Tài liệu ứng dụng viễn thám và gis nghiên cứu biến động sử dụng đất cửa nam triệu cửa cấm (hải phòng) và vùng cửa đáy (nam định ninh bình) trong giai đoạn 1987 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Bùi Phƣơng Thảo ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT CỬA NAM TRIỆU- CỬA CẤM (HẢI PHÒNG) VÀ VÙNG CỬA ĐÁY (NAM ĐỊNH- NINH BÌNH) TRONG GIAI ĐOẠN 1987- 2010 Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám - Hệ thông tin Địa lý Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NNNNNNNNtugit8thinhNGƢỜI HƢỚ NG DNNẪN KHOA Hà Nội - 2012 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Bùi Phƣơng Thảo ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT CỬA NAM TRIỆU- CỬA CẤM (HẢI PHÒNG) VÀ VÙNG CỬA ĐÁY (NAM ĐỊNH- NINH BÌNH) TRONG GIAI ĐOẠN 1987- 2010 Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và Hệ thông tin địa lý Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM QUANG SƠN Hà Nội – Năm 2012 2 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Việt Nam có đƣờng bờ biển dài 3.260 km không kể các đảo và hệ thống sông ngòi dày đặc với 2860 sông ngòi lớn nhỏ và tổng lƣợng dòng chảy khoảng 867 tỷ m3/năm. Các loại hình đất vùng cửa sông của Việt Nam do đó rất đa dạng, chiếm diện tích lớn và là một dạng tài nguyên quan trọng. Phần lớn thóc, gạo, cá, tôm và các loại lƣơng thực, thực phẩm khác đều sản đƣợc xuất từ những vùng đất ngập nƣớc. Ngoài vai trò sản xuất nông nghiệp và thuỷ sản, đất ngập nƣớc còn đóng vai trò quan trọng trong thiên nhiên và môi trƣờng nhƣ lọc nƣớc thải, điều hoà dòng chảy (giảm lũ lụt và hạn hán), điều hoà khí hậu địa phƣơng, chống xói lở bờ biển, ổn định mức nƣớc ngầm cho những vùng sản xuất nông nghiệp, tích luỹ nƣớc ngầm, là nơi trú chân của nhiều loài chim di cƣ quý hiếm, là nơi giải trí, du lịch rất giá trị cho ngƣời dân Việt Nam cũng nhƣ khách nƣớc ngoài. Đất vùng cửa sông là một hệ sinh thái rất đặc thù, có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế- xã hội, bảo vệ môi trƣờng và đa dạng sinh học. Trƣớc hết đây là vùng có năng suất sinh học cao, cung cấp nguồn lƣơng thực và thực phẩm chủ yếu để nuôi sống con ngƣời. Đồng thời cũng là vùng đất có chức năng bảo vệ môi trƣờng cơ bản nhƣ điều tiết nguồn nƣớc ngầm, khống chế lũ lụt, bảo vệ bờ biển, ổn định khí hậu… Tuy nhiên việc quản lý, khai thác và bảo vệ hệ sinh thái này vẫn còn nhiều vấn đề bất cập. Để thấy đƣợc sự khác biệt trong sự biến đổi sử dụng đất giữa một vùng đang trên đà phát triển công nghiệp với một vùng nông nghiệp vẫn chiếm ƣu thế, tác giả đã chọn khu vực nghiên cứu là vùng cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng) và cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình). GIS và viễn thám ngày nay đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong việc theo dõi những biến đổi bề mặt Trái đất, quản lý tài nguyên và môi trƣờng, trong đó nghiên cứu hiện trạng lớp phủ thổ nhƣỡng, hiện trạng sử dụng đất từ đó nghiên cứu biến động sử dụng đất là những ứng dụng phổ biến nhất. Cho đến thời điểm hiện nay, ảnh vệ tinh có nhiều loại và đã có nhiều thế hệ. Song đƣợc sử dụng phổ biến hơn cả vẫn là các ảnh vệ tinh tài nguyên chụp ở dải phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại; Nhƣ hệ thống ảnh Landsat của Mỹ, ảnh SPOT của Pháp, ảnh KFA-1000, MK-4 và KATE-200 của Nga... Các loại ảnh này có thể đƣợc dùng trong các lĩnh vực về điều tra tài nguyên, giám sát môi trƣờng… Đặc biệt 3 đƣợc sử dụng để thành lập ra các bản đồ về hiện trạng (hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng, hiện trạng lớp phủ, hiện trạng môi trƣờng, bản đồ địa hình...) và các bản đồ biến động (biến động diện tích rừng, biến động bờ sông-bờ biển, biến động lớp phủ...). Có thể nói rằng, ảnh vệ tinh là tƣ liệu rất tốt để nghiên cứu các đối tƣợng trên bề mặt đất. Hiện nay đã có những loại ảnh có độ phân giải hình học khác nhau, cho phép xác định nhiều đối