Ứng dụng phương pháp viễn thám nhiệt trong phát hiện và giám sát cháy ngầm khu vực khai thác mỏ

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu của đề tài 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 4. Nội dung của đề tài 3 5. Phương pháp nghiên cứu 3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu 4 7. Kết cấu đồ án……………………………………………………………... 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 1.1 Tổng quan về cháy ngầm 5 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trong ứng dụng phương pháp viễn thám nhiệt phát hiện cháy ngầm 9 1.3 Tổng quan về công nghệ viễn thám và khả năng ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên, môi trường 13 1.3.1 Lịch sử ra đời và phát triển của công nghệ viễn thám 13 1.3.2 Các thành phần chính của một hệ thống viễn thám 18 1.3.3 Nguyên lý hoạt động của viễn thám 20 1.4 Một số tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt cơ bản 22 1.5 Ứng dụng của viễn thám hồng ngoại nhiệt 26 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT TỪ TƯ LIỆU ẢNH HỒNG NGOẠI NHIỆT LANDSAT 31 2.1 Nguyên lý bức xạ nhiệt của vật chất 31 2.2 Các định luật bức xạ điện từ 34 2.3 Nguyên lý hoạt động của viễn thám hồng ngoại nhiệt 37 2.4 Phương pháp chiết tách thông tin nhiệt độ bề mặt từ tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat 38 2.4.1 Phương pháp chuyển đổi giá trị số nguyên của ảnh về giá trị bức xạ điện từ 38 2.4.2 Phương pháp xác định nhiệt độ độ chói (brightness temperature) 40 2.4.3 Phương pháp xác định độ phát xạ bề mặt 42 2.4.4 Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt 46 2.5 Quy trình xác định nhiệt độ bề mặt từ tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 47 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT VÀ PHÁT HIỆN CHÁY NGẦM KHU VỰC MỎ THAN KHÁNH HÒA, TỈNH THÁI NGUYÊN 51 3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên, xã hội khu vực nghiên cứu 51 3.2 Đặc điểm tư liệu viễn thám sử dụng trong nghiên cứu 55 3.3 Kết quả xác định nhiệt độ bề mặt 58 3.4 Kết quả phát hiện cháy ngầm khu vực mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 1. Kết luận 70 2. Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

LỜI CẢM ƠN Đồ án hoàn thành giúp đỡ thầy cô giáo Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội, đặc biệt thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trịnh Lê Hùng – Học viện Kỹ thuật Quân Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo, động viên tận tình hướng dẫn hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Trắc địa – Bản đồ Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội giảng dạy trình học tập, trình thực đồ án Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2016 Tác giả LÊ HUY HIỆP i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i MỤC LỤC .ii DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH xii MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 Nội dung đề tài Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn nghiên cứu Kết cấu đồ án .4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về cháy ngầm Cháy ngầm ở vỉa than Jharia (Ấn Độ), bắt đầu từ năm 1911, đến tiếp diễn Số lượng điểm cháy khoảng 60 – 70 điểm, diện tích 700 km2 Cháy than ở Jharia gây nên tình trạng ô nhiễm không khí vô nghiêm trọng, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sống sức khỏe người dân ở bang