Tài liệu Nghiên cứu mối quan hệ của biến động sử dụng đất khu vực lân cận và mức độ phú dưỡng của hồ tây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******* Đoàn Thị Mai Khanh NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ CỦA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC LÂN CẬN VÀ MỨC ĐỘ PHÚ DƢỠNG CỦA HỒ TÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******* Đoàn Thị Mai Khanh NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ CỦA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC LÂN CẬN VÀ MỨC ĐỘ PHÚ DƢỠNG CỦA HỒ TÂY Chuyên ngành: Địa chất môi trƣờng Mã số : Đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Thị Thu Hà Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, học viên xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thị Thu Hà, người đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn học viên trong suốt thời gian hoàn thành Luận văn thạc sĩ khoa học. Đồng thời, học viên cũng chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã luôn nhiệt tình giảng dạy cho học viên trong suốt chương trình đạo tạo thạc sĩ. Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh/chị/em và bạn bè đồng nghiệp trong nhóm nghiên cứu thuộc bộ môn Địa chất môi trường, Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa môi trường và Biến đổi khí hậu, Trung tâm CARGIS và Đề tài NAFOSTED mã số 105.08-2013.12 đã tạo điều kiện giúp đỡ cho học viên hoàn thành luận văn. Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã luôn quan tâm, chia sẻ mọi khó khăn và ủng hộ học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà ội, ngà tháng năm 20 Học viên Đoàn Thị Mai Khanh i MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ...........................................................................................................3 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỒ TÂY VÀ QUẬN TÂY HỒ ......................................3 1.1.1. Đặc điểm tự nhiên ......................................................................................3 1.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội ..............................................................................7 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU.............................................................................10 1.2.1. Viễn thám phục vụ đánh giá, giám sát chất lượng nước ..........................10 1.2.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu Hồ Tây và quận Tây Hồ ..............15 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................19 2.1. THU THẬP VÀ TỔNG HỢP TÀI LIỆU ...................................................19 2.2. PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA ...............................................21 2.2.1. Đo độ phản xạ bề mặt nước ......................................................................22 2.2.2. Đo độ thấu quang của nước ......................................................................23 2.3. DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH ..24 2.4. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÚ DƢỠNG TỪ SD .............28 2.5. PHƢƠNG PHÁP VIỄN THÁM TÍNH TOÁN ĐỘ THẤU QUANG CỦA NƢỚC ...................................................................................................................29 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................32 3.1. ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG NƢỚC HỒ TÂY ..........................................32 3.2. MỨC ĐỘ PHÚ DƢỠNG CỦA NƢỚC HỒ TÂY THEO THỜI GIAN ........ 