Ứng phó tràn dầu trên biển gặp nhiều khó khăn, khó phát hiện, giám sát và theo dõi do môi trường biển rất rộng và dầu có thể bị rò rỉ ở một vị trí xa xôi, khó tiếp cận. Do đó, việc ứng phó với những sự kiện này đòi hỏi phải có thiết bị di động, triển khai nhanh chóng và có tính chuyên dụng cao.
Công nghệ viễn thám ứng phó tràn dầu là giải pháp hữu hiệu nhờ khả năng cung cấp dữ liệu từ xa, theo dõi chính xác sự di chuyển của dầu loang và hỗ trợ việc ra quyết định nhanh chóng, hiệu quả, giúp tối ưu hóa nguồn lực và rút ngắn thời gian phản ứng trong tình huống khẩn cấp.
Tình trạng tràn dầu tại Việt Nam
Tình trạng tràn dầu tại Việt Nam là một vấn đề nghiêm trọng, nhất là do Việt Nam có bờ biển dài hơn 3.200 km và nhiều hoạt động khai thác dầu khí, vận tải biển diễn ra thường xuyên. Các sự cố tràn dầu có thể xuất phát từ tai nạn tàu biển, rò rỉ từ giàn khoan dầu, hoặc hoạt động khai thác dầu khí ngoài khơi.
Việt Nam đã trải qua nhiều vụ tràn dầu lớn, tiêu biểu như vụ tràn dầu từ tàu Petrolimex 02 (2007), hoặc vụ tràn dầu từ tàu Sunrise 689 (2015). Những sự cố này gây ra thiệt hại lớn về môi trường và kinh tế.
Các vụ tràn dầu chủ yếu xuất phát từ hoạt động hàng hải và khai thác dầu khí ngoài khơi. Đặc biệt, vùng biển phía Nam, nơi tập trung nhiều mỏ dầu khí, có nguy cơ cao xảy ra các sự cố.
Ảnh hưởng của sự cố tràn dầu
- Môi trường biển: Tràn dầu ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái biển, làm tổn hại nghiêm trọng đến các loài động thực vật biển như san hô, cá, và các loài thủy sinh khác. Theo báo cáo từ Tổng cục Môi trường, nhiều vụ tràn dầu đã làm suy giảm chất lượng nước biển, khiến nhiều vùng ven biển bị ô nhiễm lâu dài.
- Kinh tế: Các sự cố tràn dầu không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn gây thiệt hại lớn cho ngành du lịch, đánh bắt thủy sản và các hoạt động kinh tế ven biển. Báo cáo của Viện Hải dương học Nha Trang cho thấy, việc ô nhiễm dầu tràn làm giảm nguồn cá và ảnh hưởng đến nghề cá tại các tỉnh ven biển.
- Sức khỏe cộng đồng: Dầu tràn chứa nhiều hợp chất hữu cơ độc hại như benzen, toluen, gây ra các bệnh về hô hấp và da nếu tiếp xúc trực tiếp.
Khó khăn trong công tác ứng phó tràn dầu:
- Thiếu thiết bị và cơ sở hạ tầng: Việt Nam hiện đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt các trang thiết bị cần thiết để ứng phó với sự cố tràn dầu như phao quây, tàu hút dầu và các hóa chất phân tán dầu.
- Thiếu nhân lực chuyên nghiệp: Đội ngũ cứu hộ và nhân viên ứng phó chưa được đào tạo chuyên sâu, thiếu kỹ năng và kinh nghiệm trong việc xử lý các sự cố lớn.
- Khó khăn về điều kiện thời tiết: Nhiều sự cố tràn dầu xảy ra ở vùng biển xa hoặc trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, gây khó khăn cho công tác ứng phó nhanh chóng và hiệu quả.
- Sự phối hợp giữa các cơ quan: Việc phối hợp giữa các bên liên quan trong công tác cứu hộ, từ lực lượng chức năng địa phương đến các doanh nghiệp, còn gặp nhiều hạn chế.
Từ những khó khăn như trên, việc ứng dụng công nghệ hiện đại, đặc biệt là công nghệ viễn thám ứng phó tràn dầu là cần thiết để nâng cao hiệu quả trong công tác ứng phó và giảm thiểu thiệt hại từ các sự cố này.
