Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Biến Động Dòng Chảy

Nghiên cứu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN BIẾN ĐỘNG DÒNG CHẢY MẶT LƯU VỰC SÔNG NẬM MỨC Trương Vân Anh, Trịnh Xuân Mạnh Trường Đại học Tài nguyên và Môi trương Hà Nội Tóm tắt Sông Nậm Mức là một phụ lưu lớn của dòng chính sông Đà, có vị trí địa lý, địa hình và điều kiện tự nhiên khá phức tạp. Dòng chảy sông ngòi trên lưu vực biến đổi do những diễn biến bất lợi của các yếu tố khí hậu cũng như thủy văn. Bài báo nghiên cứu sự biến động của dòng chảy mặt trên lưu vực sông Nậm mức dưới tác động của biến đổi khí hậu dựa trên việc phân tích chuỗi số liệu thực đo và sử dụng công cụ mô hình toán thuỷ văn MIKE NAM. Hai kịch bản RCP4.5 và RCP 8.5 cho hai giai đoạn 2016 - 2035 và 2045 - 2065 được sử dụng. Kết quả nghiên cứu cho thấy lưu lượng trung bình mùa kiệt thời kì đầu và giữa thế kỉ có xu thế tăng so với giai đoạn nền. Lưu lượng trung bình mùa lũ cũng có xu thế tăng và tăng lớn nhất trong giai đoạn giữa thế kỷ. Nguyên nhân được xác định là do lượng mưa mùa hạ của hai kịch bản này đều tăng so với thời kì cơ sở. Từ khoa: Biến đổi khí hậu; Dòng chảy mặt; Lưu vực sông Nậm Mức; MIKE NAM Abstract Study on the impacts of climate change on surface water resources in Nam Muc river basin Nam Muc River is one of the largest tributaries of the Da River basin located in a very complicated area of geography, topology and natural conditions. Surface water resources in this basin changed due to the negative variability of climatic and hydrological factors. This paper concentrates on the fluctuation of surface water in the Nam Muc river basin under the impact of climate change by analyzing observed data as well as using MIKE NAM numerical model. RCP4.5 and RCP8.5 scenarios were applied for periods of 2016 - 2035 and 2045 - 2065. The results indicate that the annual mean discharge in dry season will increase in both study periods compared to the base period. Annual mean discharge in the wet season will increase and obtain a biggest value in the second period compared to the base and first periods. The causes is determined as the forecast rainfall in the dry season of the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios will both increase compared to the base period. Keywords: Climate change; Surface water flow; Nam Muc river basin; MIKE NAM 1. Mở đầu đòi hỏi phải đầu tư nhiều thời gian và Biến đổi khí hậu (BĐKH) được xác nguồn lực bởi nguồn dữ liệu hiện nay định là sự biến đổi trạng thái của khí hậu phục vụ cho công tác nghiên cứu tại so với trung bình và/hoặc dao động của Việt Nam còn thiếu hoặc rất hạn chế. khí hậu duy trì trong một khoảng thời Tại Việt Nam, trong những năm qua đã gian dài, thường là vài thập kỷ hoặc dài có rất nhiều chương trình nghiên cứu hơn [1]. Vì vậy, việc đánh giá tác động nhằm đưa ra các giải pháp giảm nhẹ và của BĐKH đến tài nguyên nước luôn ứng phó với BĐKH trên các quy mô 3 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu khác nhau [1]. Các công cụ mô hình điểm khí hậu, nhiệt độ trung bình năm toán hiện đại như mô hình khí hậu, mô trên lưu vực sông Nậm Mức khoảng từ hình toán thuỷ văn đóng vai trò rất quan 16 - 230C. trọng trong nghiên cứu, đánh giá tác Nhìn chung các số liệu quan trắc động của BĐKH. Nhiều mô hình toán cho thấy dòng chảy lớn nhất trên sông thuỷ văn - thuỷ lực, thủy động lực được Nậm Mức lớn hơn trên sông Nậm Pô và ứng dụng thành công với độ chính xác Sông Nậm Na. Lưu lượng lớn nhất đã cao trong đánh giá tác động của BĐKH xuất hiện trong những năm gần đây là trong lĩnh vực thuỷ văn - tài nguyên 4480 m3/s ứng với mô đun dòng chảy nước. Trong nghiên cứu này, mô hình lớn nhất là 1672 l/s.km2 quan trắc được thuỷ văn MIKE NAM được lựa chọn tại trạm thủy văn Nậm Mức. Cũng tại để tính toán và nghiên cứu lượng dòng Nậm Mức biên độ mực nước lớn nhất chảy dự tính cho tương lai dựa trên các đo được là 7,57 m [2]. kịch bản BĐKH được lựa chọn từ đó 2.2. Kịch bản biến đổi khí hậu ở đưa ra những phân tích và đánh giá biến Việt Nam động của dòng chảy mặt trên lưu vực sông Nậm Mức. Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Việt Nam năm 2016 được cập nhật 2. Tổng quan lưu vực và phương theo lộ trình đã được xác định trong Chiến pháp nghiên cứu lược quốc gia về BĐKH, nhằm cung cấp 2.1. Lưu vực sông Nậm Mức những thông tin mới nhất về diễn biến, xu thế biến đổi của khí hậu và nước biển dâng trong thời gian qua và kịch bản BĐKH và nước biển dâng trong thế kỷ 21 ở Việt Nam. Kịch bản BĐKH có xét đến sự biến đổi của các yếu tố khí hậu như nhiệt độ (nhiệt độ trung bình năm, mùa và nhiệt độ cực trị), lượng mưa (mưa năm, mưa trong các mùa, mưa cực trị) và một số hiện tượng khí hậu cực đoan. Năm 2013, Ủy ban Liên chính phủ về BĐKH (IPCC) công bố kịch bản cập nhật, đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện Hình 1: Bản đồ lưu vực sông Nậm Mức (Representative Concentration Pathways Nậm Mức là sông nhánh lớn - RCP) được sử dụng để thay thế cho các nhất nằm ở bờ phải của sông Đà. Sông kịch bản phát thải khí nhà kính SRES bắt nguồn từ vùng núi cao trên 1500 m (Special Report on Emission Scenarios). trên đất Lào, chảy vào tỉnh Lai Châu Các RCP được lựa chọn sao cho đại diện theo hướng từ Tây Nam lên Đông Bắc, được các nhóm kịch bản phát thải và đảm đổ vào sông Đà tại bản Huổi Mức các bảo bao gồm được khoảng biến đổi của cửa sông Đà 409 km, có tổng diện tích nồng độ các khí nhà kính trong tương lai là 2740 km2. Địa hình lưu vực sông một cách hợp lý [1]. Nậm Mức là địa hình vùng núi, vùng Theo kịch bản BĐKH và nước biển đồi và vùng đất hẹp ven các suối. Về đặc dâng mới nhất do Bộ Tài nguyên và Môi 4 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu trường công bố thì các kịch bản phát trên nguyên tắc các hồ chứa theo chiều thải khí nhà kính được chọn để tính toán thẳng đứng và các hồ chứa tuyến tính, xây dựng kịch bản cho khí hậu 7 vùng gồm 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng của Việt Nam gồm kịch bản phát thải gồm bể chứa tuyết tan, bể chứa mặt, bể trung bình (kịch bản RCP 4.5) và kịch chứa tầng dưới, bể chứa ngầm tầng trên bản phát thải cao (kịch bản RCP 8.5), và bể chứa ngầm tầng dưới. dựa vào các điều kiện tự nhiên, tình hình Hiện nay trong mô hình thủy động kinh tế xã hội, dân số và mức độ quan lực MIKE 11 (do Viện Thủy Lực Đan tâm đến môi trường của khu vực. Trong Mạch - DHI xây dựng) mô hình NAM nghiên cứu này lựa chọn 2 kịch bản đánh đã được tích hợp như một môđun tinh giá mức độ ảnh hưởng của BĐKH đến quá trình dòng chảy từ mưa. Hình 2 mô tài nguyên nước bao gồm kịch bản phát tả cấu trúc của mô hình NAM. thải cao (RCP 8.5) và kịch bản phát thải trung bình (RCP 4.5) từ kịch bản BĐKH được Bộ TNMT ban hành năm 2016 để tính toán. Dựa vào các giá trị thay đổi của lượng mưa và nhiệt độ trung bình mùa cho vùng nghiên cứu (Điện Biên, Lai Châu, Sơn La), tiến hành tính toán lượng mưa cho thời kỳ tương lai tương ứng với giả thiết trạm khí tượng nằm trong tỉnh nào sẽ có giá trị biến đổi của tỉnh đó được lấy từ kịch bản BĐKH hiện hành. Sau đó phân phối mưa mùa thành mưa ngày dựa trên giả thuyết phân phối mưa sẽ không thay đổi giữa thời kỳ cơ sở và kịch bản BĐKH, từ đó sẽ có được kịch bản mưa ngày trong tương lai. 2.3. Mô hình mưa - dòng chảy MIKE NAM Hình 2: Sơ đồ nguyên lý mô hình NAM Mô hình NAM được xây dựng tại 2.4. Thiết lập mô hình MIKE NAM Khoa Thuỷ văn, Viện Kỹ thuật Thuỷ động lực và Thuỷ lực thuộc Đại học Kỹ Dữ liệu đầu vào cho mô hình bao thuật Đan Mạch năm 1982. Trong mô gồm số liệu khí tượng như nhiệt độ, độ hình NAM các thông số và các biến là ẩm, số giờ nắng, gió, mưa và số liệu lưu đại diện cho các giá trị được trung bình lượng trung bình ngày. Chuỗi số liệu khí hóa trên toàn lưu vực. Mô hình tính tượng thủy văn trên lưu vực sông Nậm toán quá trình mưa - dòng chảy theo Mức được thu thập đồng bộ và kéo dài từ cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm 1970 - 2004 của các trạm đo trong bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn nhau và lân cận gồm trạm Lai Châu, Quỳnh [6]. Mô hình NAM đã được ứng dụng Nhai và Điện Biên. Do những khó khăn rộng rãi ở Việt Nam, được kiểm chứng trong việc thu thập các tài liệu khí tượng phù hợp với nhiều lưu vực ở nước ta. thủy văn tại lưu vực Nậm Mức phần Cấu trúc mô hình NAM được xây dựng diện tích thuộc Lào, nghiên cứu này giới 5 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu hạn chỉ sử dụng các số liệu của các trạm nhiều năm của lưu vực này. Việc hiệu thuộc Việt Nam. Số liệu tại các trạm này chỉnh thông số mô hình chủ yếu được được dùng để hiệu chỉnh và kiểm định tiến hành bằng phương pháp thử sai. mô hình MIKE NAM. Theo đó, thời Kết quả hiệu chỉnh cho thấy giữa tính gian dùng để hiệu chỉnh mô hình từ năm toán và đường thực đo là tương đối phù 1994 đến 2001, bộ thông số tối ưu tìm hợp nhau với sai số lệch đỉnh về giá trị được trong bước hiệu chỉnh sẽ dùng để và thời gian là không nhiều. Hình 3 thể kiểm định mô hình cho thời kì từ năm hiện kết quả hiệu chỉnh cho thấy giữa 2001 đến 2004. Ngoài ra, bốc hơi tiền năng ET sử dụng trong mô hình MIKE hai đường quá trình tính toán và thực đo 0 tương đối bám sát nhau về cả pha dao NAM được xác định qua công cụ ET0 Calculator. Trạm Nậm Mức được sử động và giá trị đỉnh. Ngoài ra chỉ tiêu dụng làm trạm kiểm tra và xác định bộ NASH tương đôi tôt, lớn hơn 0,8 và hệ thông số mô hình vì đây là trạm duy số PBIAS và RSR đều ở mức đảm bảo nhất có đo lưu lượng dòng chảy trong lần lượt là -0,0116 và 0,3559.

Hình 3: Quá trình lưu lượng thực đo và tính toán hiệu chỉnh mô hình (từ năm 1994 - 2001) Sau khi bước hiệu chỉnh mô hình (0,8) và hệ số PBIAS và RSR đều nhỏ, cho kết quả tốt, mô hình MIKE NAM lần lượt là 2,6533 và 0,4588. Với kết quả được tiến hành kiểm định cho các năm trên bộ thông số mô hình có độ tin cậy từ 2001 đến 2004. Kết quả kiểm định cao và có thể áp dụng vào dự tính dòng thuỷ văn cho lưu vực Nậm Mức thể hiện chảy trong tương lai theo các kịch bản trong hình 4 là tương đối khả quan, có BĐKH. Như vậy, thông qua hai bước thể nhận thấy giữa đường tính toán và hiệu chỉnh và kiểm định, nghiên cứu đã đường thực đo là khá tương đồng nhau. xác định được bộ thông số tối ưu cho Chênh lệch giữa lưu lượng lớn nhất giữa lưu vực Nậm Mức với các giá trị thông số chính như C = 0,73; CK1,2 = 33,8, tính toán và giá trị thực đo không đáng QOF 56; L = 106; U = 10. kể. Sai số lệch đỉnh tại các trạm kiểm tra max max nằm trong phạm vi cho phép. Kết quả 3. Đánh giá dòng chảy lưu vực tính toán chỉ tiêu NASH tương đôi tôt sông Nậm Mức trong điều kiện BĐKH 6 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Như đã trình bày, hai kịch bản BĐKH là không đổi (các thông số của mô hình gồm kịch bản phát thải cao (RCP 8.5) và MIKE NAM sẽ không thay đổi theo thời kịch bản phát thải trung bình (RCP 4.5) gian), mô hình MIKE NAM đã được kiểm được dùng để tính toán. Theo đó, các kịch định sẽ được dùng để mô phỏng các kịch bản biến đổi lượng mưa và bốc hơi theo bản gồm: Thời kỳ cơ sở (1986 - 2005); thời đoạn ngày cho các trạm trên và gần thời kỳ 2016 - 2035 (giai đoạn I) theo kịch lưu vực sông Nậm Mức được thu thập cho bản RCP 4.5; thời kỳ 2016 - 2035 (giai các thời đoạn năm từ 2016 - 2035 và 2046 đoạn I) theo kịch bản RCP 8.5; thời kỳ - 2065 tương ứng với đặc trưng cho các 2046 - 2065 (giai đoạn II) theo kịch bản giai đoạn đầu thế kỉ và giữa thế kỉ. Với giả RCP 4.5 và thời kỳ 2046 - 2065 (giai đoạn thiết về điều kiện vật lý của toàn lưu vực II) theo kịch bản RCP 8.5.

