Giám sát và phát hiện tràn dầu trên biển bằng vệ tinh SAR

Sự cố tràn dầu luôn là mối hiểm họa tiềm tàng đối với các quốc gia ven biển. Tại nhiều vùng biển của các quốc gia có biển, hiện tượng “thủy triều đen” diễn ra phổ biến. Có nhiều nguyên nhân gây ra tình trạng này như va chạm, tai nạn của các phương tiện vận tải thủy (đặc biệt là tàu chở dầu), sự cố giàn khoan, sự cố phun dầu do biến động địa chất, đổ trộm dầu thải trên biển… Hiện nay, dữ liệu viễn thám đa dạng và được thu nhận với tần suất lặp lại liên tục, có khả năng cung cấp thông tin giám sát tràn dầu hiệu quả.

Ảnh hưởng của dầu tràn đến môi trường

Các sự cố tràn dầu thường để lại hậu quả nghiêm trọng, làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, tài nguyên thủy sinh, nước, đất trên một khu vực rộng, gây thiệt hại đến các hoạt động kinh tế, đặc biệt là khai thác và sử dụng tài nguyên thủy sản.

Đối với các loài chim, dầu tràn làm lông “bị ướt” khiến chim dễ tổn thương, giảm khả năng bay. Khi các loài chim rỉa lông cũng như ăn các thức ăn dính dầu làm cho cho chúng bị kích thích hệ tiêu hóa, giảm chức năng của phổi, mất cân bằng trao đổi chất… nếu không được cứu và “rửa” kịp thời sẽ bị chết. Với các loài động vật có vú, khi da và lông bị dính dầu sẽ giảm khả năng giữ nhiệt. Dầu ngấm vào cơ thể cũng như đi vào dạ dày sẽ tự làm sạch lông, dẫn đến giảm chức năng tiêu hóa, mất nước.

Dầu thô có thành phần chính là các hydrocacbon với nhiều thành phần chưa được loại bỏ như lưu huỳnh, nitơ và nhiều kim loại nặng. Khi dầu loang, làm giảm ánh sáng xuyên vào trong nước, hạn chế khả năng quang hợp của thực vật biển, ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái.

Sự cố tràn dầu tàu Sanchi tại biển Trung Quốc

Vào khoảng 8 giờ tối ngày 6/1/2018, tàu Sanchi, chở theo 136.000 tấn dầu thô nhẹ từ Iran, đã bốc cháy sau khi đâm phải tàu chở ngũ cốc CF Crystal đăng ký Hong Kong (Trung Quốc) ở vị trí cách cửa sông Trường Giang 160 hải lý (300km) về phía Đông.

Vài ngày sau vụ tai nạn, một vụ nổ đã gây ra hỏa hoạn nghiêm trọng làm đắm tàu và ô nhiễm biển lớn. Khí tự nhiên ngưng tụ là một loại dầu thô siêu nhẹ rất dễ cháy. Sanchi là tàu chở dầu hai thân với chiều dài tổng thể 274 mét, trọng tải 41 tấn và trọng tải toàn phần 164 tấn. Ngọn lửa cháy trong hai tuần và chất ngưng tụ làm ô nhiễm một vùng biển rộng lớn trong vài ngày.

Ngoài ra, gió mạnh đã nhanh chóng đẩy thùng dầu ra khỏi bờ biển Trung Quốc, nơi xảy ra vụ việc, vào vùng đặc quyền kinh tế (EEZ) của Nhật Bản. May mắn là dầu thô nhẹ trên tàu Sanchi sẽ “ít tác động lên đại dương” hơn các loại dầu khác, và tác động “tối thiểu” lên con người. Tuy nhiên, tàu chìm ngay trước khi có dầu bị đốt cháy hết thật sự tạo ra “tình huống tồi tệ nhất”. Bởi vì không giống như dầu thô, condensate không tạo ra bề mặt dầu trên biển nhưng gây ra khí độc hydrocacbon dưới mặt biển. Điều này sẽ gây nguy hại rất lớn cho các sinh vật dưới biển.

