Khai thác khoáng sản đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế của nhiều quốc gia, mang lại nguồn thu lớn từ tài nguyên thiên nhiên. Tuy nhiên, hoạt động này cũng có những tác động tiêu cực đáng kể lên môi trường tự nhiên, đặc biệt là biến động nước mặt. Trong các khu vực có hoạt động khai thác khoáng sản, nước mặt thường bị ảnh hưởng bởi quá trình khai thác, gây ra những biến động về chất lượng và khối lượng.
Việc giám sát sự thay đổi của tài nguyên nước mặt do khai thác khoáng sản đòi hỏi sự kết hợp giữa các phương pháp hiện đại. Công nghệ viễn thám, với khả năng theo dõi biến động trên quy mô lớn trong thời gian dài, đã trở thành công cụ quan trọng trong việc theo dõi và đánh giá sự thay đổi của tài nguyên nước.
Trong số đó, các chỉ số NDWI và MNDWI được sử dụng rộng rãi để xác định và theo dõi sự biến động nước mặt. Hai chỉ số này đặc biệt hữu ích trong việc tách biệt các vùng nước mặt với các yếu tố khác trong môi trường, hỗ trợ đánh giá tác động của các hoạt động khai thác bằng cách chỉ ra những thay đổi về tài nguyên đất và nước cho các khu vực đang diễn ra hoạt động khai thác rộng rãi.
Tổng quan hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam
Tổng quan hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam Việt Nam được coi là quốc gia có nguồn tài nguyên khoáng sản đa dạng với hơn 5000 điểm mỏ của 60 loại khoáng sản. Trong đó, một số loại có trữ lượng quan trọng như bô xít (672,1 triệu tấn), apatit (0,778 triệu tấn), titan (15,71 triệu tấn), than (3.520 triệu tấn), đất hiếm (1,1 triệu tấn) và đá granit (15 tỷ m3).
Trữ lượng dầu mỏ ước tính khoảng 6 tỷ tấn và khí đốt khoảng 4.000 tỷ m3, phân bố chủ yếu ở vùng trầm tích từ Nam đến Bắc. Theo công bố vào tháng 10/2014 của Tổ chức Khảo sát địa chất Mỹ (USGS): Năm 2012, Việt Nam đứng thứ 7 về khai thác dầu thô ở khu vực Châu Á Thái Bình Dương (110 triệu gallon barrels); đóng góp 2,3% tổng sản lượng thiếc trên thế giới và 1,8% tổng sản lượng xi măng, 1% tổng sản lượng Barite trên thế giới. (Minerals Yearbook)
Ảnh hưởng của khai thác khoáng sản đến tài nguyên nước
Tài nguyên nước không chỉ bị đe dọa bởi biến đổi khí hậu mà còn bởi mức độ ô nhiễm ngày càng tăng, vốn đã trở thành vấn đề môi trường nghiêm trọng trên phạm vi toàn cầu khi nhu cầu về nước ngọt ngày càng tăng, mà nguồn cung cấp nước sạch ngày càng trở nên khan hiếm.
Các nguyên tố vi lượng như kim loại nặng có thể xuất hiện ở cả nước mặt và nước ngầm do tác động của một số hoạt động của con người (ví dụ như nông nghiệp, sản xuất năng lượng, công nghiệp, sản xuất, khai thác mỏ, v.v.). Việc ô nhiễm tài nguyên nước bởi kim loại nặng gây ra rủi ro thực sự đối với môi trường nước và sức khỏe con người do tính độc hại, tính dai dẳng và tích tụ sinh học của các chất ô nhiễm này.
Việc khai thác nguyên liệu thô thông qua khai thác mỏ là điều cần thiết cho sự phát triển của con người. Mặc dù vậy, nó làm tăng khả năng giải phóng các nguyên tố độc hại ở các khu vực gần công trường và đẩy nhanh các quá trình gây ô nhiễm xảy ra trong môi trường vật lý.
Tài nguyên nước là thành phần môi trường dễ bị tổn thương nhất trước những tác động trực tiếp của khai thác mỏ. Chất thải rắn và nước thải do hoạt động khai thác mỏ tạo ra là nguồn tiềm ẩn gây ô nhiễm đất và nước. Do đó, tài nguyên nước trở thành điểm ô nhiễm lớn nhất của ngành khai thác mỏ.
Tuy nhiên, việc điều tra và đánh giá biến động nước mặt gặp khá nhiều khó khăn do phạm vi phân bố tài nguyên nước mặt rộng và rải rác, thiếu các dữ liệu quá khứ để đánh giá biến động. Việc sử dụng nguồn ảnh viễn thám kết hợp với GIS cho phép đánh giá biến động nguồn tài nguyên nước nhanh chóng và tính cập nhật hơn so với phương pháp khảo sát điều tra ngoài thực địa.
Ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS, NDWI và MNDWI
Đánh giá tác động môi trường là một phần không thể thiếu của các hoạt động khai thác. Dữ liệu viễn thám cho phép xác định, phân định và giám sát các nguồn ô nhiễm và các khu vực bị ảnh hưởng, bao gồm đất bỏ hoang và những thay đổi trong việc sử dụng đất bề mặt và các vùng nước.
Việc sử dụng dữ liệu cảm biến từ xa vệ tinh có độ phân giải cao và các kỹ thuật GIS hiện đại với sự phát triển song song của một hệ thống cơ sở dữ liệu không gian địa lý tích hợp đầy đủ đã cung cấp khả năng giám sát và phản hồi ở các quy mô không gian thích hợp; do đó, dữ liệu như vậy có thể được sử dụng để quản lý môi trường lâu dài và giám sát việc cải tạo và phục hồi các khu vực khai thác.
Ứng dụng viễn thám và GIS mà cụ thể là hai chỉ số NDWI và MNDWI trong đánh giá và giám sát tài nguyên môi trường đang sử dụng rộng rãi. Giá trị chỉ số NDWI và MNDWI dương cho thấy sự tồn tại nước mặt, hai chỉ số về nước có thể sử dụng để phát hiện và đánh giá sự thay đổi diện tích che phủ bởi nước mặt, đặc biệt chỉ số MNDWI cho kết quả chính xác hơn NDWI. Do vậy, khi xây dựng bản đồ biến động nước mặt nên dùng chỉ số MNDWI.
Phương pháp nghiên cứu NDWI và MNDWI
Chỉ số NDWI
Chỉ số khác biệt nước NDWI (Normalized-difference water index) được đề xuất xây dựng bởi McFeeters nhằm tối đa hóa độ phản xạ của vùng nước mặt trong dải sóng màu xanh lá cây (green band) và giảm thiểu độ phản xạ của vùng nước mặt trong dải hồng ngoại gần (Near Infrared – NIR), từ đó có thể thấy được các đặc tính khác nhau của nước. Chỉ số này đặc biệt hữu ích khi cần theo dõi sự thay đổi diện tích nước mặt trong một khoảng thời gian nhất định, từ đó phát hiện các dấu hiệu suy giảm hoặc gia tăng nước mặt do các hoạt động khai thác khoáng sản.
Chỉ số NDWI được tính theo công thức sau:
𝑁𝐷𝑊𝐼 =(𝐺 − 𝑁𝐼𝑅)/(𝐺 + 𝑁𝐼𝑅)
Chỉ số NDWI có thể tăng cường các thông tin liên quan đến nước trên ảnh vệ tinh. Tuy nhiên, đối với các vùng nước có nhiều cặn hoặc ô nhiễm (nhất là trong các khu đô thị) NDWI có thể không phản ánh chính xác trạng thái của nước mặt. Ngoài ra, NDWI dễ bị nhiễu bởi các vùng có thực vật hoặc các khu vực xây dựng, do đó có thể không chính xác trong các khu vực có môi trường phức tạp.
Chỉ số MNDWI
Chỉ số nước MNDWI (Modified Normalized Difference Water Index) xác định dựa trên sự phản xạ khác nhau của nước thể hiện giữa kênh phổ nhìn thấy (kênh xanh lá cây) và kênh hồng ngoại sóng ngắn dùng để điều chỉnh mức độ tập trung của nước trên mặt đất. MNDWI đặc biệt hiệu quả trong việc giám sát các khu vực bị ảnh hưởng bởi đô thị hóa hoặc các hoạt động công nghiệp như khai thác khoáng sản.
Chỉ số MNDWI được tính toán theo công thức:
MNDWI = (GREEN- SWIR)/ (GREEN + SWIR)
Sự khác biệt giữa giá trị NDWI và MNDWI
MNDWI qua các năm đều có giá trị lớn hơn so với giá trị NDWI, khoảng giá trị của chỉ số MNDWI rộng hơn so với khoảng giá trị của chỉ số NDWI.
Chỉ số NDWI thường bị ảnh hưởng bởi mây, địa hình và bởi các yếu tố khác nhiều hơn so với chỉ số MNDWI.
Khu vực có giá trị NDWI và MNDWI càng lớn thì độ sâu mực nước tại đó càng cao.
- NDWI: Thích hợp cho các khu vực ít bị ảnh hưởng bởi con người, chẳng hạn như các vùng nông thôn hoặc tự nhiên. NDWI có khả năng phát hiện nước mặt tốt nhưng dễ bị nhiễu bởi thực vật hoặc các yếu tố môi trường khác.
- MNDWI: Hiệu quả hơn trong các khu vực đô thị hoặc công nghiệp, nơi có sự hiện diện của đất khô và các công trình xây dựng. MNDWI loại bỏ nhiễu tốt hơn, đặc biệt trong các khu vực có nhiều công trình xây dựng hoặc địa hình phức tạp.
Kết quả từ nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả NDWI và MNDWI đều cung cấp thông tin hữu ích về sự biến động nước mặt. Tuy nhiên, MNDWI thường được đánh giá cao hơn do khả năng loại bỏ nhiễu tốt hơn và độ chính xác cao hơn trong các khu vực khai thác.
Việc lựa chọn sử dụng NDWI hay MNDWI phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu và điều kiện môi trường của khu vực giám sát. Nếu khu vực nghiên cứu chủ yếu là vùng tự nhiên, ít có yếu tố gây nhiễu từ xây dựng hoặc đô thị hóa, NDWI là lựa chọn hợp lý. Ngược lại, nếu khu vực nghiên cứu nằm trong vùng công nghiệp hoặc khai thác khoáng sản, MNDWI sẽ mang lại kết quả chính xác hơn.