Jharkhand Có vụ cháy phá hủy 250 nhà chỉ vòng vài Theo ước tính nhà khoa học, với lượng than lòng đất, khu vực sẽ chịu cảnh bốc cháy vòng 3800 năm ii Cháy ngầm khu vực khai thác than thuộc tỉnh East Kalimantan (Indonesia): có khoảng 150 điểm cháy, diện tích 500 000 hecta kéo dài hàng chục năm .6 Cháy ngầm bang Centralia, Pennasylvania (Mỹ): bắt đầu năm 1962, diện tích cháy khoảng 160 – 200 hecta Cả khu vực rộng lớn ở Pennasylvania trở thành khu vực bỏ hoang, bị ô nhiễm nặng nề không có dân cư sinh sống Ngoài ra, ở Mỹ có hàng chục khu vực bị ảnh hưởng cháy mỏ than Vụ cháy ngầm ở Colorado (Mỹ) bắt đầu từ năm 1910 đến chiều dài 30 dặm Ở Việt Nam, tượng cháy ngầm ghi nhận ở nhiều mỏ than với quy mô khác Một số vụ cháy nhỏ ghi nhận ở mỏ than Hà Lầm, Thống Nhất, Khe Chuối, Hồng Thái (tỉnh Quảng Ninh) năm 2004, 2011 Ngoài ra, có vụ cháy ở quy mô tương đối lớn ở mỏ than Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam (năm 2011 đến nay), mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên (từ năm 2007 đến nay) Nhìn chung, vụ cháy ngầm ở mỏ than gây những thiệt hại nghiêm trọng sản xuất môi trường sống người dân [3,4] 1.2 Tình hình nghiên cứu nước ứng dụng phương pháp viễn thám nhiệt phát cháy ngầm a) Ngoài nước .9 Phương pháp viễn thám nhiệt với những ưu điểm nổi bật so với phương pháp nghiên cứu truyền thống sử dụng rộng rãi giới chiết tách thông tin nhiệt độ bề mặt phục vụ phát cảnh báo sớm cháy ngầm Cracknell A.P., Mansor S.B (1992), Prakash nnk (1999), Prasun iii K.G (2005) sử dụng tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat TM nhằm phát tính toán diện tích cháy ở vỉa than Jharia, Ranigaji (Ấn Độ) .9 Voight nnk (2004) sử dụng tư liệu viễn thám nhằm phát theo dõi cháy ngầm sở quan sát những thay đổi bề mặt khu vực khai thác mỏ 10 Misha nnk (2012, 2014) sử dụng tư liệu viễn thám đánh giá hàm lượng bụi không khí khu vực cháy mỏ than Jharia (Ấn Độ) xác định mối quan hệ giữa giữa nhiệt độ tính toán từ ảnh vệ tinh nhiệt độ bề mặt Từ nghiên cứu này, Misha chứng minh rằng hàm lượng bụi không khí ở phía đông vỉa than Jharia cao rất nhiều so với phía tây ảnh hưởng cháy mỏ 10 Chen Y nnk (2007), Hongyuan Huo nnk (2014) kết hợp sử dụng tư liệu viễn thám nhiệt, tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao kết điều tra thực địa để phát dự báo cháy ngầm ở mỏ than thuộc khu tự trị Nội Mông vỉa than Rujigou (Trung Quốc) 10 11 Gautam R.S et al (2008) xây dựng thuật toán phát điểm dị thường về nhiệt ở vỉa than Jharia (Ấn Độ) từ tư liệu ảnh vệ tinh NOAA/AVHRR 11 Nhìn chung, nghiên cứu chứng minh tính hiệu những ưu điểm quan trọng phương pháp viễn thám hồng ngoại nhiệt nghiên cứu giám sát tượng cháy ngầm ở mỏ than .11 b) Trong nước .11 Viễn thám hồng ngoại nhiệt ba loại công nghệ viễn thám So với viễn thám quang học, viễn thám siêu cao tần, viễn thám hồng ngoại nhiệt ít ứng dụng ở Việt Nam Hầu hết nghiên cứu ứng dụng phương pháp viễn thám nhiệt dừng lại ở xác định nhiệt độ bề mặt iv phục vụ công tác giám sát tượng đảo nhiệt đô thị (urban heat island) đánh giá độ ẩm đất Có thể kể đến nghiên cứu Trần Thị Vân (2011), Trịnh Lê Hùng (2014), Bùi Quang Thành (2015) sử dụng tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat, Aster khảo sát phân bố nhiệt độ bề mặt khu vực đô thị đánh giá mối quan hệ giữa nhiệt độ lớp phủ Trần Hùng (2004), Trịnh Lê Hùng (2015) sử dụng tư liệu viễn thám