Tổng quan luận án

Việt Nam sở hữu trữ lượng quặng bô xít ước tính xấp xỉ 6,0 tỷ tấn, phân bố tại miền Bắc, miền Trung và miền Nam, trong đó khu vực Tây Nguyên chiếm vị trí đứng đầu cả nước với các thân quặng bô xít laterit hình thành từ đá phun trào bazan. Hoạt động khai thác lộ thiên và chế biến quặng bô xít để sản xuất alumin tại Tổ hợp Bô xít – Nhôm Lâm Đồng đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế nhưng đồng thời gây tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên và xã hội: làm suy thoái thảm thực vật, bóc tách lớp đất phủ, thay đổi địa hình cảnh quan, cạn kiệt và ô nhiễm nguồn nước mặt do tuyển rửa quặng, phát sinh bùn thải quặng đuôi, bùn đỏ có tính kiềm cao (pH ≥ 12,5), cùng lượng lớn khí thải (SO2, NO2, CO) và bụi mịn lơ lửng từ quá trình nung sấy, vận chuyển.

Khoảng trống nghiên cứu được chỉ ra là các phương pháp quan trắc môi trường truyền thống (đo đạc định kỳ tại trạm mặt đất, thống kê điều tra) thường bị hạn chế về kinh phí, tính gián đoạn, khó bao quát không gian diện rộng và thiếu tính đồng thời. Việc giám sát sự biến động của các yếu tố môi trường bị ảnh hưởng theo chuỗi thời gian bằng công nghệ địa không gian hiện đại là nhu cầu cấp thiết nhằm cung cấp dữ liệu phục vụ điều chỉnh sản xuất và bảo vệ môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm hai nội dung chính:

  1. Xác lập cơ sở khoa học tích hợp công nghệ viễn thám và GIS trong giám sát một số yếu tố môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít.
  2. Xây dựng quy trình giám sát một số yếu tố môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít trên cơ sở tích hợp công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp phân tích thứ bậc AHP.

Luận án xây dựng hai luận điểm bảo vệ:

  1. Sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2A và Sentinel-5P chiết xuất được các chỉ số môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít, đảm bảo độ tin cậy phục vụ giám sát hiệu quả.
  2. Phương pháp tích hợp công nghệ viễn thám và GIS đảm bảo được yêu cầu giám sát một số yếu tố môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít theo không gian và thời gian với hiệu suất cao.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Một số yếu tố môi trường gồm chất lượng không khí (SO2, CO, NO2), chất lượng nước (Chl-a, Turb), trạng thái thảm thực vật (chỉ số NDVI) và hiện trạng lớp phủ bề mặt đất chịu tác động từ hoạt động khai thác và chế biến quặng bô xít.
  • Phạm vi nghiên cứu: Về không gian, nghiên cứu bao trùm Tổ hợp Bô xít – Nhôm Lâm Đồng thuộc địa bàn huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng. Về thời gian, luận án tập trung đánh giá hiện trạng và biến động tại hai mốc thời gian năm 2015 và 2020.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật chi tiết các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến đề tài:

  1. Hoạt động khai thác bô xít và rủi ro môi trường: Tác giả điểm lại tình hình khai thác bô xít tại Jamaica, Brazil, Guinea, Úc, Trung Quốc và Ấn Độ [12, 45, 48, 52, 67, 74, 75, 76]. Phân tích các sự cố môi trường mỏ khoáng sản trên thế giới và trong nước như: sự cố hồ bùn đỏ tại mỏ Alumar (Brazil, 2018), thảm họa vỡ đập bùn đỏ tại nhà máy alumin Ajkai (Hungary, 2010) làm tràn hơn 1 triệu m3 bùn hóa chất, vỡ đập chất thải quặng sắt Brumadinho (Brazil, 2019), sự cố vỡ hồ thải quặng đuôi số 5 tại xí nghiệp bô xít Tân Rai (Lâm Đồng, 2014) làm tràn 5.000 m3 bùn đất đỏ xuống hồ Cai Bảng, và sự cố vỡ hồ bùn đỏ tại Công ty Tân Quang Cường (Bình Thuận, 2016).