tƣợng và hiện tƣợng ở những mức độ chi tiết cũng khác nhau. Ảnh đƣợc chụp với diện rộng và ở độ cao lớn nên có thể ghi nhận đƣợc nhiều đối tƣợng, hiện tƣợng trong một phạm vi lớn ở cùng một thời điểm và có khả năng tự tổng hợp hoá tự nhiên. Để xác định phạm vi phân bố các loại hình đất ngập nƣớc, có thể coi ảnh vệ tinh là tƣ liệu và công cụ hữu hiệu hiện nay. Nhờ khả năng phân tích không gian, thời gian và mô hình hóa, công nghệ GIS lại cho phép tạo ra những thông tin có giá trị gia tăng cho các thông tin đƣợc chiết xuất từ dữ liệu vệ tinh đó (Burrough và cộng sự, 1998). Các phƣơng pháp toán thống kê ngày nay cũng đang đƣợc sử dụng rất hiệu quả trong các phân tích địa lý. Cụ thể với các phƣơng pháp phân tích đa biến giúp cho việc giải thích mối tƣơng quan của dữ liệu, khẳng định hay phủ định các giả thiết đặt ra ban đầu và tạo ra một ý nghĩa địa lý rất quan trọng. Trong luận văn này, phƣơng pháp nghiên cứu chủ yếu đƣợc sử dụng là phƣơng pháp phân tích không gian, sử dụng các tƣ liệu Viễn thám đa thời gian, và phƣơng pháp phân tích thống kê kết hợp với các dữ liệu bổ trợ. Sự biến động sử dụng đất sẽ dễ dàng đƣợc phát hiện từ ảnh vệ tinh, tích hợp và xử lý các lớp thông tin qua các năm sẽ đánh giá đƣợc biến động trong giai đoạn nghiên cứu. Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ của mình, tác giả chọn tên đề tài: Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động sử dụng đất cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng) và vùng Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) giai đoạn 1987-2010. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu diễn biến hai vùng cửa sông, cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng) và Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) trên cơ sở ứng dụng thông tin viễn thám đa thời gian và GIS để thấy đƣợc sự khác nhau trong quá trình phát triển về cả không gian và thời gian. 4 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: 1. Đánh giá tổng quan các nghiên cứu về vùng cửa sông và khả năng sử dụng thông tin viễn thám trong nghiên cứu vùng ven biển và cửa sông. 2. Thu thập và xử lý các nguồn tƣ liệu có liên quan đến khu vực nghiên cứu (địa chất, địa mạo, khí tƣợng- thủy- hải văn, kinh tế - xã hội, tƣ liệu ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, bản đồ các loại). 3. Điều tra thực địa, đối sánh với bản đồ biến động, đánh giá độ chính xác và khai thác thông tin cho đánh giá biến động sử dụng đất. 4. Xây dựng mô hình xử lý thông tin không gian trong nghiên cứu vùng ven biển và cửa sông. 5. Tích hợp thông tin không gian trên các hệ thống xử lý ảnh số và GIS; phân tích, đánh giá qui mô biến động của các hình thức sử dụng đất. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng kết hợp các phƣơng pháp nghiên cứu truyền thống và các phƣơng pháp có ứng dụng công nghệ hiện đại nhƣ viễn thám, Hệ thông tin địa lý (GIS). Các phƣơng pháp truyền thống sử dụng trong đề tài: - Nhóm các phƣơng pháp thủy văn, địa chất- địa mạo. - Phân tích thống kê và tổng hợp các tài liệu, số liệu về kinh tế- xã hội. Điều tra khảo sát ngoài thực địa. Các phƣơng pháp và công nghệ mới: - Phân tích ảnh và triết xuất thông tin viễn thám trên các hệ thống xử lý ảnh số. - Tích hợp thông tin ảnh, bản đồ và các thông tin địa lý khác trên các phần mềm Hệ thông tin địa lý (GIS). - Phân tích, đánh giá mối quan hệ giữa các yếu tố tự nhiên và nhân tạo. 5. Ý nghĩa khoa học- công nghệ và thực tiễn: a.