ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý tài nguyên và môi trường

Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM Khoa Môi Trương Và Tài Nguyên Báo Cáo Ứng dụng GIS và Viễn thám trong quản lý tài nguyên và môi trường Chủ đề Ứng dụng viễn thám trong phân tích đánh giá sự cố tràn dầu và thành lập bản đồ nhạy cảm môi trường do sự cố tràn dầu Nhóm 9 STT Họ Tên MSSV 01 Đinh Hồ Quốc Duy 1811702 02 Nguyễn Duy Sơn 1813850 03 Huỳnh Lê Mỹ Quyên 1914871 Thành viên nhóm MỤC LỤC I Giới thiệu về dầu thô 1 Khái niệm 2 Thực trạng sự có tràn dầu II Phương pháp phân tích Công nghệ viễn thá.

Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Môi Trương Và Tài Nguyên Báo Cáo Ứng dụng GIS Viễn thám quản lý tài nguyên môi trường Chủ đề: Ứng dụng viễn thám phân tích đánh giá cố tràn dầu thành lập đồ nhạy cảm mơi trường cố tràn dầu Nhóm: Thành viên nhóm: STT Họ Tên MSSV 01 Đinh Hồ Quốc Duy 1811702 02 Nguyễn Duy Sơn 1813850 03 Huỳnh Lê Mỹ Quyên 1914871 MỤC LỤC I/ Giới thiệu dầu thơ 1/ Khái niệm: 2/ Thực trạng có tràn dầu: II/ Phương pháp phân tích Cơng nghệ viễn thám kết hợp GIS phân tính đánh giá cố tràn dầu biển III/ Bản đồ nhạy cảm môi trường cố tràn dầu 1/ Yếu tố xây dựng: 1.1/ Chỉ số phơi nhiễm 1.2/ Chỉ số tổn thương 2/ Thành lập đồ nhạy cảm: 2.1/ Các thành phần liên quan đến tính phơi nhiễm 2.2/ Các thành phần liên quan đến tính dễ tổn thương Cơ sở liệu ESI lớp thông tin địa lý Kết luận kiến nghị I/ Giới thiệu dầu thơ: Khái niệm: Dầu mỏ hay cịn gọi dầu thô chất lỏng sánh đặc màu nâu ngả lục Dầu mỏ tồn lớp đất đá số nơi vỏ Trái đất Dầu mỏ hỗn hợp hóa chất hữu thể lỏng đậm đặc, phần lớn hợp chất hydrocarbon với nhiều thành phần chưa loại bỏ lưu huỳnh, nitơ nhiều kim loại nặng Khi dầu loang, làm giame ánh sáng xuyên vào nước, hạn chế khả quang hợp thực vật biển, làm ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn hệ sinh thái Thực trạng cố tràn dầu: Hiện nay, cố tràn dầu mối hiểm họa tiềm tàng quốc gia ven biển Tràn dầu xem dạng tai biến có nguồn gốc người gây tác hại nghiêm trọng Các tác hại điển hình tràn dầu kể đến như: gây nhiễm môi trường nước, gây ô nhiễm cảnh quan khu vực bờ, gây tác động đến loài sinh vật làm giảm đa dạng sinh học vv , khơng dừng đó, tác hại kể kéo theo nhiều tác hại khác làm giảm suất nuôi trồng thủy hải sản, làm giảm sản lượng cá đánh bắt làm giảm tiềm du lịch đường bờ bị ô nhiểm dầu Các vụ tràn dầu lớn giới kể đến vụ tràn dầu tàu Exxon Valdez vịnh Alaska năm 1989, thảm họa bồn chứa Amoco Haven Địa Trung Hải (Ý) hay gần thảm họa tràn dầu Vịnh Mexico Ở Việt Nam khoảng 20 năm trờ lại xảy nhiều vụ tràn dầu nghiêm trọng vụ tràn dầu vùng biển Vũng Tàu, vụ tràn dầu Đà Nẵng vv… Ngoài ra, vụ tràn dầu sông diễn với mật độ ngày cao Các vụ tràn dầu sơng kể đến như: vụ tràn dầu sông Trà Khúc