  2. Các phương pháp đánh giá tác động môi trường truyền thống: Tác giả hệ thống hóa 6 phương pháp ĐTM theo quy định Luật Bảo vệ Môi trường (1994) và các tài liệu chuyên ngành [29]: phương pháp liệt kê số liệu thông số môi trường, phương pháp ma trận môi trường (định tính, định lượng, bán định lượng), phương pháp mô hình hóa môi trường (dòng chảy, phân tán chất ô nhiễm), phương pháp sơ đồ mạng lưới, phương pháp phân tích chi phí – lợi ích mở rộng, và phương pháp bản đồ chập.

  3. Ứng dụng viễn thám giám sát môi trường nước:

  • Quốc tế: Miguel Potes [62] dùng ảnh Meris và Sentinel-2 theo dõi nồng độ Chl-a, độ đục và vi khuẩn lam tại hồ Alqueva (Bồ Đào Nha); Mohamed Elhag [63] dùng hồi quy tuyến tính từ ảnh Sentinel-2 ước tính Chl-a, nitrat, độ đục tại hồ Wadi Baysh (Ả Rập Saudi); Alexander A. Molkov [46] kết hợp đo quang phổ ngoại nghiệp với kênh NIR-đỏ (665–680 nm và 700–710 nm) của Sentinel-2 xác định Chl-a và tổng chất lơ lửng TSM tại hồ Gorky (Nga); Vaibhav [78] dùng kênh đỏ và cận hồng ngoại (NIR) của Sentinel-2 đánh giá độ đục nước sông mùa dịch Covid-19; Igor Ogashawara [57] phân tích động lực học không gian Chl-a tại các hồ miền Bắc nước Đức; L. Plichko [61] sử dụng chỉ số độ đục NDTI đánh giá hiện tượng phú dưỡng hồ Starukha và Blyznytsay giai đoạn 2015–2021; Varunan Theenathayalan [79] dùng cảm biến Sentinel-2 MSI giám sát Chl-a và TSM vùng Vembanad-Kol (Ấn Độ); Cameron Murray [51] kết hợp Landsat 8, Sentinel-2, MODIS và máy học phân tích tảo nở hoa và nước thải mỏ axit; Yongliu Lia [83] dùng 11 cảnh Sentinel-2 (2018–2021) với mô hình hàm nhị thức B8*(B7-B5) tính Chl-a tại hồ Pingzhai (Trung Quốc).
  • Việt Nam: Nguyễn Thị Thu Hà [24] thiết lập hàm mũ giữa tỷ số kênh B5/B4 ảnh Sentinel-2A với Chl-a tại Hồ Tây (r2 = 0,78, sai số 0,12); Trần Thị Ngọc [40] trích xuất NDWI, NDVI, LSWI, MNDWI, NDTI, NDPI từ Sentinel-2 tại Đầm Nại (Ninh Thuận); Nguyễn Thiên Phương Thảo [26] dùng tỷ số B5/B4 tính Chl-a (114,8 đến >700 µg/L) và chỉ số dinh dưỡng TSI tại hồ Hoàn Kiếm; Đinh Lam Thắng [15] kết hợp ảnh Sentinel-2 MSI với máy đo phổ GER 1500 xây dựng hàm hồi quy tỉ số kênh (NIR, Red, Green, Blue) tính độ đục, COD, BOD5, NH4+ trên sông Hồng và sông Đuống; Nguyễn Hồng Quảng [22] dùng thuật toán SVM trên nền tảng GEE trích xuất nhiệt độ bề mặt, TSS, COD, Chl-a từ Sentinel-2 tại vịnh Rạch Giá; Phạm Quang Vinh [30] thiết lập 4 phương trình tính Chl-a, SD, TSI cho 10 hồ tại Hà Nội; Nguyễn Thiên Phương Thảo [25] khảo sát 78 điểm đo tại hồ Quan Sơn đánh giá Chl-a, TP, SD, TSI.
  1. Ứng dụng viễn thám giám sát môi trường không khí: Sivaramakrishnan KN [72] áp dụng phân cụm K-means, Agglomerative và DBSCAN trên ảnh Sentinel-5P giám sát SO2, NO2, CO, AER_AI, O3, HCHO tại Ấn Độ; C. Prakasam [50] dùng Landsat và Sentinel-2 tính NDVI, LAI theo dõi ô nhiễm hành lang BBN (Ấn Độ); Neeraj K. Maurya [65] dùng GEE xử lý dữ liệu TROPOMI Sentinel-5P và MODIS giai đoạn 2018–2021 giám sát NOx, SOx, CH4, CO, HCHO, O3; Seham S. Al-Alola [70] kết hợp Sentinel-5P, MODIS, MERRA-2 dọc tuyến đường sắt Al-Shamal (Ả Rập Saudi); Bijay Halder [49] áp dụng học máy trên GEE với ảnh Sentinel-5P để xác định NO2, CO, AOD; Mohammad Kazemi Garajeh [64] tích hợp Sentinel-5P trên GEE giám sát biến động chu kỳ của CO, NO2, SO2, O3; Beata Wieczorek [48] thành lập bản đồ mô hình ô nhiễm NO2, SO2, CO từ TROPOMI giai đoạn 2018–2022 tại Ba Lan và Ukraine; Dnilo Mejia C [53] dùng nội suy Bayesian Kriging nồng độ NO2 Sentinel-5P tại Guayaquil (Ecuador); Venkata Sudhakar C [80] dùng dữ liệu Terra, Aura, Sentinel-5P, GOSAT đánh giá khí thải ngành xi măng Ấn Độ.

