Nghiên cứu ứng dụng gis đánh giá ô nhiễm môi trường nước mặt do ảnh hưởng quá trình khai thác mỏ đá khu vực cẩm phả, quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -  - VŨ THỊ HƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT DO ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -  - VŨ THỊ HƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT DO ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa Mã số: 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ng­êi h­íng dÉn khoa häc GVC.TS.Phạm Công Khải HÀ NỘI, 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận văn thật chưa công bố công trình khác Tác giả đề tài Vũ Thị Hương LỜI CẢM ƠN Lời tác giả luận văn xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới GVCTS Phạm Công Khải, thầy người đưa định hướng tận tình hướng dẫn mặt khoa học cho tác giả suốt trình nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Bộ môn Trắc địa mỏ, khoa Trắc địa có đóng góp ý kiến đầy bổ ích trình làm luận văn Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, phòng Tổ chức Cán bộ, phòng Đại học Sau Đại học trường Đại học Mỏ - Địa Chất, tạo điều kiện thuận lợi tơi q trình hồn thành khóa học Cao học Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đến cán phòng Trắc địa, phịng Mơi trường phịng Kỹ thuật Công ty than khu vực Cẩm Phả Quảng Ninh hỗ trợ cung cấp liệu cho luận văn Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè thường xuyên động viên, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ 10 Bảng 1.1 Danh mục mỏ than Quảng Ninh Bảng 1.2 Chất lượng than khu vực mỏ Cẩm Phả Bảng 1.3.Khả tạo bụi trình khai thác than Bảng 1.4 Cường độ tạo thiết bị bụi mỏ Bảng 1.5.Kết quan trắc phân tích chất lượng nước mặt Bảng 2.1 Ví dụ định nghĩa kiểu đối tượng sở liệu GIS Bảng 2.2 Các nguyên tắc topology Bảng 2.3 Một số chức thường dung GIS Bảng 3.1 Các lớp liệu địa lý Bảng 3.2 Chi tiết topology với đối tượng nhóm lớp Bảng 3.3 Thuyết minh cấu trúc CSDL môi trường nước Sơ đồ 2.1 Tổ chức sở liệu –Geodatabase Sơ đồ 2.2 Quy trình xây dựng CSDL GIS 11 24 25 27 43 49 59 70 72 73 54 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ tổ chức hệ thống GIS Hình 2.2 Mơ hình lớp liệu Hình 2.3 Cấu trúc liệu raster – vector Hình 2.4 Bảng biểu diễn thông tin dạng điểm, đường , vùng theo cấu trúc vector……………………………………………………………… Hình 2.5 Minh họa thơng tin raster Hình 2.6 Liên kết liệu khơng gian thuộc tính……………… Hình 1.1 Các hoạt động kinh tế XH thành phố Cẩm Phả……………………… Hình 1.3 Các vỉa than nằm gần mặt đất……………………………………… Hình 1.4 Sơ đồ cơng nghệ khai thác lộ thiên………………………………… Hình 1.5.Sơ đồ cơng nghệ khai thác hầm lị…………………………………… Hình 1.6.Tác động khai thác than đến mơi trường đất………………………… Hình 1.7 Tác động bồi lấp tình hình khai thác than……………………… Hình 3.1.Thơng tin sở liệu nhóm lớp biên giới địa giới…………… 35 40 41 47 48 53 12 14 17 21 22 79 Hình 3.2.Thơng tin sở liệu nhóm lớp Cơ sở tốn học……………… 79 Hình 3.3.Thơng tin sở liệu nhóm lớp Dân cư hạ tầng…………… 80 Hình 3.4 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Địa hình…………………… 80 Hình 3.5 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Giao thơng……………… 81 Hình 3.6 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Phủ bề mặt………………… 81 Hình 3.7 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Thủy hệ…………………… 82 Hình 3.8.Các nhóm lớp thơng tin sở liệu địa lý………………… 82 MỤC LỤC Chương 1: Khai thác mỏ số vấn đề môi trường khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh……………………………………………………………………… 1.1.Vị trí địa lý điều kiện tự nhiên khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh………… 1.1.1 Vị trí địa lý……………………………………………………………… 1.1.2.