Việt Nam thiếu dữ liệu dự báo về các điểm nóng chất thải

Việt Nam có bờ biển dài trên 3.260km, trải dài từ Bắc xuống Nam

Suy thoái môi trường và ô nhiễm chất thải ngày càng trở thành một trong những vấn đề cấp bách ở Việt Nam, chủ yếu xuất phát từ tốc độ tăng trưởng nhanh của các hoạt động kinh tế và công nghiệp, gia tăng dân số và hệ thống quản lý chất thải yếu kém (chiếu theo các mục tiêu SDG số 11, 12, 13).

Theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2019 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, lượng chất thải sinh hoạt từ các đô thị tăng từ 32.000 tấn/ngày năm 2014 lên 35.624 tấn/ngày năm 2019, chiếm hơn 50% lượng chất thải rắn toàn quốc. Thậm chí, hiện nay các bãi rác lộ thiên và bãi rác đổ trộm có xu hướng gia tăng, dẫn đến ô nhiễm môi trường và không khí khu vực xung quanh, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe và đảo lộn cuộc sống của người dân. Trong khi đó, cơ sở hạ tầng đô thị và hệ thống thu gom rác thải trên toàn quốc còn nhiều bất cập, chưa đáp ứng được tình trạng rác thải gia tăng.

Ở các thành phố lớn, việc quản lý chất thải khá nan giải, bởi các nguyên nhân kinh tế, công nghệ và xã hội mang tính hệ thống. Một trong những vấn đề nổi cộm từ góc nhìn quy hoạch đô thị và chính sách là việc thiếu dữ liệu dự báo về các điểm nóng chất thải để hỗ trợ việc thu thập, đánh giá và giám sát các khu vực gây ô nhiễm.

Nhiều bãi biển tại Việt Nam bị ô nhiễm trầm trọng (ảnh Zing)

Ứng dụng công nghệ viễn thám trong phát hiện và quản lý rác thải đô thị

Với mong muốn thu hẹp khoảng cách trong hoạch định chính sách và hỗ trợ quản lý chất thải đô thị, nhóm nghiên cứu Accelerator Lab UNDP tại Việt Nam đã hợp tác với Tập đoàn JAMSS (Nhật Bản) và Viện Nghiên cứu phát triển kinh tế - xã hội Đà Nẵng (DISED) để tiến hành nghiên cứu thí điểm ứng dụng công nghệ viễn thám (hình ảnh vệ tinh) nhằm giúp quản lý chất thải đô thị tại Đà Nẵng, hỗ trợ xây dựng lộ trình kinh tế tuần hoàn cho thành phố.

Dự án gồm 2 giai đoạn, thực hiện từ tháng 2/2021 đến tháng 2/2022. Trong đó:

- Giai đoạn 1: Ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát ô nhiễm chất thải rắn (nhựa) và rác nhựa trên biển tại thành phố Đà Nẵng, nhằm giúp thành phố quy hoạch sử dụng tài nguyên rác trong phát triển kinh tế tuần hoàn.

- Giai đoạn 2: Tìm hiểu các vấn đề liên quan đến việc xả thải từ các nhà máy và khu dân cư ra biển.

Trong Giai đoạn 1, DISED đã đề xuất 4 điểm nóng về rác thải nhựa để điều tra (bao gồm Cầu cảng Thọ Quang; bãi rác Khánh Sơn; các bãi biển tại bán đảo Sơn Trà; một số cống thoát nước chưa được xử lý triệt để). Điểm nóng về rác thải nhựa ở đây được xác định là “những nơi có lượng nhựa khó phân hủy đủ lớn và tồn đọng lâu để các vệ tinh như Sentinel-2 có thể phát hiện” (> 10m²).

Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh và thuật toán phân tích, JAMSS đã chỉ ra 9 điểm nóng tiềm ẩn trên toàn thành phố được phát hiện bằng dữ liệu viễn thám, bao gồm: Âu Huyền Thọ Quang; Đảo Xanh; Khu tái định cư Đồng Nơ; Khu đô thị mới FPT; Cầu Tứ Câu; Cầu Khuê Đông; khu vực nút giao thông Nguyễn Hồng Anh; khu vực sông Cầu Đỏ; khu vực Quảng Xương. Đồng thời, khi xác minh trên mặt đất bằng hình ảnh máy bay không người lái, JAMSS cũng phát hiện 7 vị trí là dương tính giả.

Sử dụng kết hợp dữ liệu hình ảnh vệ tinh và các thuật toán dự đoán, nhóm nghiên cứu đã điều tra vị trí của các điểm nóng về rác thải nhựa tiềm ẩn

Giai đoạn 1 đã hoàn thành và kết quả cho thấy lợi thế của việc sử dụng vệ tinh trong việc phát hiện rác thải nhựa trên quy mô lớn. Dữ liệu viễn thám có thể tìm ra các điểm nóng về rác thải ven biển và ven sông. Tuy nhiên vì đây còn là một công nghệ thử nghiệm, luôn có phần sai số và cần có thêm các công đoạn để kiểm chứng tại địa phương.

Chúng tôi đã nghiên cứu xác định điểm nóng qua phương pháp phân tích quang phổ ánh sáng để phân biệt, tách nhựa ra khỏi quang phổ nền. Hình dưới cho thấy kết quả ứng dụng thử nghiệm phân tích quang phổ tại làng nghề nhựa ở Hà Nội. Nếu khu vực chứa rác tập trung lượng nhựa đủ lớn và tương đối giống nhau thì phương pháp trên có thể phát hiện nhựa, từ các cơ sở nhựa quy mô lớn đến những đống nhựa tích tụ ngoài trời tại một làng nghề ở Hà Nội. Hiệu quả của phương pháp này đã được báo cáo là có độ chính xác trên 80% ở khu vực làng nghề.

