Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu đánh giá tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh và xây dựng giải pháp giảm

Luận án tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực nghiên cứu. Dự báo mức độ ô nhiễm môi trường dựa trên việc xây dựng các mô hình dự báo khả năng biến động địa chất, phân tích mức độ ổn định đối với các khai trường, bãi thải, hồ chứa quặng đuôi và khu vực chế tuyển quặng; cũng như khả năng phát tán các chất gây ô nhiễm vào môi trường. Xây dựng các giải pháp giảm thiểu tai biến môi trường do các hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Hòa NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TAI BIẾN MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC KHOÁNG SẢN KHU VỰC NGHỆ AN - HÀ TĨNH VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Hòa NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TAI BIẾN MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC KHOÁNG SẢN KHU VỰC NGHỆ AN - HÀ TĨNH VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.TRỊNH THÀNH PGS.TS NGUYỄN PHƯƠNG HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu Hà nội, ngày T/M TẬP THỂ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN tháng Nghiên cứu sinh TS Trịnh Thành Nguyễn Thị Hòa i năm 2020 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Trịnh Thành PGS.TS Nguyễn Phương người Thầy hướng dẫn giúp định hướng nghiên cứu khoa học suốt thời gian thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể cán bộ môn Kỹ thuật môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đây không nơi đào tạo giúp trưởng thành hoạt động nghiên cứu khoa học mà cịn nơi để tơi chia sẻ khúc mắc gặp phải trình thực luận án Lãnh đạo môn tạo điều kiện mặt thời gian trang thiết bị để tơi thực suốt q trình làm luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến chủ nhiệm đề tài cấp B2014-02-212, TS Nguyễn Quốc Phi, khoa Môi trường, trường Đại học Mỏ - Địa chất hỗ trợ kinh phí tài liệu cho nội dung nghiên cứu thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy Cô Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, kiến thức mà tiếp thu, tích lũy suốt thời gian học tập từ học viên cao học tảng khơng thể thiếu để tơi có đủ khả tiếp thu, trau dồi kiến thức phục vụ cho nghiên cứu luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy phịng đào tạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ hướng dẫn tận tình cho tơi mẫu giấy tờ văn suốt q trình học tập hồn thành luận án Để hồn thành luận án khơng thể khơng nhắc tới hỗ trợ khuyến khích tinh thần người thân gia đình bạn bè Tôi xin Chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng…… năm 2020 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hòa ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIỆT TẮT TRONG LUẬN ÁN v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TAI BIÊN MÔI TRƯỜNG VÀ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU Một số khái niệm, tiêu chuẩn, quy chuẩn sử dụng luận án Một số khái niệm Một số tiêu chuẩn, quy chuẩn sử dụng luận án Tổng quan tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác Tổng quan tình hình nghiên cứu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khống