Ý nghĩa khoa học và công nghệ: Trong bối cảnh khi ứng dụng công nghệ không gian và tin học đang phát triển bùng nổ trên Thế giới, việc triển khai nghiên cứu sử dụng thông tin viễn thám và thông tin địa lý (GIS) trong ngành khoa học về Trái đất tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học- công nghệ to lớn; nó thực sự góp phần rút ngắn khoảng cách chênh lệch về trình độ công nghệ ở nƣớc ta so với các nƣớc trong khu vực và quốc tế. 5 b. Ý nghĩa thực tiễn: Theo thời gian các vùng cửa sông ở châu thổ Bắc Bộ phát triển tiến về phía biển và hình thức sử dụng đất ở mỗi vùng cửa sông cũng ít nhiều thay đổi và cũng theo chiều hƣớng khác nhau. Việc ứng dụng công nghệ mới trong nghiên cứu sử dụng đất sẽ rất có hiệu quả trong nghiên cứu, rút ngắn đƣợc rất nhiều thời gian so với các công tác khảo sát đo đạc ngoại nghiệp truyền thống trƣớc đây. Đặc biệt hiện nay khi nƣớc ta đã bƣớc vào giai đoạn phát triển kinh tế và vƣơn ra phía biển thì tác động của con ngƣời tới biến động vùng ven biển ngày càng mạnh mẽ. 6. Dữ liệu, trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu đã sử dụng các tƣ liệu và thiết bị sau: - Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25 000 khu vực nghiên cứu. - Các tài liệu thống kê tự nhiên, kinh tế xã hội qua các năm nghiên cứu. - Ba ảnh vệ tinh Landsat TM và ETM chụp vào các ngày 23/11/1989; 29/09/2001 và 09/11/2010. - Một số các bài báo khoa học, tài liệu liên quan đến khu vực nghiên cứu. - Máy tính, các phần mềm GIS và xử lý ảnh gồm: ENVI, PCI, Mapinfo, ArcView và ArcGIS. 6 CHƢƠNG 1 KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ PHÁT TRIỂN KTXH CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Đặc điểm địa lý 1.1.1. Khu vực cửa Đáy Cửa Đáy là vùng cửa sông nằm giáp 2 huyện là Nghĩa Hƣng- Nam Định và Kim Sơn- Ninh Bình (Hình 1.1). Hình 1.1. Khu vực vị trí Cửa Đáy Đây là mô ̣t phần của chi lƣu thuộc hệ thống sông Hồ ng, đổ ra biể n với lƣu l ƣợng nƣớc hàng năm rấ t lớn . Cửa Đáy còn là con đƣờng huyế t ma ̣ch nố i liề n các vùng kinh tế trọng điểm của các tỉnh Nam Định- Ninh Bình thông ra với biể n Đông. Tại cửa sông này hàng năm hiện tƣợng bồi tụ diễn ra thƣờng xuyên . Vì vậy biến động sử dụng đất của khu vƣ̣c này, đă ̣c biê ̣t là biế n đô ṇ g ở phầ n cƣ̉a sông đòi hỏi sƣ̣ giám sát trong mô ̣t thời gian dài để có công tác quy hoạch và phát triển một cách hợp lý . Huyện Nghĩa Hưng: Nghĩa Hƣng là một huyện ở phía Nam tỉnh Nam Định. Phía Đông giáp các huyện Hải Hậu, Trực Ninh, phía Tây giáp Kim Sơn (tỉnh Ninh Bình), phía Nam giáp biển Đông, phía Bắc giáp huyện Nam Trực và Ý Yên. Nghĩa Hƣng nằm lọt trong ba con sông: sông Đào, sông Ninh Cơ và sông Đáy. 7 Huyện Nghĩa Hƣng có: +Diện tích: 250,5 km². + Dân số: 199.300 ngƣời (năm 2001), 43% theo đạo Thiên Chúa. Hành chính: Nghĩa Hƣng có 25 đơn vị hành chính trực thuộc, bao gồm: thị trấn Liễu Đề (huyện lị), thị trấn Rạng Đông, thị trấn Quỹ Nhất và các xã: Nghĩa Đồng, Nghĩa Thịnh, Nghĩa Minh, Hoàng Nam, Ng hĩa Châu, Nghĩa Thái, Nghĩa Trung, Nghĩa Sơn, Nghĩa Lạc, Nghĩa Hồng, Nghĩa Phong, Nghĩa Phú, Nghĩa Bình, Nghĩa Tân, Nghĩa Thành, Nghĩa Lâm, Nghĩa Hùng, Nghĩa Hải, Nghĩa Thắng, Nghĩa Lợi, Nghĩa Phúc, Nam Điền. Trƣớc đây Nghĩa Hƣng thuộc tỉnh Nam Định; từ 1965, thuộc tỉnh Nam Hà (do sáp nhập Hà Nam và Nam Định); từ 1975, thuộc tỉnh Hà Nam Ninh (do sáp nhập Nam Hà với Ninh Bình); từ 1991, thuộc tỉnh Nam Hà (do tách tỉnh Ninh Bình); từ 6.11.1996, trở lại tỉnh Nam Định (do tách tỉnh Hà Nam với Nam Định). Nghĩa Hƣng nằm trong vùng bờ biển phía Nam đồng bằng sông Hồng. Huyện có chiều dài bờ biển 12 km, phía Tây giới hạn bởi sông Đáy, ranh giới phía Đông là sông Ninh Cơ. Thủy triều và các yếu tố động lực khác làm ảnh hƣởng đến dòng chảy sông Đáy, gây ra sự bồi đắp phù sa, từ đó các bãi bồi đƣợc hình nhƣ Cồn Xanh, Cồn Mờ, v.v… Vùng tiếp giáp với cửa sông Ninh Cơ là các bãi cát, các đụn cát và đầm nƣớc mặn. Phía Đông khu vực là các đầm nuôi trồng thuỷ sản. Dọc sông Ninh Cơ có các ruộng muối. Phía ngoài con đê chính có các bãi ngập triều với diện tích khoảng 3.500 ha. Cách bờ biển 5 km có 2 đảo cát nhỏ có diện tích 25 ha với các đụn cát và một số đầm nƣớc mặn phía nam. Rừng phòng hộ ven biển Nghĩa Hƣng đã đƣợc UNESCO đƣa vào danh sách địa danh thuộc khu dự trữ sinh quyển đồng bằng sông Hồng. Là một huyện thuần nhất đồng bằng ven biển, Nghĩa Hƣng thuận lợi phát