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 thiểu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:174

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 thiểu

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 1. TS.TRỊNH THÀNH 2. PGS.TS. NGUYỄN PHƯƠNG HÀ NỘI - 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong các công trình nghiên cứu nào. Hà nội, ngày tháng năm 2020 T/M TẬP THỂ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nghiên cứu sinh TS. Trịnh Thành Nguyễn Thị Hòa i
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Trịnh Thành và PGS.TS. Nguyễn Phương người Thầy đã hướng dẫn và giúp tôi định hướng trong nghiên cứu khoa học trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể cán bộ bộ môn Kỹ thuật môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Đây không chỉ là nơi đào tạo giúp tôi trưởng thành hơn trong hoạt động nghiên cứu khoa học mà còn là nơi để tôi chia sẻ những khúc mắc gặp phải trong quá trình thực hiện luận án. Lãnh đạo bộ môn đã tạo điều kiện về mặt thời gian và trang thiết bị để tôi thực hiện trong suốt quá trình làm luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến chủ nhiệm đề tài cấp bộ B2014-02-212, TS. Nguyễn Quốc Phi, khoa Môi trường, trường Đại học Mỏ - Địa chất đã hỗ trợ kinh phí và tài liệu cho các nội dung nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn đến các Thầy Cô của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, những kiến thức mà tôi được tiếp thu, tích lũy trong suốt thời gian học tập tại đây từ khi là học viên cao học là nền tảng không thể thiếu để tôi có đủ khả năng tiếp thu, trau dồi kiến thức mới phục vụ cho các nghiên cứu trong luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô của phòng đào tạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình cho tôi các mẫu giấy tờ văn bản trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án. Để hoàn thành luận án này không thể không nhắc tới sự hỗ trợ và khuyến khích về tinh thần của những người thân trong gia đình và 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 .............................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TAI BIÊN MÔI TRƯỜNG VÀ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU.......................................................................................................... 7 . Một số khái niệm, tiêu chuẩn, quy chuẩn sử dụng trong luận án.......................................... 7 Một số khái niệm.................................................................................................... 7 Một số tiêu chuẩn, quy chuẩn sử dụng trong luận án ................................................ 7 . Tổng quan các tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác ............................... 8 . Tổng quan tình hình nghiên cứu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản trong nước và ngoài nước.................................................................................................... 9 Trên thế giới........................................................................................................... 9 Tại Việt Nam ....................................................................................................... 14 . Nguyên tắc lựa chọn các phương pháp phân tích nguy cơ tai biến môi trường ................ 18 . Khái quát chung và hiện 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 tại các khu vực khai thác khoáng sản đặc trưng của vùng nghiên cứu .......................................................................................................................... 28 . Kết luận chương 1.................................................................................................................... 35 CHƯƠNG 2 CÁCH TIẾP CẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 37 . Cách tiếp cận trong nghiên cứu tai biến môi trường ............................................................ 37 . Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................................ 41 Phương pháp thu thập, xử lý và 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 mô hình hóa môi trường .................................................................. 43 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................................. 57 3.1. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản............................................................................................................................................... 57 3.1.1. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu các vị trí khai thác khoáng sản .............................. 57 3.1.2. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu các điều kiện môi trường ...................................... 59 3.1.3. Kết quả xây dựng CSDL nền phân tích nguy cơ xảy ra tai biến .............................. 62 3.2. Kết quả xác định các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ xảy ra tai biến tại vùng .................... 64 iii
3.2.1. Nhóm các yếu tố tự nhiên ..................................................................................... 64 3.2.2. Nhóm các yếu tố liên quan đến công nghệ khai thác , chế biến khoáng sản ...... 67 3.3. Kết quả đánh giá nguy cơ tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản khu vực nghiên cứu ......................................................................................................................... 70 3.3.1. Kết quả đánh giá nguy cơ xảy ra tai biến trượt lở liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản khu vực nghiên cứu (Vùng Quỳ Hợp và vùng Tương Dương Nghệ An).............. 71 3.3.2. Kết quả phân vùng lũ bùn đá tại vùng Nghiên cứu (Quỳ Hợp - Nghệ An) ............ 100 3.3.3. Kết quả mô phỏng quá trình lan truyền một số chất gây ô nhiễm môi trường tại một số bãi thải quặng đuôi các khu vực khai thác, chế biến khoáng sản...................................... 104 3.3.4. Kết quả phân vùng dự báo nguy cơ ô nhiễm môi trường tại các khu vực khai thác khoáng sản ........................................................................................................................ 115 3.4. Phân tích đặc điểm tai biến môi trường liên quan đến các 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 và loại hình khoáng sản ............... 120 3.5. Phân tích nguyên nhân gây tai biến môi trường tại 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 về khoáng sản và môi trường ..................................... 