34 3.2.1. Mối quan hệ giữa độ thấu quang và phổ phản xạ bề mặt nước ................34 3.2.2. Hiện trạng phú dưỡng theo thời gian........................................................37 3.2.3. Xu hướng biến động .................................................................................48 3.3. BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT QUẬN TÂY HỒ GIAI ĐOẠN 1996-2017 .......54 3.3.1. Hiện trạng sử dụng đất theo các năm .......................................................54 3.3.2. Biến động sử dụng đất quận Tây Hồ giai đoạn 1996-2017 ......................58 ii 3.4. MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VỚI MỨC ĐỘ PHÚ DƢỠNG NƢỚC HỒ TÂY .........................................................................60 3.4.1. Diện tích đất ở và TSI ..............................................................................60 3.4.2. Diện tích đất cây xanh và TSI ..................................................................61 3.4.3. Diện tích đất mặt nước và TSI .................................................................62 KẾT LUẬN ..............................................................................................................65 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................67 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Vị trí của Hồ Tây và quận Tây Hồ tại Hà Nội ....................................................... 3 Hình 1. 2. Dân số quận Tây Hồ năm 2000-2015 ................................................................... 8 Hình 2. 1. Sơ đồ mạng lưới khảo sát ................................................................................... 22 Hình 2. 2 Đo phổ phản xạ mặt nước tại Hồ Tây sử dụng máy GER 1500 .......................... 23 Hình 2. 3. Nguyên lý của phương pháp đo độ thấu quang của nước (a) và đo độ thấu quang của nước Hồ Tây sử dụng đĩa Secchi (b) ............................................................................. 24 Hình 2. 4. Quy trình và phương pháp xử lý ảnh Landsat OLI để có được dữ liệu Landsat Surface Reflectance Level 2 ................................................................................................ 26 Hình 2. 5. Quy trình làm việc với ảnh Landsat để tính toán TSI ......................................... 28 Hình 3. 1. Phổ phản xạ mặt nước đo tại các điểm khảo sát ở Hồ Tây trong 3 đợt khảo sát vào các ngày 1/6/2016, 27/9/2016 và 3/9/2017 và độ thấu quang tương ứng đo được cùng thời điểm. ............................................................................................................................. 33 Hình 3. 2. Phổ phản xạ mặt nước đo tại các điểm khảo sát ở Hồ Tây và vị trí các kênh phổ ảnh Landsat 5 TM (a) và Landsat 8 OLI (b). ....................................................................... 33 Hình 3. 3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính cao nhất giữa độ thấu quang (SD) và tỷ số nh phổ lam/lục (B/Gr) (a), lam/đỏ (B/R) (b), lục/đỏ ( r/R) (c) và các nh phổ lam (B) (d), đỏ (R) (e) và lục (Gr) ứng với dải sóng của ảnh TM. ............................................ 34 Hình 3. 4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính cao nhất giữa độ thấu quang (SD) và tỷ số nh phổ lam/lục (B1/ r và B2/ r) (a, b), lam/đỏ (B1/R và B2/R) (c, d), lục/đỏ ( r/R) (e) và các nh phổ lam (B) (f, g), đỏ (R) (h), lục (Gr) (i) ứng với dải sóng của ảnh OLI. 36 Hình 3. 5. Tương quan giữa SD đo được ngoài thực địa và SD tính toán từ ảnh Landsat 8 OLI ...... 37 Hình 3. 6. Sơ đồ phân bố SD của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa khô (a) và cuối mùa mưa (b) năm 1996 ...................................................................................... 38 Hình 3. 7. Sơ đồ phân bố TSI của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa khô (a) và cuối mùa mưa (b) năm 1996 ...................................................................................... 39 Hình 3. 8 Sơ đồ phân bố SD của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa khô (a) và mùa mưa (b) năm 2001 .............................................................................................. 40 Hình 3. 9. Sơ đồ phân bố TSI của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa khô (a) và mùa mưa (b) năm 2001 .............................................................................................. 40 iv Hình 3. 10 Sơ đồ phân bố SD của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa khô (a) và mùa mưa (b) năm 2005 .............................................................................................. 41 Hình 3. 11 Sơ đồ phân bố TSI của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa hô (a) và mùa mưa (b) năm 2005 ....................................................................................... 42 Hình 3. 12 Sơ đồ phân bố SD của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa khô (a) và mùa mưa (b) năm 2010 .............................................................................................. 42 Hình 3. 13 Sơ đồ phân bố TSI của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh TM thu được vào mùa hô (a) và mùa mưa (b) năm 2010 ....................................................................................... 43 Hình 3. 14. Sơ đồ phân bố SD của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh OLI thu được vào mùa hô (a) và mùa mưa (b) năm 2015 ....................................................................................... 44 Hình 3. 15. Sơ đồ phân bố TSI của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh OLI thu được vào mùa hô (a) và mùa mưa (b) năm 2015 ....................................................................................... 45 Hình 3. 16 Sơ đồ phân bố SD của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh OLI thu được vào mùa hô (a) và mùa mưa (b) năm 2016 ....................................................................................... 46 Hình 3. 17. Sơ đồ phân bố TSI của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh OLI thu được vào mùa hô (a) và mùa mưa (b) năm 2016 ....................................................................................... 47 Hình 3. 18 Sơ đồ phân bố SD (a) và TSI (b) của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh OLI ngày 04/06/2017 ........................................................................................................................... 47 Hình 3. 19. Biểu đồ biến động SD thu được từ ảnh Landsat giai đoạn 1996- 2017 ............ 49 Hình 3. 20. Sơ đồ phân bố SD mùa mưa từ năm 1996 đến năm 2017 ................................ 50 Hình 3. 21. Sự thay đổi SD mùa khô từ năm 1996 đến năm 2017 ...................................... 50 Hình 3. 22. Biểu đồ biến động TSI giai đoạn (1996 – 2017)............................................... 52 Hình 3. 23. Sơ đồ sự thay đổi TSI mùa mưa từ 1996 đến 2017 .......................................... 53 Hình 3. 24. Sơ đồ sự thay đổi TSI mùa khô từ 1996 đến 2016 ........................................... 53 Hình 3. 25 Sơ đồ phân bố không gian lớp phủ mặt đất năm 2005 phân loại từ ảnh Landsat 8......... 57 Hình 3. 26. Sơ đồ phân bố không gian lớp phủ mặt đất năm 2010 phân loại từ ảnh ASTER...............58 Hình 3. 27. Biến động diện tích các loại hình đất nông nghiệp quận Tây Hồ (1996-2017) 59 Hình 3. 28 Biến động diện tích các loại hình đất phi nông nghiệp quận Tây Hồ (1996-2017).......... 60 Hình 3. 29. Tương quan biến động diện tích đất ở và TSI .................................................. 61 Hình 3. 30. Tương quan biến động diện tích cây xanh và TSI ............................................ 62 Hình 3. 31. Tương quan biến động diện tích đất mặt nước và TSI ..................................... 63 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số giá trị và chức năng chính của hồ Tây............................................6 Bảng 1.2. Thành phần các loài sinh vật ở Hồ Tây ......................................................7 Bảng 2.1. Danh sách các cảnh ảnh Landsat sử dụng trong nghiên cứu ....................25 Bảng 2.2. Các kênh phổ của Landsat 5-8 sử dụng trong các phương trình hồi quy với với bước sóng tương ứng ...................................................................................27 Bảng 2.3. Mối quan hệ giữa tỷ số TSI, độ trong của nước với mức độ phú dưỡng của nước hồ theo Carlson và Simpson .....................................................................29 Bảng 2. 4. Các phương pháp viễn thám đo SD qua việc sử dụng các nh phổ và các tỷ số giữa chúng .......................................................................................................31 Bảng 3. 1. Tình hình sử dụng đất ở quận Tây Hồ thể hiện qua một số loại đất chính ...................................................................................................................................55 vi DANH MỤC VIẾT TẮT CDOM Vật chất hữu cơ hòa tan Chl-a Chlorophylla ĐDSH Đa dạng sinh học HST Hệ sinh thái NGTK Niên giám thống kê OLI Operational Land Imager SD Độ thấu quang SPM Suspended particulate matter SR Surface reflectance TM Thematic Mapper TP Phốt pho tổng TSI Trạng thái phú dưỡng TSS Tổng chất răn lơ lửng USGS United States Geological Survey vii LỜI MỞ ĐẦU Hồ Tây là hồ nước tự nhiên nằm ở phía Tây Bắc nội thành Hà Nội với diện tích mặt nước vào khoảng 500 ha, có đường vòng quanh hồ dài gần 20 km. Hồ Tây là một hệ sinh thái ngập nước với nhiều giá trị, chức năng quan trọng như: trữ nước vào mùa mưa để dự trữ nước cho mùa khô; tiếp nhận và lắng đọng trầm tích, chất ô nhiễm, chất độc hại và chất thải nói chung giúp làm sạch nước; giữ lại các chất dinh dưỡng (nitơ, phốt pho, các nguyên tố vi lượng…) cho sinh vật, phát triển nguồn lợi thủy sản; điều hòa không khí của thành phố như nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa; giúp hạn chế hiện tượng lũ lụt xảy ra xung quanh khu vực hồ. Th m vào đó, Hồ Tây còn là một trong những thắng cảnh đẹp nổi tiếng ở thủ đô Hà Nội, nơi có nhiều di tích lịch sử văn hóa gắn liền với lịch sử hình thành, phát triển của Kinh thành Thăng Long xưa và Hà Nội ngày nay như Phủ Tây Hồ, đền Quán Thánh, chùa Quán Sứ… Tuy nhiên, trong bối cảnh phát triển đô thị, đặc biệt là quá trình đô thị hóa xảy ra mạnh mẽ trong những năm gần đây ở Hà Nội, đã gây ra những biến đổi nghiêm trọng về chất lượng nước hồ, chủ yếu là theo chiều hướng xấu đi, ảnh hưởng xấu tới đời sống của hệ sinh thái hồ, của dân cư quanh hồ và gây mất mỹ quan đô thị. Do đó, đánh tác động của quá trình đô thị hóa đến chất lượng nước của Hồ Tây là việc làm vô cùng cần thiết nhằm cung cấp thông tin cho việc quản lý môi trường đô thị, cải thiện chất lượng nước hồ. Xuất phát từ thực tiễn đó học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mối quan hệ của biến động sử dụng đất khu vực lân cận và mức độ phú dưỡng của Hồ Tây” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn nhằm xác định một cách định lượng mối quan hệ của quá trình đô thị hóa, thể hiện thông qua biến động sử dụng đất, của khu vực lân cận Hồ Tây (cụ thể là tr n địa bàn quận Tây Hồ) và chất lượng nước Hồ Tây thông qua biến động chỉ số độ phú dưỡng của nước hồ theo thời gian sử dụng kết hợp số liệu thống kê và ảnh vệ tinh Landsat đa thời. Mục tiêu của Luận văn là: - Xây dựng phương pháp tính toán chỉ số độ phú dưỡng (trophic state index: TSI) của nước Hồ Tây từ ảnh vệ tinh Landsat và số liệu độ thấu quang của nước đo đạc tại hồ; 1 - Tính toán chỉ số TSI của nước Hồ Tây vào các năm 1996, 2005, 2010, 2013, 2015, 2016, 2017 từ ảnh Landsat 5-TM và 8-OLI; - Xác định hệ số tương quan tuyến tính giữa chỉ số TSI của nước Hồ Tây tính toán từ ảnh Landsat và diện tích của một số loại hình đất sử dụng của quận Tây Hồ như: đất ở, đất mặt nước và đất cây xanh. Luận văn hông ể phần mở đầu và kết luận bao gồm 3 phần chính sau: Chương 1: Tổng quan vùng nghiên cứu và lịch sử nghiên cứu Chương 2: Phương pháp nghi n cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận Luận văn được thực hiện tại bộ môn Địa chất Môi trường, Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQ HN dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Thị Thu Hà. Để thực hiện nghiên cứu, Luận văn đã nhận được sự hỗ trợ của Trung tâm CARGIS, Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa môi trường và Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Đề tài NAFOSTED mã số 105.082013.12. 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỒ TÂY VÀ QUẬN TÂY HỒ 1.1.1. Đặc điểm tự nhiên a) Vị trí địa lý: Tây Hồ là một quận nằm ở phía Bắc-Tây Bắc của thủ đô Hà Nội có diện tích là 2.401 ha trong tổng số hơn 17.878 ha (chiếm 13,4%) diện tích đất khu vực nội thành Hà Nội. Phía Bắc và Đông quân Tây Hồ là sông Hồng nằm dọc theo ranh giới giữa quận Tây Hồ với Huyện Gia Lâm và Huyện Đông Anh. Phía Tây và Tây Nam giáp huyện Từ Liêm và quận Cầu Giấy. Phía Đông Nam và Nam giáp quận Ba Đình-là một trung tâm hành chính, chính trị của thành phố và cả nước. Hình 1.1. Vị trí của Hồ Tây và quận Tây Hồ tại Hà Nội 3 Tây Hồ có nhiều tiềm năng phát triển, có cảnh quan thi n nhi n lý tưởng là Hồ Tây, nên có sức hấp dẫn cao về nhập cư, xây dựng, đặc biệt là các công trình khách sạn, biệt thự, nhà nghỉ. Những lợi thế nói trên tạo ra tiềm năng về kinh tế cho quận Tây Hồ phát triển. Vùng được lựa chọn nghiên cứu là toàn bộ quận Tây Hồ, đặc biệt là phần diện tích mặt nước của Hồ Tây (Hình 1.1). Trong đó, Hồ Tây có vị trí địa lý vào khoảng 21º04 vĩ độ Bắc và 105º05 inh độ Đông, cao hơn mực nước biển chưa tới 10 m. Lưu vực hồ diện tích khoảng 9,3 km2. Diện tích mặt hồ khoảng 530,65 ha. Độ sâu trung bình của hồ là 2,8 m. Độ cao mặt đất tự nhiên ven hồ từ 5,8 m đến 7,2 m. Độ cao lòng hồ thường từ 2,5 m đến 4,0 m. Mực nước duy trì thường xuyên của hồ từ 5,8 m đến 6,0 m. Nước ngầm trong tầng có áp là 3,72 m . b) Địa chất, địa hình: Địa hình quận Tây Hồ tương đối bằng phẳng, có chiều hướng cao dần từ Nam lên Bắc, có sông Hồng chảy từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Nằm giáp với Sông Hồng nên Tây Hồ có tuyến đ chạy dài từ cầu Thăng Long (tính từ phường Phú Thượng) đến Bãi An Dương (tính đến hết phường Yên Phụ) làm cho địa hình đất đai quận được chia thành hai vùng rõ rệt, đó là vùng trong đ và hu vực ngoài đ . Khu vực ngoài đ : đất xây dựng, đất ở có độ cao thay đổi từ 9m đến 14m; đất nông nghiệp có độ cao từ 7 m đến 12 m; một số nơi có ao, hồ trũng độ cao chỉ từ 3 m đến 7 m. Đây là hu vực có địa tầng trên cùng là cát, các lớp cá cát và á sét có nền địa chất không ổn định, không thuận lợi cho xây dựng, cần hạn chế xây dựng. Khu vực trong đ : Đất xây dựng có độ cao thay đổi từ 6m đến 12 m, đất nông nghiệp có độ cao từ 4 m đến 9 m. Một số nơi có ao, hồ trũng độ cao từ 2 m đến 7 m. Đây là hu vực có địa tầng lớp trên cùng là á sét với chiều dày từ 3m đến 10 m, lớp tiếp theo là cát, có nền địa chất ổn định thuận lợi cho xây dựng nhà cao tầng [77, 90]. c) Khí hậu: Thuộc địa phận thành phố Hà Nội, quận Tây Hồ mang nét đặc trưng của đồng bằng sông Hồng. Một năm có 2 mùa rõ rệt: mùa lạnh bắt đầu từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau, gió Đông Bắc là chủ đạo. Nhiệt độ trung bình thấp nhất 4 từ 8ºC tới 10ºC. Mùa nóng bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10, gió Đông Nam là chủ đạo, nhiệt độ trung bình cao nhất là 38ºC. Mùa mưa bão rơi vào mùa nóng, từ tháng 7 đến tháng 9. Độ ẩm trung bình trong năm 84,5%, tháng 1 và tháng 2 là những tháng có độ ẩm cao nhất có thể đạt tới 100%. Với đặc điểm khí hậu này, Tây Hồ là nơi thuận lợi cho việc trồng các loại cây nông nghiệp đặc biệt là trồng các loại hoa, cây cảnh. d) Thủy văn: Đặc điểm nổi bật nhất của quận Tây Hồ là có diện tích mặt nước khá lớn với nhiều hồ lớn, đặc biệt là Hồ Tây là hồ lớn nhất với diện tích khoảng 530,65 ha, bên cạnh đó là hồ Quảng Bá, Đầm Trị, Sông Hồng ở phía Đông Bắc và rất nhiều đầm hồ nhỏ phân bố rộng khắp tr n địa bàn quận. Hầu hết các hồ tr n địa bàn quận đều là một phần của hồ Tây trước đây. Phía Bắc quận có sông Hồng chảy qua với chiều dài khoảng 8km, có diện tích khoảng 510,54 ha thuộc 4 phường Nhật Tân, Phú Thượng, Tứ Liên, Yên Phụ, sông có chiều rộng từ 800 m đến 1.200 m vào mùa cạn và 2.000 m đến 2.500 m vào mùa lũ. Sông Hồng và Hồ Tây có tác động trực tiếp tới điều kiện tiểu khí hậu ở một khu vực rộng trên diện tích toàn quận. Vào mùa hè không khí của các khu vực quanh hồ và ven sông thường mát mẻ hơn những khu vực khác, khí hậu được điều hòa. Ngoài ra, quận còn có nhiều ao, hồ khác ở khu vực ngoài đ và ở các khu vực hác trong đ như Phú Thượng, Xuân La. Các hồ này đang bị lấp dần để xây dựng nhà ở và cửa hàng. Hàng năm do dòng chảy sông Hồng thay đổi n n vùng đất giáp sông thường bị lở hoặc không ổn định. Vào mùa lũ (tháng 7 - 8) mực nước sông Hồng thường dâng cao từ +10 m đến +12 m (cao hơn độ cao nền của quận) và hi đó hu vực đất bãi ngoài đ sông Hồng phần lớn bị ngập nước. Quá trình bồi tụ, xói lở và ngập lụt ở khu vực ngoài đ có ảnh hưởng lớn tới việc sử dụng đất ở khu vực này. Nước mặt trong khu vực quận rộng lớn, ngoài lợi thế có thể dự trữ một lượng lớn nước cho hoạt động sản xuất và sinh hoạt, đặc biệt là hoạt động sản xuất nông nghiệp mà còn tạo ra phong cảnh thi n nhi n đặc biệt kết hợp với không khí trong lành, tạo điều kiện cho quận Tây Hồ phát triển du lịch, làm thay đổi các loại hình sử dụng đất theo hướng phục vụ du lịch là chính. 