nhiệt phân vùng mức độ hạn hán khu vực Tây Nguyên Nam Bộ sở chỉ số khô hạn nhiệt độ – thực vật TVDI (Temperature Vegetation Dryness Index) 11 Cho đến ở Việt Nam chỉ có số nghiên cứu mang tính thử nghiệm Trịnh Lê Hùng (2014, 2015) xác định nhiệt độ bề mặt khu vực khai thác than Trong nghiên cứu này, tác giả thử nghiệm cho khu vực mỏ than Nông Sơn, tỉnh Quảng Nam xây dựng phần mềm chiết tách thông tin nhiệt độ bề mặt từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat [1-6] 12 13 1.3 Tổng quan về công nghệ viễn thám khả ứng dụng nghiên cứu tài nguyên, môi trường 13 1.3.1 Lịch sử đời phát triển công nghệ viễn thám 13 1.3.2 Các thành phần chính hệ thống viễn thám 18 1.3.3 Nguyên lý hoạt động viễn thám .20 1.4 Một số tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt 22 1.5 Ứng dụng viễn thám hồng ngoại nhiệt 26 Kết luận chương 30 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT TỪ TƯ LIỆU ẢNH HỒNG NGOẠI NHIỆT LANDSAT .31 2.1 Nguyên lý xạ nhiệt vật chất .31 2.2 Các định luật xạ điện từ 34 v 2.3 Nguyên lý hoạt động viễn thám hồng ngoại nhiệt 37 2.4 Phương pháp chiết tách thông tin nhiệt độ bề mặt từ tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat .38 2.4.1 Phương pháp chuyển đổi giá trị số nguyên ảnh về giá trị xạ điện từ 38 2.4.2 Phương pháp xác định nhiệt độ độ chói (brightness temperature) .40 2.4.3 Phương pháp xác định độ phát xạ bề mặt .42 2.4.4 Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt 46 2.5 Quy trình xác định nhiệt độ bề mặt từ tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT .47 Kết luận chương 50 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT VÀ PHÁT HIỆN CHÁY NGẦM KHU VỰC MỎ THAN KHÁNH HÒA, TỈNH THÁI NGUYÊN 51 3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên, xã hội khu vực nghiên cứu 51 3.2 Đặc điểm tư liệu viễn thám sử dụng nghiên cứu 55 3.3 Kết xác định nhiệt độ bề mặt 58 3.4 Kết phát cháy ngầm khu vực mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên 64 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .70 Kết luận .70 Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .71 vi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Đặc điểm ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 22 Bảng 1.2 Các kênh phổ ảnh vệ tinh ASTER 25 Bảng 2.1 Giá trị Lmax, Lmin ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat TM Landsat ETM+ 39 Bảng 2.2 Giá trị ML, AL ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat 40 Bảng 2.3 Giá trị K1, K2 ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat 42 Bảng 2.4 Độ phát xạ số đối tượng 43 Bảng 2.5 Độ phát xạ bề mặt số loại hình lớp phủ 44 Bảng 2.7 So sánh kết xác định độ phát xạ bề mặt 46 Bảng 3.1 Tư liệu ảnh Landsat sử dụng nghiên cứu .56 Bảng 3.2 Diện tích cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa xác định từ tư liệu ảnh Landsat 65 vii DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang Hình 1.1 Hình ảnh vụ cháy mỏ than ở Trung Quốc Hình 1.2 Cháy ngầm ở vỉa than Jharia (Ấn Độ) Hình 1.3 Cháy ngầm ở Penasylvavia (Mỹ) .7 Hình 1.4 Cháy ngầm ở mỏ than Nông Sơn (tỉnh Quảng Nam) .8 Hình 1.5 Cháy ở bãi thải mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên Hình 1.6 Kết xác định cháy ngầm ở mỏ than Jharia (Ấn Độ) nghiên cứu Misha (2014) 10 Hình 1.7 Biến động khu vực cháy than ở Nội Mông, Trung Quốc sử dụng tư liệu ảnh Landsat (Hongyuan Huo, 