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết: Phần lớn các công trình trước đây chỉ tập trung vào một thành phần môi trường đơn lẻ (nước hoặc không khí) hoặc ứng dụng tại các vùng đô thị, lưu vực sông tự nhiên. Luận án giải quyết khoảng trống về việc xây dựng khung phương pháp luận tích hợp đồng thời đa chỉ tiêu môi trường (nước mặt, không khí, thảm thực vật và lớp phủ mặt đất) dựa trên dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel-2A và Sentinel-5P, kết hợp nền tảng Google Earth Engine, thuật toán học máy Random Forest và phương pháp phân tích thứ bậc AHP chuyên biệt cho khu vực khai thác và chế biến bô xít.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích:

  • Cơ sở công nghệ mỏ và dòng thải bô xít: Thân quặng bô xít laterit Tây Nguyên có cấu trúc bở rời đến kết tảng, phân bố nông (sâu 1–3 m), chiều dày thân quặng 2–8 m. Khai thác lộ thiên gồm 4 công đoạn: phát quang bề mặt, bóc lớp đất phủ, khai thác tuyển quặng (tuyển rửa trọng lực tạo bùn quặng đuôi), và sản xuất alumin theo quy trình Bayer (hòa tách bằng kiềm NaOH nóng, kết tủa nhôm hydroxit và nung ở 1.050 °C thành Al2O3, phát thải bùn đỏ pH ≥ 12,5 cùng khí thải SO2, NO2, CO).
  • Cơ sở quang phổ viễn thám: Phân tích đường cong phản xạ phổ ở dải sóng nhìn thấy (Visible), cận hồng ngoại (NIR) và hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) để xác định chỉ số thực vật NDVI, độ đục Turb, nồng độ chất diệp lục Chl-a; sử dụng dữ liệu phổ hấp thụ phân tử từ cảm biến TROPOMI để chiết tách mật độ cột khí quyển của SO2, NO2, CO.
  • Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP): Thiết lập ma trận so sánh cặp giữa các tiêu chí môi trường theo thang điểm của Thomas L. Saaty, xác định vector trọng số, kiểm tra độ tin cậy bằng tỷ số nhất quán CR = CI / RI (với CR < 0,1 là hợp lệ; chỉ số ngẫu nhiên RI tra theo số lượng chỉ tiêu n).
  • Thuật toán học máy Random Forest: Kỹ thuật phân loại dựa trên tập hợp nhiều cây quyết định độc lập được xây dựng bằng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên có hoàn lại (bootstrap) nhằm phân loại chính xác các kiểu lớp phủ bề mặt mỏ.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp thu thập dữ liệu và khảo sát thực địa: Luận án khảo sát thực địa tại 10 vị trí tọa độ cụ thể tại khu vực huyện Bảo Lâm (từ điểm 1 đến điểm 10); sử dụng thiết bị bay không người lái (UAV) bay chụp hiện trạng khu vực nhà máy alumin; thu thập số liệu quan trắc môi trường không khí quý 4/2017 và quý 4/2020 của Công ty TNHH MTV Nhôm Lâm Đồng tại khu vực xưởng tuyển và nhà máy.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ, Cục Viễn thám Quốc gia, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, Tổng cục Môi trường để xác định bộ tiêu chí và ma trận so sánh cặp AHP.
  • Phương pháp xử lý ảnh số và lập trình: Sử dụng nền tảng điện toán đám mây Google Earth Engine (GEE) và mã nguồn mở để lập trình tự động hóa quy trình tiền xử lý, trích xuất chỉ số và phân loại lớp phủ theo thuật toán Random Forest.
  • Phương pháp phân tích không gian GIS: Sử dụng phần mềm QGIS và các công cụ GIS để chuẩn hóa dữ liệu raster, gán trọng số và thực hiện kỹ thuật chập bản đồ đa tiêu chí.