Việc đóng góp radar viễn thám và đánh giá rủi ro của các vệ tinh SAR (Radar khẩu độ tổng hợp) là các cảm biến được sử dụng rộng rãi nhất để ứng phó và khắc phục thảm họa (bản đồ lũ lụt những vùng tràn dầu) vì các cảm biến hoạt động của chúng đo tín hiệu tán xạ ngược thường xuyên và phân cực nhất định của các tín hiệu truyền điện từ. Hơn nữa, các cảm biến SAR cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh trong mọi thời tiết và thời gian.

Việc giám sát dầu tràn có thể diễn ra liên tục hoặc khi có thông tin về dầu tràn. Đối với các hoạt động giám sát liên tục, thường nhật, khu vực giám sát sẽ được đặt ảnh khi có vệ tinh đi qua. Ảnh thu thập sẽ được xử lý và phân tích, tìm kiếm các vệt dầu trên biển. Khi xác định được các vùng có dầu tràn, các dữ liệu liên quan đến vệt dầu, dòng chảy, sóng biển, nhiệt độ của bề mặt biển sẽ được sử dụng tích hợp trong môi trường GIS, phục vụ phân tích xác định nguyên nhân dầu tràn. Việc phân tích ảnh có thể xác định được kích thước vệt dầu, loại dầu (dầu thô hay dầu đã qua tinh chế), vệt dầu tràn xuất hiện quanh khu vực phát hiện trên ảnh hay ở nơi khác được dòng chảy đưa đến.

Thật vậy, để giám sát sự cố tràn dầu trên biển, SAR có thể phát hiện vào ban đêm qua các đám mây hoặc sương mù. Sóng trên đại dương phản xạ năng lượng radar tạo ra hình ảnh sáng được gọi là vệt sóng. Vì dầu trên mặt biển làm giảm bớt một số sóng mao dẫn này nên sự xuất hiện của vết dầu loang có thể được phát hiện là phản ứng “tối” hay không có vệt sóng.

Kết quả giám sát và kích hoạt của e-GEOS

Ngay sau khi vụ nổ tàu xảy ra đã giúp đỡ và cung cấp cho chính quyền địa phương thông tin khẩn cấp và những thiết bị giám sát bằng COSMO-SkyMed, đặt lịch ngày 14/1/2018 để thu thập được hình ảnh đầu tiên vào sáng ngày 15. Việc giám sát tai nạn đã được thực hiện cho đến ngày 22/1/2018.

Sau lần thu thập đầu tiên, hai báo cáo Biển sạch (không phát hiện ô nhiễm) đã được xuất bản vào cả ngày 15 và 16. Điều này là do tàu chở dầu bị trôi dạt trong nhiều ngày; do đó, các tọa độ mang tính khả thi mới, khác biệt của vệ tinh và đặt chụp theo kế hoạch đã phải thay đổi trước đó.

Bức ảnh thành công hơn cả mong đợi,vào ngày 17/1/2018 trong đã chụp được các vệt dầu loang rõ ràng mặc dù thời tiết xấu với gió mạnh.

Để tăng khả năng phát hiện đúng khu vực quan tâm, phạm vi bao phủ đã được mở rộng và một phương tiện đường truyền ngang hai hình ảnh COSMO-SkyMed ScanSAR liên tiếp (độ phân giải 50m) đã chụp được.

Trong buổi tối cùng ngày trong khi COSMO-SkyMed băng qua nơi có vết dầu loang lớn, đã đo được với chiều dài khoảng 85 km và chiều rộng 4 km. Trong khi đó, các hình ảnh được xử lý cho thấy rõ ràng rằng sự cố tràn dầu khổng lồ này đã đi vào Vùng đặc quyền kinh tế EEZ của Nhật Bản kể từ ngày 17. Thông qua phân tích hình ảnh, sự cố tràn dầu tiếp tục di chuyển về phía Đông và đặt chụp mới theo yêu cầu từ các tọa độ cập nhật mới của COSMO-SkyMed được thực hiện.