128 3.6. Xây dựng giải pháp giảm thiểu và phòng ngừa tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản ............................................................................................................................ 130 3.6.1. Xây dựng và hoàn thiện các giải pháp tổng thể .................................................... 132 3.6.2. Các giải pháp cụ thể đối với hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực .............. 133 3.6.3. Xây dựng các giải pháp giảm thiểu các tác nhân gây tai biến................................ 138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 144 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ...................................... 150 iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIỆT TẮT TRONG LUẬN ÁN Ký Hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh AHP Phương pháp phân tích thứ bậc Analytic Hierarchy Process AR5 Báo cáo đánh giá lần thứ 5 Fifth Assessment Report CF Hệ số tin cậy Certainty Factor CHASM Mô hình kết hợp Thủy văn và ổn định Combined Hydrology and Stability Model CN Công nghiệp Industry CSDL Cơ sở dữ liệu Database CP KSTM Cổ phần khoáng sản thương mại Commercial and mineral joint stocks (company) DNTN Doanh nghiệp tư nhân Private enterprise DDA Phương pháp phân tích biến dạng Discontinuous Deformation Analysis không liên tục DEM Mô hình số độ cao Digital Elevation Model ĐCTV Địa chất thủy văn Hydrogeology ĐCCT Địa chất công trình Geological engineering FEM Phương pháp phần tử hữu hạn Finite Element Method GIS Hệ thống thông tin địa lý Geographic Information System GPS Hệ thống xác định vị trí Global Positioning System HTX Hợp tác xã Co-operative association Cooperative IPCC Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí Intergovernmental Panel on Climate hậu Change JTC1 Ủy ban Hỗn hợp tai địa chất KTKS Khai thác khoáng sản Mining activities LSI Chỉ số nhạy cảm trượt lở đất NDVI Chỉ số thảm thực vật chuẩn hóa Normalized Difference Vegetation Index QCVN Quy chuẩn Việt Nam Vietnamese regulations QCKTVMT Quy chuẩn kỹ thuật về môi trường Environmental technical regulations SINMAP Mô hình Khoanh vẽ chỉ số ổn định Stability Index MAPping TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnamese standards TCCLMT Tiêu chuẩn chất lượng môi trường Environmental quality standards TNHH Trách nhiệm hữu hạn Limited Liability (company) TNMT Tài nguyên môi trường Natural resources and environment TRIGRS Mô hình ước tính lượng mưa xâm nhập Transient Rainfall Infiltration and Grid- và tính toán ổn định sườn dốc của vùng Based Regional Slope-Stability Model theo sơ đồ lưới TT-BTNMT Thông tư - Bộ tài nguyên Môi tường Circular, Ministry of Natural Resources and Environment UBND Ủy ban nhân dân People's Committee VN Việt Nam Vietnam VLXD Vật liệu xây dựng Building materials XM Xi măng Cement v
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Khả năng áp dụng các phương pháp phân tích tai biến………………………………....19 Bảng 1.2. Tổng hợp số lượng, sản lượng các mỏ đang khai thác trên khu vực ............................... 26 Bảng 1.3. Tóm tắt điểm mạnh, điểm yếu của các nhóm phương pháp........................................... 36 Bảng 2.1. Chỉ tiêu của Saaty so sánh cặp đôi các yếu tố ............................................................... 49 Bảng 2.2. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố ................................................................. 49 Bảng 2.3. Giá trị RI ứng với từng số lượng chỉ tiêu n ................................................................... 50 Bảng 3.1. Các thành phần môi trường và yếu tố ảnh hưởng liên quan đến tai biến ............................ 63 Bảng 3.2. Kết quả tính toán trọng số cho các yếu tố độ dốc .......................................................... 82 Bảng 3.3. Kết quả tính toán trọng số cho các yếu tố vỏ phong hóa................................................ 82 Bảng 3.4. Kết quả tính toán trọng số cho các yếu tố thạch học...................................................... 83 Bảng 3.5. Kết quả tính toán trọng số cho các yếu tố phân cắt sâu.................................................. 84 Bảng 3.6. Ma trận sai số.............................................................................................................. 85 Bảng 3.7. Độ tin cậy của các phương pháp dự báo ....................................................................... 86 Bảng 3.8. Kết quả tính toán trọng số cho độ cao địa hình…………………………………….......92 Bảng 3.9. Kết quả tính toán trọng số cho độ dốc địa hình ............................................................. 93 Bảng 3.10. Kết quả tính toán trọng số cho hướng dốc địa hình ..................................................... 93 Bảng 3.11. Kết quả tính toán trọng số cho mật độ dòng chảy........................................................ 93 Bảng 3.12. Kết quả tính toán trọng số cho yếu tố chỉ số thực vật - NDVI...................................... 94 Bảng 3.13. Kết quả tính toán trọng số cho yếu tố địa chất............................................................. 94 Bảng 3.14. Kết quả tính toán trọng số cho điều kiện ĐCCT ......................................................... 95 Bảng 3.15. Kết quả tính toán trọng số cho điều kiện ĐCTV ......................................................... 95 Bảng 3.16. Kết quả tính toán trọng số cho mật độ đứt gãy ............................................................ 96 Bảng 3.17. Kết quả tính toán trọng số cho đặc điểm vỏ phong hoá .............................................. 96 Bảng 3.18. Kết quả tính toán trọng số cho yếu tố lượng mưa ....................................................... 97 Bảng 3.19. Kết quả tính toán trọng số cho loại hình đất ............................................................... 97 Bảng 3.20. Kết quả tính toán trọng số cho chiều dày tầng đất ...................................................... 97 Bảng 3.21. Kết quả tính toán trọng số cho thành phần cơ giới ..................................................... 97 Bảng 3.22. Ngưỡng phân bậc nguy cơ trượt lở tại khu vực nghiên cứu…………………………...99 Bảng 3.23. Bảng phân bậc nguy cơ trượt lở theo phương pháp Thống kê Bayes ........................... 99 Bảng 3.24. Bảng phân bậc nguy cơ trượt lở theo phương pháp Hệ số tin cậy ............................... 