công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi gây với lượng dầu đen (FO) nhà máy tràn sông Trà Khúc khoảng 14,5 tấn; vụ tràn dầu sông Vàm Cỏ Đông va chạm tàu thuộc địa phận xã Tân Chánh, huyện Cần Đước tỉnh Long An ngày 08/01/2008; vụ tràn dầu sông Đồng Nai đường ống dẫn dầu xà lan Công ty TNHH Vận tải Đằng Giang bị hỏng gây tràn dầu sông hay vụ tràn dầu ngày 10/02/2012, sông Đồng Nai (đoạn giáp ranh xã Phú Hữu, H.Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai xã Phú Xuân, H.Nhà Bè, TP.HCM) tai nạn giao thông đường thủy tàu, làm 8.000 lít dầu tràn sơng II/ Phương pháp phân tích: Cơng nghệ viễn thám kết hợp GIS phân tính đánh giá cố tràn dầu biển: Trong điều kiện Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với GIS phục vụ giám sát cố ô nhiễm dầu tràn giải pháp hữu hiệu khả thi Dầu loang khiến độ nhám mặt biển, sơng thay đổi, sử dụng ảnh radar thấy khác biệt nhận biết vệt dầu Tùy nguyên nhân khác mà hình thái vệt dầu khác nhau, dựa vào việc phân tích thời gian, địa điểm hình thái ghi nhận vệt dầu xác định đươc nguồn gốc chúng Tính ưu việt công nghệ viễn thám khả bao quát rộng, thu nhận hình ảnh nhanh, đa thời gian xác định tính chất đối tượng mặt đất thơng qua việc phân tích suy giải ảnh vệ tinh radar Để phát nguyên nhân tràn dầu độ loang tỏa cần sử dụng loại tư liệu viễn thám đa thời gian bao gồm ảnh radar ảnh quang học * Ảnh viễn thám radar có tính chất: – Sóng radar cịn gọi vi sóng (microwave), dải sóng quang phổ điện từ, có bước sóng khác khoảng 0.8 cm – 1.0 m với giải tần số khác từ 1.000 – 125.000 MHZ cho kênh: Ku, Ka, X, C, S, L, P – Độ phân giải: m, 10 m, 12.5 m…, 100 – 300 m – Sóng radar truyền qua điều kiện khí sương mù, mưa nhẹ, tuyết khói, khơng bị ảnh hưởng điều kiện thời tiết Việt Nam nhiều mây, có khả xun qua mặt đất, thu thơng tin vật gần mặt đất, đo độ gồ ghề… Do có bước sóng tần số khác ảnh radar nhạy cảm với mơi trường nhám nhẵn Các vệt dầu loang biển thể màu đen ảnh radar dầu cản sóng, làm cho bề mặt nhẵn Tuy nhiên sử dụng ảnh radar cần kết hợp với thơng tin khác cường độ gió, độ cao sóng biển, trường nhiệt… Một số hình ảnh Radar * Ảnh viễn thám quang học có tính chất: – Đa phổ (kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt); Một số loại ảnh có khả lập thể; độ phân giải có nhiều loại: cao 0.61 m – 2.50 m, trung bình thấp; Bị ảnh hưởng thời tiết nhiều mây Việt Nam Trên giới có số nước nghiên cứu thành cơng ứng phó với cố tràn dầu chủ yếu xác định vị trí cố sở ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh radar loại ảnh: ENVISAT ASAR, ALOS PALSAR, RADARSAT… Để phát ngun nhân cố nhiễm dầu biển loang tỏa cần sử dụng nhiều loại tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian (đặc biệt ảnh radar không bị ảnh hưởng điều kiện thời tiết Việt Nam nhiều mây ENVISAT