Hình 4: Quá trình lưu lượng thực đo và tính toán kiểm định mô hình (từ năm 2000 - 2010)

Hình 5: Đường lũy tích tổng lượng dòng chảy tại trạm Nậm Mức theo kịch bản RCP 4.5 của thời kì cơ sở và thời kì đầu thế kỉ

7 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Kết quả đánh giá biến động dòng thế kỉ thấy rằng trong thời kỳ kiệt lượng chảy sông Nậm Mức trong giai đoạn dòng chảy trong thời kì này lớn hơn các đầu thế kỉ của kịch bản RCP 4.5 và RCP giai đoạn còn lại. Nguyên nhân có thể 8.5 cho thấy Trong thời kỳ kiệt kịch bản do nhiệt độ của mùa đông và xuân của RCP 4.5 có lượng dòng chảy lớn hơn so kịch bản RCP 4.5 giai đoạn II cao hơn với thời kỳ cơ sở. Tuy nhiên trong kịch kịch bản RCP 4.5 giai đoạn I (nhiệt độ bản RCP 8.5 lượng dòng chảy kiệt lại tại Điện Biên, kịch bản RCP 4.5 giai xu hướng giảm đi so với thời kỳ cơ sở. đoạn I tăng 1,60C, giai đoạn II tăng Trong thời kỳ lũ, dòng chảy của kịch 0,70C). Trong khi đó mưa của kịch bản bản RCP 4.5 là lớn nhất, nguyên nhân RCP 4.5 trong giai đoạn II giảm 9,7% do mưa của mùa hạ trong kịch bản RCP và trong giai đoạn I tăng 17%. Ngoài 4.5 tăng nhiều nhất (9,2% so với thời kỳ ra, trong thời kỳ lũ, dòng chảy của kịch cơ sở) và nhiệt độ thì tăng ít hơn kịch bản RCP 4.5 trong giai đoạn II là lớn bản RCP 8.5 (tại nhiệt độ tại Điện Biên, nhất. Nguyên nhân do mưa của mùa hạ RCP 8.5 tăng 10C, RCP 4.5 tăng 0,70C). trong kịch bản RCP 4.5 giai đoạn II tăng Lũy tích dòng chảy theo thời gian (hình nhiều nhất (16,6% so với thời kỳ cơ sở). 6) cũng thể hiện tổng lượng dòng chảy Lũy tích dòng chảy theo thời gian (hình sẽ tăng mạnh trong kịch bản RCP 4.5.1 7) thấy rằng tổng lượng dòng chảy sẽ khoảng 4,67% còn trong kịch bản RCP tăng mạnh trong kịch bản RCP 4.5 giai 8.5 thì tăng ít hơn, khoảng 1,17%. đoạn I, vào khoảng 4,67% so với thời Đối với giai đoạn giữa thế kỉ (2046 kỳ cơ sở. Đối với kịch bản RCP 4.5 giai - 2065) theo kịch bản phát thải thấp RCP đoạn II thì tăng nhiều hơn, vào khoảng 4.5, so sánh với giai đoạn nền và đầu 15,32% so với thời kỳ cơ sở.

Hình 6: Quá trình dòng chảy tháng và đường cong thời đoạn lưu lượng tại Nâm Mức trong thời kì cơ sở, và giai đoạn 2046 - 2065 của kịch bản RCP 8.5

8 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Hình 7: Đường lũy tích tổng lượng dòng chảy tại trạm Nậm Mức theo kịch bản RCP 4.5 của thời kì cơ sở và thời kì đầu thế kỉ

Hình 8: Quá trình dòng chảy tháng và đường cong thời đoạn lưu lượng tại Nâm Mức trong thời kì cơ sở, và giai đoạn 2046 - 2065 của kịch bản RCP 8.5

Hình 9: Đường lũy tích tổng lượng dòng chảy tại trạm Nậm Mức theo kịch bản RCP 8.5 của thời kì cơ sở và thời kì đầu thế kỉ 9 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Nghiên cứu sự biến động dòng vực sông Nậm Mức trong một bài toán chảy sông Nậm Mức trong hai giai đoạn khái quát chung của lưu vực, chưa xét đầu và giữa thế kỉ của kịch bản phát thải đến những nhân tố gây ảnh hưởng đến cao RCP 8.5 nhận thấy rằng trong thời dòng chảy mặt như hồ chứa, các công kỳ kiệt giai đoạn II lượng dòng chảy sẽ trình khai thác nguồn nước khác hay sử lớn hơn thời kỳ cơ sở. Tuy nhiên lượng dụng nước của các ngành kinh tế trong dòng chảy này trong giai đoạn I sẽ nhỏ tương lai. Đây cũng là điểm hạn chế hơn thời kỳ cơ sở. Nguyên nhân do nhiệt trong nghiên cứu này và sẽ được định độ của mùa đông và xuân của kịch bản hướng khắc phục trong các nghiên cứu RCP 8.5 giai đoạn II cao hơn kịch bản tiếp theo. RCP 8.5 giai đoạn I. Trong thời kỳ lũ, lượng dòng chảy trong giai đoạn II là TÀI LIỆU THAM KHẢO lớn nhất, do mưa của mùa hạ kịch bản [1]. Bộ Tài nguyên và Môi trường RCP 8.5 trong giai đoạn II tăng nhiều (2016). Kịch bản biến đổi khí hậu và nước nhất (19,3% so với thời kỳ cơ sở), kịch biển dâng cho Việt Nam 2016. bản RCP 8.5 trong giai đoạn I tăng ít [2]. Viện khoa học thủy lợi (2015). hơn (8.8% so với thời kỳ cơ sở). Lũy Nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý tích dòng chảy theo thời gian (hình 9) tổng hợp tài nguyên và môi trường lưu vực sông Đà. thể hiện rõ tổng lượng dòng chảy sẽ tăng [3]. Trần Thanh Xuân, Hoàng Minh mạnh trong kịch bản RCP 8.5 giai đoạn Tuyển, Lê Tuấn Nghĩa, Lương Hữu Dũng I, với mức tăng khoảng 1,17% so với (2011). Tác động của Biến đổi khí hậu đến thời kỳ cơ sở và kịch bản RCP 8.5 giai dòng chảy trong sông. Tuyển tập Báo cáo đoạn II thì tăng nhiều hơn, vào khoảng Khoa học lần thứ XIII, tr. 146 - 153. 13,99% so với thời kỳ cơ sở. [4]. D. Labat, Y. Godderis, J. L. Probst (2004). Evidence for global runoff increase 4. Kết luận và kiến nghị related to climate warming. Advances in Nghiên cứu đã lựa chọn hai kịch Water Resources, 27, pp. 631 - 642. bản phát thải cao RCP 8.5 và trung bình [5]. Todini, Ezio (1988). Rainfall- runoff modeling - past, present and future. RCP 4.5 để đánh giá biến động dòng Journal of Hydrology. chảy mặt trên lưu vực sông Nậm Mức [6]. Fuji technology press ltd (2014). bằng mô hình toán thuỷ văn MIKE Impact of Climate Change on River Flows NAM. Kết quả cho thấy kịch bản RCP in the Black Volta River. JDR Vol.9 4.5 trong giai đoạn I có tổng lượng tăng No.4 pp. 432-442doi: 10.20965/jdr.2014. 4.67% và giai đoạn II tổng lượng tăng p0432(2014) 15,32%. Kịch bản RCP 8.5 giai đoạn I [7]. DHI (2011). MIKE NAM manual. có tổng lượng tăng 1,17% và giai đoạn [8]. http://ssl.tamu.edu/media/1312/ MoriasiModelEval.pdf II tổng lượng tăng 13,99% so với thời kỳ cơ sở. BBT nhận bài: 07/3/2018, Phản biện Nghiên cứu này mới chỉ xem xét xong: 16/5/2018 biến động của dòng chảy mặt trên lưu 10 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP BÌNH SAI TRUY HỒI THUẬT TOÁN T THUẬN TRONG XỬ LÝ TOÁN HỌC MẠNG LƯỚI TRẮC ĐỊA Lương Thanh Thạch Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Tóm tắt Xử lý toán học (bình sai) các mạng lưới trắc địa là nội dung cơ bản và quan trọng của công tác đo đạc và bản đồ. Để thực hiện công việc này, hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau. Bài báo này đề cập tới sử dụng thuật toán T thuận là một trong các thuật toán bình sai truy hồi. Từ khóa: Bình sai truy hồi; Bình sai các mạng lưới trắc địa Abstract Apply the T recurrent algorithm to the adjustment of geodetic networks Geodetic networks mathematics processing (adjustment) plays an important role in surveying and mapping. A number of methods enable to solve this problem. The paper deals with the T algorithm, which belongs to recurrent adjustment methods. Key word: Recurrent adjustment; Geodetic networks adjustment 1. Đặt vấn đề 2. Giải quyết vấn đề Phương pháp bình sai truy hồi với 2.1. Lý thuyết phép biến đổi xoay phép biến đổi xoay Givens (thuật toán T Lý thuyết của phép biến đổi xoay thuận), được Hà Minh Hòa phát triển trên được trình bày trong tài liệu [4]. Theo nền tảng của phương pháp bình sai truy đó, giả sử trên mặt phẳng Oxy khi xoay hồi (thuật toán Q) do Markuze (1986) vectơ a(x, y) đi một góc α, các tọa độ x, đề xuất với mục đích đưa các trị đo vào y của điểm a sẽ thay đổi thành (x’, y’) tính toán truy hồi dựa trên cơ sở sử dụng được tính theo các công thức: ma trận tam giác trên T, thêm vào đó ma trận tam giác trên T liên hệ với ma trận (1.1) chuẩn R theo biểu thức R=TT.T. Đặc trưng cơ bản của thuật toán T thuận là chúng ta đặt ma trận: tính trực tiếp ma trận tam giác trên T từ hệ phương trình số cải chính mà không (1.2) cần thông qua việc lập hệ phương trình chuẩn. Với đặc điểm nêu trên cùng với được gọi là ma trận xoay với góc tính chất của phép biến đổi xoay Givens xoay α. Ma trận H là ma trận vuông góc là phép biến đổi trực giao nên việc tích thỏa mãn tính chất: lũy sai số làm tròn trong quá trình tính (1.3) toán là nhỏ bỏ qua. với ma trận E2x2 là ma trận đơn vị 2×2. Bài báo này nghiên cứu cơ sở lý Lúc này, bài toán đặt ra là tìm góc thuyết và tiến hành chứng minh bằng α sao cho tung độ y’ của vectơ a’(x’, thực nghiệm của thuật toán T thuận để y’) bằng 0. Phép biến đổi đưa a(x, y) về xử lý các mạng lưới trắc địa. a’(x’, 0) được gọi là phép biến đổi xoay. 11 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Từ hệ phương trình (1.1) khi đặt y’=0 và thay cho (1.5) sử dụng công thức: chúng ta có: (1.7) x.sinα + y.cosα = 0 (1.4) Khi đó hệ (1.1) có dạng mới như sau: Một trong các nghiệm của (1.4) có dạng: (1.8)

ở đây Ma trận H (1.6) thỏa mãn tính chất (1.3). Để áp dụng phép biến đổi xoay (1.5) Givens trong phép biến đổi ma trận đối Phép biến đổi xoay trình bày trên xứng xác định dương thành ma trận tam được đề xuất bởi Givens (1954) để biến giác, chúng ta biểu diễn ma trận đối đổi ma trận đối xứng về dạng ma trận xứng xác định dương dưới dạng sau: 3 đường chéo khi giải hệ phương trình (1.9) tuyến tính với việc xác định đồng thời ở đây R – ma trận đối xứng xác định các giá trị riêng của ma trận nên còn dương, Z - vectơ, β là một số dương. được gọi là phép biến đổi xoay Givens. Đối với ma trận đối xứng xác định Trong thực tế áp dụng phép biến dương luôn tồn tại phép khai triển tam đổi xoay Givens, chúng ta thay ma trận giác duy nhất theo phương pháp Cholesky. H ở dạng (1.2) bởi ma trận H ở dạng Điều này có nghĩa chúng ta luôn có: mới như sau: (1.10) (1.6) ở đây T và là các ma trận tam giác trên. Lưu ý (1.3) và (1.10) có thể viết lại biểu thức (1.9) dưới dạng sau:

Biểu thức trên gợi ý cho việc sử với ma trận tam giác trên nhận dụng ma trận xoay H để biến đổi hàng được thỏa mãn biểu thức . cuối cùng của ma trận phụ: Như vậy, phép biến đổi Givens cho phép nhận được trực tiếp ma trận tam (1.11) giác trên thay vì phải biến đổi ma trận chuẩn theo phương pháp Choleski. Ưu điểm của phép biến đổi xoay thành hàng gồm toàn số 0. Khi so với phương pháp Gauss và Cholesky đó chúng ta sẽ nhận được ma trận phụ biến đổi trong việc giải hệ phương trình chuẩn là việc hạn chế sự tích lũy của các sai số làm tròn. Ngoài ra phép biến đổi xoay còn cho (1.12) phép sử dụng kỹ thuật ma trận thưa trong quá trình bình sai mạng lưới trắc địa. 12 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