triển kinh tế nông nghiệp đa dạng bao gồm: Trồng lúa, khoai, lạc, đay, cói, nuôi vịt, lợn. Ngoài ra ngƣời dân ở đây còn tham gia đánh bắt và chế biến hải sản, sản xuất muối. 8 Hình 1.2. Ảnh thực địa ven biển Nghĩa Hưng Huyện Kim Sơn Kim Sơn là huyện nằm ở cực Nam của tỉnh Ninh Bình, trung tâm huyện là thị trấn Phát Diệm nằm cách thành phố Ninh Bình 27 km. Phía Đông giáp sông Đáy, huyện Nghĩa Hƣng (Nam Định); phía Tây Nam giáp sông Càn, huyện Nga Sơn (Thanh Hoá), hàng năm tốc độ bồi tụ tiến ra biển từ 80-100m; phía Bắc và Tây Bắc giáp huyện Yên Khánh và Yên Mô; phía Nam giáp biển với chiều dài bờ biển gần 18 km. Kim Sơn là vùng đất mở ra đời từ công cuộc khẩn hoang vùng bãi biển đầy lau sậy và sú vẹt dƣới sự tổ chức và điều hành của Doanh Điền sứ Nguyễn Công Trứ, năm Kỷ Tỵ, (1829). Đây là vùng đất nằm giữa hai của sông Càn và sông Đáy, hàng năm tốc độ bồi tụ tiến ra biển từ 80 – 100 m. Chính vì thế mà Kim Sơn gắn với lịch sử của những cuộc chinh phục đất hoang bồi – quai đê lấn biển. Gần 200 năm đã tiến hành quai đê lấn biển sáu lần. Về diện tích hiện nay gấp gần 3 lần so với khi mới thành lập huyện. Bờ biển của tỉnh Ninh Bình dài 18km thuộc diện tích của 4 xã ven biển huyện Kim Sơn là: Kim Trung, Kim Hải, Kim Đông, Kim Tân; có tổng diện tích khoảng 6.000 ha, chiếm 4,2% diện tích tự nhiên toàn tỉnh. Đất đai ở đây còn nhiễm mặn nhiều do mới bồi tụ nên đang trong thời kỳ cải tạo, vì vậy chủ yếu phù hợp với việc trồng rừng phòng hộ (sú, vẹt), trồng cói, trồng một vụ lúa và nuôi trồng thuỷ hải sản. Kim Sơn cũng là huyện có diện tích rừng trồng thuộc loại lớn nhất tỉnh Ninh Bình với các cây trồng chủ yếu là thông nhựa, keo, bạch đàn, cây ngập mặn (sú vẹt, lau, sậy …). Kim Sơn cùng với Hải Hậu (Nam Định) và Tiền Hải (Thái Bình) là những đơn vị đầu tiên đạt năng suất lúa 5 tấn/ha. Nền kinh tế của huyện Kim Sơn có 3 thế mạnh: Kinh tế nông nghiệp giữ vị trí quan trọng, chiếm gần 1/3 tổng sản lƣợng lúa của tỉnh Ninh 9 Bình. Ngành thủ công nghiệp truyền thống sản xuất hàng chiếu cói, có giá trị hàng hóa lớn. Vùng kinh tế biển đã và đang đƣợc đầu tƣ khai thác, đây là một vùng có tiềm năng để phát triển thành một vùng sản xuất hàng hóa phong phú và đa dạng. Huyện Kim Sơn hình thành 2 vùng địa lý kinh tế: Các xã khu vực phía nam (trung tâm là thị trấn Bình Minh) nằm ở ven biển có thế mạnh về khai thác và nuôi trồng thuỷ hải sản đặc biệt là tôm, ghẹ, sò, cua v.v… Tại đây nổi tiếng với nghề trồng cói. Phía Nam của huyện Kim Sơn có vùng ven biển rộng gần 6.000 ha có nhiều tiềm năng về thủy sản và du lịch. Tuy nhiên vấn đề giao thông đi lại và hạ tầng còn gặp khó khăn. Các xã phía Bắc (trung tâm là thị trấn Phát Diệm) thuộc khu vực phù sa bồi đắp đất đai màu mỡ và là vựa lúa của tỉnh. Tại đây còn phát triển nghề thủ công truyền thống là nghề cói. Năm 2008, Kim Sơn có 7 làng nghề đƣợc công nhận là làng nghề truyền thống chiếu cói, đó là: Làng nghề Trì Chính, Kiến Thái, Thủ Trung (xã Kim Chính), Đồng Đắc, Hƣớng Đạo (xã Đồng Hƣớng) và Ninh Mật, Yên Thổ (xã Yên Mật). Toàn bộ khu vực gồm thị trấn Bình Minh, các xã: Kim Đông, Kim Hải, Kim Trung và vùng biển Ninh Bình đã đƣợc UNESCO công nhận là khu dự trữ sinh quyển Thế giới. Tại đây thiên nhiên, sự sống còn đa dạng và hoang sơ, thuận lợi phát triển loại hình du lịch sinh thái đồng quê. Thắng cảnh khu vực ven biển Kim Sơn nằm trong quy hoạch du lịch của tỉnh Ninh Bình bao gồm bãi biển, sông Cà Mau, rừng phòng hộ, các cù lao, cồn nổi, cửa sông Đáy, cửa sông Càn, v.v… 1.1.2. Khu vực cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng) 10 Khu vực cửa Cấm – Nam Triệu (ven biển Hải Phòng) Hình 1.3. Vị trí khu vực cửa Cấm Bắc-Đông Nam tạo thành hình dạng chữ M, đến địa phận phƣờng Quán Toan (quận Hồng Bàng, thành phố Hải Phòng) đổi hƣớng chảy theo hƣớng Đông và Đông Nam để đổ ra biển Đông ở cửa Cấm, lệch một ít về hƣớng Đông Nam. Sông Cấm có tổng chiều dài khoảng 7km, chảy qua và