Việc thu thập từ COSMO-SkyMed vào sáng ngày 18 và 19 tháng 1 vẫn cho phép các báo cáo về sự cố tràn dầu có thể nhìn thấy rõ, điều không may là duy trì chiều dài nguy hiểm của nó lên đến 70-80 km. Theo khả năng phát hiện của COSMO-SkyMed (vị trí và phân định), chuyển động trượt về phía đông một lần nữa được xác nhận luôn bị trôi theo các điều kiện khí tượng.

Vào ngày 20, hình ảnh SAR Sentinel 1-S1 cũng đã được thu thập và phân tích, phát hiện một vết dầu loang khổng lồ có với những vết loang nhỏ xung quanh. Vị trí của vết loang này được tìm thấy ở phía bắc cùng với vết loang được phát hiện bởi COSMO-SkyMed trong những ngày trước đó. Theo những tọa độ vị trí mới này để lập kế hoạch và thực hiện đã được cập nhật tương ứng.

Các kết hợp khác của hình ảnh S1 thu được vào ngày 20/1/2018 được tích hợp với COSMO-SkyMed ScanSAR Huge thu được vào ngày 19/1/2018 đã hiển thị lại một phần trơn trượt có thể nhìn thấy rõ trên cả hai cảnh.

Thông qua các việc thu thập COSMO-SkyMed thành công liên tiếp (ngày 21 và 22 tháng 1), vết dầu loang xuất hiện dưới dạng các vết dầu loang rải rác và phân mảnh có lẽ đã hòa lẫn với nước đang dần biến mất ở mực nước biển và cho biết thời điểm kết thúc giám sát tràn dầu.

Những lợi ích chính của phát hiện tràn dầu biển qua vệ tinh SAR

Những cảm biến SAR như COSMO-SkyMed xuất hiện cơ bản để phản ứng và giám sát bất kỳ sự cố hay xả dầu ngẫu nhiên nào để đánh giá ngay quy mô và mức độ nghiêm trọng của sự cố cũng như lập kế hoạch cho các phản ứng và hành động chống lại thích hợp. Những thông tin như vậy cũng được yêu cầu như một nguồn duy nhất để khôi phục kể cả thông tin những tàu phạm tội.

Các phương pháp phát hiện ô nhiễm dựa trên vệ tinh SAR cung cấp các dịch vụ thực sự hiệu quả để ngăn ngừa giảm thiểu và đánh giá các thảm họa dầu trên biển và cung cấp cho các cơ quan quốc gia/quốc tế các cảnh báo phù hợp và kịp thời về sự lan truyền của dầu loang. Ngoài ra, thông qua tích hợp khí tượng đại dương và dữ liệu vệ tinh các mô hình khuếch tán/phân tán, cho thấy chính xác sự trôi dạt của chất ô nhiễm và sự biến hóa của chúng, xác định những khu vực có tiềm năng gây nguy hại cho cả cảnh báo dân số (khu vực đánh cá định cư ven biển) và bảo vệ môi trường (dòng dầu ven biển và đáy biển gây thiệt hại do mất đời sống động vật và đa dạng sinh học, v.v.) không chỉ trên các vùng biển được truyền thông quan tâm hàng đầu.

Trong điều kiện hiện nay tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với GIS phục vụ giám sát sự cố tràn dầu là một giải pháp hữu hiệu và khả thi. Dầu loang khiến độ nhám của mặt biển, sông thay đổi, do đó khi sử dụng ảnh radar có thể thấy được sự khác biệt và nhận biết được các vệt dầu.Tùy từng nguyên nhân khác nhau mà hình thái của các vệt dầu cũng khác nhau, dựa vào việc phân tích thời gian, địa điểm hình thái ghi nhận vệt dầu có thể xác định được nguồn gốc của chúng.

Nguồn tham khảo: E-GEOS