2.2. Cơ sở lý thuyết của thuật toán khai theo phương pháp truy hồi T thuận Cholesky. Khi ứng dụng thuật toán T thuận để Khi bình sai mạng lưới trắc địa thực hiện tính toán, chúng ta chấp nhận theo thuật toán T thuận, chúng ta nhận ma trận tam giác trên ban đầu có dạng [4]: được ma trận tam giác trên T, vectơ (1.13) các số hạng tự do được biến đổi Y và ở đây m >> 0 - số rất lớn (số m tổng Φ=[PVV]. Quá trình tính toán thường nhận bằng 6); E - ma trận đơn kxk truy hồi trị đo thứ i là y với phương vị bậc k. i trình số hiệu chỉnh , Gọi R - ma trận chuẩn được lập i-1 trọng số P , ma trận hệ số a ; số hạng bởi các phương trình số cải chính của i i (i – 1) trị đo đầu tiên. Đối với (i – 1) trị tự do ; vectơ các ẩn số đo đầu tiên chúng ta có hệ phương trình gần đúng -X0 được thực hiện theo các chuẩn: nguyên tắc sau: (1.14) Nguyên tắc 1. Khi thực hiện phép Khi giải hệ phương trình chuẩn biến đổi xoay Givens với ma trận phụ: (1.14) theo phương pháp Choleski, (1.16) chúng ta sẽ nhận được 2 phương trình biến đổi tương đương ở dạng: chúng ta sẽ nhận được ma trận phụ biến đổi: (1.15) (1.17) ở đây, Yi-1 - vectơ các số hạng tự do được biến đổi của hệ phương trình chuẩn nhận được sau khi đưa vào tính ở đây Ti - ma trận tam giác trên liên hệ với ma trận chuẩn toán (i – 1) trị đo đầu tiên, Ti-1- ma trận tam giác trên nhận được từ phép triển bởi biểu thức ; với đại lượng: (1.18) Để thực hiện bình sai truy hồi theo chúng ta thực hiện xong quá trình bình thuật toán T, ngoài ma trận ban đầu sai truy hồi mạng lưới trắc địa theo phép

T0 được chọn theo công thức (1.13), biến đổi xoay. chúng ta nhận Y là vectơ 0, vectơ hàng 0 Nguyên tắc 2: Nếu trị đo yi là trị đo . dư thì có thể kiểm tra sự có mặt của các trị đo thô theo số hạng tự do: Khi đó ma trận phụ ban đầu B(0) có dạng: (1.19) trên cơ sở so sánh nó với giới hạn: (1.20) ở đây vectơ t được xác định theo Bằng cách lần lượt đưa n trị đo i trong mạng lưới trắc địa vào tính toán công thức: bình sai truy hồi theo nguyên tắc trên (1.21) 13 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

trọng số đảo gi của số hạng tự do λi Để luận chứng cho cơ sở lý thuyết được xác định theo công thức: bài toán trên, tiến hành tính toán thực (1.22) nghiệm một mạng lưới độ cao trắc địa sau [1]: Trọng số đảo gi của số hạng tự do λi dựa trên phương pháp bình sai truy hồi Cho lưới độ cao như sau: có dạng: Số liệu gốc: HA = 12.000 m Số liệu đo được cho ở bảng 1 sau: Bảng 1. Thông tin số liệu đo Lưu ý và biểu Chênh cao đo Số trạm máy đo thức (1.21), từ biểu thức trên suy ra STT h n công thức (1.22). i (m) i 1 +1.935 15 Nguyên tắc vừa xem xét ở trên là 2 +5.351 30 cơ sở của việc kiểm tra sự có mặt của 3 +2.921 10 các trị đo thô trong quá trình bình sai 4 +4.853 10 truy hồi theo thuật toán T thuận. 5 +2.432 25 3. Thực nghiệm 3.1. Thực nghiệm bình sai truy hồi Tính độ cao gần đúng của các điểm 1, 2, 3: 0 H 1 = HA + h1 = 13.935 m 0 H 2 = HA + h1 + h2 = 19.286 m 0 H 3 = HA + h4 = 16.853 m Hệ số phương trình số cải chính, Hình 1: Sơ đồ lưới độ cao trắc địa dùng trọng số, số hạng tự do được thống kê ở tính toán thực nghiệm bảng 2 sau: Bảng 2. Các hệ số, trọng số và số hạng tự do của hệ phương chỉnh số hiệu chỉnh

Số hạng tự do STT dH1 dH2 dH3 Trọng số λi(m) 1 1 0 0 2 0.000 2 -1 1 0 1 0.000 3 -1 0 1 3 -0.003 4 0 0 1 1.5 0.000 5 0 1 -1 1.2 -0.001 Lần lượt thực hiện đưa các trị đo từ 1 đến 5 vào tính toán truy hồi, mỗi trị đo thực hiện biến đổi xoay k = 3 lần. Kết quả của quá trình tính bình sai truy hồi của 5 trị đo được trình bày ở các bảng sau: Bảng 3. Ma trận phụ ban đầu B(0) 0.000001 0 0 0 0 0.000001 0 0 (0) = B 0 0 0.000001 0 1.414214 0 0 0

14 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Bảng 4. Ma trận phụ biến đổi cuối cùng 2.449490 -0.408248 -1.224745 -0.003674 0.000000 1.425950 -1.192188 -0.000210 B = 3 0.000000 0.000000 1.666940 0.001829 0.000000 0.000000 0.000000 0.002304 Bảng 5. Ma trận tam giác được biến đổi cuối cùng 2.449490 -0.408248 -1.224745 T = 0.000000 1.425950 -1.192188 0.000000 0.000000 1.666940 Vectơ các số hạng tự do được biến đổi

Nghiệm của bài toán được xác định theo công thức sau:

Kết quả sau bình sai được thống kê ở bảng 6. Bảng 6. Kết quả sau bình sai Độ cao gần đúng Số hiệu chỉnh Độ cao sau bình sai Độ chính xác Tên điểm (m) (m) (m) (m) 1 13.9350 -0.0008 13.9342 0.0014 2 19.2860 0.0008 19.2868 0.0021 3 16.8530 0.0011 16.8541 0.0014 4. Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO - So sánh kết quả sau bình sai từ [1]. Ninh Thị Kim Anh, Trần Thị Thu Trang (2011). Giáo trình lý thuyết sai số. Trường Đại bảng 6 với kết quả bình sai theo thuật toán học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, Hà Nội. Q được trình bày trong tài liệu [6], thấy [2]. Lê Anh Cường (2013). Nghiên cứu ứng rằng hai phương pháp (thuật toán T thuận dụng phương pháp bình sai truy hồi trong xử lý số và thuật toán Q) cho kết quả như nhau. liệu lưới trắc địa. Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường. Số 01, trg 48 - 53; - Khi mạng lưới có nhu cầu phát [3]. Bùi Đăng Quang (2012). Nghiên cứu triển mở rộng, nghĩa là bổ sung các điểm hoàn thiện các phương pháp xử lý toán học trị đo bổ sung trong các mạng lưới trắc địa quốc mới. Lúc này, chúng ta hoàn toàn có thể gia. Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Trường Đại học sử dụng các trị đo mới cùng với các trị đo Mỏ - Địa chất, Hà Nội. cũ để bình sai lại toàn bộ mạng lưới. Tuy [4]. Hà Minh Hòa (2013). Phương pháp nhiên, cách làm này sẽ làm thay đổi giá trị bình sai truy hồi với phép biến đổi xoay. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. (tọa độ, độ cao) của các điểm khống chế ở [5]. Bùi Thị Hồng Thắm (2009). Nghiên giai đoạn trước - điều này không phù hợp cứu áp dụng phương pháp bình sai lặp để tìm với quy định về đo đạc. Do vậy, vấn đề đặt kiếm các trị đo thô. Tạp chí Khoa học Đo đạc và ra, hoàn toàn có thể sử dụng các kết quả Bản đồ. Số 1, trg. 37- 41; [6]. Lương Thanh Thạch, Phạm Trần Kiên bình sai của mạng lưới ở giai đoạn trước (2017). Ứng dụng phương pháp bình sai truy hồi được lưu dữ trong CSDL kết hợp với các trong xử lý toán học trắc địa. Tạp chí Khoa học trị đo mới để tiến hành bình sai xác định Tài nguyên và Môi trường. Số 15, trg 10 - 13. các điểm thuộc mạng lưới mở rộng. Vấn BBT nhận bài: 12/3/2018, Phản biện đề này cần tiếp tục được nghiên cứu. xong: 03/5/2018 15 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG SINH KHỐI SPIRULINA PLATENSIS SP8 LÀM CHẤT HẤP PHỤ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ ION ZN2+ Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM Đoàn Thị Oanh, Nguyễn Thu Huyền, Trần Kiều Mai Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Tóm tắt Bài báo này trình bày kết quả sử dụng sinh khối khô Spirulina platensis SP8 làm chất hấp phụ sinh học để loại bỏ ion Zn2+ khỏi dung dịch nước trong quy mô phòng thí nghiệm. Kết quả thu được cho thấy hiệu suất loại bỏ Zn2+ của vật liệu rất cao đạt tới 96,37%. Khả năng xử lý cao nhất đạt được ở pH 5, 0,05 g/l BioM - SP8, nhiệt độ 35°C, nồng độ kẽm ban đầu là 100 mg/l trong thời gian tiếp xúc là 90 phút. Mô hình đẳng nhiệt Langmuir được sử dụng để mô tả đường hấp phụ đẳng nhiệt các ion kẽm của S. platensis SP8. Kết quả cho thấy rằng S. platensis SP8 là một chất hấp phụ tiềm năng trong loại bỏ Zn2+, với khả năng hấp phụ Zn2+ tối đa đạt đến 454,54 mg/g. Từ khóa: Spirulina platensis; Kẽm; Chất hấp phụ sinh học. Abstract Utilization of Spirulina platensis SP8 dry biomass as biosorbent for removing of ZN2+ ions under ex situ conditions This paper presents the results of using Spirulina platensis SP8 dry biomass as biosorbent for removing Zn2+ ions from aqueous solutions under ex situ conditions. The removal effciciency reached up to 96,37% for Zn2+. The highest removing level was achieved at the conditons of pH 5 and 35°C using 0,05 g of BioM - SP8 for 100 mg/l of zinc concentration with 90 minutes of exposure time. Langmuir isothermal model was used to describe the adsorption isotherm of metal ions of S. platensis SP8. The results showed that S. platensis SP8 has great potential for Zn2+ removal, with the maximum adsorption capacity of 454,54 mg/g for Zn2+. Keywords: Spirulina platensis; Zinc; Biosorbent. 1. Mở đầu lại trong một số cơ quan với hàm lượng Ô nhiễm kim loại nặng trong môi tăng dần theo thời gian và hàm lượng trường nước gây ảnh hưởng tiêu cực đến tiếp xúc [2]. Do đó, vấn đề loại loại bỏ các kim loại nặng, đặc biệt là kẽm sức khỏe của con người và hệ sinh thái có trong nước thải trước khi xả ra môi [1]. Nguyên tố kẽm được đưa vào cơ trường là vấn đề cấp thiết hiện nay. Có thể chủ yếu qua đường tiêu hóa và được nhiều phương pháp nhằm tách các ion hấp phụ phần lớn ở ruột non. Khi vào cơ kim loại nặng ra khỏi môi trường nước thể, phần lớn kẽm tập trung trong tế bào, như: kết tủa, trao đổi ion, hấp phụ,… chỉ một lượng nhỏ trong huyết tương. [3]. Phương pháp hấp phụ được quan Sau khi vào cơ thể nó được thải ra ngoài tâm hiện nay do có nhiều ưu điểm như: với một lượng lớn qua dịch ruột, dịch Giá thành xử lý không cao, tách được tụy (2 - 5 mg), qua nước tiểu (0,5 - 0,8 đồng thời nhiều loại kim loại trong dung mg) và mồ hôi (0,5 mg) và chỉ tích tụ dịch, có khả năng tái sử dụng vật liệu 16 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu hấp phụ và thu hồi kim loại, quy trình các thông số như: khối lượng BioM - xử lý đơn giản, không gây ô nhiễm môi SP8 (từ 0,02 đến 1 g/l), thời gian tiếp trường thứ cấp sau quá trình xử lý. Vật xúc (5, 10, 15, 20, 30, 60, 90, 120, 150 liệu hấp phụ (VLHP) có thể có nguồn và 180 phút), nhiệt độ (25, 30, 35, 40, gốc tự nhiên hoặc tổng hợp nhân tạo [4]. 45, 55 và 65oC) và các giá trị pH (2 đến Một số loại VLHP có nguồn gốc từ tự 10 (đối với Zn2+)) khác nhau đã được nhiên như vi khuẩn, vi nấm, vi tảo,… thực hiện. Quy trình bố trí thực nghiệm [5]. Kết quả một số nghiên cứu cho thấy khảo sát hấp phụ được trình bày như Spirulina platensis có tiềm năng trong Hình 1. việc loại bỏ các kim loại nặng trong môi trường nước [5, 6]. Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu sử dụng sinh khối khô của Spirulina platensis SP8 làm vật liệu hấp phụ sinh học trong xử lý các ion Zn2+. 2. Thực nghiệm 2.1. Đối tượng nghiên cứu - Nguồn sinh khối được dùng để chế tạo vật liệu hấp phụ sinh học có nguồn gốc từ chủng tảo Spirulina platensis SP8 được lấy từ Phòng Thủy sinh học môi trường, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Hình 1: Quy trình bố trí thực nghiệm Việt Nam. khảo sát hấp phụ - Nước thải giả định chứa ion Zn2+. Dung dịch chứa kim loại nặng và BioM - SP8 được đưa vào bình tam 2.2. Hóa chất, thiết bị giác, lắc trên máy lắc vòng với vận tốc Muối dùng để pha nước thải giả nhất định. Sau khoảng thời gian tất cả