2014) 11 Hình 1.8 Kết xác định nhiệt độ bề mặt khu vực mỏ than Nông Sơn (Quảng Nam) [6] 13 Hình 1.9 Ảnh viễn thám giới vùng Bievre, Pháp .15 Hình 1.10 Các thành phần chính hệ thống viễn thám .18 Hình 1.11 Nguyên lý thu nhận dữ liệuviễn thám 20 Hình 1.12 Phân loại sóng điện từ 21 Hình 1.13 Ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT TM (kênh 6) 23 Hình 1.14 Ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT ETM+ (kênh 6) 23 Hình 1.15 Ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT khu vực Dehli (Ấn Độ, kênh 10) 24 Hình 1.16 Bản đồ nhiệt độ nước biển toàn cầu xây dựng từ ảnh MODIS 28 Hình 1.17 Cháy rừng nhìn từ ảnh vệ tinh MODIS 29 Hình 2.1 Sự khác về nhiệt độ vật chất ngày đêm 33 Hình 2.2 Đồ thị xạ kim loại ở nhiệt độ khác .36 Hình 2.3 Định luật Wien về xạ điện từ 36 Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động viễn thám hồng ngoại nhiệt 38 viii Hình 2.5 Quy trình xác định nhiệt độ bề mặt từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat .48 Hình 3.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu .51 Hình 3.2: Ảnh Landsat khu vực thành phố Thái Nguyên ngày 08 – 11 – 2007 (a), 08 – 11 – 2010 (b) 19 – 01 – 2014 (c) 57 Hình 3.3 Ảnh chỉ số NDVI ngày 08 – 11 – 2007 58 Hình 3.4 Ảnh chỉ số NDVI ngày 08 – 11 – 2010 59 Hình 3.5 Ảnh chỉ số NDVI ngày 19 – 01 – 2014 59 Hình 3.6 Kết xác định độ phát xạ bề mặt ngày 08 – 11 – 2007 61 Hình 3.7 Kết xác định độ phát xạ bề mặt ngày 08 – 11 – 2010 61 Hình 3.8 Kết xác định độ phát xạ bề mặt ngày 19 – 01 – 2014 62 Hình 3.9 Kết xác định nhiệt độ bề mặt ngày 08 – 11 – 2007 63 Hình 3.10 Kết xác định nhiệt độ bề mặt ngày 08 – 11 – 2010 .63 Hình 3.11 Kết xác định nhiệt độ bề mặt ngày 19 – 01 – 2014 .64 Hình 3.12 Cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa ngày 08 – 11 – 2007 66 Hình 3.13 Cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa ngày 08 – 11 – 2010 67 Hình 3.14 Cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa ngày 19 – 01 - 2014 68 ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Nằm ở khu vực Đông Nam Á, Việt Nam quốc gia giàu tiềm khoáng sản, đó than đá có trữ lượng lớn chất lượng tốt Theo ước tính, nước ta có khoảng 10 tỷ tấn than antraxit 200 tỷ tấn than nâu ở khu vực đồng bằng Bắc Bộ Cũng hầu sản xuất than lớn Mỹ, Nam Phi, Venezuela, Trung Quốc, Ấn Độ…, Việt Nam đối mặt với nguy cháy mỏ khai thác than Nguyên nhân dẫn đến tượng tự cháy than trình oxy hóa than sinh nhiệt, nhiệt độ tích tụ lại qua thời gian dài không có nơi thoát sẽ gia tăng đến nhiệt độ tới hạn sinh tượng tự cháy than Một số vụ cháy ngầm mỏ than ghi nhận ở Việt Nam thời gian gần ở mỏ Nông Sơn (tỉnh Quảng Nam) năm 2009, 2011, 2014, Quảng Ninh (2009), mỏ than Khánh Hòa (Thái Nguyên) từ năm 2007 đến nay… Đây tượng vô nguy hiểm khai thác hầm lò, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống người dân, gây sụt lún bề mặt phá hủy công trình xây dựng Từ những năm đầu thập kỷ 60 kỷ XX, công nghệ viễn thám với những ưu điểm nổi bật so với phương pháp nghiên cứu truyền thống sử dụng hiệu phát quan trắc tượng cháy ngầm Cracknell A.P., Mansor S.B (1992), Prakash et al (1999), Prasun K.G (2005) sử dụng tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat TM nhằm phát tính toán diện tích cháy ở vỉa than Jharia, Ranigaji (Ấn Độ) Voight et al (2004) sử dụng tư liệu viễn thám nhằm phát theo dõi cháy ngầm sở quan