Đặc điểm tự nhiên………………………………………………………… 1.1.3.Đặc điểm kinh tế xã hội ………………………………………………… 1.2.Tổng quan hoạt động khai thác mỏ khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh… 1.2.1.Trữ lượng địa chất than Quảng Ninh………………………………… 1.2.2.Công nghệ khai thác than………………………………………………… 1.2.2.1.Công nghệ khai thác lộ thiên…………………………………………… 1.2.2.2.Cơng nghệ khai thác hầm lị…………………………………………… 1.2.3.Tác động hoạt động khai thác than đến môi trường………………… 1.3.Tác động khai thác than đến môi trường nước………………………… 1.3.1.Hiện trạng môi trường chất thải mỏ……………………………………… 1.3.1.1 Đối với khai thác lộ thiên……………………………………………… 1.3.2.1.Ảnh hưởng chất thải môi trường nước……………………… 1.3.2.1.Ảnh hưởng chất lượng nước mặt…………………………………… 1.3.2.2.Ảnh hưởng chất lượng ven biển…………………………………… Chương 2: Cơ sở khoa học phương pháp luận xây dựng sở liệu đánh giá ô nhiễm môi trường nước mặt……………………………………………… 2.1.Giới thiệu chung 5 10 12 12 12 15 18 26 26 26 29 30 30 34 34 GIS…………………………………………………… 2.1.1.Khái niệm GIS………………………………………………………… 2.1.2.Các thành phần GIS…………………………………………………… 2.1.3.Các nhiệm vụ GIS…………………………………………………… 2.1.4.Mơ hình liệu GIS……………………………………………………… 2.1.5.Cấu trúc liệu GIS……………………………………………………… 2.2.Tổng quan GIS…………………………………………………………… 2.2.1.Khái niệm sở GIS………………………………………………… 2.2.2.Ngôn ngữ xây dựng CSDL GIS…………………………………………… 2.2.3.Cấu trúc CSDL GIS……………………………………………………… 2.2.4.Tổ chức CSDL GIS……………………………………………………… 2.2.5.Chuẩn CSDL GIS………………………………………………………… 2.3.Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng CSDL đánh giá ô nhiễm môi trường …………………………………………………………………………… 2.3.1.Các giải pháp cơng nghệ GIS……………………………………………… 2.3.2.Tích hợp tư liệu viễn thám xây dựng CSDL GIS…………………… 2.3.3.Nguyên tắc gắn kết liệu khơng gian thuộc tính phân tích liệu……………………………………………………………………………… 2.3.4.Quy trình xây dựng CSDL GIS…………………………………………… Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng GIS đánh giá ô nhiễm mơi trường nước mặt ảnh hưởng q trình khai thác mỏ khu vực Cẩm Phả,Quảng Ninh………… 3.1.Triển khai xây dựng CSDL………………………………………………… 3.2.Mơ hình cấu trúc liệu nội dung……………………………………… 34 35 37 40 41 43 43 44 53 53 54 57 57 61 61 62 66 66 69 3.2.1.Quy định phân lớp, nhóm lớp GIS………………………………… 3.3.Xây dựng CSDL GIS chuyên đề môi trường……………………………… 69 83 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết để tài Thành phố Cẩm Phả có nhiều lợi quan trọng phát triển kinh tế - xã hội trở thành địa phương có phát triển động phía Bắc đất nước thời kỳ đổi Đặc biệt, Thành phố Cẩm Phả giàu tiềm phát triển kinh tế, với điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển công nghiệp khai thác khống sản, cảng biển nước sâu, du lịch, ni trồng thuỷ sản Vùng biển Cẩm Phả nơi sinh sống nhiều lồi hải sản có giá trị kinh tế cao tôm hùm, cá song, ngọc trai nơi có nhiều hệ sinh thái cửa sông, ven biển quan trọng cánh rừng ngập mặn rộng lớn, ám san hô, bãi cá Song song với tiềm năng, triển vọng thành tựu kinh tế đạt nhiều năm qua, Cẩm Phả đối mặt với thách thức không nhỏ môi trường Trên