Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Sử dụng kỹ thuật viễn thám nghiên cứu biến động đường bờ, bãi biển, cửa sông vùn...

Tài liệu Sử dụng kỹ thuật viễn thám nghiên cứu biến động đường bờ, bãi biển, cửa sông vùng biển hải phòng

.PDF
72
7
74

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ************************* Phạm Huyền Trang SỬ DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ, BÃI BIỂN, CỬA SÔNG VÙNG BIỂN HẢI PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******************** Phạm Huyền Trang SỬ DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ, BÃI BIỂN, CỬA SÔNG VÙNG BIỂN HẢI PHÒNG Chuyên ngành: Hải dƣơng học Mã số: 8440228.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. Đinh Văn Ƣu Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS. Đinh Văn Ƣu đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình cho học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ khoa học. Đồng thời học viên cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, cán bộ trong khoa Khí tƣợng Thủy văn và Hải dƣơng học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều điện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ hoàn thành luận văn này. Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Văn Thảo, Viện Tài nguyên và Môi trƣờng biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cung cấp tài liệu, nhiệt tình chỉ dẫn kỹ thuật xử lý dữ liệu viễn thám và góp ý chỉnh sửa luận văn. Cảm ơn đề tài KC.09.14/16-20 do GS.TS. Đinh Văn Ƣu chủ nhiệm và đề tài VT-UD-02/17-20 đã hỗ trợ học viên hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2019 Phạm Huyền Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 0.1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn .............................................................................. 1 0.2. Mục tiêu của luận văn ............................................................................................... 2 0.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 3 0.4. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................... 3 0.5. Những điểm mới của luận văn .................................................................................. 4 0.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn................................................................................... 5 0.7. Cấu trúc của luận văn ................................................................................................ 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................. 6 1.1. Một số khái niệm....................................................................................................... 6 1.2. Vai trò của viễn thám giám sát biến động địa hình vùng bờ biển............................. 8 1.3. Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đƣờng bờ ................ 10 1.3.1. Ngoài nƣớc ........................................................................................................... 10 1.3.2. Trong nƣớc ........................................................................................................... 11 1.3.3. Vùng nghiên cứu .................................................................................................. 12 1.3.4. Những tồn tại và hạn chế của nghiên cứu trƣớc .................................................. 13 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÀI LIỆU SỬ DỤNG................ 15 2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu......................................................................................... 15 2.1.1. Phƣơng pháp thu thập và tổng hợp tài liệu .......................................................... 15 2.1.2. Phƣơng pháp viễn thám........................................................................................ 15 2.1.3. Phƣơng pháp GIS ................................................................................................. 24 2.2. Tài liệu sử dụng ....................................................................................................... 26 2.2.1. Tƣ liệu ảnh vệ tinh ............................................................................................... 