sát những thay đổi bề mặt khu vực khai thác mỏ Misha et al (2012, 2014) sử dụng tư liệu viễn thám đánh giá hàm lượng bụi không khí khu vực cháy mỏ than Jharia (Ấn Độ) xác định mối quan hệ giữa giữa nhiệt độ tính toán từ ảnh vệ tinh nhiệt độ bề mặt Từ nghiên 3.3 Kết xác định nhiệt độ bề mặt Kênh hồng ngoại nhiệt (kênh ảnh Landsat TM, ETM+; kênh 10 ảnh Landsat 8) sử dụng để chuyển đổi giá trị số nguyên sang giá trị thực xạ điện từ Giá trị xạ điện từ sử dụng để tính nhiệt độ độ chói (nhiệt độ xạ) Kênh đỏ (kênh ảnh Landsat TM, ETM+; kênh ảnh Landsat 8) cận hồng ngoại (kênh ảnh Landsat TM, ETM+; kênh ảnh Landsat 8) sử dụng để tính chỉ số thực vật NDVI Kết xác định chỉ số thực vật NDVI khu vực thành phố Thái Nguyên từ tư liệu ảnh Landsat trình bày hình 3.3 – 3.5, đó pixel màu sáng đại diện cho khu vực có thực vật phủ dày, pixel màu tối đại diện cho vùng không có có lớp thực vật thưa Chỉ số NDVI nhận giá trị khoảng từ -1 đến -0.52 0.65 Hình 3.3 Ảnh chỉ số NDVI ngày 08 – 11 – 2007 58 -0.27 0.66 Hình 3.4 Ảnh chỉ số NDVI ngày 08 – 11 – 2010 -0.19 0.33 Hình 3.5 Ảnh chỉ số NDVI ngày 19 – 01 – 2014 59 Để xác định độ phát xạ bề mặt bằng phương pháp Valor and Caselles (công thức 2.18) cần phải xác định độ phát xạ cho đất trống thực vật Trong nghiên cứu nhóm tác giả sử dụng 100 dữ liệu mẫu đất trống thực vật nhằm xác định chỉ số thực vật NDVI Giá trị NDVI trung bình mẫu huấn luyện sử dụng để tính NDVI cho đất trống thực vật Kết cho thấy, giá trị chỉ số NDVI đất trống thực vật khu vực thành phố Thái Nguyên tương ứng 0.125 0.510 Sử dụng phương pháp Van de Griend (1993), độ phát xạ đất trống thực vật xác định bằng 0.912 0.978 theo công thức 2.17 Phân tích kết nhận cho thấy, độ phát xạ bề mặt có liên quan đến tình trạng lớp phủ mặt đất tỉ lệ thuận với sinh khối thực vật Giá trị độ phát xạ bề mặt ở những khu vực có thực vật thường lớn 0.93, đặc biệt ở những khu vực có mật độ thực vật dày (rừng tự nhiên, rừng trồng), độ phát xạ thường đạt 0.95 Trong đó, những khu vực đất trống, đất xây dựng, bãi cát thường có giá trị độ phát xạ bề mặt thấp nhất (trong khoảng 0.91 – 0.92) Ở vùng nước, sông hồ, độ phát xạ bề mặt phụ thuộc vào hàm lượng chất diệp lục có nước Đối với nước có hàm lượng chất diệp lục thấp, giá trị độ phát xạ bề mặt đạt thấp (khoảng 0.91) ngược lại, nước có hàm lượng chất diệp lục cao, giá trị độ phát xạ bề mặt cao hơn, có thể đạt đến khoảng 0.92 Kết xác định độ phát xạ bề mặt khu vực thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat ETM+ ngày 08 – 11 – 2007, ảnh Landsat TM ngày 08 – 11 – 2010 ảnh Landsat ngày 19 – 01 – 2014 thể hình 3.6 – 3.8 60 0.912 0.978 Hình 3.6 Kết xác định độ phát xạ bề mặt ngày 08 – 11 – 2007 0.912 0.978 Hình 3.7 Kết xác định độ phát xạ bề mặt ngày 08 – 11 – 2010 61 0.912 0.978 Hình 3.8 Kết xác định độ phát xạ bề mặt ngày 19 – 01 – 2014 Sau tính nhiệt độ độ chói độ phát xạ bề mặt, giá trị sử dụng để xác định nhiệt độ bề mặt theo công thức 2.20 Kết xác định nhiệt độ bề mặt khu vực thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên từ tư liệu ảnh Landsat ETM+ ngày 08 – 11 – 2007, ảnh Landsat TM ngày 08 – 11 – 2010 ảnh Landsat ngày 19 – 01 – 2014 thể hình 3.9 – 3.11, đó pixel màu sáng đại diện cho vùng có nhiệt độ cao, pixel màu tối thể khu vực có nhiệt độ thấp Phân tích kết đạt cho thấy, những khu vực có nhiệt độ cao tập trung cục xung quanh mỏ than Khánh