Ứng dụng công nghệ tin học xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích Môi trường nước khu vực Uông Bí, Quảng Ninh
1. Giới thiệu
Trong công tác khai thác mỏ, các môi trường đất, nước, không khí và biến dạng địa hình bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Định kỳ hàng năm, hàng quý, công tác quan trắc môi trường được thực hiện nghiêm túc, thu thập được khối lượng dữ liệu rất lớn. Trong khi đó, công tác quản lý loại dữ liệu này một cách có hệ thống vẫn còn nhiều hạn chế. Việc ứng dụng công nghệ tin học với các phần mềm chuyên nghiệp là một giải pháp hiện đại và hiệu quả. Công nghệ Hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographical information system) là một ứng dụng phổ biến hiện nay trên thế giới.
Do số lượng dữ liệu nhiều, kéo dài trong nhiều năm, trong phạm vi bài báo này sẽ tập trung chủ yếu vào việc xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu (CSDL) môi trường nước mặt khu vực Uống Bí, Quảng Ninh, với hàng chục thông số, được quan trắc và thu thập qua 8 đợt trong hai năm 2008, 2009. Quá trình xây dựng CSDL được thực hiện bởi việc sử dụng các phần mềm chuyên nghiệp quốc tế là GIS Maplnfo (chuyên về bàn đồ) và EQWin (chuyên về môi trường). Hai phần mềm được kết hợp thành một hệ thống, thống nhất.
2. Sử dụng phần mềm GIS Maplnfo
GIS là công nghệ thành lập bản đồ và phân tích không gian của Mỹ với sự trợ giúp của máy tính điện tử, đến nay đã phát triển trên toàn thế giới trong mọi lĩnh vực chủ chốt như khai khoáng, môi trường, khoa học kĩ thuật, kinh tế, xã hội, quân sự...GIS có chức năng đặc trưng quan trọng nhất và cũng là điểm mới so với các công nghệ khác là cùng xây dựng bản đồ và xây dựng cơ sở dữ liệu, liên kết dữ liệu không gian (graphic) và phi không gian (thuộc tính, atributes) vào trong một hệ thống, thành lập bản đồ chuyên đề và chồng xếp không gian.
Với công nghệ GIS đã xây dựng CSDL và các lớp bản đồ nền khu vực Uống Bi, Quảng Ninh, từ núi hùng dải than Bảo Đài - Yên Tử qua Mạo Khê - Uông Bí đến vùng ven biển Quảng Ninh. Các lớp thông tin được bố trí trên bản đồ bao gồm: TV-1 - Mạng lưới sông và suối trong khu vực; TV- 2 - Hệ thống hồ, ao và vùng ven biển; GT - Hệ thống đường giao thông và thông tin liên lạc; RG-UBI - Ranh giới qui hoạch và quản lý mỏ, bao gồm các mỏ đang hoạt động như Vàng Danh, Mạo Khê, Bảo Đài, Vetmindo… và đang thiết kế như Khe Chuối, Hồ Thiên, Quảng La… Các thông số môi trường được lập thành CSDL với các trường (field) là trạm đo, tọa độ XYZ, độ pH, độ ô nhiễm dầu mỡ, kim loại sắt, asen, chỉ tiêu sinh hóa BOD, COD… ; các bản ghi (record) là các trạm quan trắc thực tế như cảng Bến Cân, cảng Điền Công, hồ Nội Hoàng...
3. Sử dụng phần mềm EQWin
EQWin là phần mềm xây dựng CSDL môi trường chuyên nghiệp, có khả năng lưu giữ, quản lý, phân tích và lập báo cáo dữ liệu kiếm soát môi trường của các khu vực rộng lớn, với sồ lượng trạm đo và thông sồ môi trường phong phú.