26 2.2.2. Bản đồ địa hình .................................................................................................... 29 2.2.3. Tài liệu khác ......................................................................................................... 31 2.3. Quy trình xử lý dữ liệu ............................................................................................ 31 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................... 33 3.1. Phân tích biến động đƣờng bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng từ năm 1988 – 2018 .................................................................................................................... 33 3.1.1. Giai đoạn 1988 – 1993 ......................................................................................... 33 3.1.2. Giai đoạn 1993-1998 ............................................................................................ 34 3.1.3. Giai đoạn 1998 - 2003 .......................................................................................... 35 3.1.4. Giai đoạn 2003 - 2008 .......................................................................................... 36 3.1.5. Giai đoạn 2008 - 2013 .......................................................................................... 37 3.1.6. Giai đoạn 2013 - 2018 .......................................................................................... 38 3.2. Phân tích nguyên nhân gây biến động đƣờng bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng.............................................................................................................................. 49 3.2.1. Giai đoạn 1988 – 1993 ......................................................................................... 49 3.2.2. Giai đoạn 1993 – 1998 ......................................................................................... 50 3.2.3. Giai đoạn 1998 – 2003 ......................................................................................... 50 3.2.4. Giai đoạn 2003 – 2008 ......................................................................................... 51 3.2.5. Giai đoạn 2008 – 2013 ......................................................................................... 52 3.2.6. Giai đoạn 2013 – 2018 ......................................................................................... 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 60 A. KẾT LUẬN .......................................................................................................... 60 B. KIẾN NGHỊ ......................................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 62 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 0.1: Khu vực nghiên cứu – Vùng biển Hải Phòng ................................................. 4 Hình 0.2: Bản đồ hành chính Thành phố Hải Phòng ...................................................... 4 Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn các thuật ngữ về bờ biển đƣợc sử dụng [1] ........................... 7 Hình 2.1: Đƣờng bờ biển ngoài thực địa khu vực xói lở bờ biển ................................. 18 Hình 2.2: Đƣờng bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực xói lở (bờ phía Nam xã Phù Long, Cát Bà, Hải Phòng) ......................................................................... 19 Hình 2.3: Đƣờng bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực cửa sông, bãi triều thấp (khu vực Cửa Cấm, cửa Nam Triệu, Hải Phòng) .......................................... 20 Hình 2.4: Đƣờng bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực san lấp mặt bằng (phƣờng Đông Hải 2, Hải An và đảo Cát Hải, Hải Phòng)................................... 20 Hình 2.5: Đƣờng bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực bãi cát biển ...... 21 Hình 2.6: Đƣờng bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực bờ đá vôi ......... 22 Hình 2.7: Các hệ sinh thái trên ảnh vệ tinh ................................................................... 23 Hình 2.8: Mô hình phân tích không gian trong GIS ..................................................... 