định là ZnSO4.7H2O (hãng Merck, Đức). các mẫu được lọc để loại bỏ BioM - Máy đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS SP8. Nồng độ Zn2+ còn lại trong mẫu (Thermo - Anh). được xác định trên máy đo phổ hấp thụ 2.3. Quy trình và nội dung nghiên nguyên tử AAS (Thermo - Anh) cứu • Dung lượng hấp phụ được tính Spirulina platensis SP8 sau khi theo công thức: nhân giống tăng sinh khối trong môi (1) trường Zarrouk [5] được tiến hành thu Trong đó: sinh khối khô (chết). Sinh khối của Spirulina platensis SP8 được xử lý thành q: là dung lượng hấp phụ đường vật liệu hấp phụ (BioM - SP8) theo quy hấp phụ cân bằng (mg/g); trình của Al-Homaidan [6]. Ci là nồng độ dung dịch đầu (mg/l); 2+ Để đánh giá khả năng hấp phụ Zn Cf là nồng độ dung dịch khi đạt cân hàng loạt các khảo sát về ảnh hưởng của bằng hấp phụ (mg/l); 17 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

V: là thể tích dung dịch chất bị hấp g/l. Kết quả nghiên cứu trình bày trên phụ (l); Hình 2. m: Khối lượng chất hấp phụ (g) • Hiệu suất hấp phụ (H,%): (2) Khảo sát các tham số của phương trình đẳng nhiệt hấp thụ theo mô hình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir • Phương trình Langmuir có dạng: (3)

Trong đó: Hình 2: Ảnh hưởng của khối lượng BioM q là tải trọng hấp phụ tại thời điểm - SP8 đến hiệu suất hấp phụ. cân bằng (mg/g); Kết quả nghiên cứu thu được chỉ ra rằng hiệu suất hấp phụ kim loại phụ qm là tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g); thuộc vào khối lượng BioM - SP8. Hiệu K là hằng số (cân bằng) hấp phụ suất này giảm dần khi khối lượng VLHP Langmuir; tăng. Ở nồng độ lớn 1g/l hiệu suất chỉ đạt 2,11%. Trong khi đó, ở nồng độ thấp C là nồng độ dung dịch hấp phụ. nhất 0,02 g/l hiệu suất này đạt 77,08%. Từ giá trị KL có thể xác định được Ở nồng độ BioM SP8 0,05 g/l cho hiệu 2+ tham số cân bằng RL: suất loại bỏ Zn cao nhất 78,78%. Nếu (4) tiếp tục giảm nồng độ VLHP dưới 0,05 g/l hiệu suất loại bỏ các ion kim loại Trong đó: 0 < R < 1 thể hiện hấp L bắt đầu giảm. Trong kết quả của một số phụ tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nghiên cứu trước cũng đã chứng minh nhiệt Langmuir. được rằng: ở nồng độ thấp hơn so với Khảo sát được tiến hành ở dải nồng nồng độ cân bằng hấp phụ cho khả năng độ ion kim loại trong dung dịch như sau: loại bỏ kim loại nhiều hơn so với ở nồng 100, 120, 150, 180, 200, 250 và 300 mg/l độ cao hơn nồng độ cân bằng [1]. Sự o ở nhiệt độ 30 C, pH = 5, thời gian tiếp tương tác tĩnh điện trên bề mặt VLHP là xúc 90’, khối lượng BioM - SP8 0,05 g/l. yếu tố quan trọng quyết định ảnh hưởng 3. Kết quả và thảo luận của nồng độ VLHP tới khả năng loại bỏ kim loại nặng. Khi nồng độ VLHP 3.1. Ảnh hưởng của khối lượng cao có thể gây ra một tác dụng giống BioM - SP8 như lớp vỏ bảo vệ các tế bào đang được Để đánh giá được ảnh hưởng của kích hoạt chiếm đóng bởi các kim loại, khối lượng BioM - SP8, các thí nghiệm do sự tương tác tĩnh điện giữa các điểm đã được thực hiện trong các điều kiện liên kết trên bề mặt VLHP lớn. Như vậy, như sau: nồng độ Zn2+ ban đầu 100 mg/l, nồng độ VLHP ảnh hưởng đáng kể khả nhiệt độ 25oC, pH = 7, thời gian tiếp xúc năng loại bỏ kim loại và trong nghiên 60 phút, thể tích dung dịch nghiên cứu cứu này nồng độ VLHP 0,05 g/l được 250 ml, khối lượng VLHP 0,05 g/l - 1,0 lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. 18 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

3.2. Ảnh hưởng của thời gian đoạn sau khi mà ion kim loại khó có khả tiếp xúc năng tiếp xúc các chỗ trống còn lại trên Nhằm đánh giá ảnh hưởng của thời bề mặt VLHP hoặc đi sâu vào bên trong gian tiếp xúc của BioM - SP8 đến khả màng tế bào. Từ kết quả này đưa ra nhận năng loại bỏ các ion Zn2+ trong dung định rằng, thời gian tiếp xúc pha của hệ 2+ dịch, các thí nghiệm đã được thực hiện thống hấp phụ ion Zn / BioM SP8 không trong các điều kiện như sau: nồng độ vượt quá 90 phút. Zn2+ ban đầu 100 mg/l, nhiệt độ 25 oC, 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ pH = 7, thể tích dung dịch nghiên cứu Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng 250 ml, khối lượng VLHP 0,05 g/l, trong loại bỏ kim loại của VLHP. Chính thời gian tiếp xúc là 5’, 10’, 15’, 20’, vì vậy, nhóm tác giả đã thực hiện các 30’, 60’, 90’, 120’, 150’, 180’. Kết quả thí nghiệm trong các điều kiện như sau: nghiên cứu trình bày trên Hình 3. nồng độ Zn2+ ban đầu 100 mg/l, pH = 7, thể tích dung dịch nghiên cứu 250 ml, khối lượng VLHP 0,05 g/l, thời gian tiếp xúc là 90’, nhiệt độ thay đổi như sau 20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC, 45oC, 50oC, 55oC, 60oC, 65oC. Kết quả nghiên cứu trình bày trên Hình 4.

100

Hình 3: Ảnh hưởng của thời gian tiếp 80 xúc tới hiệu suất hấp phụ của vật liệu

BioM - SP8 Hieu suat xu ly (%) 70 Các số liệu thể hiện trên hình 3 cho thấy khi thời gian tiếp xúc càng tăng thì 60 20 30 40 50 60 70 hiệu quả xử lý kim loại của vật liệu càng Nhiet do (oC) tăng lên. Ở các nghiên cứu với thời gian Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tiếp xúc là 5 phút, 10 phút, 15 phút hiệu hiệu suất hấp phụ của vật liệu BioM - suất hấp phụ của vật liệu tương đối thấp, SP8 chỉ đạt 1,71%; 8,35%; 19,86%, tương Quan sát Hình 4 chúng tôi nhận ứng. Sau đó khi tăng thời gian tiếp xúc thấy rằng hiệu suất hấp phụ kim loại lên 60 phút thì hiệu suất hấp phụ tăng tăng từ khoảng nhiêt độ từ 25 tới 30oC, nhanh đạt tới 78,78% và đạt đến trạng sau đó hiệu suất lại thay đổi nhiều ở thái bão hòa hấp phụ ở thời gian tiếp xúc vùng nhiệt độ từ 35 - 65oC. Ở nhiệt độ là 90 phút. Tại thời điểm bão hòa hấp phụ 30oC hiệu suất loại bỏ kim loại đạt cao của VLHP, thì hiệu suất loại bỏ đối với nhất 90,06%. Nhìn chung, ở tất cả các Zn2+ đạt cao nhất là 84,12%. Theo [7] đã nhiệt độ, hiệu suất loại bỏ kim loại đều chỉ ra rằng ở giai đoạn đầu có nhiều chỗ trên 70% trở lên và sự khác biệt về hiệu trống (tâm hấp phụ) chưa bị chiếm hữu suất xử lý không nhiều, hay sự thay đổi trên bề mặt VLHP nên quá trình hấp phụ về nhiệt độ có ảnh hưởng không đáng thường diễn ra nhanh hơn, so với ở giai kể tới quá trình hấp phụ. Theo nghiên 19 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu cứu [8] đã chứng minh được rằng, trong giá trị hiệu suất hấp phụ đạt trạng thái một phạm vi nhất định nhiệt độ có ảnh cân bằng. Điều đó thể hiện khi tăng pH hưởng tích cực hay tiêu cực tới khả năng 6,0 - 10,0 quá trình hấp phụ cao hơn so loại bỏ kim loại. Tuy nhiên, ảnh hưởng với khoảng pH 2 - 4, nhưng hiệu suất của nhiệt độ tới quá trình hấp phụ phụ dần đều nhau và giảm nhẹ. Giá trị pH thuộc vào từng hệ kim loại - VLHP. Ở = 5 được coi là giá trị tối ưu cho quá nhiệt độ 30oC, khi tần số va chạm giữa trình hấp phụ Zn2+ diễn ra nhanh nhất VLHP và các phân tử kim loại tăng, do với hiệu suất cao nhất đạt 96,37%. Điều đó khả năng các phân tử Zn2+ trên bề này là do, các ion Zn+2, được tích điện mặt VLHP tăng. Như vậy, nhiệt độ thích dương, có ái lực cao cho điện tích âm hợp cho hấp phụ tốt nhất là 30oC. bề mặt sinh khối. Các nhóm cacboxyl (− 3.4. Ảnh hưởng của pH COOH) là quan trọng nhóm cho sự hấp thu kim loại bởi bề mặt sinh khối. Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý ion 3.5. Hấp phụ đẳng nhiệt theo mô Zn2+ của BioM - SP8 được tiến hành hình Langmuir trong các điều kiện như sau: nồng độ Sự phụ thuộc Ce/qe vào Ce đối Zn2+ ban đầu 100 mg/l, thể tích dung với mô hình Langmuir được trình bày dịch nghiên cứu 250 ml, khối lượng ở hình 6. VLHP 0,05 g/l, thời gian tiếp xúc là 90’, nhiệt độ thay đổi như sau 30oC, pH = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Kết quả nghiên cứu trình bày trên Hình 5.

Hình 6: Sự phụ thuộc Ce/qe vào Ce đối với mô hình Langmuir Hình 6 cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả tương đối chính xác sự hấp phụ ion kim loại nặng trên vật liệu BioM - SP8 thông qua hệ Hình 5: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất số xác định của quá trình hồi quy R² = 2+ hấp phụ của vật liệu BioM - SP8 0,9945 đối với Zn . Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng Từ phân tích hồi quy suy ra các hệ khả năng hấp phụ kim loại của vật liệu số của phương trình Langmuir như sau: tăng khi pH tăng, nhưng đến một giá Đối với Zn2+ : Ce/qe = 0,0022 Ce - trị nào đó (tùy thuộc vào loại ion) mà 0,0134 (5) 2+ Bảng 1. Giá trị tham số RL, KL của quá trình hấp phụ ion kim loại Zn trên BioM - SP8 ở các điều kiện tối ưu Nồng độ (mg/l) 100 120 150 180 200 250 300

RL 0,05741 0,04831 0,03902 0,03273 0,02955 0,02378 0,0199

KL 0,16418 0,16418 0,16418 0,16418 0,16418 0,16418 0,16418

20 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Từ phương trình trên ta tính được [2]. Viện Sốt rét ký sinh trùng - Côn dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số trùng Quy Nhơn (2010). Kẽm (Zinc) và lợi 2+ ích của chúng trong điều trị. hấp phụ KL của Zn như trong Bảng 1. Sau khi xác định được hằng số hấp [3]. Lê Văn Cát (2002). Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý nước và phụ KL, để xác định quá trình hấp phụ ion kim loại trên chủng tảo Spirulina nước thải. Nhà xuất bản thống kê, Hà Nội. platensis SP8 có phù hợp với dạng hấp [4]. Matagi S.V., Swai D., Mugabe R., phụ đơn lớp theo mô tả của mô hình (1998). A review of heavy metal removal Langmuir hay không, tham số cân bằng mechanisms in wetlands. Afr. J. Trop. Hydrobiol. Fish., 8, 23-35. RL được tính toán và phân tích. Tham số [5]. Celekli A., Bozkurt H., (2011). RL được tính dựa trên công thức (4) thu được kết quả thể hiện trong Bảng 1. Giá Bio-sorption of cadmium and nickel ions using Spirulina platensis: kinetic and trị R thu được trong khoảng 0,0199 - L equilibrium studies. Desalination, 275, 0,05741 (<1) cho thấy mô hình hấp phụ 141-147. đẳng nhiệt phù hợp với quá trình hấp [6]. Al-Homaidan A.A., (2015). phụ Zn2+. Adsorptive removal of cadmium ions by Dựa vào hình 6 ta xác định được Spirulina platensis dry biomass. Saudi tanα = 0,0022 xác định được Qmax: Journal of Biological Sciences, 22, 795-800.

Qmax = 1/ tanα = 1/0.0022 = 454,54 [7]. Kumar Y.P., King P., Prasad (mg/g) V.S.R.K., (2006). Comparison for adsorption modeling of copper and zinc 4. Kết luận from aqueous solution by Ulva fasciata sp. Sinh khối khô của Spirulina J. Hazard. Mater. B, 135, 1246-1251. platensis SP8 có thể sử dụng để làm [8]. Khambhaty Y., Mody K., VLHP BioM - SP8 để loại bỏ Zn2+ Basha S., Jha B., (2009). Biosorption of trong môi trường nước với hiệu suất Cr (VI) onto marine Aspergillus niger: hấp phụ lên tới 96,37%. Dung lượng experimental studies and pseudo-second hấp phụ đạt cực đại ở các điều kiện: order kinetics. World J. Microbiol. Biotechnol., 25, 1413-1421. khối lượng BioM - SP8: 0,05g/l, thời gian tiếp xúc giữa VLHP và chất bị hấp BBT nhận bài: 15/5/2018, Phản phụ là 90 phút, pH tối ưu là 5, nhiệt biện xong: 11/6/2018 độ tối ưu là 30oC. BioM - SP8 hấp phụ Zn2+ tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, với dung lượng hấp phụ cực đại là 454,54 mg/g.

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Minh Thị Thảo, Bùi Đình Nhi, Đàm Thị Thanh Hương, Vũ Đình Ngọ, Đoàn Thị Oanh (2017). Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion chì và đồng trên tảo Spirulina platensis. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 22/ số 1 (đặc biệt). 21 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT CỰC ĐOAN ĐẾN MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ THUỘC KHU DU LỊCH THÀNH PHỐ HẠ LONG Trần Bảo Lộc Trung tâm Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ môi trường Tóm tắt Tác động của các hiện tượng thời tiết cực đoan đến môi trường nước biển ven bờ khu du lịch thành phố Hạ Long đã được xác định dựa trên mối tương quan giữa diễn biến các tác động của hiện tượng thời tiết cực đoan trong khoảng 10 năm trở lại đây và diễn biến chất lượng nước biển ven bờ các khu du lịch qua thông số TSS chất rắn lơ lửng. Kết quả nghiên cứu cho thấy các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ quét, mưa lớn kéo dài, lũ lụt, sạt lở đất đã làm tăng hàm lượng TSS trong nước biển ven bờ tại các khu vực bãi tắm, nghỉ đêm trên biển và làng chài khu du lịch thành phố Hạ Long. Từ khóa: Hiện tượng thời tiết cực đoan; Nước biển ven bờ; Khu du lịch. Abstract The impact assessment of extreme weather phenomena on the coastal water of tourism region in Ha Long city The impacts of extreme weather phenomena on the coastal waters of tourism region in Ha Long city has been determined based on the correlation between the effects of extreme weather phenomena in the last 10 years and coastal water quality in the tourist areas through TSS total suspended solids. The results show that extreme weather phenomena such as flash floods, heavy rain, floods and landslides have increased the TSS content in coastal waters at beaches, overnight on the beach area and fishing village of tourism region in Ha Long city. Keywords: Extreme weather events; Coastal waters; Tourism region 1. Đặt vấn đề chỉ còn 14,5% trong 110.000 hecta san hô Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang là này ở trong tình trạng tốt. Rủi ro khí hậu một trong những thách thức lớn nhất đối của hệ thống nhân sinh và hệ sinh thái tự với sự phát triển bền vững của nhân loại nhiên, tài nguyên nước, lương thực, thực trong thế kỷ 21. BĐKH tác động mạnh mẽ phẩm, hạ tầng, du lịch - dịch vụ,… phụ đến cả ba yếu tố bền vững kinh tế, xã hội thuộc rất nhiều vào sự thay đổi các hiện và môi trường. Trong đó, BĐKH tác động tượng thời tiết cực đoan [7]. gián tiếp đến các hoạt động của ngành du Thành phố Hạ Long nổi tiếng với lịch [5]. Du lịch là ngành kinh tế nhạy cảm Vịnh Hạ Long đã được UNESCO công với điều kiện môi trường tự nhiên và là nhận là di sản thiên nhiên thế giới. Vậy một trong những ngành chịu tác động của nên, du lịch được xem ngành kinh tế mũi BĐKH. Kết quả nghiên cứu năm 2013 nhọn của địa phương. Tuy nhiên trong của Viện khoa học Khí tượng thủy văn thời gian gần đây ở Hạ Long thường và Biến đổi khí hậu cho thấy, cùng với ô xuất hiện một số hiện tượng thời tiết cực nhiễm môi trường, BĐKH tiếp tục phá đoan như mưa lớn, sạt lở đất, lũ quét,… hủy 110.000 hecta san hô của Việt Nam, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống 22 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu người dân, gây thiệt hại lớn đến sự phát 2.2. Phạm vi nghiên cứu triển kinh tế, xã hội, trong đó có tài Thành phố Hạ Long nằm ở trung nguyên và môi trường du lịch. Bài báo tâm của tỉnh Quảng Ninh, có diện tích trình bày các kết quả đánh giá tác động của một số hiện tượng thời tiết cực đoan 271,95 km², với chiều dài bờ biển gần đến môi trường nước biển ven bờ thuộc 50 km. Phía đông Hạ Long giáp thành khu du lịch thành phố Hạ Long. phố Cẩm Phả, phía tây giáp thị xã Quảng Yên, phía bắc giáp huyện Hoành Bồ, 2. Đối tượng, phạm vi và phương phía nam là vịnh Hạ Long. Thành phố pháp nghiên cứu nằm dọc theo bờ vịnh Hạ Long, cách 2.1. Đối tượng nghiên cứu thủ đô Hà Nội 165 km về phía Tây, cách - Các hiện tượng thời tiết cực đoan: thành phố Hải Phòng 70 km về phía mưa kéo dài, lũ lụt, sạt lở đất, bão Tây Nam và cách thành phố cửa khẩu - Chất lượng môi trường nước biển Móng Cái 184 km về phía Đông Bắc, ven bờ ngành du lịch thông qua thông phía Nam thông ra Biển Đông. Hạ Long số đại diện TSS (chất rắn lơ lửng). Hàm có vị trí chiến lược về địa chính trị, địa lượng TSS cao không những ảnh hưởng kinh tế, an ninh quốc phòng của khu vực tới tầm nhìn xuyên suốt của khối nước và quốc gia. Với vị trí địa lý trải dài sát mà còn ảnh hưởng tới sự quang hợp của thực vật và sự sống của các loài sinh vật bờ biển nên Hạ Long là nơi phải gánh thuỷ sinh như san hô, rong, tảo gây ô chịu những tổn thất nặng nề do tác động nhiễm môi trường nước và ảnh hưởng của hiện tượng thời tiết cực đoan trong tiêu cực đến các hoạt động du lịch biển. đó có môi trường du lịch [3].

Hình 1: Bản đồ hành chính thành phố Hạ Long 2.3. Phương pháp nghiên cứu bao gồm nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm Các phương pháp sử dụng trong (2010 - 2015), số liệu quan trắc môi trường nước biển ven bờ (2006 - 2015), nghiên cứu này bao gồm: tài nguyên du lịch thành phố Hạ Long, - Phương pháp thu thập số liệu các nghiên cứu, báo cáo liên quan đến thứ cấp: Thu thập số liệu khí tượng ngành du lịch thành phố Hạ Long. 23 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

- Phương pháp điều tra xã hội học: TSS (chất rắn lơ lửng) (mg/l). Mẫu nước Phỏng vấn 75 người lao động trong ngành biển ven bờ sẽ được gửi phân tích tại du lịch (cơ sở kinh doanh lưu trú và ăn phòng thí nghiệm của Trung tâm Nghiên uống) về ảnh hưởng của các hiện tượng cứu và ứng dụng công nghệ môi trường thời tiết cực đoan đến hoạt động du lịch. (Vimcerts 136 - Vilas 871). - Phương pháp quan trắc môi - Tổng hợp, phân tích tài liệu: trường: Mẫu nước biển ven bờ được thu Các tài liệu liên quan đến thời tiết, tài thập vào các quý I, II, III, IV/2016 và quý nguyên môi trường du lịch, thông tin, số I, II, III/2017 và bảo quản theo đúng quy liệu thu thập từ thực địa, điều tra phỏng định, tiêu chuẩn và quy chuẩn hiện hành: vấn được tổng hợp và phân tích để đưa TCVN 6663-1:2011, TCVN 5998:1995, ra các biện pháp ứng phó với các hiện TCVN 6663-3:2008. Thông số phân tích: tượng thời tiết cực đoan. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Tác động của một số hiện tượng thời tiết cực đoan đến chất lượng nước biển ven bờ khu vực du lịch Hạ Long

Hình 2: Diễn biên ham lương TSS (mg/l) Hình 3: Diễn biên ham lương TSS (mg/l) qua cac đơt quan trăc vê mua khô tai môt qua cac đơt quan trăc vê mua mưa tai sô khu vưc bãi tăm tư 2009 - 2010 môt sô khu vưc bãi tăm tư 2009 - 2010 (Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Quảng Ninh 2006 - 2010) Theo kêt qua quan trăc thưc hiên (tháng 8/2008) và trận mưa lịch sử vào trong hai đơt mua mưa và mùa khô từ tháng 9/2008 do ảnh hưởng của cơn bão năm 2006 đến 2010 cua Trung tâm quan số 6 đã kéo theo chất bẩn bề mặt xuống trắc môi trường tỉnh Quảng Ninh, so sánh các khu vực biển ven bờ làm hàm lượng với QCVN 10-MT:2015: Quy chuẩn kỹ TSS tăng mạnh từ 2 mg/l - 24 mg/l tại thuật quốc gia về chất lượng nước biển đảo Tuần Châu và từ 8 mg/l - 21 mg/l (Vùng bãi tắm, thể thao dưới nước) có tại Bãi tắm Bãi Cháy. Điều này gây ảnh giới hạn TSS là 50 mg/l, hàm lượng chất hưởng tới chất lượng nước biển phục vụ rắn lơ lửng trong nước khu vực Vịnh Hạ cho hoạt động du lịch như thăm quan Long trung bình dao động từ 2 mg/l đến danh lam thắng cảnh trên Vịnh Hạ Long 32 mg/l trong mùa khô và từ 8 mg/l đến cũng như các hoạt động vui chơi giải trí 28 mg/l trong mùa mưa. Cơn bão số 4 trên biển hay nghỉ đêm trên biển. 24 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Hình 4: Diễn biến hàm lượng TSS trong nước Hình 5: Diễn biến hàm lượng TSS(mg/l) biển ven bờ khu vực Hạ Long từ 2011 - 2015 trong nước biển ven bờ khu vực Hạ Long (Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Quảng Ninh từ quý I/2016 - quý III/2017 2011 - 2015) Trong năm 2011, đã xảy ra các cơn lam thắng cảnh trên biển, các dịch vụ bão số 2 (tháng 6/2011), cơn bão số 3 vui chơi giải trí tại các bãi tắm cũng như (tháng 7/2011) và cơn bão số 5 Nesat tại các khu vực nghỉ đêm trên biển. (tháng 9/2011) với sức gió cấp 9 - 10 3.2. Đánh giá của người lao động giật cấp 11, lượng mưa phổ biến từ 150 trong ngành về ảnh hưởng của thời - 200 mm đã làm cho hàm lượng TSS tiết cực đoan đến hoạt động du lịch trung bình năm 2011 ở khu vực Vịnh Hạ Long tăng đáng kể lên tới 61 mg/l vượt * Sự gia tăng các hiện tượng thời QCVN 10-MT:2015 gấp 1,2 lần. Ảnh tiết cực đoan hưởng rất nhiều tới chất lượng nước khu Theo kết quả điều tra cho thấy 77% vực biển phục vụ du lịch. Theo kết quả số người được phỏng vấn biết và nhận quan trắc từ năm 2016 đến 2017 của tác thấy được sự xuất hiện của các hiện giả, hàm lượng TSS ở 2 khu vực Bến tượng thời tiết cực đoan. Cụ thể, trong tàu Bãi Cháy và Bãi tắm Bãi Cháy có số đó, có tới 64% người lao động trong sự gia tăng từ mùa khô (quý I) sang mùa ngành du lịch cho rằng các hiện tượng mưa (quý III) năm 2016 và 2017, từ 40 thời tiết cực đoan ảnh hưởng rất tiêu cực - 48 mg/l (Bến tàu Bãi Cháy) và 37 - 48 đến ngành du lịch và 23% cho rằng ảnh mg/l (Bãi tắm Bãi Cháy). Lý giải điều hưởng tiêu cực ở mức vừa phải. Thông này là do: vào mùa mưa, các hiện tượng qua đánh giá của các hộ kinh doanh du thời tiết cực đoan như lũ quét (xảy ra lịch ở Hạ Long, ngành du lịch rất dễ bị từ ngày 13 - 14/8/2017 tại thành phố ảnh hưởng bởi các hiện tượng thời tiết Hạ Long), lũ lụt (xảy ra ngày 5/7/2016 cực đoan. tại khu vực Bãi Cháy),… đã gây ra xói Trên cơ sở điều tra các hộ kinh mòn, sạt lở đất đá, kéo theo các chất bẩn doanh du lịch, đa số người được phỏng bề mặt và tràn ra các khu vực bãi tắm vấn đều cho rằng, hoạt động bị ảnh làm tăng hàm lượng TSS trong nước hưởng nhiều nhất đó là Hoạt động du biển. Điều này làm ảnh hưởng tiêu cực lịch sinh thái/ dã ngoại (88%) như tắm đến các hoạt động thăm quan các danh biển, các hoạt động vui chơi, giải trí 25 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu trên biển,… kế đến là việc di chuyển môi trường nước biển ven bờ là rất quan giữa các điểm du lịch (85%) như tham trọng. Trên cơ sở đó, tác giả đã tiến hành quan các danh lam thắng cảnh đảo, hang phỏng vấn các hộ kinh doanh, các biện động,… trên Vịnh Hạ Long. Các hoạt động du lịch trên phụ thuộc nhiều vào pháp ứng phó với thời tiết cực đoan. Cụ cảnh quan nước biển nên việc bảo vệ thể như sau:

Hình 6: Nhận thức của người lao động Hình 7: Đánh giá của người lao động ngành du lịch về hiện tượng thời tiết cực trong ngành du lịch về ảnh hưởng của đoan (%) hiện tượng thời tiết cực đoan (%)

Hình 8: Các hoạt động du lịch bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng thời tiết cực đoan (%)

Hình 9: Các hoạt động ứng phó với thời tiết cực đoan (%) Có tới 67% các hộ kinh doanh du người và của. Giúp cho người du lịch lịch đều cho rằng, cần phải cảnh báo du có kế hoạch tốt trước khi đi. Biện pháp khách khi có thông tin về xuất hiện thời cải cách, nâng cấp cơ sở hạ tầng phục tiết cực đoan để tránh các thiệt hại về vụ hoạt động du lịch đã được hơn 57% 26 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu các hộ kinh doanh du lịch bình chọn với biện pháp phòng chống với hiện tượng lý do để tránh bị thời tiết cực đoan phá thời tiết cực đoan. hủy, hư hại gây mất mỹ quan. Rồi gia cố - Ngành du lịch cũng cần phải cập các tuyến đường giao thông, giảm thiểu nhật, thống kê các thiệt hại, các khu vực nguy cơ sạt lở (54%) nhằm đảm bảo an có dấu hiệu xuống cấp để có kế hoạch toàn trong quá trình tham quan, du lịch, sửa chữa, gia cố,… tránh gây nguy hiểm an toàn vệ sinh môi trường sau mưa lũ, cho khách du lịch đến thăm quan, vui sạt lở,… và các biện pháp khác. chơi, giải trí. 3.3. Đề xuất giải pháp ứng phó với 4. Kết luận và kiến nghị hiện tượng thời tiết cực đoan Các hiện tượng thời tiết cực đoan Những biện pháp ứng phó với hiện đã làm cho chất lượng nước biển ven tượng thời tiết cực đoan được đề xuất bờ tại khu vực phục vụ du lịch trở nên bao gồm: ô nhiễm. Hàm lượng TSS trung bình - Công trình giao thông: nghiên năm tăng nhiều sau khi xảy ra các cứu bổ sung các công trình thoát lũ, mở hiện tượng thời tiết cực đoan, thậm chí rộng khẩu độ thông thủy cho các cầu vượt quy chuẩn cho phép QCVN 10- cống, kênh thoát nước thích nghi được MT:2015 (vùng bãi tắm, thể thao dưới với hiện tượng thời tiết cực đoan tại các nước) gấp 1,2 lần năm 2011 và gần 1,1 khu vực bãi tắm Bãi Cháy (phường Bãi lần năm 2010. Cháy), quy hoạch thoát nước tại khu Quá trình điều tra, phỏng vấn 75 hộ vực sau chợ Hạ Long,… kinh doanh du lịch cũng cho thấy hơn - Tăng cường hoạt động kiểm tra, 87% người được phỏng vấn cho rằng khảo sát các khu vực có nguy cơ ngập thời tiết cực đoan gây ảnh hưởng tiêu lụt, sạt lở đất đá, khu vực ven biển,… để cực đến du lịch. Các hoạt động vui chơi phát hiện sớm các yếu tố gây nguy hiểm, giải trí trên biển phụ thuộc nhiều vào cảnh báo cho người dân tại các khu vực cảnh quan, chất lượng nước biển ven bờ vùng đồi Hạ Long, khu vực phường Cao khu vực vịnh Hạ Long. Cụ thể như hoạt Xanh, khu vực gần nghĩa trang Đèo Sen, động du lịch sinh thái/ dã ngoại như các phường Hà Khánh. hoạt động tham quan, tắm biển, vui chơi - Cần có sự phối hợp giữa ngành du giải trí trên biển và hoạt động di chuyển lịch và ngành tài nguyên và môi trường tham quan các thắng cảnh trên vịnh Hạ trong việc thường xuyên, liên tục và Long hiện đang bị ảnh hưởng rất nhiều định kỳ kiểm tra chất lượng nước tại các bởi thời tiết cực đoan. khu du lịch bãi tắm Bãi Cháy, đảo Tuần Dựa trên các biện pháp ứng phó của Châu,… Bên cạnh đó, khối liên ngành các hộ kinh doanh chịu ảnh hưởng trực cũng phải giám sát tình hình vệ sinh môi tiếp và tình hình thực tế, các giải pháp trường, rác thải để đảm bảo không ảnh ứng phó với hiện tượng thời tiết cực hưởng đến hoạt động du lịch. đoan được đưa ra. Bao gồm: nâng cấp - Ngành du lịch kết hợp với Trung công trình cầu cống, kênh thoát nước…; tâm khí tượng thủy văn của Tỉnh để nắm liên ngành du lịch và môi trường tăng bắt được thông tin bão, lũ lụt,… để đưa cường kiểm tra, khảo sát các khu vực có ra cảnh báo cho du khách cũng như cho dấu hiệu sạt lở, ô nhiễm môi trường,… các doanh nghiệp lữ hành và đưa ra các tại các khu vực du lịch; liên ngành du 27 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu lịch và khí tượng thủy văn tăng cường [4]. Viện nghiên cứu phát triển du công tác cảnh báo, dự báo cho du khách lịch (2009). Các giải pháp thích ứng và cũng như cho doanh nghiệp lữ hành. ứng phó, góp phần giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu đối với hoạt động du lịch Nghiên cứu này được thực hiện ở Việt Nam. trong phạm vi nhỏ, thời gian ngắn nên [5]. Viện Khoa học Khí tượng thủy chưa thể đánh giá được đầy đủ và sâu văn và Biến đổi khí hậu (2010). Biến đổi sắc về mọi mặt, về tất cả các hiện tượng khí hậu và tác động ở Việt Nam. NXB Khoa thời tiết cực đoan cũng như những ảnh học và Kỹ thuật, Hà Nội. hưởng đến các thông số chất lượng môi [6]. Viện Khoa học Khí Tượng thủy trường nước biển. Do vậy, cần tiếp tục văn và Biến đổi khí hậu (2011). Tài liệu triển khai nghiên cứu ở mức độ rộng và hướng dẫn đánh giá tác động của biến đổi sâu hơn trong một khoảng thời gian đủ khí hậu và xác định các giải pháp thích ứng. để kết luận mang tính quy luật, chính NXB Tài nguyên môi trường và bản đồ Việt xác và toàn diện hơn. Nam, Hà Nội. [7]. Bill Brath and his partners (2015). Climate Change and Resource TÀI LIỆU THAM KHẢO Sustainability. An Overview for Actuaries, [1]. Sở Tài nguyên và Môi trường Climate Change and Sustainability tỉnh Quảng Ninh. Báo cáo hiện trạng môi Committee. trường tổng thể tỉnh Quảng Ninh giai đoạn [8]. Z.W. Kundzewicz (2003). Extreme 2006 - 2010. precipitation and floods in the changing [2]. Sở Tài nguyên và Môi trường world. tỉnh Quảng Ninh. Báo cáo hiện trạng môi [9]. IPCC (2001). Climate change. trường tổng thể tỉnh Quảng Ninh giai đoạn Scientific basis, Cambridge University 2011 - 2015. Press [3]. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh. Báo cáo Quy hoạch môi BBT nhận bài: 08/5/2018, Phản trường vịnh Hạ Long đến năm 2020, tầm biện xong: 17/5/2018 nhìn đến năm 2030.

28 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH PHÁT HIỆN CÁC DẤU HIỆU KHAI THÁC KHOÁNG SẢN THUỘC TỈNH THÁI NGUYÊN Lê Minh Huệ1, Đỗ Thị Phương Thảo2, Vũ Thị Thanh Hiên1 Vũ Thị Kim1, Đoàn Quốc Vượng1 1 Đài Viễn thám Trung ương - Cục Viễn thám Quốc gia 2 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt Hiện nay công tác kiểm tra, giám sát hoạt động khai thác khoáng sản theo phương pháp truyền thống là thường xuyên, định kỳ đến hiện trường để xác định tình trạng nhưng công việc này thực tế rất tốn thời gian, tiền bạc và nguy hiểm đến tính mạng. Trong bối cảnh hiện nay, viễn thám đã trở thành công cụ hữu hiệu trong công tác quản lý giám sát tài nguyên môi trường nói chung và hoạt động khai thác tài nguyên khoáng sản nói riêng. Bài báo đã đề cập sử dụng các kỹ thuật viễn thám làm công cụ phát hiện các dấu hiệu về khai thác khoáng sản và đưa ra kết quả thử nghiệm về việc giám sát khai thác khoáng sản trái phép cho khu vực Thái Nguyên. Đề xuất này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước về tài nguyên khoáng sản. Từ khóa: Dấu hiệu khai thác; Ảnh vệ tinh; Khai thác khoáng sản trái phép; Thái Nguyên Abstract Using optical satellite images to detect the signs of illegal mining in Thai Nguyen province The inspection and supervision in accordance with traditional methods is regularly and periodically visit the scene to determine the condition but the actual work is very time consuming, money and danger to life. Remote sensing has become an effective tool in the environmental resources management in general and the exploitation of mineral resources in particular. This article uses remote sensing techniques as a tool for detecting signs of mineral exploitation and provides test results for illegal mining monitoring in Thai Nguyen. This proposal has scientific and practical implications, contributing to improving the efficiency of State management of mineral resources. Keywords: Mining signs; Satellite images; Illegal mining; Thai Nguyen 1. Đặt vấn đề [1]. Xuất phát từ đặc điểm này, nhiều mỏ Việt Nam là nước có nguồn tài đã không được cấp phép để tránh tổn hại nguyên khoáng sản phong phú, đa dạng, đến môi trường cũng như đời sống nhân là nguồn nguyên liệu, tiềm năng quý của dân, nhưng nhiều tổ chức cá nhân đã vì quốc gia. Có khoảng 5.000 mỏ và điểm lợi ích trước mắt vẫn tiến hành khai thác khoáng sản của hơn 60 loại khoáng sản trái phép gây tổn hại lớn đến môi trường khác nhau từ các khoáng sản năng lượng, sinh thái cũng như môi trường sống kim loại đến khoáng chất công nghiệp và của dân địa phương [2]. Đây là vấn đề vật liệu xây dựng đã được phát hiện [2]. nhức nhối tại nhiều tỉnh, thành cần phải Tuy nhiên, trữ lượng các mỏ nhỏ, không giải quyết. Mặt khác, với sức phát triển đủ khai thác công nghiệp và lợi nhuận nhanh chóng của nền kinh tế, có nhiều khai thác không đủ để hoàn nguyên khu mỏ đưa vào khai thác trong những năm khai khoáng sau khi kết thúc khai thác vừa qua và đã trở thành nhân tố tích cực 29 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện tăng đột biến; (3) sạt lở bất thường trên đại hoá đất nước. Các hoạt động khai địa bàn; (4) sụt lún bất thường trên địa thác khoáng sản này đều dẫn đến sự suy bàn; (5) biến dạng của đường bờ ao hồ, thoái môi trường mà sự biến đổi của môi sông ngòi,… trường, lớp phủ bề mặt đất chính là cơ sở Mục đích của bài báo này là sử dụng để phát hiện hoạt động khai thác khoáng các kỹ thuật viễn thám làm công cụ phát sản bằng công nghệ viễn thám. Do đó, hiện các hoạt động khai thác trái phép trên để kiểm soát các vấn đề khai thác bất bề mặt Trái Đất và có thể được tích hợp hợp pháp có hiệu quả thì việc ứng dụng vào quá trình giám sát, cho phép các cơ công nghệ viễn thám hoàn toàn có thể quan quản lý có trách nhiệm theo dõi khai thực hiện được [6]. Mặc dù vậy, chỉ một thác và khai thác khoáng trái phép hiệu số ít bài báo công bố những lợi ích của quả hơn giúp tránh hoặc giảm thiểu các viễn thám trong bối cảnh phát hiện thay tác động bất lợi của khai thác trái phép. đổi diện tích liên quan đến các hoạt động Những kỹ thuật này sẽ hữu ích cho việc khai thác trái phép. Hầu hết các tài liệu giám sát sự phát triển hoặc sự xáo trộn đều hướng tới các mối quan hệ giữa khai do khai thác trái phép, xác định và theo thác mỏ và thay đổi môi trường xung dõi các khu vực cải tạo, và đánh giá sự thay đổi độ che phủ đất, cũng là công cụ quanh hoặc giám sát tài nguyên thiên giúp các cơ quan có trách nhiệm ra quyết nhiên [4]. Tiềm năng của kỹ thuật này đã định kịp thời nhằm trả lại trạng thái tự được Merugu và Jain (2013) khám phá nhiên của môi trường. Cũng trong nghiên trong nghiên cứu tại hai địa điểm khai cứu này, những dấu hiệu khai thác chung thác mỏ nằm trong vùng Milos ở Hy Lạp nhất sẽ được làm rõ nhằm xây dựng cơ sở thông qua phân tích ảnh Landsat TM khoa học để phát hiện khai thác khoáng nhiều thời kỳ khác nhau. Các khu vực bị sản bằng công nghệ viễn thám. ảnh hưởng bởi hoạt động khai thác mỏ và các khu vực khai hoang cũng như các xu 2. Đặc điểm khu vực nghiên cứu hướng cải tạo đã được xác định rõ ràng. Thái Nguyên là một tỉnh giàu tài Hai tác giả cho rằng công nghệ viễn thám nguyên khoáng sản, phía Bắc tiếp giáp cũng dễ dàng được áp dụng và kết quả rất với tỉnh Bắc Kạn, phía Tây giáp với tỉnh chính xác với các địa điểm nghiên cứu Vĩnh Phúc và tỉnh Tuyên Quang, phía của họ [6]. Những dấu hiệu rõ ràng nhất Đông giáp với các tỉnh Lạng Sơn và có thể phát hiện được bằng công nghệ Bắc Giang, phía Nam tiếp giáp với Thủ viễn thám đó là [3, 5, 7]: (1) xuất hiện đô Hà Nội (hình 1). Vị trí địa lý tỉnh là các đối tượng mới như: các bãi đất trống một trong những trung tâm chính trị, kinh tế của khu Việt Bắc nói riêng, của vùng hoặc vùng khai thác, các bãi tập kết đất trung du miền núi đông bắc nói chung, là đá, hệ thống đường xá, các công trình cửa ngõ giao lưu kinh tế xã hội giữa vùng nhà, xưởng, nhiều hố sâu với các ao hồ trung du miền núi với vùng đồng bằng tụ nước, các kênh rạch thoát nước, nhiều Bắc bộ. Tỉnh Thái Nguyên có diện tích phương tiện cơ giới vận chuyển; (2) biến 3.562,82 km², cách sân bay quốc tế Nội đổi lớp phủ: đất rừng và đất nông nghiệp Bài 50 km, cách biên giới Trung Quốc bị suy giảm thay thế bằng đất trống tập 200 km, cách trung tâm Hà Nội 75 km và trung đất đá, rừng thưa, hoặc cây cỏ bụi. cảng Hải Phòng 200 km. Việc giao lưu Môi trường nước bị ảnh hưởng: bề mặt được thực hiện thông qua hệ thống đường nước có sự chênh lệch về nhiệt độ, áp bộ, đường sắt, đường sông hình rẻ quạt suất và hàm lượng các chất trong nước màth ành phố Thái Nguyên là đầu nút. 30 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

tỉnh [10]. Tuy nhiên, tình trạng khai thác trái phép khoáng sản vẫn tái diễn. Một số doanh nghiệp vẫn lén lút buôn bán, khai thác, vận chuyển trái phép khoáng sản gây thất thoát tài nguyên, thất thu ngân sách. Một số đơn vị không thực hiện đúng quy trình khai thác, mất an toàn lao động gây ô nhiễm môi trường. Khảo sát của Sở Tài nguyên và Môi trường tại các mỏ khoáng sản, nhiều doanh nghiệp sử dụng thiết bị khai thác lạc hậu, chưa đồng bộ nên hiệu quả khai thác, chế biến thấp; việc đầu tư thực hiện biện pháp giảm thiểu tác động xấu đến môi trường còn hạn chế. Nguồn gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến môi trường chủ yếu là nước thải (từ việc tháo Hình 1: Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu khô moong khai thác (hình 2), nước cuốn Thái Nguyên hiện nay có 79 tổ chức, trôi bề mặt qua khu vực khai thác, khu vực cá nhân tham gia hoạt động khai thác bãi thải và nước thải từ quá trình tuyển rửa khoáng sản với 170 giấy phép các loại, quặng); bụi, khí thải (từ các hoạt động vận trong đó có 22 giấy phép do bộ, ngành chuyển, xúc bốc, khoan nổ mìn); các sự Trung ương cấp, 148 giấy phép do tỉnh cố do trượt lở, trôi lấp bãi thải; mất nước, cấp. Hoạt động khai thác khoáng sản sụt lún, nứt đất, nhà cửa và các công trình đã đóng góp tích cực vào ngân sách của xây dựng do hạ thấp mực nước ngầm,... tỉnh, góp phần thúc đẩy phát triển kinh Mỏ Núi Pháo ở Đại Từ đi vào hoạt động tế - xã hội. Ngoài ra, nhiều doanh nghiệp được hơn một năm, song qua các đợt kiểm đã thực hiện tốt chính sách bảo hộ quyền tra về môi trường cho thấy việc xả thải của lợi của nhân dân nơi có khoáng sản được nhà máy ra môi trường có hàm lượng các khai thác, chế biến thông qua việc tuyển kim loại như thủy ngân, cyanua, đồng dụng lao động tại địa phương; tích cực vượt quá mức cho phép nhiều lần dẫn tới tham gia các hoạt động xã hội, nhân đạo khiếu kiện kéo dài của một số hộ dân sinh và từ thiện, ủng hộ các hoạt động lớn của sống gần đó [10].

Hình 2: Moong khai thác là nguyên nhân gây mất nước sụt lún 31 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Mặc dù tỉnh đã có một hệ thống văn sử dụng đồng thời hoặc riêng lẻ theo bản quy phạm pháp luật tương đối đầy từng giai đoạn khai thác mỏ: đối với đủ trong lĩnh vực khai thác khoáng sản, giai đoạn thoát nước, tháo khô mỏ lộ nhưng vẫn tồn tại một khoảng cách nhất thiên hay việc làm khô đáy mỏ sẽ tạo định giữa các quy định của pháp luật và điều kiện thuận lợi cho các thiết bị hoạt thực tiễn quản lý. Việc lập quy hoạch, động; tháo khô mỏ bằng hệ thống thoát kế hoạch, quyết định đầu tư dự án chưa nước tự chảy, thoát nước cưỡng bức và tính toán cụ thể đến các chi phí, lợi ích về mặt xã hội và môi trường. Việc phân các lỗ khoan sẽ dẫn đến hạ thấp mực cấp cho các địa phương trong cấp phép, nước ngầm, thay đổi lớp phủ bề mặt quản lý khai thác, chế biến khoáng sản, đất. Ảnh hưởng đầu tiên là các rãnh bảo vệ môi trường đã được tiến hành thoát nước có độ rộng khoảng 0,5 - nhưng chưa được thanh tra, kiểm tra kịp 0,7m sẽ xuất hiện, các rãnh thoát nước thời. Do vậy, các cơ quan, ban, ngành này có kích thước nhỏ nên rất khó phát chức năng cần tăng cường tổ chức kiểm hiện trên ảnh vệ tinh ngoại trừ các loại tra nhằm ngăn chặn, truy quét, giải tỏa ảnh có độ phân giải siêu cao. Sau khi các hoạt động khai thác trái phép trên các rãnh thoát nước được hình thành, địa bàn thông qua các công cụ khoa học những ao hồ tích nước hay các kênh công nghệ tiên tiến nhất. mương lớn được hình thành tiếp để dẫn 3. Khả năng phát hiện những dấu nước ra ngoài, đây là những đối tượng hiệu khai thác khoáng sản bằng công có thể phát hiện dễ dàng trong quá trình nghệ viễn thám bắt đầu tiến hành khai thác mỏ như hình 3a thể hiện đường dẫn nước khi 3.1. Khả năng phát hiện những mỏ mới bắt đầu hình thành; hình 3b thể dấu hiệu khai thác mỏ lộ thiên bằng hiện đường dẫn nước ra kênh ở mỏ đã công nghệ viễn thám và đang khai thác. Trên cơ sở đặc điểm và quy trình công nghệ khai thác mỏ lộ thiên, những Sau khi thoát khô và tháo nước, giai dấu hiệu khai thác có khả năng nhận biết đoạn tiếp theo là tiến hành dọn dẹp giải tỏa bằng công nghệ viễn thám bao gồm: mặt bằng. Lúc này, các dấu hiệu khai thác mỏ rất rõ ràng dựa trên biến động sử dụng - Bãi khai thác: biến động lớp phủ từ đất. Đối với các mỏ được phủ bằng rừng lớp phủ thực vật thành bãi khai thác hoặc đất nông nghiệp thì sẽ chuyển sang - Bãi chứa phế thải, chứa đất đá: đất bằng nếu ảnh chụp vào thời điểm giải biến động lớp phủ thành bãi chứa tỏa lớp phủ. Nhưng rõ ràng hơn cả là xuất - Xưởng sàng lọc khoáng sản: biến hiện của hệ thống đường xá, thông thường động lớp phủ thành nhà xưởng hoặc bãi là một con đường độc đạo khá rõ ràng dẫn sản xuất ngoài trời. từ mỏ ra ngoài hoặc kết nối với bãi đổ thải. - Đường giao thông: Biến động lớp Trong hình 4, tại mỏ đá Yên Hợp, Quỳ phủ thành đất giao thông Hợp, Nghệ An năm 2009 là chưa tiến hành khai thác; năm 2010 đã làm đường nối với - Biến động hệ thống sông suối, trung tâm xã, dọn dẹp bãi khai thác; năm kênh rạch và môi trường nước. 2011 xuất hiện thêm đường nối với bãi đổ - Biến động môi trường sinh thái thải và hồ nước do chặn dòng suối tại bãi rừng: rừng bị mất hoặc bị suy giảm đổ thải; năm 2012 không biến động thêm Những dấu hiệu trên có thể được khi khai thác ổn định. 32 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

(a) (b) Hình 3: (a) Đường dẫn nước khi mỏ mới bắt đầu hình thành,(b) Ao chứa nước hình thành khi mỏ đang khai thác

Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 Hình 4: Diễn tiến khu vực khai thác mỏ theo ảnh vệ tinh Landsat Các dấu hiệu biến đổi rõ ràng hơn độ khác nhau, độ chi tiết và độ chính xác nữa của quá trình khai thác mỏ lộ thiên khác nhau. là các nhà xưởng, thiết bị máy móc, vận 3.2. Khả năng phát hiện những tải và đặc biệt là mở vỉa khoáng sản khai dấu hiệu khai thác mỏ hầm lò bằng thác dần từng tầng. Tiếp theo là các giai công nghệ viễn thám đoạn khai thác bình thường, quá trình này bờ vỉa đạt mức cực đại, các bãi thải Từ những đặc điểm của khai thác tăng lên về khối lượng. Giai đoạn kết mỏ hầm lò, những dấu hiệu đặc trưng có thúc mỏ sẽ có nhiều dấu hiệu rõ ràng như thể nhận biết được gồm: việc tháo dỡ cơ sở hạ tầng nhà xưởng, - Các công trình mặt đất gồm: máy móc, các hồ nước xuất hiện, lớp + Mặt bằng tập kết vật liệu thực phủ được phủ trở lại. Những dấu + Nhà xưởng, công trình liên quan hiệu về lớp phủ, sông ngòi, thủy hệ và + Các thiết bị máy móc hệ thống nhà xưởng là những dấu hiệu rõ ràng nhất của khai thác mỏ lộ thiên + Phương tiện vận chuyển [8], tuy nhiên, tùy loại ảnh viễn thám mà + Bãi thải đổ có thể nhận biết những dấu hiệu ở cấp + Hệ thống đường xá. 33 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

phát hiện bằng radar giao thoa, … trên thực tế, dấu hiệu khai thác hầm lò không nhiều mà chủ yếu dựa trên việc phát hiện bãi mặt bằng tại cửa hầm. 3.3. Phát hiện các dấu hiệu khai thác gần cửa hầm lò làm suy giảm kết cấu địa chất Những dấu hiệu rõ ràng nhất có thể phát hiện được bằng công nghệ viễn thám đó là: - Xuất hiện các đối tượng mới: + Xuất hiện các bãi đất trống hoặc ruộng khai thác Hình 5: Khai thác hầm lò trên ảnh vệ tinh + Xuất hiện các bãi tập kết đất đá - Các dịch chuyển bề mặt đất do + Xuất hiện hệ thống đường xá ảnh hưởng của khai thác hầm mỏ tới địa + Xuất hiện các công trình nhà, chất công trình: Về cơ bản, khai thác mỏ xưởng hầm lò luôn cần diện tích mặt bằng đủ + Xuất hiện nhiều hố sâu với các lớn để tập kết đất đá, khoáng sản do quá ao hồ tụ nước, các kênh rạch thoát nước. trình đào bới hầm lò. Chính vì thế, biến + Xuất hiện nhiều phương tiện cơ động sử dụng đất từ loại đất rừng, đất giới vận chuyển. nông nghiệp sang các bãi tập kết đất đá là dấu hiệu rõ ràng đầu tiên cho công - Biến đổi lớp phủ: tác khai khoáng. Tiếp đến là nhà xưởng + Đất rừng và đất nông nghiệp bị với các máy phát điện để cung cấp ánh suy giảm thay thế bằng đất trống tập sáng và điện cho các thiết bị khai thác trung đất đá, rừng thưa, hoặc cây cỏ bụi dưới lò, các phương tiện để vận chuyển + Môi trường nước bị ảnh hưởng: đất đá cũng là dấu hiệu có thể nhận biết nước có hàm lượng SST tăng đột biến. khai khoáng, hệ thống đường xá để cho - Sạt lở bất thường trên địa bàn. các phương tiện vận chuyển có thể đi lại cũng là một dấu hiệu khác. Tuy nhiên, - Sụt lún bất thường trên địa bàn. trên các ảnh độ phân giải thấp dấu hiệu - Biến dạng của đường bờ ao hồ, này không rõ ràng. sông ngòi. Thông thường, nếu khai thác khoáng sản hầm lò, việc chống giữ hầm hết sức quan trọng, chống giữ hầm bằng gỗ nếu thực hiện ở khu vực vùng sâu thì gỗ rừng là rẻ nhất và dễ khai thác nhất, chính vì thế, sự suy giảm rừng là dấu hiệu đáng kể tiếp theo. Khai thác hầm lò cũng làm suy giảm kết cấu địa chất trong khu vực gây nên dịch chuyển bề mặt, dấu hiệu này có thể biểu hiện qua việc sạt lở bất thường ở trên địa bàn hoặc sụt lún trên bề mặt, sạt lở có thể phát hiện bằng ảnh Hình 6: Khai thác lộ thiên trên ảnh vệ viễn thám quang học còn sụt lún có thể tinh 34 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu 0,0 0,0 (m2) 27861,7 56662,4 25181,9 Diện tích 163088,6 biến động So sánh TK So sánh 7320,20721 2016 - 2017 Diện phép tích trái 100376 121948 107685 76041,1 16892,4 59282,7 27167,6 Năm 2017 (m2) Ảnh Sentinel-2 67653,9 trên ảnh Diện tích 110561,4 247359,3 358975,5 145298,7 258519,6 107684,7 ,0 (m2) 2016 -827,2 4263,8 -7320,2 19266,8 So sánh Diện tích -15287,7 TK 2015- 29770,62 biến động biến Diện phép tích trái 76041,1 72985,2 16892,4 52399,2 27167,6 85483,6 39545,8

Năm 2016 (m2) Ảnh Sentinel-2 67653,9 82502,8 trên ảnh Diện tích 219497,6 195886,9 103241,2 145298,7 201857,3 0,0 0,0 (m2) - 2015 8750,7 17153,1 22315,9 24939,2 So sánh TK 2014 Diện tích 112171,5 biến động biến 57282,7 49936,0 25592,4 59282,7 16006,3 85483,6 36619,4 trái phép Diện tích

Năm 2015 Ảnh Sentinel-2 (m2) 68481,1 78239,0 trên ảnh Diện tích 166116,3 110561,4 234785,3 126032,0 201857,3 Diện phép tích trái 11680,2 57282,7 33358,4 25592,4 52377,1 16006,3 85483,6

năm 2014 (m2) Ảnh Sentinel-2 53944,8 68481,1 53299,8 trên ảnh Diện tích 101810,7 103716,0 201857,3 217632,27

(m2) Diện phép 540000 650400 170000 123400 287400 196000 228600 tích cấp

6,5 hạn hạn cấp 30,0 12,5 14,0 12,5 15,0 Thời phép Không có thời phép đoàn Sàng được Công Công Đông TNHH Đơn vị nghiệp nghiệp và Vận và Vận Đông á CP Tập CP Công ty Công ty Công ty Công ty Công ty Nguyên Nguyên Nguyên thép Gia CP gang CP thăm dò/ Việt Thái Việt tải Chiến tải Chiến khai thác CP Gang CP CP Gang CP thép Thái thép thép Thái thép HTX Công HTX Công

phép Năm cấp 28/9/2007 17/5/2011 24/7/1993 31/3/2008 02/4/2009 12/3/2008 02/10/2008 Bảng 1. Đánh giá tình hình khai thác khoáng sản trái phép tỉnh Thái Nguyên bằng ảnh vệ tinh Mễ, Mễ, Phú Phú Phú Đạt, thác Lập, Vị trí Sơn, hành huyện huyện huyện huyện huyện huyện huyện Trung, Trung, Lương Lương Lương Mo, xã xã Khe xã Hoá dò/khai xã Linh xã Minh xã Phấn xã Phấn xã Động Đồng Hỷ Đồng Hỷ Đồng Hỷ Đồng Hỷ vực thăm Linh Sơn, chính khu chính

sắt sắt sắt sắt sắt sắt sản Loại Than khoáng

ngày phép UBND UBND UBND UBND UBND BTNMT BTNMT Số Giấy 380/TTg 676/GP- 663/GP- 475/QĐ- Ngày cấp 1219/GP- 2332/QĐ- 2040/QĐ- 24/7/1993 1 2 3 4 5 6 7 TT

35 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

phép 624,1 2057,9 3154,6 Mỏ khai thác trái 13144,3 22879,9

322325 34945,1 25504,8 39295,3 35051,8 72828,3

82763,9 38766,1 85293,1 78583,0 377445,8 200568,0724

-624,0 8697,2 -8358,1 -13144,3 -18040,7

16540 320804 37733,3 39078,3 16067,3

82139,9 82138,5 55703,1 375387,9 25621,85

0,0 0,0 0,0 5990,3 12122,0

34510,6 24320,7 35495,3 37140,7 329026,0

82763,9 38766,2 73441,3 73743,8 383746,0

329026 34510,6 24320,7 35495,3 36360,5

82763,9 38766,2 61319,3 67753,5 383746,0

75700 67000 41000 60000 52500 186700

9,5 23,5 30,0 30,0 21,4 15,0 Sơn Công Công ty CP ty CP ty CP ty CP TNHH Khánh Nhung sản An sản An Phú khoáng Công ty Công ty Công ty Công ty Cơ điện CP Thái CP mại Tân mại Thương Phương Cổ phần Cổ phần Ban Tích Ban luyện kim

4/6/2013 20/6/2011 20/6/2011 25/3/2005 04/1/2011 01/3/2006 30/11/2015 Phú Phú Đạt, Đạt, Cầu, Bình, Sông Chùa Động Long, Hang, huyện huyện huyện huyện huyện huyện Lương Lương xã Tân xã thị trấn thị trấn xã Phủ xã Hoà xã Hóa 571754, Lý và xã xã Động xã Động Đồng Hỷ Đồng Hỷ Đồng Hỷ Đồng Hỷ Trung và Trung Đạt (x,y= 2404674) đá đá đá titan titan đất sét UBND UBND UBND UBND 03/GP- BTNMT BTNMT 325/GP- 348/QĐ- Chưa có 3326/GP- 1041/GP- giấy phép 1179/GP- 8 9 11 10 12 13 14

36 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

3.4. Kết quả và ưu, nhược điểm diện tích biến động chứng tỏ khu vực của phương pháp khai thác đã được lan rộng thêm. - Các vùng khai thác khoáng sản - Thời kỳ 2016 - 2017 không thấy được điều vẽ thông qua dấu hiệu khai có sự biến động về diện tích cho thấy thác khoáng sản trên ảnh vệ tinh có độ giai đoạn này không có sự gia tăng về chính xác và chi tiết phụ thuộc vào độ diện tích mà tập trung vào khai thác chính xác tỉ lệ bản đồ cần thành lập. trong phần diện tích cũ và diện tích đã - Khu vực thực nghiệm tỉnh Thái mở rộng thêm ở giai đoạn trước Nguyên được sử dụng 3 loại ảnh vệ tinh Ưu, nhược điểm của phương pháp: với độ phân giải khác nhau để thành lập + Sử dụng ảnh vệ tinh cho phép các loại bản đồ khác nhau. Ảnh Landsat giám sát các hoạt động khai thác khoáng và ảnh Sentinel độ phân giải thấp (10 - sản trái phép từ xa, giám sát định kỳ 15m) được sử dụng cho thành lập bản hoặc bất thường, có độ tin cậy và độ đồ tỉ lệ 1/100.000, ảnh Planet (độ phân chính xác cao, thông tin khách quan, chi giải 2,5 - 5m) được sử dụng để thành lập phí hợp lý. bản đồ tỉ lệ 1/10.000. Việc sử dụng ảnh + Có thể giám sát định kỳ các hoạt động vệ tinh độ phân giải trung bình cho phép khai thác khoáng sản theo tháng, quý, năm giám sát khai thác khoáng sản trên diện + Tuy nhiên còn một số hạn chế: rộng, tần suất thu nhận ảnh liên tục, chi Ảnh vệ tinh quang học chịu tác động phí thấp. Ngoài ra, sử dụng ảnh vệ tinh của thời tiết như mây, mưa nên không độ phân giải cao, chi phí lớn phục vụ phải lúc nào cũng thu được ảnh giám sát các khu vực khai thác khoáng đẹp, đủ điều kiện giám sát khai thác sản với độ chính xác cao hơn để khẳng khoáng sản. định diễn biến khai thác khoáng sản tại những khu vực nghi ngờ có dấu hiệu 4. Giám sát khai thác khoáng sản khai thác khoáng sản trái phép. trái phép tại tỉnh Thái Nguyên Kết quả giám sát được thống kê 4.1. Các nguồn tư liệu sử dụng trong bảng thống kê trên, trong bài báo a) Tài liệu về cấp phép khai thác này chỉ tập trung vào phân tích một khoáng sản: Gồm hồ sơ cấp phép hoạt mỏ đặc biệt là các mỏ sắt trong địa bàn động khai thác khoảng sản cấp tỉnh và tỉnh Thái Nguyên. Ví dụ: mỏ sắt số 3 hồ sơ cấp phép hoạt động khai thác xã Minh Lập, huyện Đồng Hỷ (hình khoáng sản cấp Bộ 11) diện tích trên ảnh nhỏ hơn diện tích b) Các ảnh viễn thám sẽ được lựa cấp phép tuy nhiên vẫn có diện tích chọn phù hợp theo 2 cách: giám sát định trái phép vì khu vực khai thác trên ảnh kỳ và giám sát nhanh. Trong một số có một phần khai thác nằm ngoài ranh trường hợp khi có các thông tin về khai giới cấp phép. thác khoáng sản trái phép thì thu nhận - Thời kỳ 2014 - 2015 không có ảnh vệ tinh kịp thời để phục vụ điều tra, diện tích biến động trên ảnh, cho thấy kiểm tra hiện trường khai thác ngay lập khu vực khai thác không khai thác rộng tức. Ảnh vệ tinh Landsat, ảnh vệ tinh hơn mà tập trung khai thác trong phần Sentinel và ảnh vệ tinh Planet sử dụng diện tích đã khai thác được. cho khu vực Thái Nguyên theo sơ đồ - Thời kỳ 2015 - 2016 có một phần cảnh ảnh ở bảng 1 và hình 5. 37 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu

Bảng 2. Các thông tin về ảnh vệ tinh dùng cho giám sát khai thác khoáng sản Thái Nguyên Ảnh vệ Độ phân TT Số hiệu cảnh ảnh Ngày chụp tinh giải 1 LANDSAT LC81270452014019LGN00_19012014 19/01/2014 15 m 2 LANDSAT LC81270452015150LGN00_30052015 30/05/2015 15 m 3 LANDSAT LC81270452016153LGN00_01062016 01/06/2016 15 m 4 LANDSAT LC81270452016281LGN00_07102016 07/10/2016 15 m 5 LANDSAT LC81270452017091LGN00_01042017 01/04/2017 15 m 6 SENTINEL L1C_T48QWK_A010168_20170603T034152_03062017 03/06/2017 10 m S2A_OPER_MSI_L1C_TL_ 7 SENTINEL EPA__20151022T034524_20161213T182510_ 22/10/2015 10 m A001731_T48QXK_N02_04_01 S2A_OPER_MSI_L1C_TL_SGS__20161006T034331_2 8 SENTINEL 06/10/2016 10 m 0161006T084714_A006736_T48QWK_N02_04_01 9 PLANET 20170605_040110_4849018_RapidEye-4.tif 05/06/2017 5 m 10 PLANET 20170605_040110_4849017_RapidEye-4.tif 05/06/2017 5 m 11 PLANET 20170605_040107_4849117_RapidEye-4.tif 05/06/2017 5 m 12 PLANET 20170605_040106_4849118_RapidEye-4.tif 05/06/2017 5 m

Hình 7: Sơ đồ ảnh vệ tinh tỉnh Thái Nguyên 1.2. Phát hiện khai thác khoáng pháp giám sát đã được thực nghiệm: (1) sản trái phép tại tỉnh Thái Nguyên Giám sát tự động thông qua các phần Trong nghiên cứu này nhóm tác mềm chuyên dụng: dựa vào các mẫu đã giả đã lựa chọn các điểm có khai thác được lựa chọn tiến hành phân loại sơ khoáng sản diễn ra trên khu vực Thái bộ khu vực khai thác khoáng sản trên Nguyên, ảnh viễn thám được xử lý ảnh Landsat có độ phân giải trung bình. (hiệu chỉnh, gộp kênh và cắt theo khu Phương pháp này cho phép xác định vực) phù hợp với việc quan sát, giám nhanh, trên diện rộng nhưng nhưng còn sát và phát hiện vùng khai thác khoáng bị lẫn một số ít các lớp đối tượng không sản cũng như phát hiện khai thác trái khai thác. (2) Giám sát thông qua các phép tại tỉnh Thái Nguyên. Các phương tác nghiệp viên chuyên nghiệp: trên cơ 38 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu sở ảnh giám sát ảnh tỷ lệ trung bình đã (2). Kết quả đã được kiểm chứng thông phân loại ở bước trên, các tác nghiệp qua số liệu khảo sát điều tra thực địa cho viên sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải thấy các khu vực khai thác khoáng sản cao kết hợp với dữ liệu thực địa để với phạm vi nhỏ lẻ diễn ra hầu hết trên khoanh vùng chính xác các khu vực có toàn khu vực. Các trường hợp phổ biến khai thác mỏ. (3) Giám sát kết hợp với khi phát hiện vùng khai thác khoáng sản các tài liệu cấp phép khai thác khoáng trái phép là: (i) vùng khai thác trên ảnh sản: các khoanh vùng cấp phép khai vệ tinh không trùng khớp vùng cấp phép thác khoáng sản được tích hợp cùng các khai thác khoáng sản và (ii) vùng khai khoanh vi xác định các khu vực có khai thác trên ảnh vệ tinh vượt quá vùng cấp thác khoáng sản phát hiện ở bước (1) và phép (hình 6).

Hình 8: Hiện trạng khai thác khoáng sản tại tỉnh Thái Nguyên qua ảnh vệ tinh năm 2017 Năm 2014 Năm 2015 Năm 2016 Năm 2017

Hình 9: Diễn biến khai thác than tại xã Phấn Mễ, huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên (màu đỏ: ranh giới cấp phép, màu xanh, vàng, tím,…thể hiện ranh giới khai thác các năm) 39 Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 20 - năm 2018 Nghiên cứu