CSDL (Database) của EQWin lưu giữ dữ liệu gồm 4 bảng chính là Trạm đo, Thông số môi trường,Tiêu chuẩn môi trường và Giá tri mẫu đo được (Station, Parameters, Standards và Samples). Các dữ liệu trên liên kết với vị trí địa lý thông qua phần mềm GIS. Từ cơ sở dữ liệu môi trường, có thể nhanh chóng đưa ra báo cáo, đồ thị và so sánh với tiêu chuẩn về các giá trị thông số môi trường đo được. Cửa sỗ làm việc của EQWin gồm 3 khối chức năng chính (hình 1): Nhập dữ liệu- lnputs; Xây dựng cơ sở dữ liệu CSDL-Database; Báo cáo kết quả-outputs.
Việc xây dựng CSDL bao gồm những bước chính sau:
- Khai báo xây dựng CSDL mới: Nhắn nút lệnh Database/Service/New/Create New Database. Cửa sỗ thoại xuất hiện và khai báo như hình 2.
- Nhập dữ liệu (Inputs)'vào các bảng chính của CSDL:
+Bàng Trạm đo (Station) - hình 3: Nhập các dữ liệu về trạm quan trắc như Mã hiệu, tên, mô tả, tọa độ địa lý, thuộc tính, phương pháp lấy mẫu... (Station code, name, discription, coordinates, station type, collection method… .) .
+Bảng Thông số môi trường (Parameters) - hình 4: Nhậpcác thông số môi trường như nồng độ kim loại (sắt - Fe, măng gan - Mn, asen - As), độ pH, oxy hòa tan DO, nhu cầu oxy BOD, COD, độ dẫn điện COND, ô nhiễm tên thông số môi trường, đơn vị đo, mã ký hiệu . . .
+Bảng Tiêu chuẩn môi trường (Standards) - hình 5: Đưa ra các tiêu chuẩn môi trường theo luật đinh như Tiêu chuẩn Việt Nam, Tiêu chuẩn Bộ Tài nguyên & Môi trường, Tiêu chuẩn nước uống, tiêu chuẩn nước thải công nghiệp... Trong đó, cần khai báo rõ tên Tiêu chuẩn, các giá trị cho phép theo từng chỉ tiêu thông số môi trường cụ thể. Vi dụ như nồng độ sắt tổng (Fe Total) cho nước mặt theo Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 08:2008/BTNMT là 2 mg/l, cho độ pH là 5,5 đến 9, cho độ ô nhiễm dầu mỡ là 0,1 mg/l…
+Bảng Dữ liệu môi trường đo được (Samples) - hình 6: Đây là bảng dữ liệu lớn nhất, bao gồm các giá tri môi trường đo được trong quá trình quan trắc hiện trường cũng như kết quả xác đinh được khi thí nghiệm trong phòng. Nó cần thể hiện được thời gian ngày tháng lẫy mẫu, vị tri lẫy mẫu, giá trị mẫu... Từ những bảng dữ liệu có định dạng xls của MsExcel có thể nhập chuyển đổi sang đinh dạng của EQWin như trên hình 5 và 6.
4. Báo cáo kết quả và phân tích dữ liệu
Từ CSDL môi trường đã được xây dựng có thể đưa ra các báo cáo, biểu bảng, đồ thị, bản đồ theo các chuyên đề yêu cầu (output: reports, querries, graphs, maps...) và tiến hành những phân tích cần thiết.
Hình 7 và 8 trình bày các điểm quan trắc môi trường khu vực Uông Bí, Quảng Ninh, bao gồm ranh giới quản lý của các công ty than, hệ thống sông suối, ao hồ, bến cảng và đặc biệt là độ ô nhiễm môi trường theo thông số kim loại nặng sắt tổng (Fe Total) (hình 7) và dầu mỡ (hình 8), đồng thời thể hiện định lượng theo kích thước các chấm đậm (đỏ và xanh). Tiêu chuẩn cho phép đối với sát rỗng (Fe Total) là 2 mg/l và đối với dầu mỡ,là 0,1 mg/l cho nước mặt (chấm tròn ở giữa bảng chú thích). Nhìn vào bản đồ ta có thể nhận thấy độ ô nhiễm kim loại nặng đã xảy ra đối với khu vực sông Vàng Danh, suối Than Thùng (Nam Mẫu), cảng Bến Cân và cảng Điền Công. Còn về độ ô nhiễm dầu mỡ thì có ở khắp các vi trí vùng mỏ khu vực Uống Bi.
Một cách hiển thi báo cáo và phân tích khác về ô nhiễm môi trường là dạng đồ thị. Trên hình 9 là đồ thị kim loại nặng (Fe Total - sắt tổng) trong nước thải bề mặt với tiêu chuẩn nước thải công nghiệp mỏ QCVN 2008 BTNMTlà 2,0 mg/l. Qua đó ta dễ dàng nhận thấy vị trí nào, thời điểm nào các thông số môi trường vượt quá tiêu chuẩn. Cụ thể với đường tiêu chuẩn là 2 mg/l, các khu vực cảng Bến Cân, càng Điền Công, sông Vàng Danh đã có ô nhiễm kim loại nặng vượt quá nhiều lần, trong đó cao nhất là vào Quý III năm 2008 và có chút cải thiện vào năm 2009.
Hình 10 thể hiện ô nhiễm môi trường theo thông số BOD khu vực Uống Bí. Theo Tiêu chuẩn Việt Nam của Bộ Tài nguyên và Môi trường, với chỉ số cho phép là 15 mg/l, thì khu vực bị ô nhiễm nặng là sông Vàng Danh, cảng Bên Cân và cảng Điền Công, nhất là trong năm 2008. Sang năm 2009, tình hình được cải thiện ở các cảng biển, nhưng riêng sông Vàng Danh thì ít được cải thiện và vẫn ô nhiễm nặng.
Hình 11 cho thấy hồ Nội Hoàng, hồ Khe ươm và sông Vàng Danh có độ pH thấp hơn tiêu chuẩn 5,5, tức là nước bị ô nhiễm đã có độ axít, trong đó sông Vàng Danh trong năm 2009 đang thể hiện ô nhiễm nặng dần.
Kiểm tra theo dõi độ ô nhiễm asen trên hình 12, ta có thể nhận thấy mức độ ô nhiễm này không đáng kể và hoàn toàn yên tâm với tiêu chuẩn 0,05 mg/l của Bộ Tài nguyên Môi trường.
Quay lại với tình hình ô nhiễm dầu mỡ trên hình 13, ta cũng nhận thấy mức độ ô nhiễm nặng trong toàn khu vực qua các giai đoạn các năm từ 2008 đến 2009.
Tương tự như vậy, tất cả các thông số môi trường đều có thể được trình bày và phân tích, từ đó làm cơ sở đưa ra các giải pháp xử lý và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
5. Kết luận
Cơ sở dữ liệu môi trường nước mặt khu vực Uông Bí, Quảng Ninh với hàng chục thông số, được quan trắc và thu thập trong những năm gần đây đã được Công ty CP Tin học, Công nghệ và Môi trường -Vinacomin (VITE), xây dựng, quản lý và phân tích một cách hiệu quả, với việc sử dụng 2 phần mềm chuyên nghiệp là GIS Maplnfo và EQWin. Các dữ liệu môi trường được lưu giữ trong CSDL theo hệ thống các bảng biểu khoa học, được trích dẫn, báo cáo nhanh chóng theo yêu cầu.
Tình trạng môi trường được phân tích và đánh giá một cách định lượng theo các giá trị của các thông số môi trường và các tiêu chí cụ thể, theo các phân bố không gian và diễn biến thời gian, trên phạm vi địa lý các trạm quan trắc bố trí gần khu vực hoạt động khai thác kinh doanh mỏ và các thời điểm quan trắc đinh kỳ qua nhiều năm.
Việcphân tích thông tin từ CSDL môi trường quan trắc được trong nhiều năm qua cho thấy, nước mặt vùng than Uông Bí đang bị ô nhiễm do hoạt động công nghiệp, tập trung ở khu vực cảng Bến Cân, sông Vàng Danh, suối Than Thùng (Nam Mẫu), cụ thể là các giá trị thông số nước thải axit, dầu mỡ, sát, BOD… Tuy nhiên, tình hình đang có những cải thiện so với thời gian trước đây, năm 2008./.