26 Hình 2.9: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 5 TM (20/11/1988) .......... 28 Hình 2.10: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 5 TM (26/05/1993) ........ 28 Hình 2.11: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 5 TM (29/09/1998) ........ 28 Hình 2.12: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 5 TM (14/01/2003) ........ 28 Hình 2.13: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 5 TM (11/11/2008) ........ 29 Hình 2.14: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI_TIRS (27/12/2013) ................................................................................................................... 29 Hình 2.15: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh...................................................... 29 Hình 2.16: Bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1:50.000 lƣới chiếu VN2000 xuất bản năm 2001 bởi Tổng cục địa chính .......................................................................................... 30 Hình 2.17: Quy trình ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động đƣờng bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng .............................................................................. 32 Hình 3.1: Bản đồ biến động đƣờng bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 - 2018 ............ 33 Hình 3.2: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 - 1993 ................... 34 Hình 3.3: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1993 - 1998 ................... 35 Hình 3.4: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1998 - 2003 ................... 36 Hình 3.5: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 2003 - 2008 ................... 37 Hình 3.6: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 2008 – 2013 ................... 37 Hình 3.7: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 2013 - 2018 ................... 38 Hình 3.8: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 2018 ................... 48 Hình 3.9: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hƣởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 1993........................... 49 Hình 3.10: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hƣởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 1993 - 1998 ........................... 50 Hình 3.11: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hƣởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 1998 - 2003 ........................... 51 Hình 3.12: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hƣởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 2003 – 2008........................... 51 Hình 3.13: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hƣởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 2008 - 2013 ........................... 52 Hình 3.14: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hƣởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 2013 - 2018 ........................... 53 Hình 3.15: Đảo Hoa Phƣợng, Vạn Hƣơng, Đồ Sơn, Hải Phòng ................................... 55 Hình 3.16: Khu du lịch quốc tế Đồi Rồng, Vạn Hƣơng, Đồ Sơn, Hải Phòng .............. 55 Hình 3.17: Đảo Cát Hải, Hải Phòng năm 2019 ............................................................. 56 Hình 3.18: Toàn cảnh Tổ hợp nhà máy sản xuất ô tô, xe máy điện Vinfast ................. 57 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các ảnh Landsat đƣợc sử dụng ..................................................................... 27 Bảng 3.1: Xói lở - bồi tụ đƣờng bờ biển vùng biển Hải Phòng .................................... 39 Bảng 3.2: Xói lở - bồi tụ đƣờng bờ biển vùng biển Hải Phòng .................................... 40 Bảng 3.3: Xói lở - bồi tụ đƣờng bờ biển vùng biển Hải Phòng .................................... 41 Bảng 3.4: Xói lở - bồi tụ đƣờng bờ biển vùng biển Hải Phòng .................................... 42 Bảng 3.5: Xói lở - bồi tụ đƣờng bờ biển vùng biển Hải Phòng .................................... 44 Bảng 3.6: Xói lở - bồi tụ đƣờng bờ biển vùng biển Hải Phòng .................................... 