ASAR (Phân giải 25 – 1000 m; Độ phủ 50 – 500 km), ALOS PALSAR (Phân giải 10 – 1000 m; Độ phủ 100 – 350 km), RADARSAT (Phân giải 10 – 100 m; Độ phủ 100 – 350 km), chụp khu vực nhạy cảm biển như: mỏ khai thác dầu, điểm khoan thăm dị dầu khí khu vực hoạt động tàu chở dầu Một số ảnh quang học * Các bước tiến hành sau: • Phân tích, thu thập thông tin cảnh ảnh khu vực cần quan tâm, tra cứu thơng tin ảnh có từ website nhà cung cấp ảnh, lựa chọn loại ảnh, Mode thu nhận, độ phân giải không gian thời điểm đặt ảnh; • Thu thập tài liệu, số liệu đồ, vị trí dàn khoan có vùng Biển Đơng, báo giám sát mơi trường biển; • Xử lý thơng tin nhanh từ cảnh ảnh QuickLook thu nhận được, phát dấu hiệu tương đối • Xử lý lọc nhiễu thơ để áp dụng phương pháp tự động phát đối tượng có giá trị phản xạ thấp đối tượng nghi ngờ khác; • Nghiên cứu ứng dụng thuật toán để xử lý ảnh radar, tự động dị tìm đối tượng, phân loại ảnh; • Phân tích đối tượng thu nhận sở kết hợp với thông tin tư liệu khác khí tượng, thủy văn… • Tổng hợp, đánh giá, hồn thiện q trình suy giải ảnh; • Thành lập đồ xây dựng CSDL khu vực có dầu loang; • Lập báo cáo tổng hợp kết Kết đạt từ vệ tinh ảnh viễn thám gồm có: + Bản đổ trạng vị trí vết nhiễm dầu từ IS + Vị trí vết nhiễm dầu, nguồn gây ô nhiễm dầu ảnh vệ tinh radar + Bảng tổng hợp kết vị trí, diện tích vết dầu loang, nguồn gây nhiễm dầu vùng biển Việt Nam (theo ảnh ENVISAT ASAR ALOS PALSAR) + Các thơng tin gió, dịng chảy, nhiệt độ thu thập phương pháp viễn thám vùng biển Việt Nam từ IS III/ Bản đồ nhạy cảm môi trường cố tràn dầu: Các yếu tố xây dựng đồ nhạy cảm Chỉ số ESI (Environmetal Sensitivity Index) xây dựng Tổ chức Đại dương Khí Mỹ Bản đồ ESI bao gồm số phơi nhiễm tài nguyên dễ bị tổn thương cố tràn dầu Hệ thống số nhạy cảm môi trường xây dựng sở tham khảo, so sánh tài liệu ngồi nước khu vực có đặc điểm với khu vực nghiên cứu Đồng thời việc tham khảo ý kiến chuyên gia kết hợp khảo sát thực địa vùng nghiên cứu để từ xây dựng đồ nhạy cảm Chỉ số nhạy cảm môi trường (ESI) cố tràn dầu tính theo công thức: ESI = Chỉ số phơi nhiễm + Chỉ số tổn thương Ứng dụng GIS xây dựng đồ nhạy cảm đường bờ sông đại bàn nhằm ứng phó cố tràn dầu Yếu tố tự nhiên Dạng đường bờ Độ cong đường bờ Yếu tố kinh tế- xã hội Mật độ thủy hệ Hiện trạng sử dụng đất Tàinguyên nhân sinh Chỉ số phơi nhiễm Chỉ số tổn thương Bản đồ nhạy cảm môi trường theo độ cong Bản đồ nhạy cảm môi trường theo mật độ thủy Bản đồ nhạy cảm mơi trường theo loại hình SDĐ Bản đồ số nhạy cảm theo tính tổn thương loại đường bờ Bản đồ số nhạy cảm theo tính tổn thương tài nguyên nhân sinh Bản đồ số nhạy cảm theo tính phơi nhiễm tài nguyên nhân sinh Bản đồ nhạy cảm đường bờ sơng địa bàn nhằm ứng phó cố tràn dầu Sơ đồ khối thành lập đồ nhạy cảm cố tràn dầu Giá trị Tài nguyên nhân sinh 1.1 Chỉ số