sản nước ngồi nước Trên giới Tại Việt Nam 14 Nguyên tắc lựa chọn phương pháp phân tích nguy tai biến môi trường 18 Khái quát chung trạng môi trường khu vực nghiên cứu 19 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, nhân văn 19 Khái quát đặc điểm địa chất - khoáng sản vùng nghiên cứu 21 Hiện trạng khai thác, chế biến khoáng sản 23 Hiện trạng môi trường khu vực khai thác khoáng sản đặc trưng vùng nghiên cứu 28 Kết luận chương 35 CHƯƠNG CÁCH TIẾP CẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 Cách tiếp cận nghiên cứu tai biến môi trường 37 Phương pháp nghiên cứu 41 Phương pháp thu thập, xử lý tổng hợp tài liệu 41 Phương pháp nghiên cứu khảo sát địa chất môi trường 41 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám kết hợp GIS 42 Phương pháp nghiên cứu địa động lực 43 Phương pháp mơ hình hóa mơi trường 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Kết xây dựng sở liệu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản 57 3.1.1 Kết xây dựng sở liệu vị trí khai thác khoáng sản 57 3.1.2 Kết xây dựng sở liệu điều kiện môi trường 59 3.1.3 Kết xây dựng CSDL phân tích nguy xảy tai biến 62 3.2 Kết xác định yếu tố ảnh hưởng đến nguy xảy tai biến vùng 64 iii 3.2.1 Nhóm yếu tố tự nhiên 64 3.2.2 Nhóm yếu tố liên quan đến cơng nghệ khai thác , chế biến khoáng sản 67 3.3 Kết đánh giá nguy tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản khu vực nghiên cứu 70 3.3.1 Kết đánh giá nguy xảy tai biến trượt lở liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản khu vực nghiên cứu (Vùng Quỳ Hợp vùng Tương Dương Nghệ An) 71 3.3.2 Kết phân vùng lũ bùn đá vùng Nghiên cứu (Quỳ Hợp - Nghệ An) 100 3.3.3 Kết mô q trình lan truyền số chất gây nhiễm môi trường số bãi thải quặng đuôi khu vực khai thác, chế biến khoáng sản 104 3.3.4 Kết phân vùng dự báo nguy ô nhiễm môi trường khu vực khai thác khoáng sản 115 3.4 Phân tích đặc điểm tai biến mơi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản khu vực nghiên cứu 118 3.4.1 Đặc điểm tai biến môi trường liên quan đến công nghệ khai thác 118 3.4.2 Đặc điểm tai biến liên quan đến điều kiện địa chất loại hình khống sản 120 3.5 Phân tích ngun nhân gây tai biến mơi trường khu vực Nghiên cứu 121 3.5.1 Nguyên nhân tự nhiên 121 3.5.2 Các nguyên nhân liên quan đến hoạt động nhân sinh 123 3.5.3 Công tác quản lý nhà nước khống sản mơi trường 128 3.6 Xây dựng giải pháp giảm thiểu phịng ngừa tai biến mơi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản 130 3.6.1 Xây dựng hoàn thiện giải pháp tổng thể 132 3.6.2 Các giải pháp cụ thể hoạt động khai thác khoáng sản khu vực 133 3.6.3 Xây dựng giải pháp giảm thiểu tác nhân gây tai biến 138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 144 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 150 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIỆT TẮT TRONG LUẬN ÁN Ký Hiệu AHP AR5 CF CHASM CN CSDL CP KSTM Tiếng Việt Phương pháp phân tích thứ bậc Báo cáo đánh giá lần thứ Hệ số tin cậy Mơ hình kết hợp Thủy văn ổn định Công nghiệp Cơ sở liệu Cổ phần khoáng sản thương mại DNTN DDA Doanh nghiệp tư nhân Phương pháp phân tích biến dạng khơng liên tục Mơ hình số độ cao Địa chất thủy văn Địa chất cơng trình Phương pháp phần tử hữu hạn Hệ thống thơng tin địa lý Hệ thống xác định vị trí Hợp tác xã DEM ĐCTV ĐCCT FEM GIS GPS HTX TT-BTNMT Ủy ban Liên phủ biến đổi khí hậu Ủy ban Hỗn hợp tai địa chất Khai thác khoáng sản Chỉ số nhạy cảm trượt lở đất Chỉ số thảm thực vật chuẩn hóa Quy chuẩn Việt Nam Quy chuẩn kỹ thuật mơi trường Mơ hình Khoanh vẽ số ổn định Tiêu chuẩn Việt Nam Tiêu chuẩn chất lượng môi trường Trách nhiệm hữu hạn Tài ngun mơi trường Mơ hình ước tính lượng mưa xâm nhập tính tốn ổn định sườn dốc vùng theo sơ đồ lưới Thông tư - Bộ tài nguyên Môi tường UBND VN VLXD XM Ủy ban nhân dân Việt Nam Vật liệu xây dựng Xi măng IPCC JTC1 KTKS LSI NDVI QCVN QCKTVMT SINMAP TCVN TCCLMT TNHH TNMT TRIGRS v Tiếng Anh Analytic Hierarchy Process Fifth Assessment Report Certainty Factor Combined Hydrology and Stability Model Industry Database Commercial and mineral joint stocks (company) Private enterprise Discontinuous Deformation Analysis Digital Elevation Model Hydrogeology Geological engineering Finite Element Method Geographic Information System Global Positioning System Co-operative association Cooperative Intergovernmental Panel on Climate Change Mining activities Normalized Difference Vegetation Index Vietnamese regulations Environmental technical regulations Stability Index MAPping Vietnamese standards Environmental quality standards Limited Liability (company) Natural resources and environment Transient Rainfall Infiltration and GridBased Regional Slope-Stability Model Circular, Ministry of Natural Resources and Environment People's Committee Vietnam Building materials Cement DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Khả áp dụng phương pháp phân tích tai biến……………………………… 19 Bảng 1.2 Tổng hợp số lượng, sản lượng mỏ khai thác khu vực 26 Bảng 1.3 Tóm tắt điểm mạnh, điểm yếu nhóm phương pháp 36 Bảng 2.1 Chỉ tiêu Saaty so sánh cặp đôi yếu tố 49 Bảng 2.2 Đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố 49 Bảng 2.3 Giá trị RI ứng với số lượng tiêu n 50 Bảng 3.1 Các thành phần môi trường yếu tố ảnh hưởng liên quan đến tai biến 63 Bảng 3.2 Kết tính tốn trọng số cho yếu tố độ dốc 82 Bảng 3.3 Kết tính tốn trọng số cho yếu tố vỏ phong hóa 82 Bảng 3.4 Kết tính tốn trọng số cho yếu tố thạch học 83 Bảng 3.5 Kết tính tốn trọng số cho yếu tố phân cắt sâu 84 Bảng 3.6 Ma trận sai số 85 Bảng 3.7 Độ tin cậy phương pháp dự báo 86 Bảng 3.8 Kết tính tốn trọng số cho độ cao địa hình…………………………………… .92 Bảng 3.9 Kết tính tốn trọng số cho độ dốc địa hình 93 Bảng 3.10 Kết tính tốn trọng số cho hướng dốc địa hình 93 Bảng 3.11 Kết tính tốn trọng số cho mật độ dòng chảy 93 Bảng 3.12 Kết tính tốn trọng số cho yếu tố số thực vật - NDVI 94 Bảng 3.13 Kết tính toán trọng số cho yếu tố địa chất 94 Bảng 3.14 Kết tính tốn trọng số cho điều kiện ĐCCT 95 Bảng 3.15 Kết tính tốn trọng số cho điều kiện ĐCTV 95 Bảng 3.16 Kết tính tốn trọng số cho mật độ đứt gãy 96 Bảng 3.17 Kết tính tốn trọng số cho đặc điểm vỏ phong hoá 96 Bảng 3.18 Kết tính tốn trọng số cho yếu tố lượng mưa 97 Bảng 3.19 Kết tính tốn trọng số cho loại hình đất 97 Bảng 3.20 Kết tính tốn trọng số cho chiều dày tầng đất 97 Bảng 3.21 Kết tính tốn trọng số cho thành phần giới 97 Bảng 