45 Bảng 3.7: Xói lở - bồi tụ đƣờng bờ biển vùng biển Hải Phòng .................................... 46 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT GIS Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý) ENVI Environment for visualizing images Landsat Land Satellite SPOT Hệ thống vệ tinh quan sát Trái đất của Pháp RADARSAT Hệ thống vệ tinh quan sát Trái đất của Canada ENVISAT Environmental Satellite ALOS Advanced Land Observation Satellite Economic and Social Commission for Asia and the Pacific/ United ESCAP/UNDP Nations Development Programme (Ủy ban kinh tế - xã hội châu Á và Thái Bình Dƣơng/ Chƣơng trình Phát triển Liên hợp quốc. TM Thematic Mapper CCT Computer Compatible Tape (Băng từ tƣơng thích với máy tính) USGS United States Geological Survey (Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ) ETM+ Enhanced Thematic Mapper OLI Operational Land Imager TIRS Thermal Infrared Sensor UTM Urchin Tracking Module TIF Tagged Image File Format PAM Chƣơng trình lƣơng thực thế giới T.Ƣ Trung ƣơng TT Thị trấn MỞ ĐẦU 0.1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn Bờ biển là nơi tiếp xúc trực tiếp giữa đất liền và biển cả, là nơi thƣờng xuyên xảy ra mối tƣơng tác qua lại giữa các trạng thái của vật chất (bao gồm rắn, lỏng và khí). Do vậy, bờ biển không phải là nơi ổn định lâu dài mà là một môi trƣờng rất động. Nó thƣờng xuyên bị biến động (xói lở, bồi tụ) dƣới tác động của các các nhân tố tự nhiên và các tác động của con ngƣời. Mặt khác, dải đất ven biển lại là nơi tập trung nhiều dân cƣ, là nơi rất giàu có về tài nguyên và có tiềm năng kinh tế rất to lớn. Bởi các lý do đó, biến động bờ biển đã trở thành một trong những vấn đề đƣợc quan tâm rất rộng rãi. Đặc biệt là trong những năm gần đây, dƣới tác động của biến đổi khí hậu và mực nƣớc biển dâng, biến động bờ biển ngày càng trở nên phức tạp, hiện tƣợng xói lở bờ biển có xu hƣớng tăng cả về cƣờng độ lẫn phạm vi. Hải Phòng là một thành phố có nền kinh tế năng động ở miền Bắc Việt Nam. Hải Phòng có vị trí chiến lƣợc, là cửa ngõ ra biển kết nối với thế giới của cả miền Bắc. Do vậy hệ thống cảng biển của thành phố đƣợc chú trọng đầu tƣ mở rộng từ rất sớm. Vào những năm cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, Hải Phòng đã đƣợc ngƣời Pháp xây dựng nhƣ một trung tâm thƣơng mại, tài chính và đặc biệt nhất là cảng biển có tiếng tăm của Thái Bình Dƣơng. Đầu thế kỷ XX, cảng Hải Phòng đã có mối quan hệ gắn bó với nhiều cảng lớn ở Đông Nam Á, châu Á, châu Đại Dƣơng, Bắc Mỹ, ven Ấn Độ Dƣơng, Địa Trung Hải, Đại Tây Dƣơng, biển Bắc Âu… Tuy nhiên, trong những thập niên gần đây, hiện tƣợng sa bồi luồng vào cảng do nhiều nguyên nhân khác nhau, chủ yếu liên quan đến các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp của con ngƣời nhƣ việc xây các hồ chứa thƣợng nguồn đã làm thay đổi cán cân cung cấp nguồn trầm tích từ lục địa ra vùng ven bờ, gây ra biến động bồi/xói bờ biển, hay việc đắp đập Đình Vũ, san lấp các vùng bãi triều để mở rộng quỹ đất cho xây dựng các khu công nghiệp, cơ sở hạ tầng và đô thị cũng nhƣ việc quai đê xây đầm nuôi trồng thủy sản,… đã làm cho cảng Hải Phòng mất đi vị trí hàng đầu của Việt Nam. Nếu nhƣ trƣớc đây, luồng vào cảng Hải Phòng cho phép tàu trên vạn tấn cập bến thì nay chỉ là tàu 5-7 nghìn tấn, mặc dù khối lƣợng nạo vét tăng lên nhiều. Không chỉ sa bồi luồng lạch, xói lở bờ biển Hải Phòng cũng đang ngày càng trở nên nghiêm 1 trọng. Do vậy, nghiên cứu biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng là một nhu cầu thực tiễn cấp bách nhằm đánh giá hiện trạng, dự báo nguy cơ tiềm ẩn của các tai biến, xói lở, bồi tụ có thể xảy ra trên khu vực để quản lý tốt hơn đới ven biển, phát triển kinh tế, xã hội của thành phố một cách bền vững. Cho đến nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề xói lở, bồi tụ đới ven biển Hải Phòng với rất nhiều các phƣơng pháp khác nhau bao gồm cả phƣơng pháp GIS và viễn thám. Đây là phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm vƣợt trội với diện tích phủ rộng, dữ liệu ảnh phong phú, thời gian chụp lặp lại tại một khu vực có thể trong vài ngày, không tốn nhiều thời gian, công sức cũng nhƣ chi phí so với các phƣơng pháp truyền thống nhƣ khảo sát thực địa, đo đạc các yếu tố thuỷ lực tại