phơi nhiễm Chỉ số phơi nhiễm đánh giá khả bị tác động dầu loang, xác đinh yếu tố: 1.1.1 Yếu tố kinh tế - xã hội: a) Tài nguyên nhân sinh Các loại cơng trình cầu, cảng, khu ni trồng thủy sản có đặc điểm nằm gần mép nước nên có tính phơi nhiễm cao loại cơng trình khác Việc lên danh sách xác định vị trí dạng tài nguyên nhân sinh thực qua việc khảo sát thực địa tham khảo tài liệu Cụ thể sau: + Tài liệu dạng cơng trình nhân sinh Di tích văn hóa – lịch sử hay Khu vui chơi giải trí thu thập từ trang Web Sở Văn hóa Thể thao du lịch tỉnh khu vực nghiên cứu + Thông tin dạng tài nguyên nhân sinh khác Khu vực nuôi trồng thủy sản, Cảng, Kho xăng dầu thu thập từ trình thực địa, định vị GPS b) Hiện trạng sử dụng đất Hiện trạng sử dụng đất yếu tố kinh tế - xã hội xác định tính phơi nhiễm Những loại hình sử dụng đất liên quan chặt chẽ đến sử dụng nước có tính phơi nhiễm cao với cố tràn dầu 1.1.2 Yếu tố đặc điểm tự nhiên a) Mật độ dịng chảy Khu vực có mật độ dịng chảy nhánh kênh, rạch cao có khả cao bị thiệt hại cố tràn dầu vết dầu loang theo triều len vào sâu bên Hiện tượng gây khó khăn cho việc thu gom dầu loang Việc tính mật độ dòng chảy khu vực thực phần mềm GIS Lớp liệu thủy hệ khu vực nghiên cứu tách từ liệu sử dụng đất Thủy hệ sau chia theo ranh giới phường xã Diện tích mặt nước liên quan đến thủy hệ đơn vị phường, xã sau tính sử dụng cơng cụ thống kê GIS b) Độ cong đường bờ Độ cong đường bờ yếu tố đóng góp đáng kể việc xác định tính phơi nhiễm Những khu vực có độ cong đường bờ thấp vết dầu loang thường tập trung tác động dịng chảy, nên có tính phơi nhiễm với tác hại dầu loang Độ cong đường bờ xác định chiều dài cong đường bờ (chiều dài thực) chia chiều dài thẳng (chiều dài đoạn thẳng nối liền điểm đầu điểm cuối đường bờ) Đường bờ tách từ lớp thủy hệ đồ trạng sử dụng đất, sau sử dụng cơng cụ GIS để chia đường bờ theo đơn vị hành (phường, xã) Chiều dài thẳng đường bờ tính cơng thức Pythagore với đầu vào kinh độ vĩ độ điểm đầu điểm cuối đoạn đường bờ xét: d= ( x2 − x1)2 + (y2- y1)2 Trong đó: d: chiều dài thằng x1, x2: kinh độ điểm đầu, điểm cuối y1, y2: vĩ độ điểm đầu, điểm cuối Chiều dài cong (chiều dài thực) đường bờ tính công cụ GIS, chiều dài thực đường bờ thực chất tổng chiều dài thẳng đoạn (Segment) giới hạn điểm (Vertex) 1.2 Chỉ số tổn thương Chỉ số tổn thương tính dựa giá trị kinh tế xã hội Chỉ số xác định dựa yếu tố sau: 1.2.1 Các dạng đường bờ Loại đường bờ chia làm loại Đường bờ cơng trình Đường bờ tự nhiên Đường bờ cơng trình có giá trị kinh tế cao đường bờ tự nhiên, đồng thời loại cơng trình liền với hoạt động kinh tế - xã hội hay tài nguyên nhân sinh có giá trị Đường bờ tách từ lớp thủy hệ liệu trạng sử dụng đất Loại đường bờ xác định phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh (Google Earth, Landsat) kết hợp