địa bàn hẹp Cẩm Phả, nhiều hoạt động kinh tế-xã hội đồng thời phát triển khai thác than, sản xuất vật liệu xây dựng, lấn biển xây dựng hạ tầng đô thị khu công nghiệp, phát triển mạng lưới giao thông thuỷ cảng biển, nuôi trồng - đánh bắt, chế biến thuỷ sản, du lịch - dịch vụ làm nảy sinh nhiều xung đột ngành kinh tế với làm gia tăng sức ép lên môi trường sinh thái tài nguyên thiên nhiên Chất lượng mơi trường Tỉnh Quảng Ninh nói chung Thành phố Cẩm Phả nói riêng bị tác động mạnh, đa dạng sinh học suy giảm nhanh vòng 20 năm trở lại đây, nhiều nguồn tài nguyên mơi trường bị khai thác cạn kiệt Điển hình hoạt động khai thác than tồn hàng trăm năm làm nhiều cánh rừng nơi trú loài động vật, gây bồi lấp dịng sơng, suối; hoạt động vận tải, sàng tuyển than gây nguồn ô nhiễm bụi lớn,ô nhiễm nguồn nước tăng sức ép lên vùng sinh thái nhạy cảm Hoạt động nguyên nhân làm suy thoái tài nguyên, môi trường, ảnh 82 Kiểu liệu Double Đơn vị mg/l Tên BOD5 Mô tả Biochemical oxygen Demand- nhu cầu oxy sinh hoá) lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá chất hữu cươ Kiểu liệu Double Đơn vị mg/l Tên Mô tả Mn2+ Nồng độ Mangan Oxit, chất Oxy hóa mạnh Kiểu liệu Double Đơn vị mg/l Tên Cd Mô tả Nồng độ kim loại Cadmi Kiểu liệu Double Đơn vị mg/l Tên Pb Mơ tả Nồng độ kim loại chì Kiểu liệu Double Đơn vị mg/l Tên As Mô tả Á kim Asen Kiểu liệu Double Đơn vị mg/l Tên ToaDoX Mô tả Thành phần tọa độ X điểm quan trắc môi trường nước Kiểu liệu Double Đơn vị Mét 83 Tên ToaDoY Mô tả Thành phần tọa độ Y điểm quan trắc môi trường nước Kiểu liệu Double Đơn vị Mét 84 85 423000.000000 424000.000000 425000.000000 426000.000000 427000.000000 428000.000000 429000.000000 430000.000000 Khe Chàm Bắc Khe Tam Mông Dương Bàng Nâu Hồ Bara Khe Tam Bắc Cọc Sáu Tây Nam Đá Mài Cao Sơn Nam Khe Tam Cọc Sáu Thống Nhất Đông Khe Sim Đèo Nai Hồ Hòn Hai − CHÚ GIẢI 412.5 825 1,650 2,475 3,300 Trạm quan trắc môi trường nước Meters Bờ biển Suối Ao hồ 423000.000000 424000.000000 425000.000000 426000.000000 427000.000000 428000.000000 429000.000000 430000.00000 2322000.000000 2323000.000000 2324000.000000 2325000.000000 2326000.000000 2327000.000000 2328000.000000 2329000.000000 2330000.000000 2331000.000000 2332000.000000 2322000.000000 2323000.000000 2324000.000000 2325000.000000 2326000.000000 2327000.000000 2328000.000000 2329000.000000 2330000.000000 2331000.000000 2332000.000000 BẢN ĐỒ PHÂN BỐ CÁC TRẠM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC MỎ 86 Kết xây dựng sở địa lý Kết xây dựng sở liệu địa lý Bảng thuộc tính đối tượng mơi trường nước Hình 3.1 Thơng tin sở liệu nhóm lớp biên giới địa giới Hình 3.2 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Cơ sở tốn học 87 Hình 3.3 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Dân cư sở hạ tầng Hình 3.4 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Địa hình 88 Hình 3.5 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Giao Thơng Hình 3.6 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Phủ bề mặt 89 Hình 3.7 Thơng tin sở liệu nhóm lớp Thủy hệ Hình 3.8 Các nhóm lớp thơng tin sở liệu địa lý 90 Lập đồ chuyên đề Từ hệ sở liệu xây dựng, đồ chuyên đề môi trường thành lập Nội dung đồ chuyên đề trình bày thơng qua phần mềm Arcmap Đây phần mềm chứa ký hiệu, chữ màu sắc phong phú Đảm bảo việc thành lập đồ chuyên đề nhanh chóng, tiện dụng chất