Hòa, phường Phúc Hà khu vực nội thành thành phố Thái Nguyên Trong đó, khu vực có rừng che phủ, khu vực nước mặt có nhiệt độ thấp rất nhiều Chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất thấp nhất ngày 08 – 11 – 2007, 08 – 11 – 2010 19 – 01 – 2014 đạt khoảng 18 0C 62 22.04 0C 40.72 0C Hình 3.9 Kết xác định nhiệt độ bề mặt ngày 08 – 11 – 2007 22.94 0C 39.70 0C Hình 3.10 Kết xác định nhiệt độ bề mặt ngày 08 – 11 – 2010 63 20.76 0C 38.11 0C Hình 3.11 Kết xác định nhiệt độ bề mặt ngày 19 – 01 – 2014 3.4 Kết phát hiện cháy ngầm khu vực mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên Để xác định những khu vực xảy cháy ngầm, nghiên cứu tiến hành phân tích histogram nhiệt độ bề mặt khu vực thành phố Thái Nguyên Kết nhận cho thấy, những khu vực có nhiệt độ cao 35 0C (thể bởi màu đỏ đồ) xác định ngưỡng xảy cháy những vùng đất trống Có thể nhận thấy, những vùng có nhiệt độ cao bất thường phân bố cục ở khu vực mỏ than Khánh Hòa số khu công nghiệp, nhà máy ở nội thành thành phố Thái Nguyên (nhà máy gang thép Thái Nguyên…) Phân tích kết nhận cho thấy, nhiệt độ bề mặt khu vực mỏ than Khánh Hòa cao rất nhiều so với khu vực xung quanh, chí so với nhiệt độ bề mặt khu vực đô thị Thái Nguyên, nơi đặc trưng bởi mặt không thấm 64 Kết nhận cho thấy, diện tích cháy ngầm tăng giai đoạn từ 2007 đến 2010 giảm vào năm 2014 Trong năm 2007, diện tích cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa 136.87 ha, năm 2010 158.76 ha, đến năm 2014 giảm xuống 74.43 (Bảng 3.2) Như vậy, diện tích cháy ngầm tăng 13.76% giai đoạn 2007 – 2010 giảm 53.12% giai đoạn 2010 – 2014 Bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt cảnh báo cháy ngầm khu vực mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên thể hình 3.12 – 3.14 Bảng 3.2 Diện tích cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa xác định tư tư liệu ảnh Landsat STT Thời gian chụp ảnh 08 – 11 – 2007 08 – 11 – 2010 19 – 01 – 2014 65 Diện tích cháy ngầm (ha) 139.56 158.76 74.43 Hình 3.12 Cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa ngày 08 – 11 – 2007 66 Hình 3.13 Cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa ngày 08 – 11 – 2010 67 Hình 3.14 Cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hòa ngày 19 – 01 - 2014 68 Kết luận chương Mỏ than Khánh Hòa những mỏ than lộ thiên lớn nhất miền Bắc nước ta Quá trình khai thác than ở bên cạnh những lợi tích to lớn về mặt kinh tế – xã hội mang lại những tác động tiêu cực đến môi trường Cháy ngầm khu vực mỏ than Khánh Hòa diễn từ năm 2007 tiếp diễn nay, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước không khí khu vực xung quanh Kết xác định nhiệt độ bề mặt khu vực nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ bề mặt khu vực mỏ than Khánh Hòa cao rất nhiều so với khu vực xung quanh, chí so với khu vực nội thành thành phố Thái Nguyên, khu công nghiệp, nhà máy… Để xác định vị trí xảy cháy ngầm, đồ án tiến hành phân tích histogram nhiệt độ bề mặt Kết nhận cho thấy, những khu vực đất trống có nhiệt độ cao 35 0C xác định những điểm có khả xảy cháy ngầm Diện tích cháy ngầm tăng giai đoạn 2007 – 2010 có xu hướng giảm xuống giai đoạn 2010 – 2014 69 KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ Kết luận Cháy ngầm mỏ than tượng nguy hiểm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống hoạt động sản xuất Nhiệt độ bề mặt ở khu vực cháy ngầm thường