làm ranh giới giữa các địa phƣơng nhƣ huyện An Dƣơng, huyện Thủy Nguyên, các quận Hồng Bàng, Ngô Quyền, Hải An. Cảng Hải Phòng nằm trên sông cách cửa Cấm khoảng 5 km. Sông Đá Bạc - Bạch Đằng dài hơn 32 km, là nhánh của sông Kinh Môn đổ ra biển ở cửa Nam Triệu, là ranh giới giữa Hải Phòng với Quảng Ninh. 1.2. Điều kiện tự nhiên 1.2.1. Địa hình: Do hai vùng cửa sông nghiên cứu thuộc vùng ĐBSH nên có bề mặt địa hình tƣơng đối bằng phẳng, hơi nghiêng về phía biển, với độ dốc rất nhỏ, dao động từ 11 0.04÷0.05m/km. Độ cao trung bình vùng ven biển dao động từ 0.0÷2,0m; có các cồn cát ven biển với độ cao từ 2,0÷4,0m, là nơi tập trung các cụm dân cƣ. Ngoài ra còn có các dạng địa hình nhân tạo khác, tiêu biểu là hệ thống đê ngăn lũ và đê biển đƣợc đắp qua nhiều giai đoạn trong khoảng 1000 năm trở lại đây. 1.2.2. Khí hậu: Khí hậu trong năm có hai mùa chính (mùa đông và mùa hè) và hai mùa chuyển tiếp với sự thống trị của hai hệ thống gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam có tính chất ngƣợc nhau. Mùa hè nóng, mƣa nhiều; mùa đông lạnh, khô. Mùa đông lạnh, chịu ảnh hƣởng của hệ thống GMĐB hoạt động do các khối không khí biển Đông Trung Hoa và cực đới phía Bắc tràn về. Mùa hè nóng ẩm, do chịu ảnh hƣởng của hệ thống GMTN có hoạt động của các khối không khí nhiệt đới biển phía nam tràn lên. 1.2.3. Chế độ bức xạ và nhiệt độ không khí: Bức xạ tổng cộng hàng năm dao động khoảng 110÷120kcal/cm2/năm. Số giờ nắng trung bình dao động từ 1630÷1815 giờ/năm, thuộc loại trung bình ở Việt Nam. Nhiệt độ năm trung bình từ 23°C đến 24°C. Mùa đông nhiệt độ trung bình từ 16°C đến 17°C; tháng lạnh nhất là tháng 1 và tháng 2. Mùa hè nhiệt độ trung bình từ 26°C đến 28°C; tháng nóng nhất là tháng 7, tháng 8. Độ ẩm trung bình năm từ 80 đến 85%; độ ẩm mức cao nhất 90% rơi vào tháng 3. Lƣợng mƣa trung bình từ 1.700 đến 1.800 mm và phân bố tƣơng đối đều trên toàn tỉnh. Mùa mƣa chính từ tháng 5 đến tháng 10 chiếm 80% lƣợng mƣa hàng năm. Từ tháng 11 đến tháng 4, lƣợng mƣa rất thấp, có tháng hoàn toàn không có mƣa. 1.3. Điều kiện kinh tế - xã hội Về mặt kinh tế, khu vực Cửa Cấm nằm trong vùng ảnh hƣởng của tam giác kinh tế Hà Nội – Hải Phòng – Hạ Long, có thể tận dụng lợi thế của mạng lƣới giao thông, bao gồm đƣờng sắt xuyên Quốc gia, quốc lộ số 1, 10, 21 và đƣờng bờ biển dài 72 km. Khu vực cửa Đáy thuộc hệ thống sông Hồng, bao gồm sông Đào, sông Đáy và sông Ninh Cơ; tại đây nhiều cảng sông, cảng đang trong giai đoạn xây dựng. Đây cũng là điều kiện ƣu đãi để mở rộng trao đổi thƣơng mại và xã hội trong phạm vi tỉnh, Quốc gia và với các Quốc gia khác, nhằm nắm vị trí dẫn đầu trong việc hoạch định chính sách kinh tế và phát triển xã hội khu vực phía Nam đồng bằng sông Hồng. 12 Khu vực duyên hải bị ảnh hƣởng bởi thủy triều, trung bình thủy triều lên cao từ 1,6 – 1,7 m, cao nhất là 3,3 m, thấp nhất 0,1 m. Thủy triều gây ra tình trạng nhiễm mặn và tăng mực nƣớc ở các sông gần bờ biển, đồng thời các sông và hệ thống kênh thủy lợi khu vực xa bờ biển. Cửa Đáy có độ sâu khá, đảm bảo tàu thuyền lớn, trọng tải hàng ngàn tấn ra vào thuận tiện. Vùng biển có tiểm năng nuôi trồng, khai thác, đánh bắt nguồn lợi hải sản với tổng sản lƣợng từ 2000÷2.500tấn/năm. 1.4. Khái quát về đất ngập nƣớc: Đất nuôi trồng thuỷ sản: Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng bãi bồi cửa sông, ven biển; Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng rừng ngập mặn; Đất nuôi trồng thuỷ sản ở đất ruộng lúa; Đất nuôi trồng thuỷ sản trên cát; Nuôi ở hồ ao, sông cụt, đấu, thùng đào… đây là những vùng đất ngập nƣớc nhân tạo. Đất canh tác nông nghiệp: Đất trồng lúa đƣợc tƣới nƣớc; Đất trồng lúa ở vùng ngập trũng. Đất làm muối. Đất công nghiệp: Khu vực khai thác, đào bới; Nơi xử lý nƣớc thải. Hồ chứa nƣớc và hệ thống đập, kênh dẫn nƣớc. Với khả năng thông tin của ảnh vệ tinh, có thể đƣa ra hai nhóm đối tƣợng có mức độ khai thác đƣợc trên ảnh nhƣ sau: - Nhóm