lượng 3.3 Xây dựng sở liệu GIS chuyên đề môi trường Việc xây dựng sở liệu GIS chun đề mơi trường làm theo quy trình chung Trong nội dung phần nêu đặc trưng riêng cần ý cho nhóm liệu chuyên đề môi trường Cơ sở thiết kế Mơ hình liệu chun đề mơi trường xây dựng dựa trên: - Cơ sở liệu địa lý - Các nhóm liệu chun đề mơi trường - Tài liệu trạng môi trường thành phố Cẩm Phả Nguồn liệu Dữ liệu trạng môi trường khu vực thành phố Cẩm Phả Để đánh giá trạng môi trường thành phố Cẩm Phả cần thu thập số liệu trạm quan trắc chất lượng nước mặt - Địa điểm thu thập: Phịng Tài ngun - Mơi trường thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh - Số liệu thu thập: Vị trí quan trắc, số liệu quan trắc phân tích thành phần hóa học mơi trường nước mặt 91 Thiết kế Geodatabase Personal Geodatabase MoiTruong Feature dataset MoiTruongDat Feature dataset MoiTruongNuoc Feature dataset MoiTruongKhongKh i Sơ đồ 3.3 Mơ hình sở liệu mơi trường Trong phần mềm ArcGIS, việc quản lý liệu thao tác Arccatalog Personal Geodatabase có tên MoiTruong với Feature dataset thuộc nhóm sở liệu GIS chuyên môi trường môi tường nước mặt 3.1.4 Kết xây dựng sở liệu GIS tài nguyên - môi trường BẢN ĐỒ NỒNG ĐỘ COLIFORM 92 425000.000000 426000.000000 427000.000000 428000.000000 429000.000000 430000.000000 2332000.000000 424000.000000 2330000.0000002331000.000000 423000.000000 Bắc Khe Tam Khe Chàm Mông Dương Bàng Nâu Hồ Bara Khe Tam Bắc Cọc Sáu Tây Nam Đá Mài Cao Sơn Nam Khe Tam Đông Khe Sim Cọc Sáu Thống Nhất Đèo Nai CHÚ GIẢI Bờ biển Suối 0.0042 - 0.0094 (mg/l) 0.0094- 0.0145 Hồ Hòn Hai 0.0145- 0.0197 0.0197 - 0.0248 0.0248 - 0.0299 0.0299 - 0.0351 412.5 825 0.0402 - 0.0454 0.0351- 0.0402 1,650 2,475 3,300 − 2322000.000000 2323000.000000 2324000.000000 2325000.000000 2326000.000000 2327000.000000 2328000.000000 2329000.000000 2322000.000000 2323000.000000 2324000.000000 2325000.000000 2326000.000000 2327000.000000 2328000.000000 2329000.000000 2330000.000000 2331000.000000 2332000.000000 BẢN ĐỒ Ô NHIỄM ASEN KHU VỰC CẨM PHẢ 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Hoạt động khai thác than khu vực Cẩm Phả làm biến đổi thành phần môi trường khu vực cách mạnh mẽ Sự tác động hoạt động khai thác đến mơi trường tồn diện, tốc độ nhanh phạm vi rộng, bao gồm tác động đến môi trường nước làm phá hủy cảnh quan, phá vỡ cân sinh thái, gây tượng tai biến cục sụt lún, trượt lở đất đá, v.v Để đảm bảo phát triển hài hòa, theo định hướng phát triển kinh tế bền vững, q trình phát triển cơng nghiệp mỏ phải có biện pháp hữu hiệu cho việc bảo vệ tài nguyên môi trường Đánh giá tác động ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trình khai thác than nội dung quan trọng, thể hành động rõ ràng cụ thể nỗ lực bảo vệ môi trường Nhà nươc quan, ban ngành, đặc biết với khu vực tỉnh Quảng Ninh nơi có nguồn tài nguyên than dồi nước Trong đó, bao gồm nhiều cơng cụ hữu hiệu sách, pháp luật, kinh tế công cụ kỹ thuật Cơ sở liệu GIS công cụ kỹ thuật quan trọng hỗ trợ hiệu cho công tác quản lý môi trường đánh giá mức độ ô nhiễm GIS cung cấp kịp thời thông tin quan trọng biến đổi thành phần tài nguyên môi trường; cập nhật, lưu trữ, chia sẻ phân tích khơng gian, giải toán tối ưu quản lý môi trường, giúp nhà lãnh đạo, nhà quản lý có định đắn kịp thời Cơ sở liệu môi trường mỏ khu vực Cẩm Phả hệ sở liệu đầy đủ nội dung cấu trúc mơ hình