với khảo sát thực địa Việc nhận dạng đường bờ cơng trình ảnh vệ tinh thực với khóa giải đốn: - Đường bờ dạng tuyến - Thường kèm với khu vực dân cư hay khu công nghiệp, cảng Màu sáng so với màu sẫm đường bờ tự nhiên 1.2.2 Tài nguyên nhân sinh Giá trị tài nguyên nhân sinh đối tượng Khu công nghiệp hay Cảng tài nguyên có giá trị kinh tế cao Thành lập đồ nhạy cảm môi trường: 2.1 Các thành phần liên quan đến tính phơi nhiễm Các thành phần liên quan đến tính phơi nhiễm chia thành nhóm nhóm yếu tố điều kiện tự nhiên nhóm yếu tố kinh tế - xã hội 2.1.1 Nhóm yếu tố tự nhiên Nhóm yếu tố tự nhiên bao gồm Mật độ dòng chảy Độ cong đường bờ a) Mật độ dòng chảy Mật độ dòng chảy tính diện tích mặt nước chia tổng diện tích đơn vị hành (phường, xã) b) Độ cong đường bờ Độ cong đường bờ xác định chiều dài cong đường bờ (chiều dài thực) chia chiều dài thẳng (chiều dài đoạn thẳng nối liền điểm đầu điểm cuối đường bờ) Kết nhỏ chiều dài thẳng đường bờ gần giá trị chiều dài thực nên độ cong đường bờ nhỏ ngược lại Các khu vực cù lao, có đặc trưng đường bờ khép kín nên khơng thể tính chiều dài thẳng, độ cong đường bờ mặc định cho giá trị lớn cho khu vực Điều hợp lí nghiên cứu tính nhạy cảm với tràn dầu cù lao thực tế có tính phơi nhiễm cao với vết dầu loang 2.1.2 Nhóm yếu tố Kinh tế - Xã hội Nhóm yếu tố Kinh tế - Xã hội bao gồm Sử dụng đất Tài nguyên nhân sinh a) Sử dụng đất Đối với yếu tố sử dụng đất, đặc trưng nghiên cứu tính nhạy cảm với tràn dầu, nên các loại sử dụng đất khu vực nghiên cứu chia thành nhóm: Sử dụng đất liên quan trực tiếp đến sử dụng tài nguyên nước Sử dụng đất không liên quan đến sử dụng tài nguyên nước Nhóm sử dụng đất liên quan đến sử dụng tài nguyên nước chủ yếu nhóm đất nơng nghiệp ni trồng thủy sản đất cơng trình thủy lợi Nhóm sử dụng đất liên quan đến sử dụng tài nguyên nước loại hình đất phi nơng nghiệp Tính phơi nhiễm khu vực xác định diện tích sử dụng đất liên quan đến tài nguyên nước khu vực b) Tài nguyên nhân sinh Đối tượng phơi nhiễm xét đến dạng tài nguyên nhân sinh hay hoạt động kinh tế - xã hội có độ phơi nhiễm cao với nhiễm dầu tràn Phổ biến loại hình tài nguyên nhân sinh có mức độ phơi nhiễm cao Cảng, Khu nuôi trồng thủy sản hoạt động gắn liền với tài nguyên nước Để tính ESI, loại tài nguyên nhân sinh gán trọng số thành phần khác tùy theo tính phơi nhiễm 2.2 Các thành phần liên quan đến tính dễ tổn thương Các thành phần liên quan đến tính dễ tổn thương bao gồm yếu tố Loại đường bờ (Nhóm yếu tố tự nhiên) Tài nguyên nhân sinh (Nhóm yếu tố kinh tế xã hội) 2.2.1 Nhóm yếu tố tự nhiên (Loại đường bờ) Đường bờ khu vực nghiên cứu chia làm loại Đường bờ tự nhiên Đường bờ có cơng trình xét đến tính dễ tổn thương Đường bờ có cơng trình đê, kè, bờ bao thường gắn liền với tài nguyên nhân sinh có giá trị cao khu dân cư, nghỉ dưỡng, ngược lại với đường bờ tự nhiên thường kèm với bãi triều nhỏ hay loại hình sử dụng đất có giá trị 2.2.2 Nhóm yếu tố kinh tế - xã hội (Tài nguyên nhân sinh) Tính tổn thương liên quan đến cơng trình nhân sinh xác định giá trị kinh tế dạng tài nguyên nhân sinh Các đối tượng Khu công nghiệp, Cảng, Kho xăng dầu có giá trị kinh tế cao với đối tượng Khu vực nuôi trồng thủy sản, Vui chơi giải trí Di tích văn hóa lịch sử nên có trọng số thành phần cao →Bằng phương pháp GIS, đoạn đường bờ với thuộc tính khác cấu tạo, độ cơng, mật độ thủy hệ, yếu tố kinh tế - xã hội sử dụng đất, tài nguyên nhân sinh, đa dạng sinh học… xây đựng Sử dụng công cụ chồng lớp ArcGIS gán giá trị cho trọng số ta xây dựng đồ nhạy cảm cố tràn dầu biển Bản đồ số nhạy cảm nhánh sơng Đồng Nai phục vụ ứng phó cố tràn dầu Bản đồ số nhạy cảm nhánh sơng Sài Gịn phục vụ ứng phó cố tràn dầu Cơ sở liệu ESI chia thành lớp bao gồm: - Lớp ESI Lớp đường bờ Lớp cơng trình nhân sinh Lớp tài nguyên sinh vật Lớp thủy hệ Lớp sử dụng đất Lớp ranh giới hành Lớp phân mảnh đồ 1/50.000 Các lớp thơng tin địa lý có quan hệ với bảng thuộc tính bao gồm: - Bảng nguồn liệu Bảng thơng tin cơng trình nhân sinh Bảng thơng tin sử dụng đất •Kết luận : Chỉ số nhạy cảm môi trường (ESI) xây dựng dựa số phơi nhiễm số tổn thương cố tràn dầu Những yếu tố ảnh hưởng đến tính nhạy cảm đường bờ bao gồm thuộc tính khác cấu tạo đường bờ, độ cong đường bờ, mật độ thủy hệ, yếu tố kinh tế xã hội sử dụng đất, tài nguyên nhân sinh giá trị tài nguyên nhân sinh, đa dạng sinh học •Kiến nghị : Để việc ứng cứu cố tràn dầu hiệu có tính khả thi cao, cần thiết phải dựng thực việc chạy mơ hình tràn dầu cho khu vực nghiên cứu để dự đốn đường dầu theo mùa, ảnh hưởng triều, khu vực ven bờ có khả bị dầu tấp vào Ngoài ra, cần thực việc đánh giá nguy mơi trường Báo cáo tóm tắt đề tài nghiên cứu khoa học Xây dựng đồ nhạy cảm đường bờ sơng địa bàn tỉnh Bình Dương nhằm ứng phó cố tràn dầu 42 (Environmental Risk Asessment) xảy cố tràn dầu ngồi việc thiết lập đồ nhạy cảm, mơ hình tràn dầu cịn cần thực việc tính tốn xác suất xảy rủi ro, đánh giá hậu xảy dầu Cần xác định rõ liệu tài nguyên sinh học, đặc biệt xác định khơng gian phân bố tập tính lồi  ... dụng đất liên quan trực tiếp đến sử dụng tài nguyên nước Sử dụng đất không liên quan đến sử dụng tài nguyên nước Nhóm sử dụng đất liên quan đến sử dụng tài nguyên nước chủ yếu nhóm đất nông nghiệp... Phương pháp phân tích: Cơng nghệ viễn thám kết hợp GIS phân tính đánh giá cố tràn dầu biển: Trong điều kiện Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với GIS phục vụ giám sát cố ô nhiễm... Nhóm sử dụng đất liên quan đến sử dụng tài nguyên nước loại hình đất phi nơng nghiệp Tính phơi nhiễm khu vực xác định diện tích sử dụng đất liên quan đến tài nguyên nước khu vực b) Tài nguyên