5 e) Thổ nhưỡng: Quận Tây Hồ bao gồm đất phù sa hông được bồi trong đ và đất phù sa được bồi ngoài đ . Đất phù sa hông được bồi trong đ có diện tích lớn, phần lớn là trầm tích hiện đại, thành phần cơ giới nhẹ hoặc trung bình. Đây là diện tích đất phù sa màu mỡ có tiềm năng trồng nhiều loại cây như lúa nước, các loại rau mau, rau, cây ăn quả và các loại cây cảnh, hoa. Đất phù sa được bồi ngoài đ có thành phần cơ giới nhẹ, tơi xốp, đất giàu mùn, lân, kali, dễ ti u nước, có tính thấm nước cao, n n vào mùa mưa thường bị hạn, chúng được sử dụng để trồng các loại cây ngắn ngày như ngô, đậu, lạc, khoai... f) Sinh vật: Khi mới thành lập quận Tây Hồ có diện tích đất nông nghiệp khá lớn (1149,94 ha năm 2001), có nhiều làng nghề truyền thống trồng hoa, cây cảnh ở Nghi Tàm, Quảng Bá, Nhật Tâm, những địa danh này đã trở thành địa danh du lịch hiện nay của Hà Nội. Ngoài ra còn có các loại cây lương thực, thực phẩm như lúa, ngô, hoa màu các loại. Hồ Tây với lợi thế là hồ nước ngọt lớn nhất ở Hà Nội không chỉ là cảnh quan tự nhiên thu hút mà còn tiềm ẩn nhiều chức năng quan trọng đối với quận Tây Hồ nói riêng và của cả Hà Nội nói chung. Theo Báo cáo Đánh giá HST Thiên niên kỷ, Hồ Tây có những giá trị và chức năng như sau: Bảng 1.1. Một số giá trị và chức năng chính của hồ Tây Giá trị/Chức năng Ví dụ cụ thể Hồ Tây Cung cấp thực phẩm Nuôi thủy sản, rau hoa quả x Nguồn cấp nước Cấp nước cho tưới ti u và sinh hoạt x Điều hòa hí hậu Điều hòa nhiệt độ, vi hí hậu của thành phố xx Điều tiết chế độ thủy văn Nạp nước ngầm và trao đổi nước ngầm x Kiểm soát ô nhiễm Kiểm soát thi n tai Tiếp nhận và giữ chất lắng đọng; hòa tan chất dinh dưỡng và chất ô nhiễm, chất thải x Kiểm soát ngập lụt xx iá trị tâm linh Tín ngưỡng, niềm tin của người dân xx iá trị cảnh quan, giải trí Cơ hội cho du lịch và các hoạt động vui chơi giải trí, xx 6 ngắm cảnh Cơ hội cho giáo dục, đào tạo chính thống và ngoại iá trị giáo dục khóa Hỗ trợ ĐDSH Nơi cư trú của các loài sinh vật xx xx Hỗ trợ chu ỳ chất dinh dưỡng Tiếp nhận/giữ và xử lý chất dinh dưỡng xx Ghi chú: “x”: giá trị được sử dụng ít, “xx”: giá trị được sử dụng nhiều [76] Bảng 1.2. Thành phần các loài sinh vật ở Hồ Tây [78, 97] Ngành sinh vật Tên khoa học Số loài Ngành sinh vật Tên khoa học Số loài Tảo Lam Cyanophyta 12 Động vật đáy Benthos 14 Tảo Lục Chlorophyta 73 Cá Pices 39 Tảo Silic Bacillariophyta 26 Họ cá chép Cyprinidae 23 Tảo Mắt Euglenophyta 7 Chim Aves 58 Tảo iáp Pyrrophyta 4 Động vật nổi Zoophaton 38 Lưỡng cư và bò sát Amphilia và Reptilia Thú Mammalia 11 2 g) Cảnh quan: Tây Hồ có cảnh quan nổi bật nhất là Hồ Tây với hình dáng vai cày và một số hồ nhỏ hác như hồ Quảng Bá, hồ Tứ Liên tạo thành một quần thể thiên nhiên tạo hóa tôn thêm vẻ đẹp và sự hấp dẫn của Hồ Tây, kết hợp với các cảnh quan hác như cảnh quan hoa cây cảnh, cảnh quan biệt thự kiến trúc đô thị, làng văn hóa ViệtNhật, công vi n nước Hồ Tây,... tạo ra một hông gian thoáng đãng, mát mẻ. Ngoài ra, tr n địa bàn quận còn có 64 kiến trúc di tích lịch sử văn hóa mang đậm bản sắc văn hóa dân tộc, cũng là những địa điểm thu hút khách du lịch. Tất cả các cảnh quan này được đan xen ết hợp với nhau tạo ra cảnh quan đặc thù rất đặc trưng, độc đáo của quận Tây Hồ tại thủ đô Hà Nội, làm cho giá trị đất đai của quận Tây Hồ tăng cao và cũng là nguy n nhân gây biến đổi lớn về sử dụng đất trong cơ chế của thị trường hiện nay. 1.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội Dân cư và lao động: Quận Tây Hồ bao gồm 8 phường với tổng dân số là 92.736 người (năm 2000) và mật độ dân số trung bình 3.862 người/km2. So với các quận nội thành khác, mật độ dân số của quận Tây Hồ có phần thấp hơn do diện tích mặt nước và diện tích đất nông nghiệp chiếm tỷ lệ khá lớn. Dân cư trong quận phân 7 bố hông đều, các phường nội thành cũ có mật độ dân số há cao như phường Yên Phụ, Bưởi trung bình 12.000 người/km2, trong hi đó mật độ dân số ở phường Phú Thượng, Tứ Liên, Nhật Tân, Quảng An chỉ khoảng tr n 2.000 người/km2. 