Vai trò của viễn thám ứng phó tràn dầu
Theo truyền thống, giám sát và ứng phó tràn dầu đã được tiến hành bằng các cuộc khảo sát trên không có người lái thông qua trực thăng hoặc máy bay cánh cố định, với hình ảnh vệ tinh cung cấp dữ liệu quy mô lớn trên các khu vực rộng lớn. Những tiến bộ gần đây trong các hệ thống giám sát trên không và tính khả dụng rộng rãi của chúng trên thị trường thương mại đã giới thiệu một loạt các hệ thống viễn thám sử dụng các cảm biến điện từ được triển khai từ nhiều nền tảng khác nhau để phát hiện, theo dõi và giám sát tràn dầu.
Viễn thám là một công cụ quan trọng để ứng phó tràn dầu ngoài khơi, gần bờ và ven bờ. Ứng dụng công nghệ viễn thám ứng phó tràn dầu hiện nay sử dụng nhiều bước sóng trên quang phổ điện để phát hiện, theo dõi và giám sát các vụ rò rỉ dầu.
Dữ liệu viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) có khả năng cung cấp thông tin thời gian thực về các nội dung sau:
- lập bản đồ không gian chính xác về dầu tràn cần thiết để định vị và bố trí thiết bị thu hồi và áp dụng các công nghệ ứng phó thay thế như đốt tại chỗ hoặc chất phân tán hóa học;
- cung cấp dữ liệu về hướng dòng chảy bề mặt cần thiết để dự đoán chuyển động của váng dầu;
- cung cấp thông tin định tính về độ dày của váng dầu:
- đánh giá mức độ tràn dầu và các khu vực có khả năng bị ảnh hưởng để hỗ trợ ra quyết định chiến thuật và đánh giá tổng hợp trong quá trình ứng phó.
Các công nghệ viễn thám đang được cộng đồng ứng phó tràn dầu sử dụng các dải năng lượng UV, Visible, TIR và Vi sóng.
Các kỹ thuật viễn thám hỗ trợ ứng phó tràn dầu
Quan sát bằng mắt
Phương pháp đơn giản nhất để xác định vị trí tràn dầu là quan sát từ trên không. Tuy nhiên, để có được kết quả khả quan đòi hỏi người quan sát phải có kiến thức về đặc điểm của dầu và các từ ngữ chuyên ngành liên quan. Màu sắc của lớp dầu phụ thuộc vào cách các sóng ánh sáng có độ dài khác nhau được phản xạ khỏi bề mặt dầu, truyền qua dầu (và phản xạ khỏi bề mặt nước bên dưới lớp dầu) và được dầu hấp thụ.
Màu sắc quan sát được là kết quả của các yếu tố này. Ngoài ra, màu sắc quan sát được còn phụ thuộc vào loại dầu bị tràn vì màu sắc của dầu phụ thuộc vào rất nhiều biến số nên không thể mô tả màu sắc của dầu dựa trên những gì quan sát được. Do đó, một bộ mã màu sử dụng các thuật ngữ độc lập với tên màu cụ thể, đã được cộng đồng ứng phó của châu Âu phát triển, trong đó phổ biến rộng rãi nhất là các tiêu chuẩn liên quan đến Hiệp định Bonn.
Từ hiệp định này, các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ, các thí nghiệm ngoài trời và thử nghiệm thực địa đã được thực hiện. Kết quả cho thấy uớc tính trực quan về sự phân bố độ dày của màng dầu là rất chủ quan và nếu không được thực hiện bởi nhân viên được đào tạo và có kinh nghiệm có thể sẽ không đưa ra được đánh giá chính xác.
Viễn thám quang học
Các kỹ thuật quang học truyền thống dựa vào ảnh tĩnh và thước phim. Viễn thám quang học là thiết bị hình ảnh thụ động nhạy cảm với tia cực tím, khả kiến và cận hồng ngoại (NIR).
- Cảm biến VIS phát hiện ánh sáng phản xạ trong nhiều dải trong quang phổ EM mà mắt người có thể nhìn thấy (0,4–0,74 µm).