các trạm thuỷ văn, hải văn,… Công nghệ viễn thám có thể đƣợc sử dụng hiệu quả để xây dựng bản đồ hiện trạng đƣờng bờ. Trong luận văn này, tác giả cũng lựa chọn phƣơng pháp GIS và viễn thám xây dựng bản đồ xói lở, bồi tụ đƣờng bờ, cửa sông vùng biển Hải Phòng theo thời gian qua đó đánh giá biến động đƣờng bờ khu vực nghiên cứu. 0.2. Mục tiêu của luận văn Để giải quyết vấn đề đặt ra nói trên, luận văn xác định mục tiêu chung là làm rõ và đánh giá biến động đƣờng bờ biển khu vực Hải Phòng thông qua việc lập các sơ đồ biến động đƣờng bờ theo thời gian. Từ đó đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ đới ven biển, phòng tránh và giảm thiểu tai biến xói lở - bồi tụ khu vực này. Và luận văn sẽ đƣợc thực hiện theo các mục tiêu cụ thể dƣới đây: - Tổng quan tình hình ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu biến động đƣờng bờ, bãi biển, cửa sông (trong và ngoài nƣớc) nhằm cho thấy sự phù hợp của việc ứng dụng công nghệ viễn thám để giải quyết vấn đề đặt ra. - Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS làm sáng tỏ biến động đƣờng bờ biển Hải Phòng thông qua việc xây dựng các bản đồ biến động đƣờng bờ theo thời gian từ năm 1988 đến năm 2018. - Phân tích nguyên nhân gây ra biến động đƣờng bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 2018. 2 0.3. Nội dung nghiên cứu Để đạt đƣợc những mục tiêu trên, trong đề tài cần nghiên cứu các nội dung sau: + Tổng quan về vấn đề nghiên cứu; + Thu thập, tiền xử lý ảnh vệ tinh Landsat khu vực nghiên cứu giai đoạn 1988 – 2018; + Nghiên cứu cơ sở khoa học, lựa chọn phƣơng pháp và thực hiện chiết tách đƣờng bờ từ tƣ liệu ảnh vệ tinh đã thu thập; + Đánh giá biến động đƣờng bờ khu vực ven biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 2018 từ tƣ liệu ảnh vệ tinh Landsat; + Phân tích nguyên nhân gây ra biến động đƣờng bờ khu vực ven biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 2018. 0.4. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi địa lý: Phạm vi khu vực nghiên cứu là vùng biển đƣợc giới hạn bởi tọa độ: Từ 20°35' đến 20°55' vĩ độ Bắc Từ 106°35' đến 107°10' kinh độ Đông - Đối tƣợng nghiên cứu: Đƣờng bờ biển và cửa sông khu vực nghiên cứu - Vấn đề nghiên cứu: Sự bồi tụ, xói lở đƣờng bờ biển, biến động cửa sông theo thời gian trên khu vực nghiên cứu. 3 Hình 0.1: Khu vực nghiên cứu – Vùng biển Hải Phòng Hình 0.2: Bản đồ hành chính Thành phố Hải Phòng 0.5. Những điểm mới của luận văn - Luận văn đã đƣa ra phƣơng pháp xác định đƣờng bờ biển trên ảnh vệ tinh, thay thế phƣơng pháp xác định đƣờng bờ biển theo định nghĩa là ranh giới tiếp xúc 4 giữa biển và đất liền để giảm thiểu đƣợc ảnh hƣởng của thủy triều do khu vực chịu ảnh hƣởng của dao động mực triều lớn, có bãi triều rộng và khá bằng phẳng. - Luận văn cũng đã xác định đƣợc các khu vực bồi tụ, xói lở trọng yếu của đới bờ biển Hải Phòng trong suốt 31 năm từ năm 1988 – 2018 và bƣớc đầu lý giải đƣợc các nguyên nhân gây ra những biến động này. 0.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Với các kết quả nghiên cứu thu đƣợc, luận văn có các ý nghĩa sau: 1- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc phƣơng pháp xác định đƣờng bờ biển cao trung bình nhiều năm trên dữ liệu viễn thám. Bƣớc đầu đánh giá đƣợc xu thế biến động bờ biển Hải Phòng trong tƣơng lai từ việc phân tích biến động bồi tụ - xói lở bờ biển trong 31 năm qua tài liệu viễn thám. 2- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ cho công tác quy hoạch các khu du lịch, các khu công nghiệp, cảng biển, khu nuôi trồng thủy sản, bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn, xây dựng những chính sách phát triển thành phố bền vững. 0.7. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn đƣợc chia thành 3 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2. Phƣơng pháp nghiên cứu và tài liệu sử dụng Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Một số khái niệm - Đường bờ biển Hiện nay, cả trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, một số khái niệm đƣợc sử dụng trong nghiên cứu bờ biển còn đƣợc hiểu rất khác nhau giữa các nhà khoa học cũng nhƣ các nhà quản lý. Do vậy, để rõ ràng hơn, một số khái niệm sử dụng trong luận văn sẽ đƣợc trình bày dƣới đây. Bờ biển (Coast) là một dải đất có chiều rộng không xác định mở rộng từ đƣờng bờ vào sâu trong đất liền tới sự thay đổi đầu tiên về địa hình. Các vách, các cồn cát tiền tiêu, hoặc đƣờng thực vật có mặt thƣờng xuyên. Trên các bờ có các đảo/cồn chắn (barrier), một tổ hợp đầm phá sau barrier, bãi lầy, lạch triều cũng đƣợc xem là một phần của bờ. Trên các vùng đồng bằng châu thổ (delta), ranh giới về phía đất liền khó xác định hơn. Còn ranh giới về phía biển vƣơn tới vị trí mức sóng bão - đó chính là đường bờ trong (coastline). Trên các đoạn bờ dốc đứng, thì đƣờng bờ trong và đƣờng bờ ngoài (shoreline) có thể trùng nhau. Theo Bách khoa Toàn thƣ về Địa lý Xô-Viết thì bờ biển là một dải hẹp gồm có cả bãi biển chạy dọc theo đƣờng bờ có giới hạn về phía biển là đƣờng mực triều thiên văn thấp nhất. [1] Đường bờ biển. Theo quan niệm chung, đƣờng bờ biển là ranh giới tiếp xúc giữa biển và đất liền. Đƣờng này luôn dịch chuyển phụ thuộc vào dao động của mực nƣớc biển theo các chu kỳ ngắn (triều khí tƣợng), chu kỳ dài (chu kỳ thiên văn) hoặc không theo chu kỳ. Trong thực tế, ngƣời ta thƣờng lấy đƣờng bờ biển là mực nƣớc triều trung bình nhiều năm, tuy nhiên đƣờng này cũng rất khó xác định, do vậy trong nghiên cứu biến động đƣờng bờ biển, ngƣời ta xác định thêm các đƣờng bờ khác, trong đó có 2 đƣờng bờ: đƣờng bờ trong và đƣờng bờ ngoài. [1] Đường bờ trong (coastline) là ranh giới tác động cao nhất của sóng trong năm (thƣờng là sóng bão) với đất liền; hoặc đơn giản hơn, là đƣờng ranh giới giữa bờ và bãi, hoặc giữa đất và nƣớc. [1] Đường bờ ngoài (shoreline) là đƣờng giao nhau giữa mặt nƣớc với bãi biển nằm ở vị trí mực nƣớc cao trung bình. [1] 6 Trong luận văn này, đƣờng bờ biển trên ảnh vệ tinh đƣợc lựa chọn là đƣờng trùng với đƣờng mực biển cao trung bình nhiều năm (0 lục đồ). Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn các thuật ngữ về bờ biển đƣợc sử dụng [1] - Biến động đường bờ biển Biến động đƣờng bờ đó là sự thay đổi vị trí đƣờng bờ theo không gian và thời gian. Có hai dạng biến đổi đƣờng bờ, một là quá trình tích tụ ứng với hiện tƣợng đƣờng bờ lấn dần ra phía biển và hai là quá trình xói lở ứng với hiện tƣợng đƣờng bờ lấn dần về phía lục địa. Biến động bờ biển tự nhiên bao gồm hiện tƣợng xói lở bãi cũng nhƣ vùng đất ven biển và tích tụ trầm tích để tạo ra một vùng đất mới là một hiện tƣợng tự nhiên trong quá trình tiến hóa vùng bờ biển. Nó xảy ra sau những thay đổi về mực nƣớc biển tƣơng đối, khí hậu và các nhân tố khác trên những quy mô thời gian - không gian khác nhau từ các sự kiện theo thời gian địa chất đến các hiện tƣợng cực đoan trong khoảng thời gian ngắn. Nó cũng có thể đƣợc làm tăng lên bởi các hoạt động của con ngƣời hoặc là ngay tại bờ, hoặc trên các lƣu vực sông lân cận bờ biển. Biến động địa hình bờ biển, đặc biệt là do xói lở bờ, có tác động rất lớn đến các cộng đồng dân cƣ và các hệ sinh thái ven bờ trên toàn thế giới. Nghiên cứu biến động địa hình bờ biển, thực chất, là nghiên cứu các quá trình địa mạo bờ nhằm tìm 7 ra những đặc điểm hình thái và động lực hiện nay, lịch sử tiến hóa trong quá khứ và dự báo xu hƣớng phát triển của nó trong tƣơng lai. Cũng nhƣ trên đất liền, hoạt động của các quá trình địa mạo ở bờ biển đƣợc biểu hiện cụ thể ở sự hình thành một dạng địa hình nào đó (quá trình xây dựng - tích tụ) hoặc ở sự phá hủy một thành tạo địa hình khác (quá trình phá hủy - xói lở) dƣới tác động của rất nhiều nhân tố động lực khác nhau từ phía biển cũng nhƣ từ phía lục địa, cả các nhân tố tự nhiên cũng nhƣ các tác động của con ngƣời. Xói lở và bồi tụ là hai mặt đối lập trong một quá trình địa mạo gây nên tình trạng biến đổi hình thái bờ biển. 1.2. Vai trò của viễn thám giám sát biến động địa hình vùng bờ biển Công nghệ viễn thám có những ƣu điểm vƣợt trội so với các phƣơng pháp truyền thống khác trong nghiên cứu tài nguyên và môi trƣờng nói chung. Là công cụ có hiệu quả cao trong giám sát tài nguyên môi trƣờng biển và hải đảo bởi thông tin không gian rộng, đa thời gian, độ chính xác cao, đồng nhất thông tin và thời gian xử lý nhanh. Các phƣơng pháp nghiên cứu truyền thống khó thu thập đƣợc các thông tin đồng thời về động lực biển, phân bố các hệ sinh thái biển, vị