liệu, xây dựng qui trình chặt chẽ, tự động hóa cao, áp dụng đầy đủ qui định chuẩn liệu ISO-TC211 Bộ Tài Nguyên Mơi Trường Hồn tồn đáp ứng u cầu công tác quản lý môi trường mỏ KIẾN NGHỊ Trên sở hệ sở liệu GIS mơi trường khu vực Cẩm Phả, cần nhanh chóng xây dựng hệ sở liệu cho toàn Quảng Ninh 94 Cần tiếp tục nghiên cứu nội dung, phân loại, phương pháp tiêu thể hệ thống đồ mơi trường Cần hồn thiện hệ thống quan trắc mơi trường để có số liệu quan trắc đầy đủ, xác, đồng bộ, v.v phục vụ tốt công tác cho nghiên cứu, đánh giá môi trường 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường (1999), Dự án Xây dựng giải pháp cơng nghệ phịng chống nhiễm mơi trường khai thác than vùng than Quảng Ninh triển khai thực số phương án lựa chọn khu vực đặc trưng Bộ Tài Nguyên Môi Trường (2008), Quyết định 06/07/QĐ-BTNMT việc ban hành Quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý sở quốc gia, Hà Nội Nguyễn Ngọc Dung (2008), Quản lý tài nguyên môi trường, NXB Xây Dựng, Hà Nội Hồ Sỹ Giao, Bùi Xuân Nam, Mai Xuân Toản (2010), Bảo vệ môi trường khai thác mỏ lộ thiên, NXB Từ điển Bách Khoa, Hà Nội Võ Chí Mỹ (1992), “Khảo sát biến động mơi trường ảnh hưởng q trình khai thác mỏ”, Tạp chí Cơng nghiệp mỏ, (1) Hà Nội Võ Chí Mỹ (1993) “Đo vẽ kiểm kê yêu tố môi trường vùng mỏ”, Tuyển tập công trình khoa học, Đại học Mỏ - Địa Chất, tập XVIII, Hà Nội Võ Chí Mỹ (2005), Kỹ thuật mơi trường¸Giáo trình Cao học Trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội Vo Chi My (2010), Geomatics Engineering for Environmental and Natural resources research, Leturenste for post graduate, Hanoi University of Mining and Geology, Ha Noi Vo Chi My (1991), “Ecological consequences of Mining Activity in Viet Nam”, Gospodarka Suowcami mineralngmi, PAN, Cracow 10 Võ Chí Mỹ (1993), “Xác định qui luật dịch chuyển tính chất biến dạng bãi thải, sở qui hoạch phục hồi chức kinh tế chúng”, Tuyển tập cơng trình khao học, Đại học Mỏ - Địa chất, tập XIV Hà Nội 96 11 Vo Chi My, J.Chwastek, Dam Nguyen Manh (1991), “Ảnh hưởng khai thác mỏ môi trường”, Tuyển tập cơng trình khoa học, Đại học Mỏ - Địa Chất, tập XVII, Hà Nội 12 Vo Chi My, Pham Viet Hoa (2005), “Ecological consequence of mining activity and its impact to the Ha Long Bay natural world heritage”, Geotour Internatiral Conference, Cracow 13 Manfred Schneiner (2005), Quản Lý Môi Trường - Con Đường Kinh Tế Dẫn Đến Nền Kinh Tế Sinh Thái, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 14 Nguyễn Thế Thận (2003), Cơ Sở Hệ Thống Thông Tin Địa Lý GIS, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 15 Nguyễn Thế Thận, Trần Công Yên (2000), Hướng dẫn sử dụng phần mềm GIS ARC/INFO, NXB Xây Dựng, Hà Nội ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -  - VŨ THỊ HƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT DO ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG... khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh Chương 2: Cơ sở khoa học phương pháp luận xây dựng sở liệu đánh giá ô nhiễm môi trường Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng GIS đánh giá ô nhiễm mơi trường nước mặt ảnh hưởng. .. chọn đề tài luận văn với tiêu đề: ? ?Nghiên cứu ứng dụng GIS đánh giá ô nhiễm môi trường nước mặt ảnh hưởng trình khai thác mỏ khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh? ?? Trong trình thực tác giả nhận quan tâm,