- Cảm biến NIR (0,74–1,4 µm) phát hiện ánh sáng phản xạ trong phạm vi mà mắt người không thể nhìn thấy.
- Cảm biến SWIR (1,4–3,0 µm) phát hiện ánh sáng phản xạ trong phạm vi mà mắt người không thể nhìn thấy.
Viễn thám quang học khai thác sự khác biệt về độ phản xạ làm cơ chế chính để phát hiện dầu trên mặt nước. Kỹ thuật này không hiệu quả vào ban đêm hoặc khi có mây hoặc sương mù.
Viễn thám sử dụng tia cực tím (UV)
Tia cực tím UV hoạt động bằng cách thu năng lượng tia cực tím phản xạ từ một lớp dầu khác biệt đáng kể so với nước, do đó dầu dễ dàng được phát hiện trên mặt nước. Lớp dầu loang càng mỏng thì tín hiệu tia cực tím càng cao, do đó ứng dụng tốt nhất của kỹ thuật này là lập bản đồ rìa ngoài của lớp dầu loang nơi thường xuất hiện lớp dầu bóng.
UV được sử dụng tốt nhất khi kết hợp với cảm biến IR nhiệt để ghi lại đầy đủ mức độ và trạng thái của lớp dầu loang. Tuy nhiên, tia UV dễ bị nhiễu bởi nhiều yếu tố như gió, ánh nắng mặt trời, tảo bẹ và các vật liệu sinh học khác. Hơn nữa, cảm biến UV không hoạt động vào ban đêm hoặc trong thời tiết nhiều mây hoặc sương mù.
Hồng ngoại (IR)
Hồng ngoại nhiệt (TIR) hoạt động bằng cách phân biệt sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vật thể, chẳng hạn như dầu và nền của lớp dầu. TIR không chỉ cung cấp thông tin về vị trí của dầu trên mặt nước mà còn có thể cung cấp thông tin định tính về độ dày của dầu tràn. Hồng ngoại IR là có thể hoạt động cả ban ngày và ban đêm nhưng không thể xuyên qua lớp mây vì hơi nước trong mây hấp thụ tín hiệu.
Cảm biến đa phổ (Multispectral Sensors)
MS đo bức xạ phản xạ và/hoặc phát ra trong các bước sóng UV, khả kiến và TIR trong một số lượng tương đối nhỏ các dải quang phổ rời rạc (4–50 dải quang phổ). Trong khi thị lực của con người bị giới hạn ở ánh sáng khả kiến, các cảm biến đa phổ hoặc máy tạo ảnh đa phổ có thể thu thập dữ liệu trên một phạm vi rộng hơn của quang phổ EM và ghi lại năng lượng của một số dải quang phổ rời rạc. Các cảm biến MS thường bao phủ phần khả kiến của quang phổ điện từ, ngoài NIR.
Thông thường, MS sẽ có nhiều loại cảm biến khác nhau nên có thể thu thập dữ liệu trên toàn bộ quang phổ EM từ phạm vi khả kiến đến phạm vi TIR. Các vệ tinh của NASA được trang bị camera quang phổ độ phân giải trung bình cung cấp hình ảnh đa phổ về mức độ lan của dầu khi quan sát trên cao. Tuy nhiên, các vệ tinh không thể thu thập thông tin quan trọng liên quan đến độ dày của vết dầu loang, đây là thông số quan trọng để quá trình xử lý dầu tràn được hiệu quả.
Cảm biến vi sóng – hình ảnh Radar
Công nghệ Radar hình ảnh đã được chứng minh là có thể phát hiện lớp dầu trên bề mặt đại dương. Công nghệ Radar chủ động cung cấp nguồn chiếu sáng riêng, có thể “nhìn” trong bóng tối, xuyên qua mây và sương mù. Hiện nay có hai loại hệ thống radar cơ bản được sử dụng để ứng phó tràn dầu, SLAR và Radar khẩu độ tổng hợp (SAR) dựa trên vệ tinh.
Cả 2 loại đểu có xung năng lượng được hướng đến bề mặt theo một góc xiên. Trên bề mặt Trái đất, năng lượng trong xung radar bị phân tán theo mọi hướng, một số phản xạ trở lại ăng-ten (tán xạ ngược). Một lớp chất trên bề mặt đại dương sẽ làm giảm sóng mao dẫn (gợn sóng) bề mặt nước do gió tạo ra.
Bề mặt đại dương nhẵn phản xạ năng lượng vi sóng ra khỏi ăng-ten radar, để lại dị thường trên hình ảnh radar thu được. Nhược điểm chính của radar hình ảnh là không phân biệt được giữa dầu bóng và dầu đặc. Do đó, đây là phương pháp hữu ích để xác định dấu chân tổng thể của váng dầu và mô hình hóa quỹ đạo của sự cố tràn dầu nhưng cung cấp ít thông tin về độ dày và lượng dầu – một yêu cầu dữ liệu quan trọng để ứng phó và hoạt động dọn dẹp sự cố tràn dầu.
Radar tần số cao (HFR)
Các hệ thống radar này đo tốc độ và hướng của dòng chảy bề mặt đại dương gần như theo thời gian thực. HFR được công nhận là giải pháp tiết kiệm chi phí để tăng cường hệ thống đo lường tại chỗ hiện có và cung cấp độ phân giải không gian và thời gian cao hơn.
Sử dụng Radar tần số cao để ước tính dòng chảy bề mặt đại dương cho mô hình tràn dầu có thể là một công cụ mạnh mẽ vì nó có khả năng tổng hợp và hoạt động theo thời gian thực, đồng thời mở rộng trên các khu vực không gian rộng lớn. Dữ liệu radar tần số cao thường được sử dụng để dự báo nơi dầu hoặc vật liệu khác sẽ chảy.
Máy bay không người lái
Máy bay không người lái (UAV hoặc UAS) hiện đang được đánh giá để ứng phó với sự cố tràn dầu. Khi được trang bị camera video thông thường và máy ảnh TIR (7,5 µm đến 14 µm), máy bay không người lái có khả năng cung cấp thông tin nhanh chóng và phù hợp với các khu vực khó tiếp cận.
Quản lý dữ liệu viễn thám bằng GIS
Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của GIS được xem là một bước tiến lớn trong việc quản lý và phân tích về không gian. Việc thu thập dữ liệu thực địa đã được chuyển sang các ứng dụng máy tính di động, tạo ra các tệp GIS được hiển thị nhanh chóng để nhanh chóng phát hiện tình huống theo thời gian thực. Khi quá trình tích hợp, quản lý và phân tích trực quan dữ liệu hiệu quả hơn giúp các cơ quan chức năng dễ dàng ra các quyết định, lập kế hoạch, hoạt động và chiến lược kịp thời và sáng suốt.
Thách thức của công nghệ viễn thám trong ứng phó tràn dầu
Mặc dù tiềm năng của các kỹ thuật viễn thám là rất lớn, việc sử dụng những kỹ thuật này trong giám sát và ứng phó tràn dầu vẫn còn nhiều khó khăn do yêu cầu và tính phức tạp riêng biệt của ứng phó tràn dầu.
Các quá trình phong hóa tự nhiên của dầu (bốc hơi, nhũ hóa và phân tán) sẽ ảnh hưởng đến khả năng phát hiện dầu của các hệ thống viễn thám.
Thời tiết khắc nghiệt và hoạt động của sóng lớn trong quá trình thu thập dữ liệu cũng có thể cản trở việc thu thập dữ liệu và các hệ thống có thể gặp vấn đề lỗi dữ liệu khi phát hiện sự cố tràn dầu. phần lớn các hệ thống có thể nhận dạng dương tính giả về dầu trên bề mặt đại dương.
Việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong công tác ứng phó tràn dầu là xu hướng tất yếu và cần thiết, không chỉ giúp khắc phục các khó khăn hiện tại mà còn nâng cao hiệu quả trong việc bảo vệ môi trường biển và giảm thiểu thiệt hại kinh tế. Việc đầu tư vào hạ tầng công nghệ viễn thám và phát triển năng lực phân tích dữ liệu là một chiến lược dài hạn để bảo vệ bờ biển và hệ sinh thái biển của Việt Nam trước các nguy cơ tràn dầu.
Tham khảo: Remote Sensing for Oil Spill Response