trí, hình dáng, diện tích các đảo, công trình trên các hải đảo tại vùng xa bờ. Ngƣợc lại, với dữ liệu viễn thám có thể thu thập đƣợc các thông tin này một cách hiệu quả. Công nghệ viễn thám với việc thu ảnh liên tục trên vệ tinh, cung cấp chuỗi các hình ảnh trực quan, khách quan, bao quát, chi tiết về bề mặt Trái đất trong thời gian dài. Nhƣ vậy, với việc khai thác các thông tin từ ảnh viễn thám cho thấy, bức tranh tổng quát về diễn biến biến động bờ sông, bờ biển trên khu vực các tỉnh ven biển từ quá khứ cho tới hiện tại. Với độ phủ trùm của ảnh viễn thám lớn nên các thông tin về biến động bờ sông, bờ biển thu chụp đƣợc là đồng nhất. Thông tin khai thác đƣợc từ ảnh viễn thám không chỉ là biến động bờ sông, bờ biển mà cả là các đối tƣợng liên quan nhƣ thông tin về kè, đê, đập, lớp phủ mặt đất… Phân tích các thông tin về biến động đƣờng bờ sông, bờ biển trong quá khứ và hiện tại cũng nhƣ các thông tin liên quan khác nhƣ việc xây các hồ chứa lớn trên các sông chính… cho phép đánh giá đƣợc xu thế của biến động trong tƣơng lai. Thông tin về biến động bờ sông, bờ biển trƣớc và sau khi áp dụng các giải pháp chống xói lở đƣờng bờ có thể đánh giá đƣợc tác động của các giải pháp đến xói lở bờ sông, bờ biển. 8 Theo kết quả nghiên cứu của PGS.TS Phạm Huy Tiến [15], xói lở bờ biển ở nƣớc ta có 3 nhóm nguyên nhân chính gồm: Nhóm nguyên nhân nội sinh (hoạt động kiến tạo, cấu trúc địa chất); Nhóm nguyên nhân ngoại sinh (Sóng, dòng chảy, bão,v.v.); Nhóm nguyên nhân do hoạt động của con ngƣời (công trình thủy lợi, khai thác khoáng sản, chặt phá rừng,v.v.). Đối với nguyên nhân nội sinh, viễn thám không trợ giúp đƣợc nhiều, tuy vậy, với việc cung cấp hình ảnh trên diện rộng, viễn thám có thể trợ giúp trong phân tích hình ảnh về cấu trúc địa chất. Với nguyên nhân ngoại sinh, viễn thám có thể cung cấp hầu hết các thông tin này nhƣ các thông tin về trƣờng sóng nhƣ hƣớng sóng, độ cao sóng, hƣớng dòng chảy, tốc độ dòng chảy, hàm lƣợng chất lơ lửng bề mặt nƣớc biển. Đối với các nguyên nhân do hoạt động của con ngƣời, viễn thám cho phép cung cấp các thông tin nhƣ hệ thống các công trình thủy lợi, hiện trạng sử dụng đất, chặt phá rừng, các công trình xây dựng chống xói lở, v.v. Bên cạnh đó, với lợi thế chụp ảnh liên tục, ảnh rộng viễn thám có thể cung cấp chuỗi thông tin phục về các yếu tố liên quan đến xói lở bờ biển, cũng nhƣ diễn biến xói lở từ quá khứ đến hiện tại. Thông tin này là hết sức hữu dụng trong nghiên cứu xói lở bờ biển. Dựa vào các thông tin này có thể đánh giá nguyên nhân gây ra xói lở bờ biển, đánh giá hiệu quả các giải pháp áp dụng chống xói lở. Hơn nữa, thông tin chuỗi thời gian về hiện trạng xói lở còn giúp đƣa ra dự báo xói lở trong tƣơng lai. Nhƣ vậy, công nghệ viễn thám là hết sức hữu hiệu trong trợ giúp giảm nhẹ và ứng phó với xói lở bờ biển. Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực, việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát xói lở đƣờng bờ cũng có những mặt hạn chế, ví dụ nhƣ việc xác định chính xác vị trí của đƣờng bờ trên ảnh vệ tinh. Nếu nhƣ cứ sử dụng khái niệm đƣờng bờ biển là mực nƣớc triều trung bình nhiều năm thì việc ứng dụng viễn thám để theo dõi là kém khả thi. Hay là do đặc điểm khí hậu ở nƣớc ta là nƣớc có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên mây mù quanh năm. Điều này gây cản trở việc quan trắc xói lở bằng dữ liệu viễn thám quang học. Ngoài ra, vệ tinh viễn thám chỉ có thể chụp với tần suất khá hạn chế (một vệ tinh chỉ chụp lặp đƣợc trong 3 ngày là tối đa) nên việc cung cấp dữ liệu là không thƣờng xuyên. 9 Nhƣng vẫn có thể nói, công nghệ viễn thám cung cấp bức tranh tổng thể về xói lở bờ biển ở nƣớc ta. Chính vì vậy, đối với tình hình xói lở bờ biển ngày càng nghiêm trọng nhƣ hiện nay, việc ứng dụng viễn thám trong giám sát biến động bờ biển cần đƣợc triển khai rộng rãi. 1.3. Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đƣờng bờ 1.3.1. Ngoài nƣớc Trƣớc những năm 1970, nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển đã đƣợc thực hiện ở nhiều quốc gia nhƣ Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Nhật Bản và các nƣớc châu Âu. Phƣơng pháp nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển chủ yếu sử dụng các phƣơng pháp địa mạo truyền thống, đó là sử dụng các số liệu quan trắc ở các trạm cố định, khảo sát đo đạc tại thực địa và kết hợp với xử lý ảnh máy bay để tính toán chiều dài, tốc độ và diện tích bồi tụ - xói lở bờ biển, hƣớng di chuyển của các cồn cát, bãi ngầm, v.v.. Vì vùng bờ biển chịu nhiều tác động từ nội sinh, ngoại sinh và đặc biệt là các tác động từ hoạt động khai thác tài nguyên của con ngƣời nên địa hình của vùng biến động khá nhanh, ít theo quy luật. Các tài liệu về địa chất, địa hình và ảnh máy bay không đƣợc thƣờng xuyên cập nhật vì chi phí lớn, điều này gây ảnh hƣởng lớn đến công tác nghiên cứu. Chính vì vậy, để cập nhật những số liệu mới về địa hình vùng bờ biển phục vụ các nghiên cứu và quản lý tài nguyên môi trƣờng cần phải thƣờng xuyên tổ chức khảo sát thực địa. Điều này thƣờng gây tốn công sức, tài chính và thời gian. Đồng thời, kết quả nghiên cứu đƣa ra thiếu tính đồng bộ nếu khu vực nghiên cứu có diện tích lớn và biến động nhanh vì rất khó quan trắc đồng thời dẫn đến kết quả tính toán không đồng nhất và thiếu tính thuyết phục. Từ 1970 đến nay việc các vệ tinh quan trắc tài nguyên môi trƣờng trái đất lần lƣợt đƣợc phóng nhƣ Landsat, SPOT, RADASAT, ENVISAT, ALOS, v.v đã cung cấp những dữ liệu viễn thám quan trọng trong nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển. Công nghệ viễn thám cho phép cung cấp cái nhìn khái quát và toàn cầu của môi trƣờng biển và lục địa cả về không gian và thời gian. Ảnh vệ tinh khi đƣợc kết hợp với dữ liệu mặt đất có thể lấp vào các phần trống quan trọng của hệ thống cơ sở dữ liệu. Các thông tin thu nhận từ dữ liệu vệ tinh và đƣợc kết hợp với GIS cung cấp nguồn thông tin với hiệu quả và nhanh hơn từ các nguồn truyền 10 thống. Cùng với sử dụng công nghệ viễn thám, GIS cung cấp và một công cụ tiềm năng đáng lƣu ý cho quy hoạch và quản lý vùng bờ biển. Các ảnh vệ tinh đƣợc sử dụng để giám sát biến động bồi tụ - xói lở bờ sông, bờ biển, các bãi cát ngầm, các hệ sinh thái theo chu kỳ rất ngắn và trong mọi điều kiện thời tiết, đặc biệt có ý nghĩa khi giám sát bằng dữ liệu vệ tinh có thể đạt đến tỷ lệ 1:5000 phục vụ đắc lực cho thiết kế thi công các công trình kinh tế lớn. Thêm nữa, sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh trong nghiên cứu biến đổi địa hình vùng bờ biển bởi dữ liệu đồng nhất về thời gian, giá thành thấp, thời gian xử lý dữ liệu rút ngắn và độ chính xác khá cao. Các nghiên cứu sử dụng dữ liệu viễn thám và công cụ GIS nghiên cứu biến động địa hình tập trung vào các kiểu biến đổi cụ thể của địa hình nhƣ trƣợt lở đất, xói lở - bồi tụ bờ sông, bờ biển, biến đổi hình thái địa hình sau thảm họa động đất và núi lửa, sự di chuyển của các cồn cát ngầm, bãi ngầm vùng cửa sông ven biển. Đã có nhiều nghiên cứu điển hình trên thế giới sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat, SPOT, RADASAT, ENVISAT, AVNIR, IKONOS, ASTER, v.v. nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển tiêu biểu nhƣ nghiên cứu của Roland Doerffer, 1989; Yiman Wang, 1995; Kevin White, 1999; Won, J.S, 1999; Xiaoge Zhu, 2001; Chalabi, 2006; Alesheikh, 2007; W. Wu, 2007; Sergey Victorov, 2007 tiến hành tại Mỹ, Trung Quốc, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Hàn Quốc, Malaysia, Thái Lan, v.v. Những nghiên cứu trên đều đánh giá rất cao hiệu quả sử dụng tƣ liệu viễn thám kết hợp với công cụ GIS trong giám sát biến động địa hình vùng bờ biển. 1.3.2. Trong nƣớc Các nghiên cứu về bồi tụ - xói lở bờ biển sử dụng dữ liệu vệ tinh đã đƣợc các Viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam nhƣ Viện Địa lý, Viện Tài nguyên và Môi trƣờng biển, Viện địa chất và địa vật lý biển; Khoa Địa lý trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Trung tâm Viễn thám, v.v, tiến hành từ những năm 1990. Cho đến nay, công nghệ viễn thám và GIS đƣợc sử dụng rộng rãi để nghiên cứu biến động địa hình bờ biển tại nhiều Viện nghiên cứu, trƣờng đại học, trung tâm nghiên cứu, các cơ quan quản lý nhà nƣớc, v.v. Đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá biến động địa hình vùng bờ biển đƣợc công bố trên các tạp chí, kỷ yếu hội thảo và hội nghị trong và ngoài nƣớc, các 11
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan