cộng sự đã nghiên cứu đánh giá chất lượng nước bởi các chất dinh dưỡng và hữu cơ cũng như xác định áp lực môi trường, xem xét tác động tải lượng chất ô nhiễm lên sông Như Ý, tỉnh Thừa Thiên Huế. Với năm trạm lấy mẫu, nghiên cứu đã tiến hành quan trắc các thông số chất lượng nước như nhiệt độ, hàm lượng oxi hòa tan (DO), như cầu 10 oxi sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxi hóa học (COD), nitrate (NO3-) và phosphate (PO43-). Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật thống kê đa biến như phân tích tương quan, phân tích thành phần chính (PCA), và phân tích cụm cluster (CA) để đánh giá chất lượng nước. Phân tích tương quan chỉ ra sự tồn tại liên hệ có ý nghĩa thống kê giữa các thông số chất lượng nước như nhiệt độ với DO và BOD5 với COD (p<0,01). Kỹ thuật PCA được áp dụng để xem xét phân nhóm dữ liệu và chỉ ra các nhóm nhân tố làm thay đổi chất lượng nước. Kết quả PCA trích xoay nhân tố gồm hai nhóm chính với tổng phương sai 62,207%. Trong đó, nhóm nhân tố đầu tiên chiếm 40,873% tổng phương sai gồm các thông số nhiệt độ, DO, BOD5 và COD. Nhóm nhân tố thứ hai bao gồm NO3- và PO43- với 21,334% tổng phương sai, đồng thời được đặt tên và giải thích bởi quá trình xả thải liên quan đến các hoạt động nông nghiệp. Tương tự, kết quả phân tích CA cũng xác lập và phân nhóm lần lượt BOD5, COD, nhiệt độ, DO (nhóm 1) và NO3-, PO43- (nhóm 2) (Nguyễn Minh Kỳ và Nguyễn Hoàng Lâm, 2014). 1.1.3. Nhận xét chung Nhìn chung, những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đều đạt được những kết quả to lớn về cơ sở khoa học cũng như ứng dụng thực tiễn. Ở Việt Nam, việc ứng dụng kỹ thuật thống kê đa biến vẫn còn rất hạn chế, chỉ có một số công bố khoa học về ứng dụng phương pháp này ở lĩnh vực nước mặt, thêm vào đó các nghiên cứu trên cũng chỉ dừng lại ở bước đầu nghiên cứu mà chưa có một ứng dụng cụ thể nào thực tế. Đối với nước dưới đất, hiện các công bố khoa học còn rất hạn chế hoặc thậm chí vẫn chưa được thực hiện ở khu vực cụ thể nào. Chính vì vậy, việc ứng dụng kỹ thuật thống kê đa biến trong phân tích chất lượng nước dưới đất là một đề tài mang tính mới, có tiềm năng lớn trong việc cung cấp một công cụ hữu ích, một cái nhìn mới hơn về chất lượng nước dưới đất, giúp các nhà ra quyết định dễ dàng trong việc quản lí bền vững nguồn tài nguyên quý giá này. Tuy nhiên, trong giới hạn của đề tài do sinh viên thực hiện và tài liệu hạn chế, sinh viên chỉ giới hạn phương pháp nghiên cứu kỹ thuật thống kê trong phân tích chất lượng nước dưới đất huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu dựa trên bộ dữ liệu thu thập được từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. 11 1.2. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1. Điều kiện tự nhiên a) Địa hình Khu vực nghiên cứu có địa hình vùng đồng bằng và bình nguyên với những núi sót rải rác, có xu hướng thấp dần theo hướng bắc- nam. Có thể phân biệt thành 3 dạng địa hình chính như sau:  Địa hình đồng bằng Địa hình đồng bằng thềm thấp có độ cao từ 5m đến 10m hoặc có nơi chỉ cao từ 2m đến 5m dọc theo các sông và địa hình trũng trên trầm tích sông biển, đầm lầy biển với độ cao từ 0,3m đến 2m, có chỗ thấp hơn mực nước biển. Dạng địa hình này phân bố dọc theo các sông lớn và ven biển, tạo thành một dải kéo dài từ tây sang đông dọc theo bờ biển. Địa hình đồng bằng thềm cao có độ cao địa hình từ 10m đến 50m, bề mặt tương đối bằng phẳng, phân bố thành dải theo chân đồi núi thấp phía tây và đông tỉnh.  Địa hình đồi lượn sóng Là dạng địa hình cao nguyên núi lửa nằm ở phía bắc và đông bắc tỉnh, đây chính là phần rìa của cao nguyên bazan Xuân Lộc với bề mặt san bằng khá lớn, cao độ biến đổi từ 50m đến 200m, độ dốc từ 3º đến 8º, rìa ngoài của chúng có độ dốc lớn.  Địa hình đồi núi thấp Địa hình đồi núi thấp bao gồm các núi sót rải rác và là phần cuối cùng của dãy Trường Sơn với độ cao biến đổi lớn từ 30m đến 500m, trung bình là 200m. Độ dốc cao từ 20º đến 30º, đỉnh thường bị bào mòn mạnh. Thành phần chủ yếu là đá granit. b) Khí hậu Vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo với chế độ nhiệt tương đối ổn định, quanh năm cao. Hàng năm có hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô kéo dài từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Các yếu tố khí hậu được tổng hợp nhiều năm như sau: Lượng mưa: lượng mưa hàng năm dao động từ 1.268mm đến 1.971mm, thấp nhất là 931mm (năm 2005) và cao nhất là 1.971 (năm 1999), 80% lượng mưa tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 10. Đặc biệt năm 2012-2013, lượng bắt 12