160 140 Dân số (nghìn ngƣời) 120 100 80 60 40 20 0 2000 2005 2006 2007 2008 2010 2011 2012 2014 2015 Hình 1. 2. Dân số quận Tây Hồ năm 2000-2015 [91-93] Do ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa, dân số quận Tây Hồ hàng năm (từ năm 1995 đến năm 2003) luôn tăng từ 5% đến 8%, trong đó tăng tự nhiên khoảng 1,5%, tăng cơ học từ 4% đến 7%. Đặc biệt trong những năm trở lại đây tốc độ ngày càng tăng cao điển hình năm 2010 tăng 12,58% và giảm dần nhưng tỷ lệ tăng vẫn ở mức cao (>10%). Đây là những vấn đề gây bức xúc cho quản lý và cũng là một trong những nguyên nhân chính gây biến động sử dụng đất thời gian qua. Song song với quá trình tăng dân số cơ học, cơ cấu lao động trong quận cũng có những thay đổi theo chiều hướng lao động nông nghiệp giảm dần và chiếm tỷ lệ thấp trong tổng số người trong độ tuổi lao động. Các phường Yên Phụ, Thụy Khu , Bưởi không còn lao động nông nghiệp, số người lao động nông nghiệp phân bố rải rác trên các phường còn lại chiếm nhiều nhất ở phường Phú Thượng. b) Đặc điểm của các ngành kinh tế trong quận Du lịch và dịch vụ: Quận Tây Hồ không những có ưu thế về Hồ Tây - một điểm du lịch lý tưởng, mà còn có hệ thống 63 di tích lịch sử văn hóa nghệ thuật có giá trị, góp phần làm phong phú các hoạt động du lịch ở đây. Để đáp ứng nhu cầu 8 du lịch ngày càng tăng trong nền kinh tế thị trường. Các nhà hàng, khách sạn mọc l n nhanh chóng, đặc biệt các trục đường chính của quận như đường Thanh Niên, Nghi Tàm, Yên Phụ, Lạc Long Quân, Thụy Khu và đặc biệt là hu bán đảo Tây Hồ. Việc xây dựng tự phát như tr n đã dẫn đến những biến động về sử dụng đất trong quận, gây hó hăn cho việc quản lý đất đai. Ngành nông nghiệp: Tây Hồ trước đây là một quận ngoại thành mới được chuyển thành quận mới của Hà Nội nên nền nông nghiệp ở đây trong những năm qua vẫn phát triển đặc biệt là 5 xã của huyện Từ Li m cũ. Nhân dân địa phương đa số sản xuất lúa 2 vụ xen lẫn trồng màu như ngô, hoai, rau,... các hồ, ao trũng thường nuôi cá, trồng sen. Đặc biệt ở phường Nhật Tân, Phú Thượng, Xuân La có nghề trồng hoa, cây cảnh như đào, quất nổi tiếng, là nơi cung cấp cây cảnh cho Hà Nội vào những dịp lễ tết. Đây là loại hình canh tác đất nông nghiệp có hiệu quả kinh tế cao hơn trồng các loại cây lương thực, thực phẩm. Do vậy, diện tích trồng cây lương thực, thực phẩm ngày càng giảm, thay vào đó là diện tích trồng hoa, cây cảnh. Đây là nét độc đáo về nông nghiệp của một quận phát triển du lịch. Vùng đất giáp sông Hồng phía ngoài đ là vùng đất bồi không ổn định có diện tích tương đối lớn (khoảng 171,56 ha) thay đổi hàng năm do dòng chảy sông Hồng và thường bị ngập lụt hi mùa nước l n, dân cư địa phương vẫn trồng hoa màu như ngô, hoai... Công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp: ngành công nghiệp của quận Tây Hồ hông được phát triển như các hu vực ven đô hác của Hà Nội. Ở đây chỉ có một số cơ sở sản xuất với quy mô nhỏ như chế biến thực phẩm, đồ uống.... Trong quận chỉ phát triển một số ngành nghề thủ công truyền thống như làm giấy ở Hồ Khẩu, Y n Thái, Đông Xã, Y n Hòa, Nghĩa Đô, dệt ở Bưởi, Nghi Tàm. Ảnh hưởng của chính sách pháp luật về đất đai tới việc sử dụng và quản lý đất đai của quận Tây Hồ. Để quản lý đất đai, nhà nước đã ban hành các luật đất đai (năm 1988, 1993), cùng với các thông tư chỉ thị của UBND thành phố, quận đặc biệt năm 1998, chính phủ đã ra chỉ thị về quy hoạch tổng thể đến năm 2020 cho thành phố Hà Nội nói chung và quận Tây Hồ nói ri ng đã tạo cơ sở pháp lý cho việc 9 quản lý đất đai có hiệu quả hơn và cũng nhờ đó phần nào làm ổn định tình trạng xây dựng nhà tùy tiện tr n địa bàn quận. Có thể nói, cùng với sự ưu ái của tự nhiên, sự phát triển dân số, kinh tế, xã hội trong quận, sự ra đời các chính sách đã thúc đẩy nhanh quá trình đô thị hóa, làm biến động các loại hình sử dụng đất, chuyển đất nông nghiệp, hồ ao thành đất ở và đất xây dựng các cơ sở phục vụ dịch vụ du lịch. 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1.2.1. Viễn thám phục vụ đánh giá, giám sát chất lƣợng nƣớc a) Trên thế giới Ứng dụng của công nghệ viễn thám để nghiên cứu môi trường nước đã được tiến hành trên thế giới ngay từ những năm 70 của thế kỷ trước được đánh dấu bằng việc phóng thành công vệ tinh Landsat-1lên quỹ đạo năm 1972. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự cải tiến và đưa thành công nhiều vệ tinh l n hông gian đã mang lại nhiều thành tựu quan trọng. Trong đó, thành công rõ rệt nhất phải kể đến ứng dụng viễn thám giám sát môi trường nước đại dương và các vùng biển mở [11, 47]. Từ những nghiên cứu ban đầu đó, cho đến nay đã có hàng loạt các thuật toán, các bản đồ quan trắc các thông số như Chlorophyll-a [36] và nhiệt độ nước tầng mặt cho vùng biển hở và đại đại dương của các nhà khoa học từ các trung tâm nghiên cứu hàng đầu như NASA thông qua Ocean Color Website. Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám quan trắc biến động chất lượng nước của các hồ nội địa cũng được khai thác từ khá sớm. Các nghiên cứu dựa trên việc ứng dụng đặc điểm của viễn thám để quan trắc các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước như: độ đục, độ thấu quang, thực vật phù du và vi khuẩn lam (Ví dụ: Chlorophylls, Carotenoids), các chất hữu cơ hòa tan (Dissolved Organic Matter - DOM), các chất dinh dưỡng vô cơ và hữu cơ, hóa chất bảo vệ thực vật, kim loại, tảo macrophytic, các loại vi sinh vật gây bệnh và dầu mỡ. Ngoại trừ các hóa chất và các vi sinh vật gây bệnh, các yếu tố kể tr n đều tác động tới đặc tính quang học (khả năng hấp thụ, phản xạ và tán xạ ánh sáng) và nhiệt độ của nước làm thay đổi kết quả thu được từ bộ cảm biến. Do đó, các yếu tố tr n được xem là các chỉ số quang học 10 của nước. Trong đó, một vài chỉ số có thể được xác định trực tiếp bằng công nghệ viễn thám bao gồm: vật chất lơ lửng (Suspended Particulate Matter - SPM) [21]; Sắc tố của thực vật phù du và vi khuẩn lam chủ yếu là do chlorophyll-a hoặc phycocyanin gây ra. Chúng được dùng để xác định mức độ dinh dưỡng của nước hồ, đánh giá hả năng xảy ra hiện tượng tảo nở hoa độc và được dùng như một chỉ số về mức độ phong phú của thực vật phù du [55, 56]; Các chất hữu cơ hòa tan có màu (xỉ vàng - CDOM) thường được dùng để xác định hàm lượng axit fulvic hay axit humic trong nước [35]; Hệ số thấu quang (Kd) [33, 34, 53]. Trong những năm gần đây, Matthews [44] và Kutser [35] đã đưa ra những đánh giá chi tiết về các công cụ trong viễn thám có thể sử dụng được để đánh giá chất lượng nước các hồ nội địa. Bên cạnh việc khai thác thành công dữ liệu ảnh ALI [11], ALOS [23], SPOT [16]; các dữ liệu ảnh LANDSAT được mô tả chi tiết là hệ thống vệ tinh quốc tế với 8 vệ tinh được nâng cấp nhằm phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu ngày càng lớn trên thế giới. Đã có rất nhiều các nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT để tính toán và giám sát nước hồ [48, 49], mật độ thực vật phù du [29], vật chất lơ lửng [70] , CDOM [9], sự bùng nổ của tảo xanh [66] và macrophyte [1]. Ngày 30/5/2013, dữ liệu thu được từ vệ tinh Landsat-8 (được phóng vào ngày 11/2/2013) đã tiếp tục thúc đẩy các nghiên cứu về chất lượng nước hồ (cho đến thời điểm đó chủ yếu thực hiện với Landsat 5 và Landsat 7). Hơn thế nữa, các kênh phổ Landsat còn cung cấp thêm dải sóng vùng hồng ngoại nhiệt (TIR) cho phép tính toán nhiệt độ bề mặt nước [69]. Việc nghiên cứu, tính toán nồng độ chlorophyll-a là một trong những ứng dụng được sử dụng phổ biến nhất trong giám sát chất lượng nước [58]. Các vùng nước trong lục địa thường được đặc trưng bởi nồng độ sinh khối phytoplankton cao với khoảng dao động tương đối rộng (thông thường là từ 1-100 µg/L và cũng có thể l n đến 350 µg/L [24] thậm chí cao hơn nữa, đặc biệt là trong trường hợp “tảo nở hoa” [54] mà hông li n quan đến hàm lượng các hạt khoáng vật, mùn, và CDOM [57]. Do đó, việc phát triển các thuật toán của các vùng nước nội địa trở nên phức tạp hơn và hả năng ứng dụng của chúng bị hạn chế giữa các thủy vực nước khác nhau. 11