cao rất nhiều so với vùng xung quanh Từ những năm đầu thập kỷ 60 kỷ trước, tư liệu viễn thám với nhiều ưu điểm nổi bật so với phương pháp nghiên cứu truyền thống sử dụng hiệu phát giám sát cháy ngầm Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng tư liệu ảnh viễn thám hồng ngoại nhiệt Landsat TM, ETM+ Landsat giai đoạn 2007 – 2014 để xác định nhiệt độ bề mặt khu vực thành phố Thái Nguyên nhằm phát vị trí cháy ngầm ở mỏ than Khánh Hóa Kết nhận nghiên cứu có thể sử dụng phát giám sát khu vực cháy ngầm, giúp đưa cảnh báo biện pháp ứng phó với tượng Kiến nghị Do cung cấp hoàn toàn miễn phí với chu kỳ 16 ngày, ảnh vệ tinh Landsat nguồn tư liệu quý giá xây dựng chương trình giám sát cháy ngầm Việt Nam Hướng phát triển đề tài xây dựng phần mềm xác định nhiệt độ bề mặt nhằm phát giám sát cháy ngầm ở khu vực mỏ than Khánh Hòa khu vực khai thác than khác toàn quốc 70 TAI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Lê Hùng, Vũ Danh Tuyên, Phạm Thị Thương Huyền (2013) Cơ sở viễn thám, Giáo trình đại học, Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Trịnh Lê Hùng, Vũ Danh Tuyên (2016) Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu, giám sát tài nguyên môi trường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2016 Trịnh Lê Hùng (2014) Ứng dụng dữ liệu viễn thám hồng ngoại nhiệt LANDSAT đa thời gian nghiên cứu tượng cháy ngầm ở mỏ than, Tạp chí Khoa học ĐHSP TPHCM, số 5(58), trang 140 – 149 Trịnh Lê Hùng (2014) Xây dựng chương trình tính nhiệt độ bề mặt khu vực mỏ than nhằm phát cháy ngầm từ dữ liệu viễn thám nhiệt, Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 03, trang 13 – 17 Trịnh Lê Hùng (2014) Nghiên cứu phân bố nhiệt độ bề mặt bằng dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ Landsat, Tạp chí Các khoa học về Trái đất, tập 36, số 01, trang 82 – 89 Trịnh Lê Hùng (2016) Xác định nhiệt độ bề mặt từ tư liệu viễn thám nhiệt phục vụ phát giám sát cháy ngầm khu vực mỏ than Nông Sơn, Quảng Nam, Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 02, trang 73 – 76 Luu Duc Hai, Nguyen Thi Hoang Lien (2009) Renewable energy policies for sustainable development in Vietnam, VNU Journal of Sciences, Earth Sciences, Vol 25, Issue 3, 133 – 142 Phạm Vọng Thành (2009), Ứng dụng viễn thám hệ thông tin địa lý công tác trắc địa- đồ, giảng CH, Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội Phạm Vọng Thành (2013), Viễn thám ứng dụng, NXB Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội 10 Phạm Vọng Thành (2011), Viễn thám nghiên cứu môi trường, giảng Cao học ĐH Nông nghiệp, NXB Đại học Nông nghiệp, Hà Nội 71 Màu 5-11,13,15,18,20,28,29,33,36,38,51,56,57,66-68 1-4,12,14,16-17,19,21-27,30-32,34-35,37,39-50,52-55,58-65,69-71 72 ... Mansor S.B ( 199 2), Prakash nnk ( 199 9), Prasun iii K.G (2005) sử dụng tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat TM nhằm phát tính toán diện tích cháy ở vỉa than Jharia, Ranigaji (Ấn Độ) .9. .. Cracknell A.P., Mansor S.B ( 199 2), Prakash nnk ( 199 9), Prasun K.G (2005) sử dụng tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat TM nhằm phát tính toán diện tích cháy ở vỉa than Jharia, Ranigaji (Ấn... thống sử dụng hiệu phát quan trắc tượng cháy ngầm Cracknell A.P., Mansor S.B ( 199 2), Prakash et al ( 199 9), Prasun K.G (2005) sử dụng tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat TM nhằm phát tính