Một ví dụ kiểm tra độ chính xác và đánh giá độ nhạy tại một làng nghề ở Hà Nội. Độ chính xác phát hiện sự tích tụ nhựa được duy trì ở mức khoảng 88% trong hai tháng. Độ nhạy ổn định ở mức khoảng 80-90% (Ảnh: JAMSS)

Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu thêm để khẳng định độ tin cậy của phương pháp này khi ứng dụng ở các môi trường khác. Bởi hiện nay, công nghệ nhận dạng và viễn thám vẫn có một số hạn chế liên quan đến độ phân giải và phân tích phổ quang.

Khi đó, xác minh tại chỗ vẫn là cần thiết để tìm ra các điểm nóng rác thải và tránh trường hợp nhầm lẫn. Chẳng hạn, trong một số trường hợp nhất định, chúng tôi đã nhầm lẫn bề mặt đá và con tàu làm từ vật liệu FRP thành chất thải nhựa, do sự giống nhau về quang phổ ánh sáng. JAMSS phát hiện ra rằng, các mặt cắt quang phổ của đá và con tàu gần như khớp với nhau trong biên độ sai số. Phát hiện này đã giúp hiểu rõ hơn về một bức tranh toàn cảnh:

- Thuật toán lấy được quang phổ mục tiêu gần như chính xác.

- Trong một số hoàn cảnh nhất định, rất khó để phân biệt giữa các vật có quang phổ giống nhau. Việc chỉ xác định được 12 bước sóng - một đặc điểm của quang phổ từ vệ tinh Sentinel - là không đủ.

So sánh quang phổ giữa đá và tàu (tương đương FRP). Hệ số tương quan giữa hai phổ được tính là 0,993, và hai cấu hình, trong phạm vi sai số, gần như giống hệt nhau.

Một phát hiện quan trọng khác của Giai đoạn 1 là khả năng phát hiện các chất khác có cấu hình quang phổ tương tự như nhựa. Do đó, cần nghiên cứu thêm để tăng độ chính xác và tin cậy. Các phương pháp khả thi bao gồm: sử dụng xác minh dữ liệu thật ở mặt đất từ ​​các điểm nóng ở địa phương, hoặc sử dụng thông tin màu từ dữ liệu vệ tinh (sử dụng vệ tinh siêu cận âm) một cách hiệu quả hơn. Ở phương pháp thứ hai, phân cụm với nhiều thông tin màu hơn có thể làm tăng độ chính xác của JAMSS.

Tóm lại, mục đích của giai đoạn 1 là thiết lập một phương thức để loại bỏ dữ liệu dương tính giả trong tương lai.

Bước tiếp theo là gì?

Nhóm chúng tôi hiện đang ở cuối Giai đoạn 2, chủ yếu tập trung vào việc tìm ra các điểm ô nhiễm nước, điều này có thể xác định dễ dàng hơn ở khu vực rộng lớn nhờ công nghệ viễn thám và hồ sơ quang phổ. JAMSS sẽ sử dụng công nghệ viễn thám (và GIS) trong xây dựng cơ sở dữ liệu để lập bản đồ các khu vực ô nhiễm nước từ bùn thải ra dọc sông Hàn, ven biển, (khu vực bờ Đông và vịnh Đà Nẵng), sau đó DISED có thể kiểm tra các mẫu nước tương tự tại cùng vị trí để cung cấp thông tin ban đầu và tìm ra chất ô nhiễm. Thử nghiệm cũng được áp dụng để nghiên cứu cách sử dụng viễn thám siêu ảnh, nhằm đo độ đục và chất diệp lục ở các sông, hồ.

Giai đoạn 2: Những phát hiện ban đầu về độ đục, chất diệp lục, chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI) và phân tích lũ lụt bằng SAR

Hợp tác giữa DISED và JAMSS nhằm mục đích xây dựng một kế hoạch giám sát bằng công nghệ viễn thám cho thành phố thông minh, phù hợp với năng lực của Đà Nẵng, sau đó có thể được phát triển để ứng dụng trong các môi trường đô thị tương tự. Kết quả của sự hợp tác này sẽ là cơ sở đưa ra các khuyến nghị cho lộ trình kinh tế tuần hoàn cho thành phố Đà Nẵng.

Thành phố Đà Nẵng đang đi tiên phong trong việc xây dựng lộ trình phát triển kinh tế tuần hoàn - một trong những lộ trình đầu tiên ở Việt Nam

Hình ảnh vệ tinh là một công cụ hiệu quả để xác định và theo dõi những thay đổi môi trường trên quy mô lớn, cũng như hỗ trợ việc giám sát và quản lý chất thải đô thị. Với những tiến bộ đáng kể trong Giai đoạn 2, chúng tôi mong muốn khám phá và tiếp tục hoàn thiện phương pháp này. Hãy gửi tin nhắn cho chúng tôi qua email: nguyen.tuan.luong@undp.org nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về công việc của chúng tôi với JAMSS và DISED, hoặc nếu bạn có bất kỳ góp ý nào./.

Bản tiếng Anh được đăng tải tại: Remote sensing smart city solution for municipal waste management? | UNDP in Viet Nam