các đối tƣợng dễ xác định đƣợc trên ảnh gồm: Thuỷ vực nông; Bãi có rừng ngập mặn, dừa nƣớc; Bãi có cỏ, cói, lau sậy; Đầm lầy; Nƣớc vùng cửa sông; Bãi, đầm, phá; Sông suối; Kênh rạch, ao hồ; Vùng nuôi trồng thuỷ sản; Rừng tràm; Đất canh tác nông nghiệp; Đất làm muối; Khu vực khai thác, đào bới; Nơi xử lý nƣớc thải; Hồ chứa nƣớc; Đập và kênh dẫn nƣớc. - Nhóm các đối tƣợng xác định đƣợc trên ảnh nhƣng phải có tài liệu khác hỗ trợ gồm: Đầm lầy phân thành đầm lầy mặn, ngọt; Sông ngòi, hồ ao có nƣớc thƣờng xuyên hay theo mùa; Đất than bùn; Rạn san hô; Bờ biển đá, vách đá; Bãi ven bờ phân ra bãi đá, bãi cát, bãi bùn; Đầm phá, hồ là loại nƣớc mặn, nƣớc lợ; Thảm thực vật thuỷ sinh. Thông tin khai thác đƣợc trên ảnh vệ tinh phụ thuộc rất nhiều vào độ phân giải của ảnh (độ phân giải hình học, độ phân giải phổ). Vì vậy khi xây dựng các chỉ tiêu phân loại 13 cũng nhƣ chọn tỷ lệ bản đồ, việc đầu tiên là phải đánh giá tƣ liệu ảnh. Với ảnh vệ tinh độ phân giải cao (5-20m) và siêu cao (dƣới 5m) cho phép thành lập các bản đồ đất ngập nƣớc ở tỷ lệ 1:10.000 và nhỏ hơn. Còn đối với ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình (trên 20m) chỉ có thể thành lập đƣợc các bản đồ ở tỷ lệ 1:100.000 và nhỏ hơn. 1.5. Khái quát về hiện trạng sử dụng đất Hiện trạng sử dụng đất là trạng thái lớp phủ bề mặt trái đất ở một thời điểm nào đó mà việc phân chia quỹ đất phụ thuộc vào mục đích sử dụng của con ngƣời. Theo Luật Đất đai năm 1993 phân chia đất đai thành 6 nhóm, trong đó có nhóm đất đô thị. Nhƣng Luật Đất đai năm 2003 lại phân chia thành 3 nhóm chính và mỗi nhóm gồm nhiều loại đất xem chi tiết tại (bảng 1.4). Đồng thời có sự khác nhau giữa hệ thống phân loại đất theo quy định của pháp luật về đất đai trƣớc năm 2003, hệ thống đƣợc sử dụng để xây dựng quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 và hệ thống theo pháp luật hiện hành. Bảng 1.4. Phân tích sự khác nhau của các hệ thống phân loại đất Nội dung loại đất Theo hệ thống phân Theo hệ thống STT Loại đất loại đất sử dụng phân loại đất của trong quy hoạch sử pháp luật về đất đai dụng đất đến năm trƣớc năm 2003 2010 Đất sản xuất nông 1 Đất nông Đất sản xuất nông nghiệp nghiệp nghiệp; đất lâm nghiệp; đất làm muối; đất nông nghiệp khác 1.1 Đất sản xuất nông nghiệp Theo hệ thống phân loại đất của pháp luật hiện hành về đất đai Đất sản xuất nông nghiệp; đất lâm nghiệp; đất nuôi trồng thuỷ sản; đất làm muối; đất nông nghiệp khác Đất trồng cây hàng Đất trồng cây hàng Đất trồng cây hàng năm (không gồm đất năm (không gồm đất năm (gồm cả đất nƣơng rẫy canh tác nƣơng rẫy canh tác nƣơng rẫy canh tác 14 không thƣờng không thƣờng không thƣờng xuyên); đất trồng cây xuyên); đất trồng cây xuyên); đất trồng cây lâu năm; đất nuôi lâu năm; đất nuôi trồng thuỷ sản trồng thuỷ sản Đất rừng sản xuất; 1.2 Đất lâm nghiệp Đất rừng sản xuất; đất rừng phòng hộ; đất rừng phòng hộ; đất rừng đặc dụng đất rừng đặc dụng; (đất ƣơm cây giống đất ƣơm cây giống đƣợc chia đều ra từng loại rừng) nghiệp thị, đất khu dân cƣ đất rừng đặc dụng (không gồm đất ƣơm cây giống vì đất này thuộc đất nông nghiệp khác) tín ngƣỡng; đất nông nghiệp đƣợc 2 đất rừng phòng hộ; dùng; đất tôn giáo, mà đất không phải phân theo đất đô Đất rừng sản xuất; Đất ở; đất chuyên Không phân loại Đất phi nông lâu năm nông thôn, đất Đất ở; đất chuyên nghĩa trang, nghĩa dùng; đất sông địa; đất sông suối suối và mặt nƣớc chuyên dùng; đất chuyên dùng, đất phi nông nghiệp chƣa sử dụng khác Đất ở tại đô thị thuộc đất đô thị; 2.1 Đất ở Đất ở gồm đất ở tại Đất ở gồm đất ở tại Đất ở tại nông thôn đô thị và đất ở tại đô thị và đất ở tại thuộc đất khu dân nông thôn nông thôn Đất trụ sở cơ quan, Đất trụ sở cơ quan, Đất trụ sở cơ quan, Đất chuyên công trình sự công trình sự công trình sự dùng nghiệp; đất sản nghiệp; đất sản nghiệp; đất quốc xuất, kinh doanh; xuất, kinh doanh; phòng, an ninh; đất cƣ nông thôn 2.2 15 đất công cộng; đất đất công cộng; đất sản xuất, kinh tôn giáo, tín tôn giáo, tín doanh; đất công ngƣỡng; đất nghĩa ngƣỡng; đất nghĩa cộng trang, nghĩa địa; trang, nghĩa địa; đất mặt nƣớc đang đất mặt nƣớc đang sử dụng vào mục sử dụng vào mục đích chuyên dùng đích chuyên dùng; đất phi nông nghiệp khác Đất chƣa đƣa vào Đất chƣa đƣa vào sử dụng, núi đá không có rừng cây, 3 Đất chƣa sử đất nƣơng rẫy canh dụng tác không thƣờng sử dụng, núi đá không có rừng cây, Đất chƣa đƣa vào đất nƣơng rẫy canh sử dụng, núi đá tác không thƣờng không có rừng cây xuyên, đất sông xuyên, đất mặt suối, đất mặt nƣớc nƣớc chƣa sử dụng chƣa sử dụng (Nguồn: “ Báo cáo của chính phủ về kế hoạch sử dụng đất năm 2005 và 2010”) 16 CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Quan điểm nghiên cứu Lớp phủ bề mặt (Land cover) là vật chất che phủ bên trên vỏ Trái Đất bao gồm có: đồng cỏ, cây cối, đất, nƣớc... Có 2 phƣơng pháp chính lấy thông tin lớp phủ bề mặt đó là khảo sát thực địa và phân tích dựa vào các dữ liệu gián tiếp (chủ yếu là sử dụng dữ liệu viễn thám). Sử dụng đất (Land use) là một loạt các hoạt động của con ngƣời tác động lên bề mặt trái đất. Một hình thức sử dụng đất cụ thể tƣơng ứng với một vùng lớp phủ bề mặt. Tuy nhiên, một vùng lớp phủ bề mặt có thể bao gồm nhiều loại hình sử dụng đất khác nhau. Ví dụ: nhƣ rừng có thể bao gồm rừng sản xuất, rừng phòng hộ, nơi bảo tồn động vật hoang dã,... Mặt khác một loại hình sử dụng đất cũng chứa đựng nhiều loại lớp phủ bề mặt. Ví dụ: một nông trại (hiện trạng sử dụng đất) có thể bao gồm đồng lúa, đồng cỏ, khu vực xây dựng, diện tích mặt nƣớc (hiện trạng lớp phủ). Với quan điểm các hợp phần hiện trạng sử dụng đất, lớp phủ bề mặt, tài nguyên đất và quy hoạch sử dụng đất luôn tƣơng tác qua lại. Hoạt động sử dụng đất của con ngƣời tác động tới sự bền vững của tài nguyên đất thông qua lớp phủ bề mặt. Quy hoạch sử dụng đất hợp lý, khoa học chính là công cụ hữu hiệu để bảo vệ nguồn tài nguyên đất. Lớp phủ bề mặt Hiện trạng sử dụng đất Quy hoạch Tài nguyên đất Hình 2.1. Sự tương tác giữa hiện trạng sử dụng đất, lớp phủ bề mặt, tài nguyên đất 17 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phƣơng pháp viễn thám để chiết xuất thông tin lớp phủ bề mặt khu vực nghiên cứu, kết hợp với việc đi khảo sát thực địa và các tài liệu khác xác định hiện trạng sử dụng đất. Sử dụng hệ thống thông tin địa lý nhằm phân tích, đánh giá biến động tài nguyên đất (hình 2.2). Dữ liệu viễn thám mang thông tin phong phú về hiện trạng lớp phủ bề mặt và có nhiều cách tiếp cận khác nhau để chiết xuất các thông tin về hiện trạng lớp phủ bề mặt từ viễn thám. Quá trình chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám là một quá trình chuyển đổi thông tin ảnh thành các thông tin có ý nghĩa đối với ngƣời sử dụng. Việc chiết xuất thông tin đƣợc tiếp cận theo cả hai hƣớng: không gian và thời gian. - Tiếp cận theo không gian cho phép chiết xuất thông tin từ ảnh ở nhiều quy mô (cấp độ): pixel (phƣơng pháp phân loại) - Tiếp cận theo thời gian đánh giá biến động bề mặt lớp phủ từ các ảnh viễn thám chụp qua các giai đoạn. Quy hoạch sử dụng đất Lớp phủ bề mặt Hiện trạng sử dụng đất Biến động sử dụng đất Chiết xuất thông tin Phân tích không gian Viễn thám GIS Hình 2.2. Phương pháp nghiên cứu Viễn thám cung cấp thông tin nhanh, cập nhật, có chu kỳ lặp cao và đó là dữ liệu đầu vào quan trọng cho GIS. Ứng dụng của công nghệ viễn thám nhằm để giám sát môi 18 trƣờng nhƣ đã đề cập tới vấn đề theo dõi lớp phủ thực vật với việc thành lập bản đồ lớp phủ thực vật. Việc ứng dụng viễn thám đang ngày càng phát triển và trở thành một công cụ không thể thiếu, nhƣng trong nhiều trƣờng hợp mức độ chi tiết của thông tin đòi hỏi cao hơn nhiều so với các thông tin viễn thám có thể cung cấp. Do vậỵ, việc kết hợp giữa thông tin viễn thám và thông tin điều tra, khảo sát từ thực địa là rất quan trọng nhằm nâng cao độ chính xác, mức độ chi tiết và mức độ tin