Nguồn tư liệu và dữ liệu sử dụng:

Loại dữ liệu Nguồn / Cảm biến Độ phân giải Thời điểm / Chu kỳ Mục đích sử dụng
Ảnh viễn thám quang học Sentinel-2A (MSI) 10 m, 20 m Năm 2015 và 2020 Phân loại lớp phủ, tính NDVI, Chl-a, Turb
Ảnh viễn thám khí quyển Sentinel-5P (TROPOMI) 7 × 3,5 km / 5,5 × 3,5 km 2017–2020 / 2015–2020 Chiết tách hàm lượng khí SO2, NO2, CO
Ảnh chụp UAV Thiết bị bay không người lái Siêu cao (< 0,1 m) Thời điểm khảo sát Kiểm chứng hiện trạng nhà máy alumin
Khảo sát thực địa Đo đạc GPS ngoại nghiệp Điểm tọa độ thực tế 10 điểm khảo sát Đánh giá độ chính xác phân loại ảnh
Quan trắc môi trường Công ty TNHH MTV Nhôm Lâm Đồng Số liệu trạm đo mặt đất Quý 4/2017 và Quý 4/2020 Đối chiếu, hiệu chỉnh nồng độ khí thải

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

Chương 1 tổng kết các kiến thức nền tảng về khoáng sản bô xít trên thế giới và Việt Nam. Quặng bô xít Tây Nguyên phân bố trong dải vỏ phong hóa bazan kéo dài từ Kon Tum, Gia Lai, Đắk Nông đến Lâm Đồng với tổng tài nguyên quặng tinh laterit đạt 2,522 tỷ tấn. Hoạt động khai thác lộ thiên và chế biến theo công nghệ Bayer bao gồm 4 khâu: phát quang bề mặt, bóc lớp đất phủ, khai thác và tuyển quặng, sản xuất alumin. Luận án phân tích chi tiết các dòng thải: quá trình sản xuất đòi hỏi 12 triệu m3 nước/năm (tỷ lệ tuần hoàn chỉ đạt 30%), cứ 1 tấn alumin tạo ra 1 tấn cặn và 4 tấn bùn đỏ (pH ≥ 12,5), tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm nguồn nước, phát tán bụi mịn và khí độc qua các ống khói công nghiệp.

Tác giả phân tích ưu, nhược điểm của 6 phương pháp ĐTM truyền thống, chỉ ra rằng phương pháp bản đồ chập khi kết hợp với GIS và viễn thám giúp khắc phục tính tĩnh tại, cho phép cập nhật định lượng không gian và thời gian theo sự biến đổi của mỏ. Chương này cũng tổng thuật toàn diện các công trình nghiên cứu viễn thám trong giám sát môi trường nước và không khí, khẳng định tính khả thi của việc sử dụng dữ liệu Sentinel-2A và Sentinel-5P.

Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp luận tích hợp công nghệ Viễn thám và GIS giám sát một số yếu tố môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít

Chương 2 xác lập cơ sở khoa học xây dựng bộ tiêu chí giám sát môi trường mỏ bô xít gồm 4 nhóm yếu tố:

  1. Hiện trạng lớp phủ mặt đất (đất khai trường mỏ, hồ bùn đỏ, hồ quặng đuôi, đất nông nghiệp, đất rừng, mặt nước, khu dân cư).
  2. Chất lượng thực vật (chỉ số NDVI).
  3. Chất lượng môi trường nước (chỉ số diệp lục Chl-a và chỉ số độ đục Turb).
  4. Chất lượng môi trường không khí (hàm lượng cột khí SO2, NO2, CO).

Luận án phân tích cơ sở phổ phản xạ và phổ hấp thụ của từng yếu tố, ứng dụng thuật toán học máy Random Forest với cấu trúc đa cây quyết định để nâng cao độ chính xác phân loại lớp phủ. Trên nền tảng điện toán đám mây Google Earth Engine (GEE), tác giả xây dựng các đoạn mã chương trình tự động trích xuất các chỉ số phổ và nồng độ khí quyển.

Quy trình tích hợp viễn thám, GIS và AHP được thiết lập dựa trên khung pháp lý của Luật Khoáng sản, Luật Bảo vệ Môi trường và các tiêu chuẩn QCVN. Quy trình gồm các bước: thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh đa thời gian -> tiền xử lý khí quyển và hình học -> lập trình chiết tách các chỉ số môi trường chuyên đề trên GEE -> chuẩn hóa và phân cấp các lớp chỉ tiêu -> xác định trọng số bằng ma trận AHP -> chồng ghép bản đồ trong GIS -> thành lập bản đồ chất lượng môi trường tổng hợp và bản đồ biến động môi trường.

Chương 3: Thử nghiệm giám sát một số yếu tố môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít tại tổ hợp Bô xít - Nhôm Lâm Đồng

Chương 3 triển khai toàn bộ quy trình công nghệ vào thử nghiệm thực tế tại Tổ hợp Bô xít – Nhôm Lâm Đồng (huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng) cho hai mốc thời gian năm 2015 và 2020:

  • Tiền xử lý dữ liệu viễn thám: Xử lý hiệu chỉnh khí quyển cho ảnh Sentinel-2A và dữ liệu Sentinel-5P TROPOMI.
  • Phân loại lớp phủ bề mặt: Ứng dụng thuật toán Random Forest phân loại các lớp đối tượng đất khai trường, hồ bùn đỏ, hồ quặng đuôi, đất nông nghiệp, rừng, khu dân cư cho các năm 2015 và 2020. Kết quả được kiểm chứng độ chính xác bằng 10 điểm khảo sát thực địa ngoại nghiệp và ảnh chụp UAV tại khu vực nhà máy alumin.
  • Thành lập các bản đồ chuyên đề thành phần:
    • Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2015, 2020 và bản đồ biến động lớp phủ giai đoạn 2015–2020.
    • Bản đồ phân cấp chỉ số thực vật NDVI năm 2015 và 2020, thể hiện rõ mức độ suy giảm thực vật tại các khai trường bóc phủ.
    • Nhóm bản đồ chất lượng nước mặt năm 2015 và 2020 thể hiện sự biến thiên của chỉ số diệp lục Chl-a và độ đục Turb tại hồ Cai Bảng và các thủy vực lân cận.
    • Nhóm bản đồ chất lượng không khí năm 2015 và 2020 thể hiện sự phân bố không gian của các khí SO2, NO2, CO, kết hợp đối chiếu với kết quả quan trắc trạm mặt đất quý 4/2017 và quý 4/2020.
  • Thành lập bản đồ tổng hợp chất lượng môi trường: Sử dụng phương pháp AHP tính toán trọng số cho các lớp chỉ tiêu thành phần, thực hiện chập bản đồ trong môi trường GIS để xây dựng bản đồ chất lượng môi trường năm 2015, năm 2020 và bản đồ biến động chất lượng môi trường giai đoạn 2015–2020. Thống kê diện tích biến động theo từng cấp độ chất lượng môi trường, phản ánh quy luật tác động không gian của hoạt động khai trường và chế biến alumin theo thời gian.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới của luận án:

  1. Đóng góp về phương pháp luận và dữ liệu: Cung cấp đồng thời các chỉ số giám sát chất lượng môi trường nước (Turb, Chl–a), môi trường không khí (SO2, NO2, CO), chất lượng thực vật và lớp phủ mặt đất bằng công nghệ viễn thám và GIS dưới tác động của quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít. Phương thức tích hợp này cho phép theo dõi, giám sát chủ động các yếu tố môi trường mà không cần tiếp cận trực tiếp và có thể thực hiện theo nhiều chu kỳ trong năm.
  2. Đóng góp về giải pháp công nghệ: Ứng dụng thuật toán máy học Random Forest cùng mã nguồn mở và nền tảng điện toán đám mây Google Earth Engine (GEE) để xây dựng các chương trình tính toán tự động các chỉ số liên quan đến môi trường nước, không khí, thực vật và lớp phủ mặt đất.
  3. Đóng góp về mô hình đánh giá tổng hợp: Kết hợp công nghệ Viễn thám, GIS và phép phân tích thứ bậc AHP để xây dựng bản đồ hiện trạng và bản đồ biến động chất lượng môi trường tổng hợp tại khu vực mỏ khoáng sản.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án:

  • Chuẩn hóa và ban hành quy trình tích hợp Viễn thám – GIS – AHP thành tài liệu kỹ thuật hướng dẫn giám sát môi trường định kỳ tại các dự án khai thác bô xít vùng Tây Nguyên.
  • Tăng cường ứng dụng nền tảng điện toán đám mây GEE để xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu không gian giám sát liên tục, kịp thời cảnh báo nguy cơ sự cố tại các hồ bùn đỏ và bãi thải quặng đuôi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Nguồn ảnh viễn thám quang học Sentinel-2A phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, dễ bị mây che phủ trong mùa mưa tại vùng nhiệt đới gió mùa Tây Nguyên, gây khó khăn cho việc thu nhận ảnh chất lượng cao liên tục.
  • Độ phân giải không gian của dữ liệu Sentinel-5P (TROPOMI) đối với các thông số khí quyển (SO2, NO2, CO) còn ở mức trung bình (vài kilômét), phù hợp cho đánh giá phạm vi vùng hơn là giám sát cục bộ tại từng vị trí phát thải điểm trong khuôn viên nhà máy.
  • Phạm vi thử nghiệm thời gian tập trung vào hai mốc 2015 và 2020, chưa bao quát đầy đủ biến động theo từng tháng hay từng mùa trong năm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Tích hợp thêm dữ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao (VHR) và ảnh radar khẩu độ tổng hợp (SAR Sentinel-1) nhằm khắc phục ảnh hưởng của mây mù và theo dõi biến dạng bờ đập hồ chứa bùn đỏ.
  • Mở rộng phạm vi ứng dụng quy trình công nghệ cho các mỏ bô xít khác (như Tổ hợp Bô xít Nhân Cơ – Đắk Nông) và các loại hình mỏ khoáng sản lộ thiên khác tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Giá trị đối với các đối tượng sử dụng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên, giảng viên ngành Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ, Địa tin học, Quản lý Môi trường: tham khảo khung phương pháp luận tích hợp địa không gian, quy trình phân loại ảnh bằng thuật toán Random Forest và kỹ thuật lập trình tính toán chỉ số trên GEE.
  • Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Viễn thám Quốc gia, Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh): tham khảo bộ tiêu chí và quy trình công nghệ để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật quan trắc tài nguyên môi trường mỏ từ xa.
  • Doanh nghiệp khai khoáng (Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, Công ty Nhôm Lâm Đồng): ứng dụng công cụ thành lập bản đồ chuyên đề định kỳ để kiểm soát rủi ro môi trường, quản lý vận hành mỏ an toàn và bền vững.

Các phần đáng tham khảo trong tài liệu:

  • Sơ đồ quy trình tích hợp viễn thám, GIS và AHP tại Chương 2.
  • Ma trận phân cấp trọng số AHP và bảng phân cấp các lớp chỉ tiêu đầu vào.
  • Phần Phụ lục chứa mã nguồn chi tiết công cụ phân loại ảnh viễn thám theo thuật toán Random Forest và mã nguồn tính hàm lượng SO2 trên nền tảng GEE.

Câu hỏi thường gặp

  1. Các nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh nào được luận án sử dụng để trích xuất các chỉ số môi trường? Luận án sử dụng dữ liệu đa phổ từ cảm biến MSI trên vệ tinh Sentinel-2A (độ phân giải 10m, 20m) để chiết tách hiện trạng lớp phủ, chỉ số thực vật NDVI, độ đục Turb và hàm lượng diệp lục Chl-a; sử dụng dữ liệu từ cảm biến TROPOMI trên vệ tinh Sentinel-5P để chiết tách mật độ cột khí quyển của SO2, NO2 và CO; kết hợp ảnh chụp từ thiết bị bay không người lái (UAV) để kiểm chứng chi tiết khu vực nhà máy alumin.

  2. Quy trình công nghệ sản xuất alumin tại tổ hợp phát sinh những nguồn thải chính nào gây nguy cơ môi trường? Sản xuất alumin áp dụng công nghệ Bayer sử dụng dung dịch kiềm NaOH nóng để hòa tách quặng bô xít. Quy trình tiêu tốn lượng nước lớn (khoảng 12 triệu m3/năm), phát sinh 1 tấn cặn và 4 tấn bùn đỏ cho mỗi tấn alumin sản xuất. Bùn đỏ có độ kiềm cao (pH ≥ 12,5) được lưu giữ trong các hồ chứa, cùng với bùn thải quặng đuôi sau tuyển rửa, khí thải độc hại (SO2, NO2, CO) và bụi lơ lửng từ lò nung và khâu vận chuyển.

  3. Thuật toán học máy và nền tảng công nghệ nào được tác giả ứng dụng để xử lý dữ liệu viễn thám? Tác giả ứng dụng thuật toán học máy Random Forest (rừng ngẫu nhiên) để phân loại các đối tượng lớp phủ bề mặt và xây dựng toàn bộ chương trình tính toán, trích xuất chỉ số môi trường trên nền tảng điện toán đám mây Google Earth Engine (GEE).

  4. Phương pháp phân tích thứ bậc AHP đóng vai trò gì trong luận án? Phương pháp AHP của Saaty được sử dụng để thiết lập ma trận so sánh cặp giữa các yếu tố môi trường (lớp phủ, NDVI, Chl-a, Turb, SO2, NO2, CO), tính toán vector trọng số cho từng thành phần và kiểm tra tỷ số nhất quán CR < 0,1. Trọng số này làm cơ sở thực hiện kỹ thuật chập bản đồ đa tiêu chí trong GIS để thành lập bản đồ chất lượng môi trường tổng hợp.

  5. Phạm vi không gian và thời gian thử nghiệm của nghiên cứu được thực hiện ở đâu? Nghiên cứu được thử nghiệm thực tế tại Tổ hợp Bô xít – Nhôm Lâm Đồng thuộc huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng, với dữ liệu quan trắc và phân tích biến động môi trường tập trung vào hai mốc thời gian năm 2015 và 2020.

Kết luận

Luận án của tác giả Vũ Ngọc Phan đã xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận tích hợp công nghệ Viễn thám, GIS và mô hình phân tích thứ bậc AHP trong việc giám sát biến động đa thành phần môi trường (lớp phủ, thực vật, nước mặt và không khí) tại khu vực mỏ bô xít. Bằng việc làm chủ công cụ mã nguồn mở, thuật toán máy học Random Forest và nền tảng điện toán đám mây Google Earth Engine, nghiên cứu đã xử lý hiệu quả nguồn dữ liệu vệ tinh Sentinel-2A và Sentinel-5P đa thời gian. Kết quả thử nghiệm tại Tổ hợp Bô xít – Nhôm Lâm Đồng giai đoạn 2015–2020 đã chứng minh tính khả thi, độ tin cậy của quy trình đề xuất, cung cấp một giải pháp công nghệ địa không gian phục vụ công tác quản lý và bảo vệ môi trường khai khoáng.