3.22 Ngưỡng phân bậc nguy trượt lở khu vực nghiên cứu………………………… 99 Bảng 3.23 Bảng phân bậc nguy trượt lở theo phương pháp Thống kê Bayes 99 Bảng 3.24 Bảng phân bậc nguy trượt lở theo phương pháp Hệ số tin cậy 99 Bảng 3.25 Kết phân tích mức độ tin cậy phương pháp tổng hợp 100 Bảng 3.26 Ma trận so sánh mức độ quan trọng yếu tố 101 Bảng 3.27 Ma trận chuẩn hoá tính tốn trọng số 101 Bảng 3.28 Kết tính toán trọng số đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố theo ý kiến chuyên gia 102 Bảng 3.29 Kết tính tốn trọng số đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố 102 Bảng 3.30 Tổng hợp khối lượng lấy mẫu môi trường mỏ thiếc sa khống Bản Cơ 105 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 Hệ phương pháp phân tích tai biến……………………………………………… 19 Hình 1-2 Sơ đồ vị trí khu vực Quỳ Hợp, Nghệ An 29 Hình 1-3 Sơ đồ vị trí khu vực Thạch Khê, Hà Tĩnh 32 Hình 2-1 Sơ đồ nguyên tắc tiếp cận nghiên cứu thực luận văn 37 Hình 2-2 Các bước phân tích tai biến mơi trường 38 Hình 2-3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nguy xảy tai biến 38 Hình 2-4 Mơ hình biểu diễn xác suất xuất vị trí xảy tai biến theo mơ hình thống kê Bayes… 44 Hình 2-5 Cấu trúc mạng nơron phân tích trượt lở 47 Hình 2-6 Sơ đồ mô tả lan truyền chất ô nhiễm đất 53 Hình 2-7 Quy trình tính tốn lan truyền chất nhiễm sử dụng phần mềm GeoStudio 2012 56 Hình 3-1 Các vị trí khai thác khống sản (sáng màu loang lổ) Quỳ Hợp ảnh Landsat OLI (10/02/2017) 57 Hình 3-2 Vị trí điểm mỏ khu vực Quỳ Hợp, Nghệ An đến năm 2017 Hình trịn thể vị trí khai thác thiếc, hình vng thể vị trí khai thác đá hoa, hình tam giác thể vị trí khai thác đá xây dựng thơng thường hình chữ nhật thể xưởng chế biến khống sản 58 Hình 3-3 Một phần sở liệu điểm mỏ khu vực Quỳ Hợp, Nghệ An 58 Hình 3-4 Một phần sở liệu điểm mỏ khu vực Thạch Khê, Hà Tĩnh 59 Hình 3-5 Cấu trúc trường liệu điểm mỏ Thạch Khê, Hà Tính 59 Hình 3-6 Các vị trí có kết phân tích mẫu nước mặt (a), nước ngầm (b) nước thải (c) khu vực nghiên cứu 60 Hình 3-7 Minh họa sở liệu số kết phân tích mẫu nước mặt 60 Hình 3-8 Minh họa phần sở liệu số kết phân tích mẫu nước ngầm 61 Hình 3-9 Minh họa phần sở liệu số kết phân tích mẫu nước thải 61 Hình 3-10 Các vị trí có kết phân tích mẫu đất (a) chất thải rắn (b) khu vực Thạch Khê, Hà Tĩnh 61 Hình 3-11 Minh họa phần sở liệu số kết phân tích mẫu đất 62 Hình 3-12 Minh họa phần sở liệu số kết phân tích chất thải rắn 62 Hình 3-13 Ảnh Landsat tổ hợp kênh 541 khu vực Thạch Khê, Hà Tĩnh 63 Hình 3-14 Sơ đồ thành phần thạch học khu vực nghiên cứu 73 Hình 3-15 Sơ đồ mật độ đứt gãy lineament 74 Hình 3-16 Sơ đồ vỏ phong hóa 74 Hình 3-17 Sơ đồ địa chất cơng trình khu vực nghiên cứu 75 Hình 3-18 Sơ đồ địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 76 Hình 3-19 Sơ đồ loại hình đất (a), độ dày tầng đất (b) thành phần giới đất (c) khu vực 77 Hình 3-20 Sơ đồ hướng dốc địa hình……………………………………………………… 78 Hình 3-21 Sơ đồ hệ thống sơng suối khu vực nghiên cứu 79 Hình 3-22 Sơ đồ lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu 79 Hình 3-23 Sơ đồ phân bố mưa lớn 24h (a), sơ đồ biểu thị số ngày mưa >75mm (b) Sơ đồ biểu thị số ngày mưa >100mm (c) 80 Hình 3-24 Sơ đồ hệ thống giao thông khu vực nghiên cứu 81 Hình 3-25 Sơ đồ trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu 81 Hình 3-26 Các vị trí khai thác khống sản khu vực Quỳ Hợp 81 Hình 3-27 Sơ đồ dự báo nguy vị trí điểm xảy tai biến theo kết tính tốn mơ hình ANN 87 Hình 3-28 Biểu đồ phân bố nguy xảy tai biến theo số nhạy cảm (LSI) 87 Hình 3-29 Phương pháp phân bậc theo phân phối chuẩn 87 vii Hình 3-30 Sơ đồ phân vùng nguy xảy tai biến 88 Hình 3-31 Bản đồ địa hình (a) độ dốc (b) khu vực nghiên cứu 90 Hình 3-32 Sơ đồ mạng lưới sông suối (a) mật độ sông suối (b) 91 Hình 3-34 Sơ đồ thảm thực vật khu vực nghiên cứu 91 Hình 3-35 Sơ đồ dự báo nguy trượt lở theo mơ hình Thống kê Bayes (a) phương pháp Hệ số tin cậy (b) 98 Hình 3-36 Kết phân bậc nguy trượt lở theo mơ hình Thống kê Bayes (a) phương pháp Hệ số tin cậy (b) 99 Hình 3-37 Sơ đồ dự báo nguy lũ bùn đá: a) hàng năm, b) mùa mưa c) mùa khơ 103 Hình 3-38 Sơ đồ dự báo nguy lũ bùn đá: a) Lượng mưa lớn 24h, b) số ngày mưa lớn 75mm c) số ngày mưa lớn 100mm 103 Hình 3-39 Sơ đồ vị trí khai thác khu bị ô nhiễm mỏ thiếc sa khoáng, xã Châu Thành, Quỳ Hợp, Nghệ An 105 Hình 3-40 Quy trình xác định đường cong đặc trưng đất - nước hàm hệ số thấm 108 Hình 3-41 Hàm hệ số thấm lực hút dính 108 Hình 3-42 Hàm khối lượng nước lực hút dính 109 Hình 3-43 Các điều kiện biên lưới tính tốn cho mặt cắt bãi thải mỏ thiếc sa khống Bản Cơ 109 Hình 3-44 Áp lực nước đất sau mô 109 Hình 3-45 Kết mô phát tán sau 250 ngày (a), 500 ngày (b), 750 ngày (c), 1000 ngày (d), 1250 ngày (e) 1500 ngày (f) 110 Hình 3-46 Sơ đồ vị trí bãi thải diện tích nhiễm mơi trường mỏ Đá vôi Châu Hồng, xã Châu Tiến, Quỳ Hợp, Nghệ An 112 Hình 3-47 Các điều kiện biên lưới tính tốn cho mặt cắt bãi thải mỏ đá vơi trắng Châu Hồng 113 Hình 3-48 Áp lực nước đất sau mô 113 Hình 3-49 Kết mơ phát tán sau 250 ngày (a), 500 ngày (b), 750 ngày (c), 1000 ngày (d), 1250 ngày (e), 1500 ngày (f), 1750 ngày (g) 2000 ngày (h), 114 Hình 3-50 Các vùng dự báo nguy ô nhiễm môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản Quỳ Hợp, Nghệ An 116 Hình 3-51 Các vùng dự báo nguy ô nhiễm môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản Thạch Khê, Hà Tĩnh 117 Hình 3-52 Các chiến lược giảm thiểu rủi ro tai biến liên quan đến hoạt động khống 130 Hình 3-53 Một số vị trí xảy tai biến liên quan đến hoạt động khai thác khống sản 137 Hình 3-54 Nguy vỡ đập hồ lắng bãi thải quặng đuôi khu vực Na Kỳ, xã Liên Hợp 137 Hình 3-55 Các vị trí có nguy tai biến xã a) Châu Hồng b) Châu Lộc……… 138 Hình 3-56 Sơ đồ bố trí bãi nổ mìn vi sai phi điện điển hình 139 viii ... gây tai biến liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản - Xây dựng giải pháp giảm thiểu tai biến môi trường hoạt động khai thác khoáng sản khu vực Nghệ An - Hã Tĩnh Phương pháp nghiên cứu a... thác khoáng sản khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh + Nghiên cứu xây dựng giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu Nội dung nghiên cứu - Xây dựng sở liệu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Hòa NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TAI BIẾN MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC KHOÁNG SẢN KHU VỰC NGHỆ AN - HÀ TĨNH VÀ XÂY DỰNG GIẢI