cậy cho các kết quả nghiên cứu. GIS với khả năng phân tích không gian, đƣợc sử dụng để mô hình hoá quá trình biến đổi sử dụng đất. Ngoài ra, GIS còn đƣợc sử dụng để phân tích biến động lớp phủ bề mặt hoặc biến động sử dụng đất nhờ việc chồng xếp bản đồ hiện trạng lớp phủ hoặc bản đồ hiện trạng sử dụng đất qua các thời gian khác nhau. 2.2.1. Tổng quan về phương pháp viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên đất GIS bắt đầu đƣợc xây dựng ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ XX đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực trên toàn thế giới. Năm 1972, với việc phóng vệ tinh Landsat 1 đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc sử dụng viễn thám trong quan sát và nghiên cứu Trái Đất. Cho đến nay, với hơn 30 năm phát triển việc tích hợp tƣ viễn thám và GIS cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau đã rất phổ biến. Vào những năm 1979 - 1980 các cơ quan khoa học Việt Nam bắt đầu tiếp cận công nghệ viễn thám. Hiện nay ở Việt Nam, có hơn 20 cơ quan, tổ chức thuộc nhiều Bộ, Ngành và các trƣờng Đại học ( Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Thuỷ sản, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Trƣờng đại học Mỏ Địa chất…) đang sử dụng một cách có hiệu quả các tƣ liệu viễn thám trong chƣơng trình, dự án thuộc lĩnh vực của mình. Một trong những ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả đó là nghiên cứu hiện trạng lớp phủ, hiện trạng sử dụng đất và biến động tài nguyên đất dựa vào việc kết hợp công nghệ viễn thám và GIS. a. Trên thế giới Adam Johnson tiến hành nghiên cứu lập bản đồ bề mặt lớp phủ, hiện trạng sử dụng đất khu vực miền nam Mississippi dựa vào cặp ảnh Landsat 5 (TM) năm 1990 và Landsat 19 7 (ETM) năm 2000. Trong nghiên cứu tác giả đã sử dụng chỉ số thực vật và khảo sát biến động dựa trên phân tích chỉ số thực vật NDVI. Nghiên cứu của Somporn Sangawongse về biến động sử dụng đất ở Chiềng Mai, Thái Lan. Thời điểm nghiên cứu năm 1988 tới năm 1991 bằng ảnh viễn thám sử dụng phƣơng pháp phân loại khoảng cách ngắn nhất (Minimum distance) và phƣơng pháp xác suất cực đại (Maximum Likelihood). Nghiên cứu biến động dựa trên tỷ số ảnh. Manishika Jain ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu mở rộng đô thị khu vực Udaipur, Ấn Độ dựa trên so sánh phân loại trong thời điểm năm 1972, 1990 và 2000 và phân tích chồng xếp dữ liệu. Nghiên cứu sự biến động đô thị thông qua việc thành lập bản đồ sử dụng đất tại các thời điểm năm 1959, 1969 và 1978 tại Delhi, Ấn Độ bằng công nghệ viễn thám đa thời gian của Gupta D. M và Menshi M.K. Nghiên cứu của J.G.Masek, F.E. Lindsay và S.N.Goward về sự phát triển đô thị giai đoạn 1973 - 1996 ở thủ đô Oasinhton từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat. Nhóm nghiên cứu sử dụng chỉ số thực vật NDVI, các filter lọc, kỹ thuật phân ngƣỡng và đƣa ra kết quả là bản đồ mở rộng đất đô thị. Shigenobu Tachizuka và các cộng sự nghiên cứu sự mở rộng đô thị ở Băng Cốc (Thái Lan) là một thành phố với mức độ đô thị hoá và công nghiệp hoá cao. Nghiên cứu tính toán chỉ số tổng hợp của đất, nƣớc và thực vật để phân tích đƣa ra đánh giá biến động sử dụng đất. b. Tại Việt Nam Tác giả Phạm Minh Hải và Yasushi Yamaguchi dùng các dữ liệu viễn thám bao gồm: Landsat MSS (1975) độ phân giải 80m, Landsat MSS (1984) độ phân giải 80, Landsat TM (1992) độ phân giải 30, ASTER (2001) độ phân giải 15m và Landsat ETM+ (2003) với độ phân giải 30m. Với phƣơng pháp phân loại dùng thuật toán xác suất cực đại dựa vào việc lấy mẫu: đất đô thị, nƣớc, thực vật thƣa, thực vật dày, nƣớc đục, đƣờng, đất ẩm, đất trống, cát và áp dụng chỉ số tổng hợp thực vật, đất, nƣớc theo dõi biến động lớp phủ bề mặt ở Hà Nội dƣới tác động của đô thị hoá. Với mục đích nghiên cứu biến động sử dụng đất và xác định thông số nhằm đánh giá tác động của việc mở rộng đô thị đến môi trƣờng khu vực thành phố Hồ Chí Minh và 20