99 Bảng 3.25. Kết quả phân tích mức độ tin cậy của các phương pháp được tổng hợp ..................... 100 Bảng 3.26. Ma trận so sánh mức độ quan trọng của các yếu tố ................................................... 101 Bảng 3.27. Ma trận chuẩn hoá và tính toán trọng số ................................................................... 101 Bảng 3.28. Kết quả tính toán trọng số đánh giá mức độ ảnh hưởng giữa các yếu tố theo ý kiến các chuyên gia................................................................................................................................ 102 Bảng 3.29. Kết quả tính toán trọng số đánh giá mức độ ảnh hưởng trong từng yếu tố .................. 102 Bảng 3.30. Tổng hợp khối lượng lấy mẫu môi trường tại mỏ thiếc sa khoáng Bản Cô ................. 105 vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1. Hệ các 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 hiện trong luận văn ..................................... 37 Hình 2-2. Các bước trong phân tích tai biến môi trường ............................................................... 38 Hình 2-3. Các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ xảy ra tai biến ........................................................ 38 Hình 2-4. Mô hình biểu diễn xác suất xuất hiện vị trí xảy ra tai biến theo mô hình thống kê Bayes…..44 Hình 2-5. Cấu trúc mạng nơron phân tích trượt lở . ...................................................................... 47 Hình 2-6. Sơ đồ mô tả sự lan truyền của chất ô nhiễm trong đất ................................................... 53 Hình 2-7. Quy trình tính toán lan truyền của chất ô nhiễm sử dụng bộ phần mềm GeoStudio 2012 56 Hình 3-1. Các vị trí khai thác khoáng sản (sáng màu và loang lổ) tại Quỳ Hợp trên ảnh Landsat 8 OLI (10/02/2017) .............................................................................................................................. 57 Hình 3-2. Vị trí các điểm mỏ tại khu vực Quỳ Hợp, Nghệ An đến năm 2017. Hình tròn thể hiện các vị trí khai thác thiếc, hình vuông thể hiện các vị trí khai thác đá hoa, hình tam giác thể hiện các vị trí khai thác đá xây dựng thông thường và hình chữ nhật thể hiện các xưởng chế biến khoáng sản. .... 58 Hình 3-3. Một phần cơ sở dữ liệu các điểm mỏ tại khu vực Quỳ Hợp, Nghệ An ........................... 58 Hình 3-4. Một phần cơ sở dữ liệu các điểm mỏ tại khu vực Thạch Khê, Hà Tĩnh .......................... 59 Hình 3-5. Cấu trúc các trường dữ liệu các điểm mỏ tại Thạch Khê, Hà Tính ................................. 59 Hình 3-6. Các vị trí có kết quả phân tích mẫu nước mặt (a), nước ngầm (b) và nước thải (c) tại khu vực nghiên cứu ........................................................................................................................... 60 Hình 3-7. Minh họa về cơ sở dữ liệu một số kết quả phân tích mẫu nước mặt ............................... 60 Hình 3-8. Minh họa một phần về cơ sở dữ liệu một số kết quả phân tích mẫu nước ngầm ............. 61 Hình 3-9. Minh họa về một phần cơ sở dữ liệu một số kết quả phân tích mẫu nước thải ................ 61 Hình 3-10. Các vị trí có kết quả phân tích mẫu đất (a) và chất thải rắn (b) tại khu vực Thạch Khê, Hà Tĩnh ........................................................................................................................................... 61 Hình 3-11. Minh họa một phần về cơ sở dữ liệu một số kết quả phân tích mẫu đất........................ 62 Hình 3-12. Minh họa một phần về cơ sở dữ liệu một số kết quả phân tích chất thải rắn ................. 62 Hình 3-13. Ảnh Landsat tổ hợp kênh 541 các 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 và lineament ............................................................................ 74 Hình 3-16. Sơ đồ vỏ phong hóa.................................................................................................. 74 Hình 3-17. Sơ đồ địa chất công 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) và thành phần cơ giới đất (c) khu vực ....... 77 Hình 3-20. Sơ đồ hướng dốc địa hình………………………………………………………...78 Hình 3-21. Sơ đồ hệ thống sông 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 nhất trong 24h (a), sơ đồ biểu thị số ngày mưa >75mm (b) và 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 hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu ....................................................... 81 Hình 3-26. Các vị trí khai thác khoáng sản tại khu vực Quỳ Hợp.................................................. 81 Hình 3-27. Sơ đồ dự báo nguy cơ và vị trí các điểm xảy ra tai biến theo kết quả tính toán của mô hình ANN .......................................................................................................................................... 87 Hình 3-28. Biểu đồ phân bố nguy cơ xảy ra tai biến theo chỉ 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 cơ xảy ra tai biến .................................................................... 88 Hình 3-31. Bản đồ địa hình (a) và độ dốc (b) khu vực nghiên cứu ................................................ 90 Hình 3-32. Sơ đồ mạng lưới sông suối (a) và 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 cơ trượt lở theo mô hình Thống kê Bayes (a) và phương pháp Hệ số tin cậy (b) ................................................................................................................................... 98 Hình 3-36. Kết quả phân bậc nguy cơ trượt lở theo mô hình Thống kê Bayes (a) và phương pháp Hệ số tin cậy (b)............................................................................................................................... 99 Hình 3-37. Sơ đồ dự báo nguy cơ lũ bùn đá: a) hàng năm, b) mùa mưa và c) mùa khô ................ 103 Hình 3-38. Sơ đồ dự báo nguy cơ lũ bùn đá: a) Lượng mưa lớn nhất trong 24h, b) số ngày mưa lớn trên 75mm và c) số ngày mưa lớn trên 100mm .......................................................................... 103 Hình 3-39. Sơ đồ vị trí khai thác và các khu bị ô nhiễm tại 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 và hàm hệ số thấm ................... 108 Hình 3-41. Hàm hệ số thấm và lực hút dính ............................................................................... 108 Hình 3-42. Hàm khối lượng nước và lực hút dính ...................................................................... 109 Hình 3-43. Các điều kiện biên và lưới tính toán cho mặt cắt bãi thải mỏ thiếc sa khoáng Bản Cô. 109 Hình 3-44. Áp lực nước trong đất sau khi mô phỏng .................................................................. 109 Hình 3-45. Kết quả mô phỏng phát tán sau 250 ngày (a), 500 ngày (b), 750 ngày (c), 1000 ngày (d), 1250 ngày (e) và 1500 ngày (f) ................................................................................................. 110 Hình 3-46. Sơ đồ vị trí bãi thải và các diện tích ô nhiễm môi trường tại mỏ Đá vôi Châu Hồng, xã Châu Tiến, Quỳ Hợp, Nghệ An................................................................................................. 112 Hình 3-47. Các điều kiện biên và lưới tính toán cho mặt cắt bãi thải mỏ đá vôi trắng Châu Hồng 113 Hình 3-48. Áp lực nước trong đất sau khi mô phỏng .................................................................. 113 Hình 3-49. Kết quả mô phỏng phát tán sau 250 ngày (a), 500 ngày (b), 750 ngày (c), 1000 ngày (d), 1250 ngày (e), 1500 ngày (f), 1750 ngày (g) và 2000 ngày (h),................................................... 114 Hình 3-50. Các vùng dự báo nguy cơ ô nhiễm môi trường liên quan đến các hoạt động khai thác khoáng sản tại Quỳ Hợp, Nghệ An ............................................................................................ 116 Hình 3-51. Các vùng dự báo nguy cơ ô nhiễm môi trường liên quan đến các hoạt động khai thác khoáng sản tại Thạch Khê, Hà Tĩnh .......................................................................................... 117 Hình 3-52. Các chiến lược giảm thiểu rủi ro tai biến liên quan đến các hoạt động khoáng .... 130 Hình 3-53. Một số vị trí xảy ra tai biến liên quan đến các hoạt động khai thác khoáng sản....137 Hình 3-54. Nguy cơ vỡ đập hồ lắng và bãi thải quặng đuôi tại khu vực bản Na Kỳ, xã Liên Hợp ...... 137 Hình 3-55. Các vị trí có nguy cơ tai biến tại các xã a) Châu Hồng và b) Châu Lộc………...138 Hình 3-56. Sơ đồ bố trí bãi nổ mìn vi sai phi điện điển hình ....................................................... 139 viii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Ngành công nghiệp khai thác mỏ đã và đang ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế của nước ta và là nguồn lực quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh mặt tích cực, thì hoạt động khai thác khoáng sản cũng gây ra nhiều tác động xấu ảnh hưởng tới môi trường sinh thái và cả tính mạng, tài sản của con người. Hoạt động khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên khoáng sản nói chung đều có tác động mạnh mẽ đến môi trường tự nhiên; trong đó có môi trường sống. Bên cạnh đó, do công tác đánh giá nguy cơ tai biến môi trường chưa được quan tâm và thực hiện tốt. Vì vậy, vấn đề ô nhiễm môi trường trong hoạt động khai thác mỏ ngày càng gia tăng cả về số lượng và quy mô; trong đó, đặc biệt nghiêm trọng tại khu vực Nghệ An - Hã Tĩnh, một trong những khu vực tập trung lớn và đa dạng các hoạt động khai thác khoáng sản của nước ta. Yếu tố chính gây tác động đến môi trường là các dạng tai biến từ khai trường khai thác khoáng sản, các bãi thải, khí độc hại, bụi và nước thải mỏ... làm phá vỡ cân bằng điều kiện sinh thái vốn đã được hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với môi trường đất, nước, không khí… và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người. Trên thế giới, việc nghiên cứu các tai biến môi trường do hoạt động khai thác khoáng sản được chú ý từ rất sớm và hiện đã áp dụng nhiều phương pháp có tính khoa học cao vào việc ước lượng và dự báo nguy cơ. Nhưng ở nước ta, vấn đề này mới chỉ được chú trọng trong khoảng 10 năm trở lại đây khi các hoạt động tai biến xảy ra liên tục hàng năm và gây ra rất nhiều thiệt hại nghiêm trọng về người và của. Các thiệt hại về tính mạng con người và tài sản do các dạng tai biến môi trường gây ra thường nghiêm trọng hơn so với nhận thức và đánh giá hiện nay của xã hội. Sự quan tâm của cộng đồng về các sự cố môi trường chỉ được chú ý sau khi các thảm hoạ nghiêm trọng đã diễn ra cho thấy các nguy cơ về tai biến môi trường chưa được đánh giá đúng mức, chưa được nghiên cứu một cách bài bản, hệ thống; đặc biệt công tác nghiên cứu dự báo tai biến và rủi do liên quan khai thác khoáng sản gần như còn bỏ ngỏ. Tình hình thực tế trong những năm gần đây cho thấy vấn đề ảnh hưởng và nguy cơ ô nhiễm môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản diễn ra ngày càng phức tạp, hiện tượng tai biến môi trường do khai thác khoáng sản xảy ra với tần suất, cường độ và mật độ ngày càng cao, gây thiệt hại lớn và ngày càng nghiêm trọng hơn. Đi kèm với sự tăng trưởng cao về công suất khai thác là các nguy cơ xảy ra tai biến môi trường tại các khai trường, khu chế biến khoáng sản, bãi thải, các đường lò trong khai thác hầm lò…, nguy cơ phá vỡ các đập quặng đuôi cũng như khả năng sụt, lún trong khai thác hầm lò và hậu quả của chúng lên bề mặt đất còn có khả năng gây ra sự phát tán các chất độc hại ra môi trường xung quanh, gây ô nhiễm môi trường tại các diện tích khai thác trong khu vực nghiên cứu. Tuy nhiên, vấn đề nghiên cứu nhận dạng và dự báo mức độ ô nhiễm môi trường trong khai thác khoáng sản và đề xuất các biện pháp phòng ngừa trên cơ sở định lượng hoá mối quan hệ giữa tai biến môi trường và các yếu tố liên quan ở nước ta chưa được quan tâm đúng mức. Các 1
công trình nghiên cứu về tai biến môi trường đã tiến hành chủ yếu mang tính khu vực, đa số mới đề cập được các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ tai biến, chưa có các ước lượng về mức độ tổn thương môi trường cũng như đánh giá thiệt hại từ các rủi ro môi trường. Do vậy, các giải pháp phòng ngừa nêu ra còn mang tính định hướng chung, khả năng áp dụng vào thực tế khó khăn và hiệu quả không cao. Vì vậy, để khắc phục được những hạn chế nêu trên, việc nghiên cứu đặc điểm phân bố, các tác nhân làm phát tán các chất độc hại vào môi trường sống nhằm khoanh vùng nguy cơ tai biến môi trường và dự báo nguy cơ tai biến môi trường, xây dựng giải pháp phòng ngừa và biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng của chúng đến môi trường do hoạt động khai thác khoáng sản là hết sức cần thiết. Đây là vấn đề có tính khoa học và ý nghĩa thiết thực, làm cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch phục vụ phát triển bền vững kinh tế-xã hội của vùng nghiên cứu nói chung và các khu vực có hoạt động khai thác khoáng sản nói riêng, giúp cơ quan quản lý nhà nước trong công tác cấp giấy phép hoạt động khoáng sản (thẩm định các Dự án đầu tư, thiết kế mỏ, luận án đánh giá tác động môi trường (ĐTM), lập đề án cải tạo, phục hồi môi trường sau khai thác mỏ hoặc kiến nghị các khu vực không đủ điều kiện để tiến hành hoạt động khoáng sản. Từ những vấn đề nêu trên việc nghiên cứu nguy cơ tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Vì vậy, đề tài “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” là hết sức cấp thiết, từ đó có kế hoạch sử dụng và các biện pháp quản lý môi trường một cách hợp, phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế bền vững cho khu vực nghiên cứu nói riêng và xã hội nói chung. 2. Mục tiêu của luận án - Mục tiêu chung: Xác định được các yếu tố nguy cơ và phân tích khả năng xảy ra tai biến từ đó khoanh vùng nguy cơ xảy ra tai biến môi trường do hoạt động khai thác khoáng sản khu vực Nghệ An – Hà Tĩnh và xây dựng các giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu. - Mục tiêu cụ thể: + Xác định được các yếu tố nguy cơ gây tai biến môi trường liên quan hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực nghiên cứu. + Phân tích các dạng tai biến biến môi trường có khả năng xảy ra do hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực nghiên cứu + Khoanh vùng nguy cơ xảy ra tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh. + Nghiên cứu xây dựng các giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu. 3. Nội dung nghiên cứu - Xây dựng cơ sở dữ liệu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực nghiên cứu. 2
- Nghiên cứu xác định các dạng tai biến địa chất do hoạt động khai thác khoáng sản (sạt lở sườn tầng khai thác, bãi thải, sập đường lò, bục nước trong khai thác hầm lò, sự phá vỡ các hồ chứa quặng đuôi, biến dạng bề mặt địa hình,…). - Đánh giá nguy cơ tai biến môi trường đặc trưng (đất, nước, không khí...) tại một số khu vực khai thác khoáng sản ở khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh và ảnh hưởng của chúng đến hệ sinh thái và sức khoẻ cộng đồng. - Đánh giá các yếu tố nguy cơ và phân tích khả năng xảy ra tai biến môi trường bằng phương pháp chuyên gia và các bài toán định lượng do 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. - Khoanh định các diện tích có khả năng gây tai biến liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản. - Xây dựng các giải pháp giảm thiểu tai biến môi trường do các hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực Nghệ An - Hã Tĩnh. 4. Phương pháp nghiên cứu a. Phương pháp thu thập, xử lý và tổng hợp tài liệu: -Thu thập tổng hợp kết quả đo vẽ bản đồ địa chất và khoáng sản khu vực nghiên cứu bao gồm đặc điểm địa chất khoáng sản, các điều kiện địa chất công trình, thuỷ văn, địa mạo, vỏ phong hoá, điều kiện khai thác mỏ; - Tài liệu về thăm dò và khai thác khoáng sản; - Các tài liệu về khí tượng thủy văn khu vực, địa hình, ảnh viễn thám các khu vực xung quanh các khu mỏ; - Thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu đánh giá ảnh hưởng của hoạt động khai khoáng tới môi trường trong khu vực nghiên cứu. b. Phương pháp nghiên cứu khảo sát địa chất môi trường: Phương pháp này được tiến hành nhằm xác định sự phân bố trong không gian của các tai biến môi trường đã xảy ra, các vị trí, đặc điểm địa hình, địa mạo, cấu trúc địa chất bất lợi; từ đó xác định các yếu tố nguy cơ ảnh hưởng đến việc hình thành các tai biến. Thu thập các loại mẫu phân tích. Các phương pháp khảo sát thực địa bao gồm: - Lộ trình địa chất môi trường tổng quan trên toàn bộ diện tích nghiên cứu và lộ trình nghiên cứu chi tiết trong các khu mỏ đang khai thác được lựa chọn; - Tiến hành quan trắc (định kỳ) môi trường không khí, đất, nước theo các quy chuẩn về chất lượng môi trường hiện hành tại một số các mỏ trong khu vực nghiên cứu; - Lấy, gia công và phân tích các chỉ tiêu môi trường các loại mẫu đất, nước, thực vật và mẫu bụi cho một số mỏ đại diện tại khu vực nghiên cứu. c. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và nghiên cứu địa mạo cảnh quan: 3
Phương pháp phân tích viễn thám được áp dụng nhằm xác định các yếu tố kiến tạo, biến đổi lớp phủ thực vật, mạng lưới thủy văn trên mặt và mối liên quan của chúng với các dạng tai biến địa chất. Phương pháp này được áp dụng cho cả nghiên cứu khái quát và nghiên cứu chi tiết. Đây là phương pháp có hiệu quả rất cao với các khu vực có độ che phủ kém, địa hình phân cắt mạnh, khó khăn trong quá trình khảo sát. Đồng thời, dựa vào điều kiện địa hình khu vực nghiên cứu, vị trí phân bố của mỏ và điểm quặng khoáng sản tiến hành phân tích dự báo mức độ phát tán của chất ô nhiễm trên cơ sở ứng dụng công nghệ GIS và phân tích ảnh viễn thám. d. Phương pháp nghiên cứu địa động lực: Phương pháp nghiên cứu này được tiến hành nhằm xác định mối liên quan giữa các điều kiện thủy văn và tính chất cơ lý của đất đá đến các tai biến động lực có trong vùng nghiên cứu. Các tài liệu địa chất thủy văn, địa chất công trình chủ yếu thu thập và tổng hợp từ các công việc đã được tiến hành trước đây. Các tài liệu về các tầng chứa nước, chất lượng nước… các tính chất cơ lý của đất đá, quặng sẽ được bổ sung thông qua việc khảo sát tổng quan trên toàn diện tích và cho từng khu vực lựa chọn nghiên cứu chi tiết. e. Phương pháp mô hình hóa môi trường: Đây là phương pháp nghiên cứu xuyên suốt luận án thông qua việc xây dựng cơ sở dữ liệu về hiện trạng tai biến cũng như các yếu tố liên quan như địa chất, địa hình, địa mạo, điều kiện thảm phủ, khí hậu thủy văn… và được phân tích bằng các mô hình tính toán định lượng gồm mô hình thống kê Bayes (WoE), mô hình hồi quy logic (LG), mô hình mạng nơron nhân tạo (ANN), mô hình hệ số tin cậy (CF), mô hình đánh giá đa chi tiêu (MCDA) và biểu diễn kết quả trên nền GIS nhằm xác định hiện trạng cũng như phân vùng nguy cơ xảy ra tai biến. Ngoài ra, NCS còn tiến hành xây dựng các mô hình địa môi trường cụ thể là mô hình phân tử hữu hạn CTRAN/W với mục đích làm sáng tỏ cơ chế phát tán các chất gây ô nhiễm đến môi trường xung quanh do các hoạt động khai thác khoáng sản tại các khu vực nghiên cứu và mối liên quan của các dạng tai biến với cấu trúc địa chất, đặc điểm địa hình- địa mạo, đặc điểm quặng hoá và phương pháp khai thác, chế tuyển quặng. f. Phương pháp chuyên gia: Luận án trải rộng trên nhiều lĩnh vực như địa chất khoáng sản, địa hóa môi trường và cảnh quan địa mạo, khai thác khoáng sản, kỹ thuật môi trường; do vậy để xử lý, luận giải, tổng hợp tài liệu đưa ra các luận án, đánh giá rủi ro môi trường trong khai thác, cũng như các khuyến cáo về ảnh hưởng của các quá trình khai thác đối với môi trường, khuyến cáo về quy hoạch dân cư, sản xuất nông nghiệp, khai khoáng, bảo vệ môi trường cần tranh thủ được sự đóng góp của các chuyên gia thuộc các lĩnh vực trên. Phương pháp chuyên gia được thể hiện dưới các hình thức tổ chức các buổi hội thảo chuyên đề, mời các chuyên gia phân tích xử lý, luận giải tổng hợp tài liệu đưa ra sản phẩm dưới dạng chuyên đề. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng nghiên cứu * Các dạng tai biến môi trường liên quan hoạt động khoáng sản - Tai biến địa chất tại các khu vực khai thác, chế biến: 4
+ Sạt lở sườn tầng khai thác, bãi thải, sập đường lò, bục nước trong khai thác hầm lò... + Sự phá vỡ của các hồ chứa quặng đuôi. + Sập, lún, sụt trong khai thác hầm lò và hậu quả của chúng lên bề mặt đất. - Tích tụ và phát tán chất thải rắn và chất thải nguy hại. - Ô nhiễm đất, nước và không khí, cũng như tiềm năng về dòng thải mỏ: + Sự ô nhiễm môi trường không khí, đất và nước (mặt, ngầm) do sự phát tán của các hạt bụi, các hợp chất kim loại; đặc biệt kim loại độc hại (kim loại nặng, phóng xạ) và dòng thải acid. + Sự lan truyền các chất gây ô nhiễm có hại cho con người và môi truờng tự nhiên. + Sự acid hoá các thuỷ vực và đất, đặc biệt các khu vực sản xuất nông nghiệp và khu tập trung dân cư sinh sống. * Các sự cố môi trường khác ảnh hưởng đến tính mạng và sức khoẻ con người. b. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu là các vùng có hoạt động khai thác khoáng sản khai thác khoáng sản, trong đó tập trung nghiên cứu chi tiết tại một số mỏ tiêu biểu theo loại hình khoáng sản và công nghệ khai thác ở khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh; trọng tâm là vùng khai thác đá làm vật liệu xây dựng, đá ốp lát, khai thác khoáng sản kim loại như thiếc tại Quỳ Hợp (Nghệ An), khai thác khoáng sản ven biển Thạch Hà - Cẩm Xuyên (Hà Tĩnh). 6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học: + Phát triển và hoàn thiện hệ phương pháp phân tích, xử lý tài liệu, xác định các yếu tố gây tai biến môi trường liên quan hoạt động khai thác khoáng sản. + Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao độ tin cậy của các phương pháp phục vụ công tác đánh giá ảnh hưởng của tai biến môi trường, làm rõ các các yếu tố gây tai biến địa chất và ô nhiễm môi trường liên quan hoạt động khai thác khoáng sản; là cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng các giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu tác động môi trương trong hoạt động khai thác khoáng sản ở khu vực nghiên cứu nói chung, trên phạm vi toàn quốc nói chung. - Ý nghĩa thực tiễn: + Cung cấp cho các nhà quản lý và các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực khoáng sản hệ phương pháp xác định các yếu tố gây tai biến môi trường liên quan hoạt động khoáng sản. + Là tài liệu tham khảo cho công tác đánh giá ảnh hưởng của tai biến môi trường do hoạt động thăm dò khai thác khoáng sản, phục vụ quy hoạch thăm dò, khai thác chế biến khoáng sản khu vực nghiên cứu nói riêng và trên phạm vi toàn quốc nói chung. 7. Tính mới của luận án 1. Luận án đã sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu định lượng (toán thống kê) và mô hình số trong dự báo và khoanh vùng nguy cơ xảy ra tai biến môi trường, bao gồm mô hình thống kê Bayes (W0E), phương pháp Hệ số tin cậy (CF), mô hình hồi quy logic (LG) và mạng nơron nhân tạo (ANN) để đánh giá nguy cơ trượt lở; đánh giá nguy cơ xảy ra lũ bùn đá khi có sự cố vỡ các đập quặng đuôi bằng phương pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCDA) và mô 5
hình phần tử hữu hạn CTRAN/W để mô phỏng quá trình di chuyển của các chất gây ô nhiễm từ các bãi thải ra môi trường. 2. Luận án đã tích hợp nhiều tư liệu mới, xây dựng cơ sở dữ liệu về tác động của hoạt động khai thác khoáng sản tới môi trường tự nhiên tại khu vực nghiên cứu. Các yếu tố ảnh hưởng tới các dạng tai biến môi trường liên quan hoạt động khai thác khoáng sản được xác định dựa trên các phương pháp phân tích ảnh viễn thám và công nghệ GIS. Trong đó, nguồn tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian đã được sử dụng để phân tích sự biến động của các diện tích khai thác khoáng sản, các khu vực khai thác trái phép không được cập nhật trong các báo cáo của các cơ quan quản lý nhà nước. Kết quả tổng hợp về các dạng tai biến môi trường liên quan đến các hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực nghiên cứu đã được xác định với 4 dạng nguy cơ chính gồm: i) khả năng phát tán khói bụi trong không khí; ii) khả năng phát tán các chất ô nhiễm theo mạng lưới sông suối; iii) nguy cơ xảy ra trượt lở tại các sườn tầng khai thác và các vị trí đổ thải và iv) nguy cơ xảy ra lũ bùn đá khi có sự cố sạt lở bãi thải và vỡ các hồ chứa quặng đuôi. 3. Từ kết quả nghiên cứu, luận án đã xây dựng và đề xuất 03 nhóm giải pháp nhằm giảm thiểu tai biến môi trường do các hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực Nghệ An - Hã Tĩnh, gồm i) Nhóm giải pháp công trình; ii) Nhóm giải pháp phi công trình và iii) nhóm giải pháp về cơ chế chính sách. 8. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 143 trang, 36 bảng, 66 hình, 85 tài liệu tham khảo và phụ lục. Luận án bao gồm các phần chính sau: Mở đầu (06 trang), Chương 1 - Tổng quan về tai biến môi trường và hiện trạng môi trường khu vực nghiên cứu (30 trang), Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu (20 trang), Chương 3 - Kết quả và thảo luận (84 trang) và Kết luận,kiến nghị (03 trang). Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận án được trình bày thành 03 chương: Chương 1. Tổng quan về tai biến môi trường trong hoạt động khai thác khoáng sản và hiện trạng môi trường khu vực nghiên cứu Chương 2. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả và thảo luận 6
CHƯƠNG 1 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 trong luận án Một số khái niệm - Tai biến môi trường: Tai biến môi trường là biểu hiện về điều kiện, hoàn cảnh, hiện tượng, vụ việc hoặc quá trình, được xuất hiện, diễn biến trong thiên nhiên, trong xã hội, có tiềm năng gây hại, gây nguy hiểm đe dọa đối với an toàn sức khỏe, tính mạng con người, tài sản kinh tế, tài sản văn hóa - xã hội của một bộ phận cộng đồng loài người, hoặc có nguy cơ đe dọa, thậm chí phá vỡ tính ổn định, an toàn một bộ phận, cho đến toàn cục mang tính hệ thống môi trường tự nhiên, môi trường văn hóa xã hội và môi trường nhân sinh ([1], [2]). - Tai biến môi trường trong hoạt động khoáng sản: là các dạng tai biến môi trường nêu trên được xuất hiện, diễn biến có liên quan hoạt động thăm dò, khai thác và chế biến khoáng sản. - Khoáng sản: khoáng sản là khoáng vật, khoáng chất có ích được tích tụ tự nhiên hàng ngàn, hàng nghìn năm ở thể rắn, thể lỏng, thể khí tồn tại trong lòng, trên mặt đất. Khoáng sản là tài nguyên hầu hết không tái tạo được, là tài sản quan trọng của quốc gia. - Hoạt động khoáng sản: Theo quy định của pháp luật về Khoáng sản (Điều 2, Luật Khoáng sản) thì Hoạt động khoáng sản bao gồm hoạt động thăm dò khoáng sản, hoạt động khai thác khoáng sản và chế biến khoáng sản. - Thăm dò khoáng sản là hoạt động nhằm xác định trữ lượng, chất lượng khoáng sản và các thông tin khác phục vụ khai thác khoáng sản. - Khai thác khoáng sản là hoạt động nhằm thu hồi khoáng sản, bao gồm xây dựng cơ bản mỏ, khai đào, phân loại, làm giàu và các hoạt động khác có liên quan. - Chế biến khoáng sản: Chế biến khoáng sản là quá trình sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp các phương pháp cơ-lý-hóa để làm thay đổi tính chất của khoáng sản sau khi khai thác nhằm tạo ra các sản phẩm có quy cách, chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với yêu cầu sử dụng và có giá trị thương mại cao hơn khoáng sản sau khai thác. + Quặng đuôi: Quặng đuôi, còn được gọi là tailings, quặng cuối, là vật liệu được thải ra trong quá trình chế biến khoáng sản. Trong quặng đuôi vẫn còn hàm lượng khoáng sản có ích vì quá trình chế biến khoáng sản không bao giờ đạt hiệu quả 100%. + Bãi thải: Bãi thải (waste dump) là khu vực dùng để chứa đất đá thải và các tạp chất khác trong quá trình khai thác, sàng tuyển và chế biến khoáng sản (theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 04:2017/BCT an toàn trong khai thác mỏ). + Đứt gãy: Đứt gãy (còn gọi là biến vị, đoạn tầng hoặc phay) là một hiện tượng địa chất liên quan tới các quá trình kiến tạo trong vỏ trái đất. Đứt gãy chia làm nhiều loại: Đứt gãy thuận, đứt gãy nghịch, đứt gãy trượt bằng... Một số tiêu chuẩn, quy chuẩn sử dụng trong luận án Theo Luật Bảo vệ Môi trường mới nhất ban hành năm 2014, tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để bảo vệ môi trường. 7
- Môi trường không ô nhiễm: là môi trường có các thông số nằm trong trong mức cho phép của tiêu chuẩn về chất lượng môi trường (TCCLMT). - Môi trường ô nhiễm: là môi trường có một hoặc nhiều chất gây ô nhiễm vượt quá TCCLMT. - Môi trường ô nhiễm nghiêm trọng: là môi trường có hàm lượng của 1 hoặc nhiều hóa chất, kim loại nặng vượt quá TCCLMT từ 3 lần trở lên hoặc nhiều chất ô nhiễm khác vượt quá TCCLMT từ 5 lần trở lên. - Môi trường ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng (hàm lượng của 1 hoặc nhiều hóa chất, kim loại nặng vượt quá TCCLMT từ 5 lần trở lên, hoặc nhiều chất ô nhiễm khác vượt quá TCCLMT từ 10 lần trở lên. Mức độ ô nhiễm môi trường được xác định chi tiết cho từng thông số dựa trên cơ sở so sánh giữa kết quả phân tích mẫu với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về TCCLMT. Đối với nước mặt so sánh theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT; nước ngầm theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT; nước thải công nghiêp theo QCVN 40-2011/BTNMT; đất và chất thải rắn theo QCVN 03-MT:2015/BTNMT; môi trường không khí xung quanh theo QCVN 05:2013/BTNMT và QCVN 26:2010/BTNMT. Cụ thể, hàm lượng xác định các mức ô nhiễm của các thông số môi trường được trình bày cụ thể tại bảng 1 phần phục lục của luận án. . Tổng quan các dạng tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản Công nghiệp khai thác khoáng sản tăng trưởng mới cả về quy mô và việc áp dụng các công nghệ tiên tiến đã góp phần quan trọng vào công cuộc đổi mới đất nước. Tuy vậy, hoạt động khoáng sản đã gây tiêu cực đến môi trường, làm cạn kiệt tài nguyên, gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe và an toàn của người lao động. Có nhiều cách để phân chia các dạng tai biến môi trường liên quan hoạt động khai thác khoáng sản tuy nhiên với đặc thù của vùng nghiên cứu nên vấn đề tác động môi trường tự nhiên do hoạt động khai thác khoáng sản được chia ra 3 dạng: Các tai biến vật lý, tai biến hóa học và tai biến sinh thái [3]. - Tai biến vật lý: Các dạng tai biến vật lý liên quan đến quá trình khai thác khoáng sản bao gồm các hiện tượng như đổ lở, trượt tại các moong khai thác, lũ bùn đá do các bãi thải mỏ bị phá vỡ.... - Các dạng tai biến hóa học: Với đặc thù là khai thác và chế biến đá, các dự án khi đi vào hoạt động sẽ phát sinh các nguồn ô nhiễm như bụi và khí thải phát sinh chủ yếu từ các hoạt động của phương tiện vận chuyển, từ quá trình nổ mìn, nghiền sang, bốc xúc… Sự phá vỡ cấu trúc của đất đá chứa quặng khi tiến hành đào bới và khoan nổ sẽ thúc đẩy các quá trình hoà tan, rửa lũa các thành phần chứa trong quặng và đất đá, quá trình tháo khô mỏ, đổ các chất thải vào nguồn nước, chất thải rắn, bụi thải không được quản lý, xử lý chặt chẽ, tham gia vào thành phần nước mưa, nước chảy tràn cung cấp cho nguồn nước tự nhiên... là những tác động hoá học làm thay đổi tính chất vật lý và thành phần hoá học của nguồn nước xung quanh các khu mỏ. Việc khai thác và tuyển quặng vàng phải dùng đến thuốc tuyển chứa Hg, ngoài ra, các nguyên tố kim loại nặng như asen, antimoan, các loại quặng sunfua, có thể rửa lũa hoà tan vào nước. 8
- Các tai biến sinh thái liên quan đến môi trường: Hoạt động khai thác khoáng sản và các hoạt động liên quan ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới với mức độ khác nhau: Bị phá huỷ hoàn toàn hoặc bị ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng và phát triển. Không những thế, các chất thải của quá trình khai thác như bụi, khí thải, chất thải rắn cũng có ảnh hưởng nhất định tới hệ thực vật khu vực xung quanh do khả năng lan truyền trong môi trường. Bụi là một trong những tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm, như đối với thực vật, bụi lắng đọng trên lá làm giảm khả năng quang hợp của cây, làm giảm năng suất cây trồng. Chất thải rắn và khí độc hại làm ảnh hưởng tới sự sinh sản của các loài động vật. Tiếng ồn và chấn động khi nổ mìn cũng ảnh hưởng đến sức khỏe tinh thần của người dân. Bên cạnh đó, quá trình khai thác khoáng sản chiếm dụng đất nông nghiệp và lâm nghiệp. . Tổng quan tình hình nghiên cứu tai biến môi trường liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản trong nước và ngoài nước Trên thế giới Trên thế giới công tác nghiên cứu về tai biến và rủi ro môi trường do hoạt động khai thác khoáng sản thường được tiến hành cùng với quá trình điều tra, thăm dò và khai thác khoáng sản. Trong đó, các nghiên cứu tập trung đánh giá sự ảnh hưởng của quá trình khai thác tới môi trường tự nhiên cũng như nhân sinh, đặc biệt là sau Thập kỷ Quốc tế về Giảm thiểu Thiên tai (1990), các nghiên cứu, điều tra về tai biến và rủi ro đã được các nhà khoa học, các nhà quản lý quan tâm thúc đẩy và đã thể hiện sự phát triển rất mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Các dự án lớn mang tính toàn cầu có thể kể đến như: Dự án kết hợp của UNESCO và Liên đoàn địa chất quốc tế (IUGS) về đánh giá tác động môi trường và sức khoẻ con người do khai thác khoáng sản tại Châu Phi [4], Chương trình Giảm thiểu thiệt hại sau khai thác mỏ tại Mỹ [5], Nhật Bản [6], Dự án giảm thiểu nguy cơ tai biến từ năm 2004 đến 2012 của Ngân hàng Thế giới (WB) [7], Chương trình Giảm thiểu và Ứng phó với tai biến và rủi ro của Quỹ Môi trường Toàn cầu (GEF) [8] ….đều có đánh giá về các tai biến liên quan đến hoạt động khai khoáng. Thành quả đạt được của các dự án này là đã cung cấp cho cộng đồng nhận thức về các dạng tai biến cũng như nguy cơ rủi ro môi trường do khai thác khoáng sản gây ra, giúp cho các chính quyền địa phương và các cơ quan quản lý nhà nước có những chiến lược hiệu quả trong phòng tránh thiên tai, giảm thiểu hậu quả và tìm kiếm những biện pháp khắc phục. Các tai biến môi trường liên quan đến hoạt động thăm dò, khai thác và chế biến khoáng sản diễn ra khá phổ biến, nguy hiểm và đôi khi gây ra những thảm họa nghiêm trọng về tính mạng con người, phá hủy nhiều công trình dân sinh kinh tế. Trên thế giới, việc nghiên cứu, xác định mức độ ảnh hưởng nhằm hướng tới mục tiêu phòng tránh các thiệt hại do tai biến gây ra luôn được đặc biệt quan tâm trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội. Nhiều nghiên cứu về tai biến và đánh giá rủi ro môi trường đã được tiến hành chi tiết, đặc biệt tại một số quốc gia như Mỹ, Canada, Anh, Pháp, Úc, Ấn Độ, Đức, Nhật, Trung Quốc... nơi hàng năm những thiệt hại do các tai biến địa chất và môi trường gây lên tới hàng tỷ USD. Từ năm 2000, Mỹ đã xây dựng “Chiến lược quốc gia 10 năm giảm nhẹ tai biến địa chất”, trong đó các tai biến liên quan đến khai thác khoáng sản đóng một phần rất quan trọng. Tại Trung Quốc, từ những năm 1989-1990, đã tiến hành xây dựng atlas về phòng ngừa các tai biến địa chất, trong đó nghiên cứu về nguyên nhân hình thành, các đặc trưng, mức độ nguy hại và cách phòng trị. Năm 1992, Viện Điều tra cơ bản về Địa chất thủy văn - Địa chất công trình Trung Quốc cũng đã tiến hành điều tra nghiên cứu xây dựng bản đồ phân 9
loại, phân bố và phân vùng dự báo tai biến địa chất cho toàn lãnh thổ. Hiện nay, tại Trung Quốc, các nghiên cứu đã đi sâu theo hướng lượng hoá các yếu tố nguyên nhân và dự báo tai biến với sự hỗ trợ của công nghệ địa không gian kết hợp GIS, viễn thám và các hệ thống quan trắc tự động. Trung Quốc đang tiến hành thành lập bộ bản đồ tai biến môi trường toàn quốc và hiện đang tích cực thành lập các bản đồ tai biến môi trường cho từng tỉnh và từng khu vực quan trọng, trong đó đặc biệt chú ý đến các khu vực đang có các hoạt động khai thác khoáng sản ([9], [10], [11]). Tại Nga, các nghiên cứu đang đi sâu phân tích mối quan hệ của các hiện tượng tai biến địa chất với các chuyển động hiện đại vỏ Trái đất, đặc biệt là đứt gẫy hoạt động. Các yếu tố ảnh hưởng như lượng mưa, độ che phủ rừng và hoạt động kinh tế của con người cũng được nhấn mạnh. Do điều kiện khí hậu khắc nghiệt và dân cư phân bố thưa thớt nên các dự án nghiên cứu tai biến địa chất tại Nga không thực hiện trên diện rộng mà chỉ được tiến hành đánh giá cho từng khu vực dự án cụ thể. Nhiệm vụ chủ yếu bao gồm việc xây dựng các bản đồ dự báo, đánh giá rủi ro tại các vùng lãnh thổ khác nhau và đặc biệt đã áp dụng cụ thể cho một số đô thị, đối tượng kinh tế xã hội quan trọng như trong quy hoạch vùng thủ đô Moscow, khu liên hợp Olympic Sochi hay các vùng băng vĩnh cửu ([12], [ 13], [14]). Tại Hàn Quốc, người ta đã xây dựng đề án nghiên cứu trượt lở liên quốc gia (2003- 2005) thuộc Ủy ban các chương trình Khoa học Trái đất ở Đông Á và Đông Nam Á (CCOP) do Viện Địa chất và Tài nguyên Hàn Quốc (KIGAM) tài trợ. Đề án này đã giúp đỡ các nước thành viên phát triển các kỹ thuật đánh giá tai biến trượt lở ở nước mình. Khi thực hiện đề án này nhiều phương pháp và kỹ thuật được nghiên cứu áp dụng (hệ thống thông tin địa lý - GIS, phân tích không gian, viễn thám....) để thu thập, quản lý và nghiên cứu phân vùng tai biến trượt lở ([15]). Tại Mỹ, từ năm 2000 chính phủ đã đề ra chương trình nghiên cứu tai biến trượt lở và chiến lược giảm nhẹ thiệt hại do Cục Địa chất Mỹ (USGS) quản lý. Trong chiến lược phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại do trượt lở gây ra, USGS đề xuất thành lập 4 dạng bản đồ: bản đồ thống kê trượt lở, bản đồ nhạy cảm trượt lở, bản đồ nguy cơ tai biến và bản đồ đánh giá rủi ro [16]. Trước những năm 1990, hầu hết các nghiên cứu về tai biến địa chất nói chung trên thế giới đều sử dụng phương pháp thống kê và tổng hợp thông tin về hiện trạng tai biến. Phương pháp này đòi hỏi sự quan trắc thường xuyên và nhiều công sức khảo sát thực địa. Năm 1972, Nemcok và nnk nghiên cứu về cách phân loại các dạng trượt lở đất đá và thành lập bản đồ kiểm kê trượt đất tỷ lệ 1:1.000.000 cho toàn bộ Tiệp Khắc [17], Năm 1974, Hatano và nnk thành lập bản đồ địa mạo 1:200.000 của vùng Sendai (Nhật Bản) [18], qua đó chỉ ra các đặc điểm địa mạo dễ xảy ra các dạng tai biến địa chất. Sự phát triển của các phương pháp đo vẽ trực tiếp và phân tích địa mạo được phát triển liên tục như trong các nghiên cứu của Kienholz năm 1978, Rupke năm 1988 đã giúp đã tìm ra các dấu hiệu sườn có quan hệ trực tiếp với các dạng tai biến liên quan đến điều kiện địa hình, Seijmonsbergen năm 1992 và Cardinal năm 2002 đã thảo luận về ảnh hưởng của sự phân bố dòng chảy cũng như các yếu tố địa chất nền ảnh hưởng như thế nào đến việc hình thành tai biến. Việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu đã cho phép nhiều nhà nghiên cứu xây dựng nên các sản phẩm đánh giá tai biến như năm 1980 Conway thành lập bản đồ phân bố trượt lở tỷ lệ 1:50.000 cho các vùng than tại phía nam Xứ Wales (Anh) [19], năm 10