Đề tài Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá biến động sử dụng tài nguyên đất ngập nước khu vực cửa sông Hồng

ã Nam Phó, Nam thịnh, Nam Hưng quanh vùng nghiên cứu có 12.594 người với 6145 lao động chính và 3307 hé gia đình.. Mật độ dân số khá cao, bình quân 261 người/km2 trong khi diện tích đất canh tác chỉ có 600 m2/người. Tỉ lệ sinh đẻ còn ở mức cao từ 1,7-1,8%, tỉ lệ sinh con thứ 3 trở lên còn gần 17% [9]. b. Các ngành nghề sản xuất: Các hoạt động sản xuất của người dân ven biển, ngoài sản xuất nông nghiệp là đánh bắt hải sản, nuôi hải sản, trồng cói, trồng rừng. Nông nghiệp Hoạt động sản xuất nông nghiệp của vùng đệm chiếm một tỷ trọng lớn trong cán cân thu nhập của vùng. Tổng sản lượng quy thóc hàng năm khoảng 8574 tấn/năm, bình quân 640 kg/ đầu người. Trong đó lúa đạt năng suất 9,5 tấn/ha, Lạc 1 tấn/ha, đậu tương1,2 tấn/ha [9]. Cũng giống nh­ bên phía Giao thuỷ, tại khu vực này hoạt động nông nghiệp cũng gây ra một số tác động môi trường đáng lo ngại do việc sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón hoá học quá mức trong canh tác nông nghiệp. Ngư nghiệp Phong trào phát triển hải sản theo hướng nuôi trồng từ năm 1990 đến nay thực chất là đấu thầu nhận đất, đào đắp ao đón lõng nguồn tôm cá theo chế độ nhật triều với phương thức quảng canh. Bên cạnh đó phải kể đến hoạt động đánh bắt hải sản ở trong lộ, ngoài khơi theo ngành nghề truyền thống của dân vùng biển Thái Bình. Gần đây, một số chương trình phát triển nuôi trồng thuỷ sản đã được tiến hành thử nghiệm ở vùng này và đã đưa lại những kết quả ban đầu rất khả quan, hứa hẹn một tương lai tốt hơn cho ngành ngư nghiệp. Ví dụ nh­ chương trình phát triển ao tôm sinh thái đang được tiến hành vừa có thể khai thác tối ưu nguồn tài nguyên thuỷ sản lại vừa đảm bảo môi trường bền vững. Lâm nghiệp Đã có lúc tình trạng đắp bờ khoanh vùng, đào ao, khai quang làm mất đi hàng trăm hecta rừng ngập mặn. Hiện tại đang có những dự án trồng rừng trên các bãi bồi, bãi lầy ngập triều. Mặc dù rừng là nhân tố mới-rừng trồng nhưng sự có mặt của rừng trồng trên bãi lầy ngập mặn là hoàn toàn phù hợp với môi trường sinh thái của vùng theo quy luật tự nhiên : Phù hợp với nhu cầu phát triển của thuỷ sản, phù hợp với nhu cầu nghỉ ngơi kiếm sống của của hàng vạn con chim di trú qua vùng cửa sông này. CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là dải đất ngập nước ven biển thuộc khu vực cửa sông Hồng. Cùng nằm trong tình trạng chung của các vùng đất ngập nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đây là khu hệ sinh thái rất nhạy cảm , dễ bị biến đổi bởi các tác động nhân sinh cũng như tự nhiên, đặc biệt là các tác động nhân sinh. Đất ngập nước ở khu vực này có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau như rừng ngập mặn (mọc tự nhiên hoặc trồng), ao đầm nuôi trồng thuỷ sản, hệ thống thuỷ văn, đường giao thông, các bãi bùn hay các bãi bồi còn để trống 2.2. Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp đã được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài như : Thu thập và nghiên cứu tài liệu có liên quan đến vùng nghiên cứu , phương pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS), phương pháp điều tra khảo sát thực địa. Trong đó Viễn thám và Hệ thông tin địa lý là công cụ chính để thực hiện các công việc trong suất quá trình nghiên cứu. Các kiến thức và kỹ thuật, kinh nghiệm về giải đoán ảnh viễn thám được sử dụng trong quá trình liên kết dữ liệu (số hoá các đối tượng từ ảnh vệ tinh vùng nghiên cứu) đầu vào với Hệ thông tin địa lý. Thực địa là bước quan trọng nhằm kiểm chứng lại kết quả của công việc giải đoán để có thể đưa ra các bổ xung, chỉnh sửa cần thiết. 2.2.1. Phương pháp viễn thám “Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) nh­ một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính của đối tượng” [4 ]. Mỗi đối tượng trên bề mặt trái đất sẽ có một đặc trưng riêng về bức xạ, phản xạ hay hấp thu các tia sóng điện từ. Các đặc trưng này được ghi chụp và được thể hiện dưới dạng ảnh (ảnh vệ tinh, ảnh máy bay; ảnh số, ảnh giấy.. ). Từ nguồn dữ liệu ảnh này các chuyên gia có thể phân loại, chỉ ra các đối tượng khác nhau dựa vào các đặc trưng nêu trên kết hợp với quan hệ không gian gữa các đối tượng với nhau. Đây chính là quá trình giải đoán ảnh viễn thám bằng mắt của các chuyên gia. Có một cách thứ hai để thực hiện công việc giải đoán này là giải đoán tự động bằng các phần mềm máy tính chuyên dụng. Điều kiện cơ bản để một người có thể giải đoán được một đối tượng bằng mắt từ ảnh là họ cần phải nắm vững các đặc điểm về bức xạ của đối tượng thể hiện trên các loại tư liệu ảnh khác nhau. Có thể sử dụng các dấu hiệu cơ bản nh­ các yếu tố ảnh (tôn ảnh, cấu trúc hoa văn ảnh, kiểu mẫu, hình dạng, kích thước, bóng, vị trí, màu sắc.. của đối tượng, ) và các yếu tố địa kỹ thuật (Địa hình, thực vật, hiên trạng sử dụng đất, thuỷ văn, các dấu tích biến động địa chất..) để xây dựng lên chìa khoá giải đoán, áp dụng cho cả quá trình giải đoán. Công việc giải đoán tự động được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng với dữ liệu ảnh số dạng raster (ảnh bao gồm ma trận hàng và cột của các pixel.). Các phần mềm chuyên dụng có khả năng phân biệt các giá trị khác nhau của các pixel, theo đó nhóm các pixel có giá trị giống nhau thì thể hiện cùng một đối tượng. Đó chính là quá trình phân lớp tự động. 2.2.2. Khái niệm về hệ thông tin địa lý (GIS) Trong những năm gần đây, Hệ thông tin địa lý (Geography information system-GIS) đã phát triển rất mạnh mẽ về lý thuyết, kỹ nghệ cũng nh­ tổ chức. Đồng thời GIS được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau nh­ nghiên cứu địa chất, địa lý, nông nghiệp, đô thị, giao thông, thực vật, địa chính, kinh tế. Có nhiều khái niệm khác nhau về GIS của nhiều tác giả khác nhau nhưng về bản chất thì GIS bao gồm các thành phần cấu thành cơ bản sau: - Phần cứng máy tính bao gồm các thành phần vật lý của máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (máy in, scanner, máy vẽ. . .) - Phần mềm GIS là các chương trình máy tính thực hiện các công viêc chuyên môn của GIS, thực hiên các chức năng thu nhận và lưu trữ các dữ liệu không gian cũng như thuộc tính, các thao tác xử lý số liệu, mô hình số độ cao.v.v.. Có thể kể ra một số phần mềm chuyên dụng GIS nh­ Arc/Info, Map/Info, Arcview... - Dữ liệu GIS bao gồm các dữ liệu không gian (ảnh, bản đồ. . .) và dữ liệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất của các đối tượng không gian, các quá trình, hiện tượng xảy ra ở các đối tượng không gian đó) của các đối tượng được nghiên cứu - Người sử dụng: Đây là yếu tố mang tính chất quyết định, là người thiết kế và thực hiện các thao tác kỹ thuật để có được kết quả theo các yêu cầu khác nhau. Các hợp phần trên nằm trong mối quan hệ tương tác chặt chẽ với nhau tạo thành Hệ thông tin địa lý. Nếu thiếu một trong hợp phần trên thì GIS sẽ ngừng hoạt động hoặc chỉ là một hệ thống chết. Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật bốn hợp phần trên cũng được được phát triển mạnh mẽ, tạo lên một Hệ thông tin địa lý cũng được phát triển hơn, thực hiện được các chức năng ưu việt hơn, nhanh hơn, mạnh hơn, tiện lợi và dễ dàng hơn trong vận hành và sử dụng. Như vậy ta có thể hiểu một cách khái quát về GIS như sau: Hệ thông tin địa lý là tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và các thủ tục của người sử dụng nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích, hiện thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra [10]. Ngoài ra còn một số định nghĩa về GIS của một số tác giả nh­ sau : - Theo Burrough (1986) thì GIS là “ tập hợp các công cụ để thu nhập, lưu trữ , tra cứu, chuyển đổi và biểu thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực”. - Parker (1988) định nghĩa GIS nh­ một “kĩ nghệ thông tin nhằm lưu trữ, phân tích và biểu thị dữ liệu không gian và phi không gian”. - Aronoff (1989) quan niệm GIS là “ bất kỳ một phương thức trên sách tra khảo hoặc máy tính dùng để lưu trữ, thao tác các dữ liệu tham chiếu địa lý ” Ta có thể hình dung cấu trúc của một Hệ thông tin địa lý qua hình 2. Hình 2 : Cấu trúc của Hệ thông tin địa lý ThÕ giíi thùc Ng­êi sö dông C¬ së d÷ liÖu GIS PhÇn mÒm GIS PhÇn cøng GIS Dữ liệu dùng trong GIS rất đa dạng và được thu nhận bằng nhiều cách và nhiều nguồn khác nhau. Chúng tổ chức theo một cấu trúc riêng biệt trong hai mô hình vector và raster GIS. Các đối tượng không gian trong GIS được nhóm theo ba loại đối tượng là điểm, đường và vùng. Mô hình cấu trúc dữ liệu dạng vector GIS: Trong mô hình cấu trúc dữ liệu này vị trí của đối tượng không gian được ghi nhận chính xác bằng các toạ độ x, y trong hệ toạ độ tham chiếu với hệ toạ độ dùng cho trái đất. Điểm trong mô hình vector GIS được thể hiện như một vector có độ dài bằng không (vector vô hướng), vị trí của nó được ghi nhận bằng cặp toạ độ x, y. Đường đơn giản nhất trong vector GIS là đường nối giữa hai điểm bất kỳ có toạ độ x, y khác nhau. Vị trí của đường được ghi nhận bằng hai cặp toạ độ của hai điểm đầu và cuối của đường (gọi là các nút - node). Đường có thể là cong hay gấp khúc, được tạo thành bởi nhiều đoạn thẳng nhỏ. Các đoạn thẳng nhỏ này được nối với nhau bằng các điểm trung gian (các Vertex) có toạ độ x,y được ghi nhận trong GIS. Vùng được thể hiện là các đa giác (polygon) khép kín bởi các đường. Nh­ vậy vùng là tổ hợp của các đường khép kín nên toạ độ của vùng tại ranh giới vùng chính là toạ độ của các node và các vertex nằm trong các đường hình thành lên vùng. Mô hình cấu trúc dữ liệu vector lại được chia thành hai loại cấp nhỏ hơn là: dữ liệu vector topology và dữ liệu vector spaghetti Cấu trúc dữ liệu vector GIS kiểu Spaghetti : Với kiểu cấu trúc dữ liệu này, các đối tượng không gian trong một lớp không gian không có sự liên quan với nhau về mặt hình học theo một mối quan hệ nằm kề kiểu topology. Các đối tượng điểm, đường, vùng được ghi trong cơ sở dữ liệu một cách độc lập. Điểm được thể hiện trên bản đồ trong một hệ toạ độ tham chiếu với hệ toạ độ dùng cho trái đất bằng một cặp toạ độ x, y. Đường được ghi nhận bằng bằng chuỗi các cặp toạ độ x, y của các điểm tạo thành đường.Vùng được xác định bằng chuỗi các cặp toạ độ x, y của các điểm khép kín tạo lên ranh giới của vùng. Ranh giới gữa hai vùng kề cận nhau phải ghi nhận hai lần, nghĩa là chúng không có chung ranh giới. Điều này dẫn đến việc lưu trữ dữ kiệu spaghetti phức tạp, tốn dung lượng ổ cứng máy tính. Tính chất không tương quan nằm kề nhau của các đối tượng không gian trong mô hình cấu trúc dữ liêụ vector spaghetti làm cho các chức năng phân tích không gian như phân tích ranh giới giữa hai vùng, tìm điểm trong diện.v.v..bị cản trở. Việc chồng lớp và chức năng phân tích mạng cũng rất khó khăn. Phần mềm Mapinfo GIS của tập đoàn Mapinfo, Mỹ là một đại diện cho mô hình cấu trúc dữ liệu vector spaghetti này. Tuy nhiên với tính năng dễ sử dụng, phổ biến, trình bày kết quả đầu ra đẹp, in Ên phù hợp làm cho phần mềm này vẫn được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực GIS. Cấu trúc dữ liệu vector GIS kiểu topology: Các đối tượng không gian trong một lớp không gian ở mô hình cấu trúc dữ liệu này nằm trong một mối quan hệ kiểu topology. Với đặc điểm này việc phân tích và tìm kiếm dữ liệu không gian trong GIS được thực hiện một cách thuận lợi và dễ dàng hơn. Hai vùng kề cận nhau có chung mét ranh giới với các cặp toạ độ chỉ phải ghi nhận một lần trong mô hình dữ liệu. Các điểm, đường và vùng có thể được tìm kiếm dựa vào mối quan hệ kề cận của chúng với các điểm, đường hay vùng lân cận. Phần mềm ArcInfo, ArcView là những phần mềm đại diên cho mô hình cấu trúc dữ liệu kiểu topology này. Mô hình cấu trúc dữ liệu raster GIS : Với mô hình cấu trúc dữ liệu này thế giới thực được thể hiện dưới dạng ma trận của các điểm ảnh (các ô lưới) hay còn gọi là các pixel với các hàng và các cột. Mỗi pixel đặc trưng cho một ô vuông của bề mặt trái đất. Độ phân giải của dữ liệu raster được xác định dựa vào kích thước của pixel. Nh­ vậy độ chính xác của dữ liệu phụ thuộc vào kích thước của pixel. Kích thước pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng cao, yêu cầu bộ nhớ càng lớn, nhưng thể hiện thông tin chính xác. Ngược lại kích thước pixel càng lớn thì độ phân giải càng thấp, yêu cầu bộ nhớ giảm và thể hiện thông tin kém chính xác. Mỗi pixel trong ma trận chỉ có một giá trị duy nhất, mỗi giá trị thuộc tính có thể đặc trưng cho phép đo một điểm (nh­ độ cao) hoặc phép đo vùng được chia nhỏ. Các thuộc tính cho nhiều đối tượng địa lý có thể được khái niệm nh­ nhiều lớp ảnh quét.Trong cấu trúc ảnh quét, các điểm được coi nh­ những pixel độc lập, các đường và các vùng là các pixel liên tục kề nhau. Ảnh vệ tinh là dữ liệu dạng raster, được chụp theo phương pháp chụp toàn cảnh bằng máy chụp ảnh quang học gắn trên các vệ tinh ngoài vũ trụ. Đã có nhiều thế hệ vệ tinh của nhiều quốc gia, công ty quốc tế được phóng vào không gian để thực hiện việc chụp ảnh này, nh­ là các vệ tinh Landsat (Mỹ), SPOT (Pháp), SOJZU (Nga).v.v.. Tới nay, đã có tất cả 7 vệ tinh Landsat đã được phóng vào quỹ đạo. Trong khoá luận này, tác giả sử dụng ảnh vệ tinh Landsat TM chụp từ vệ tinh Landsat 5. Ảnh Landsat TM quét đa phổ được chia thành 7 kênh (band) dùa theo độ lớn của bước sóng ánh sáng trong giải quang phổ. Trong mỗi kênh, các đối tượng thể hiện các đặc trưng bức xạ, phản xạ hay hấp thụ ánh sáng khác nhau. Điều này giúp cho việc lựa chọn những kênh phù hợp để tạo lên một ảnh tổ hợp màu theo những mục đích khác nhau. Ảnh tổ hợp màu Landsat TM thường được tạo ra với ba kênh khác nhau trong các lớp màu đỏ, xanh lam và xanh da trời (red-green-blue). 2.2.3. Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động các nhân tố môi trường Công cụ viễn thám và GIS với các phần mềm có các chức năng phân tích, xử lý dữ liệu mạnh ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong những năm gần đây, GIS được sử dụng nh­ một công cụ đắc lực trong công tác nghiên cứu, quản lý, khai thác cũng nh­ bảo vệ môi trường. Các bản đồ quy hoạch, bản đồ xói mòn đất tiềm năng, bản đồ hiện trang rừng, hiện trạng giao thông.v.v. có thể được thành lập bằng công cụ GIS. Đối với việc nghiên cứu vùng duyên hải nói chung và nghiên cứu đất ngập nước nói riêng, công cụ GIS cũng được áp dụng, tuy chưa nhiều nhưng đã mang lại những hiệu quả đáng kể. Từ năm 1995, GIS đã được một số tác giả thuộc Viện Địa lý ứng dụng để đánh giá tài nguyên ven đồng bằng sông Hồng. Năm 1996 tác giả Nguyễn Hoàn, Vũ Văn Phái và những người khác đã tiến hành nghiên cứu biến đổi địa hình và quá trình hình thành các cồn bãi ở khu vực cửa sông Hồng, trong đó sử dụng GIS như một trong các phương pháp nghiên cứu chính để phân tích ảnh vệ tinh, phân tích số liệu địa hình thuộc nhiều giai đoạn khác nhau để xác định biến động sử dụng đất và tài nguyên theo không gian và thời gian . Có thể nói việc kết hợp nghiên cứu tư liêu lịch sử, nghiên cứu, phỏng vấn thực địa với ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá, phân tích và dự báo biến động các yếu tố môi trường làm cho kết quả đạt được chính xác hơn, nhanh hơn và cập nhật hơn. CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là dải đất ngập nước ven biển thuộc khu vực cửa sông Hồng. Cùng nằm trong tình trạng chung của các vùng đất ngập nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đây là khu hệ sinh thái rất nhạy cảm , dễ bị biến đổi bởi các tác động nhân sinh cũng như tự nhiên, đặc biệt là các tác động nhân sinh. Đất ngập nước ở khu vực này có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau như rừng ngập mặn (mọc tự nhiên hoặc trồng), ao đầm nuôi trồng thuỷ sản, hệ thống thuỷ văn, đường giao thông, các bãi bùn hay các bãi bồi còn để trống 2.2. Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp đã được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài như : Thu thập và nghiên cứu tài liệu có liên quan đến vùng nghiên cứu , phương pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS), phương pháp điều tra khảo sát thực địa. Trong đó Viễn thám và Hệ thông tin địa lý là công cụ chính để thực hiện các công việc trong suất quá trình nghiên cứu. Các kiến thức và kỹ thuật, kinh nghiệm về giải đoán ảnh viễn thám được sử dụng trong quá trình liên kết dữ liệu (số hoá các đối tượng từ ảnh vệ tinh vùng nghiên cứu) đầu vào với Hệ thông tin địa lý. Thực địa là bước quan trọng nhằm kiểm chứng lại kết quả của công việc giải đoán để có thể đưa ra các bổ xung, chỉnh sửa cần thiết. 2.2.1. Phương pháp viễn thám “Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) nh­ một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính của đối tượng” [4 ]. Mỗi đối tượng trên bề mặt trái đất sẽ có một đặc trưng riêng về bức xạ, phản xạ hay hấp thu các tia sóng điện từ. Các đặc trưng này được ghi chụp và được thể hiện dưới dạng ảnh (ảnh vệ tinh, ảnh máy bay; ảnh số, ảnh giấy.. ). Từ nguồn dữ liệu ảnh này các chuyên gia có thể phân loại, chỉ ra các đối tượng khác nhau dựa vào các đặc trưng nêu trên kết hợp với quan hệ không gian gữa các đối tượng với nhau. Đây chính là quá trình giải đoán ảnh viễn thám bằng mắt của các chuyên gia. Có một cách thứ hai để thực hiện công việc giải đoán này là giải đoán tự động bằng các phần mềm máy tính chuyên dụng. Điều kiện cơ bản để một người có thể giải đoán được một đối tượng bằng mắt từ ảnh là họ cần phải nắm vững các đặc điểm về bức xạ của đối tượng thể hiện trên các loại tư liệu ảnh khác nhau. Có thể sử dụng các dấu hiệu cơ bản nh­ các yếu tố ảnh (tôn ảnh, cấu trúc hoa văn ảnh, kiểu mẫu, hình dạng, kích thước, bóng, vị trí, màu sắc.. của đối tượng, ) và các yếu tố địa kỹ thuật (Địa hình, thực vật, hiên trạng sử dụng đất, thuỷ văn, các dấu tích biến động địa chất..) để xây dựng lên chìa khoá giải đoán, áp dụng cho cả quá trình giải đoán. Công việc giải đoán tự động được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng với dữ liệu ảnh số dạng raster (ảnh bao gồm ma trận hàng và cột của các pixel.). Các phần mềm chuyên dụng có khả năng phân biệt các giá trị khác nhau của các pixel, theo đó nhóm các pixel có giá trị giống nhau thì thể hiện cùng một đối tượng. Đó chính là quá trình phân lớp tự động. 2.2.2. Khái niệm về hệ thông tin địa lý (GIS) Trong những năm gần đây, Hệ thông tin địa lý (Geography information system-GIS) đã phát triển rất mạnh mẽ về lý thuyết, kỹ nghệ cũng nh­ tổ chức. Đồng thời GIS được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau nh­ nghiên cứu địa chất, địa lý, nông nghiệp, đô thị, giao thông, thực vật, địa chính, kinh tế. Có nhiều khái niệm khác nhau về GIS của nhiều tác giả khác nhau nhưng về bản chất thì GIS bao gồm các thành phần cấu thành cơ bản sau: - Phần cứng máy tính bao gồm các thành phần vật lý của máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (máy in, scanner, máy vẽ. . .) - Phần mềm GIS là các chương trình máy tính thực hiện các công viêc chuyên môn của GIS, thực hiên các chức năng thu nhận và lưu trữ các dữ liệu không gian cũng như thuộc tính, các thao tác xử lý số liệu, mô hình số độ cao.v.v.. Có thể kể ra một số phần mềm chuyên dụng GIS nh­ Arc/Info, Map/Info, Arcview... - Dữ liệu GIS bao gồm các dữ liệu không gian (ảnh, bản đồ. . .) và dữ liệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất của các đối tượng không gian, các quá trình, hiện tượng xảy ra ở các đối tượng không gian đó) của các đối tượng được nghiên cứu - Người sử dụng: Đây là yếu tố mang tính chất quyết định, là người thiết kế và thực hiện các thao tác kỹ thuật để có được kết quả theo các yêu cầu khác nhau. Các hợp phần trên nằm trong mối quan hệ tương tác chặt chẽ với nhau tạo thành Hệ thông tin địa lý. Nếu thiếu một trong hợp phần trên thì GIS sẽ ngừng hoạt động hoặc chỉ là một hệ thống chết. Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật bốn hợp phần trên cũng được được phát triển mạnh mẽ, tạo lên một Hệ thông tin địa lý cũng được phát triển hơn, thực hiện được các chức năng ưu việt hơn, nhanh hơn, mạnh hơn, tiện lợi và dễ dàng hơn trong vận hành và sử dụng. Như vậy ta có thể hiểu một cách khái quát về GIS như sau: Hệ thông tin địa lý là tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và các thủ tục của người sử dụng nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích, hiện thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra [10]. Ngoài ra còn một số định nghĩa về GIS của một số tác giả nh­ sau : - Theo Burrough (1986) thì GIS là “ tập hợp các công cụ để thu nhập, lưu trữ , tra cứu, chuyển đổi và biểu thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực”. - Parker (1988) định nghĩa GIS nh­ một “kĩ nghệ thông tin nhằm lưu trữ, phân tích và biểu thị dữ liệu không gian và phi không gian”. - Aronoff (1989) quan niệm GIS là “ bất kỳ một phương thức trên sách tra khảo hoặc máy tính dùng để lưu trữ, thao tác các dữ liệu tham chiếu địa lý ” Ta có thể hình dung cấu trúc của một Hệ thông tin địa lý qua hình 2. Hình 2 : Cấu trúc của Hệ thông tin địa lý ThÕ giíi thùc Ng­êi sö dông C¬ së d÷ liÖu GIS PhÇn mÒm GIS PhÇn cøng GIS Dữ liệu dùng trong GIS rất đa dạng và được thu nhận bằng nhiều cách và nhiều nguồn khác nhau. Chúng tổ chức theo một cấu trúc riêng biệt trong hai mô hình vector và raster GIS. Các đối tượng không gian trong GIS được nhóm theo ba loại đối tượng là điểm, đường và vùng. Mô hình cấu trúc dữ liệu dạng vector GIS: Trong mô hình cấu trúc dữ liệu này vị trí của đối tượng không gian được ghi nhận chính xác bằng các toạ độ x, y trong hệ toạ độ tham chiếu với hệ toạ độ dùng cho trái đất. Điểm trong mô hình vector GIS được thể hiện như một vector có độ dài bằng không (vector vô hướng), vị trí của nó được ghi nhận bằng cặp toạ độ x, y. Đường đơn giản nhất trong vector GIS là đường nối giữa hai điểm bất kỳ có toạ độ x, y khác nhau. Vị trí của đường được ghi nhận bằng hai cặp toạ độ của hai điểm đầu và cuối của đường (gọi là các nút - node). Đường có thể là cong hay gấp khúc, được tạo thành bởi nhiều đoạn thẳng nhỏ. Các đoạn thẳng nhỏ này được nối với nhau bằng các điểm trung gian (các Vertex) có toạ độ x,y được ghi nhận trong GIS. Vùng được thể hiện là các đa giác (polygon) khép kín bởi các đường. Nh­ vậy vùng là tổ hợp của các đường khép kín nên toạ độ của vùng tại ranh giới vùng chính là toạ độ của các node và các vertex nằm trong các đường hình thành lên vùng. Mô hình cấu trúc dữ liệu vector lại được chia thành hai loại cấp nhỏ hơn là: dữ liệu vector topology và dữ liệu vector spaghetti Cấu trúc dữ liệu vector GIS kiểu Spaghetti : Với kiểu cấu trúc dữ liệu này, các đối tượng không gian trong một lớp không gian không có sự liên quan với nhau về mặt hình học theo một mối quan hệ nằm kề kiểu topology. Các đối tượng điểm, đường, vùng được ghi trong cơ sở dữ liệu một cách độc lập. Điểm được thể hiện trên bản đồ trong một hệ toạ độ tham chiếu với hệ toạ độ dùng cho trái đất bằng một cặp toạ độ x, y. Đường được ghi nhận bằng bằng chuỗi các cặp toạ độ x, y của các điểm tạo thành đường.Vùng được xác định bằng chuỗi các cặp toạ độ x, y của các điểm khép kín tạo lên ranh giới của vùng. Ranh giới gữa hai vùng kề cận nhau phải ghi nhận hai lần, nghĩa là chúng không có chung ranh giới. Điều này dẫn đến việc lưu trữ dữ kiệu spaghetti phức tạp, tốn dung lượng ổ cứng máy tính. Tính chất không tương quan nằm kề nhau của các đối tượng không gian trong mô hình cấu trúc dữ liêụ vector spaghetti làm cho các chức năng phân tích không gian như phân tích ranh giới giữa hai vùng, tìm điểm trong diện.v.v..bị cản trở. Việc chồng lớp và chức năng phân tích mạng cũng rất khó khăn. Phần mềm Mapinfo GIS của tập đoàn Mapinfo, Mỹ là một đại diện cho mô hình cấu trúc dữ liệu vector spaghetti này. Tuy nhiên với tính năng dễ sử dụng, phổ biến, trình bày kết quả đầu ra đẹp, in Ên phù hợp làm cho phần mềm này vẫn được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực GIS. Cấu trúc dữ liệu vector GIS kiểu topology: Các đối tượng không gian trong một lớp không gian ở mô hình cấu trúc dữ liệu này nằm trong một mối quan hệ kiểu topology. Với đặc điểm này việc phân tích và tìm kiếm dữ liệu không gian trong GIS được thực hiện một cách thuận lợi và dễ dàng hơn. Hai vùng kề cận nhau có chung mét ranh giới với các cặp toạ độ chỉ phải ghi nhận một lần trong mô hình dữ liệu. Các điểm, đường và vùng có thể được tìm kiếm dựa vào mối quan hệ kề cận của chúng với các điểm, đường hay vùng lân cận. Phần mềm ArcInfo, ArcView là những phần mềm đại diên cho mô hình cấu trúc dữ liệu kiểu topology này. Mô hình cấu trúc dữ liệu raster GIS : Với mô hình cấu trúc dữ liệu này thế giới thực được thể hiện dưới dạng ma trận của các điểm ảnh (các ô lưới) hay còn gọi là các pixel với các hàng và các cột. Mỗi pixel đặc trưng cho một ô vuông của bề mặt trái đất. Độ phân giải của dữ liệu raster được xác định dựa vào kích thước của pixel. Nh­ vậy độ chính xác của dữ liệu phụ thuộc vào kích thước của pixel. Kích thước pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng cao, yêu cầu bộ nhớ càng lớn, nhưng thể hiện thông tin chính xác. Ngược lại kích thước pixel càng lớn thì độ phân giải càng thấp, yêu cầu bộ nhớ giảm và thể hiện thông tin kém chính xác. Mỗi pixel trong ma trận chỉ có một giá trị duy nhất, mỗi giá trị thuộc tính có thể đặc trưng cho phép đo một điểm (nh­ độ cao) hoặc phép đo vùng được chia nhỏ. Các thuộc tính cho nhiều đối tượng địa lý có thể được khái niệm nh­ nhiều lớp ảnh quét.Trong cấu trúc ảnh quét, các điểm được coi nh­ những pixel độc lập, các đường và các vùng là các pixel liên tục kề nhau. Ảnh vệ tinh là dữ liệu dạng raster, được chụp theo phương pháp chụp toàn cảnh bằng máy chụp ảnh quang học gắn trên các vệ tinh ngoài vũ trụ. Đã có nhiều thế hệ vệ tinh của nhiều quốc gia, công ty quốc tế được phóng vào không gian để thực hiện việc chụp ảnh này, nh­ là các vệ tinh Landsat (Mỹ), SPOT (Pháp), SOJZU (Nga).v.v.. Tới nay, đã có tất cả 7 vệ tinh Landsat đã được phóng vào quỹ đạo. Trong khoá luận này, tác giả sử dụng ảnh vệ tinh Landsat TM chụp từ vệ tinh Landsat 5. Ảnh Landsat TM quét đa phổ được chia thành 7 kênh (band) dùa theo độ lớn của bước sóng ánh sáng trong giải quang phổ. Trong mỗi kênh, các đối tượng thể hiện các đặc trưng bức xạ, phản xạ hay hấp thụ ánh sáng khác nhau. Điều này giúp cho việc lựa chọn những kênh phù hợp để tạo lên một ảnh tổ hợp màu theo những mục đích khác nhau. Ảnh tổ hợp màu Landsat TM thường được tạo ra với ba kênh khác nhau trong các lớp màu đỏ, xanh lam và xanh da trời (red-green-blue). 2.2.3. Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động các nhân tố môi trường Công cụ viễn thám và GIS với các phần mềm có các chức năng phân tích, xử lý dữ liệu mạnh ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong những năm gần đây, GIS được sử dụng nh­ một công cụ đắc lực trong công tác nghiên cứu, quản lý, khai thác cũng nh­ bảo vệ môi trường. Các bản đồ quy hoạch, bản đồ xói mòn đất tiềm năng, bản đồ hiện trang rừng, hiện trạng giao thông.v.v. có thể được thành lập bằng công cụ GIS. Đối với việc nghiên cứu vùng duyên hải nói chung và nghiên cứu đất ngập nước nói riêng, công cụ GIS cũng được áp dụng, tuy chưa nhiều nhưng đã mang lại những hiệu quả đáng kể. Từ năm 1995, GIS đã được một số tác giả thuộc Viện Địa lý ứng dụng để đánh giá tài nguyên ven đồng bằng sông Hồng. Năm 1996 tác giả Nguyễn Hoàn, Vũ Văn Phái và những người khác đã tiến hành nghiên cứu biến đổi địa hình và quá trình hình thành các cồn bãi ở khu vực cửa sông Hồng, trong đó sử dụng GIS như một trong các phương pháp nghiên cứu chính để phân tích ảnh vệ tinh, phân tích số liệu địa hình thuộc nhiều giai đoạn khác nhau để xác định biến động sử dụng đất và tài nguyên theo không gian và thời gian . Có thể nói việc kết hợp nghiên cứu tư liêu lịch sử, nghiên cứu, phỏng vấn thực địa với ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá, phân tích và dự báo biến động các yếu tố môi trường làm cho kết quả đạt được chính xác hơn, nhanh hơn và cập nhật hơn. CHƯƠNG 3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Các bước tiến hành 3.1.1. Thu thập số liệu Các loại dữ liệu khác nhau được thu thập trong quá trình thực hiện đề tài được phân chia như sau: a. Số liệu không gian: - Ảnh vệ tinh Landsat TM tổ hợp màu 3 kênh 4, 3, 2 khu vực cửa sông Ba lạt chụp ngày 01 tháng 07 năm 1992, độ phân giải không gian 30x30m ( Do Phòng sinh thái cảnh quan – Viện Địa lý cung cấp ) - Ảnh vệ tinh Landsat TM tổ hợp màu 3 kênh 4, 3, 2 khu vực cửa sông Ba lạt chụp ngày 08 tháng 05 năm 2001, độ phân giải không gian 30x30 m ( Do Phòng Kỹ thuật viễn thám và GIS – Viện điều tra và quy hoạch rừng cung cấp ) b. Số liệu phi không gian: Đây là loại số liệu thuộc tính của khu vực cũng nh­ của đối tượng nghiên cứu. Các báo cáo, văn bản, luận văn, tạp chí khoa học.. có liên quan tới vùng nghiên cứu được tham khảo để hình thành lên cái nhìn tổng quan về khu vực nghiên cứu. Đó là các loại số liệu sau: - Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu - Điều kiện kinh tế xã hội của khu vực - Số liệu về tình hình khai thác và sử dụng tài nguyên môi trường khu vực cửa sông Hồng Các loại số liệu trên là dữ liệu đầu vào cho Hệ thông tin địa lý. Những dữ liệu này được nhập vào máy tính, trở thành cơ sở dữ liệu để các phần mềm GIS có thể thực hiện được các chức năng phân tích, tính toán. 3.1.2. Nhập dữ liệu Xây dựng chìa khoá giải đoán Bảng 3.1 : Chìa khoá giải đoán các đối tượng trên ảnh vệ tinh Stt Đối tượng Chìa khoá giải đoán trên ảnh 1 Biển Màu xanh đậm, tông ảnh sẫm, hoa văn mịn, chiếm vùng rộng lớn trong ảnh 2 Sông, kênh mương Màu xanh vừa, tông ảnh sẫm đến sáng, hoa văn mịn, cấu trúc dải, thường cắt qua đồng bằng 3 Rừng ngập mặn (RNM) Màu đỏ tươi đến đỏ nhạt, tông ảnh sáng vừa, cấu trúc bất định, vị trí thường ở trên các cồn cát hay các bãi bồi phía ngoài đê 4 Khu nuôi trồng thuỷ sản (KNTTS) Màu xanh đậm đến nhạt, hoa văn mịn, cấu trúc dạng mảnh hay thửa có bờ bao quanh 5 KNTTS + RNM Sù xen kẽ của hai đối tượng, hoa văn chấm thô 6 Đất trống Màu trắng (cát bồi) hoặc xám (cát và phù sa). Tông ảnh sáng hoặc sẫm, hoa văn mịn. 7 Bãi bùn, cát ngập triều Màu trắng đục hơi đậm,hoặc đen xám hoa văn mịn, tông ảnh sáng vừa đến xám, hình dạng không cố định 8 Đường, đê sông và đê biển Màu đỏ, nâu hoặc trắng. Cấu trúc dạng dải kéo dài chạy dọc theo ranh giới giữa nước và bờ 9 Khu dân cư Màu trắng đốm đỏ, hoa văn chấm đốm, tôn ảnh sáng Cả hai ảnh vệ tinh về khu vực nghiên cứu ở hai thời kỳ (1992 và 2001) đều là ảnh Landsat TM tổ hợp màu giả được tổ hợp từ ba kênh 4(Red), 3(Green) và 2(Blue), đã qua các thao tác xử lý cơ bản và chọn kênh (band) để giảm tới mức thấp nhất ảnh hưởng của mây và phù sa tới sự thể hiện của các đối tượng trên ảnh. Màu của các đối tượng thể hiện trong ảnh là màu giả. Dựa trên các đặc điểm về bức xạ như tông ảnh, cấp độ xám, cấu trúc ảnh, và các yếu tố địa kỹ thuật mà đối tượng thể hiện trong ảnh tác giả đã xây dựng chìa khoá giải đoán cho các đối tượng trong ảnh khu vực nghiên cứu ở cả hai thời kỳ như bảng 3.1 Ngoài ra, một số đối tượng đặc biệt không thể giải đoán được từ ảnh thì sau quá trình thực địa sẽ bổ xung vào phần kết quả nghiên cứu trong các bản đồ hiện trạng. Số hoá các đối tượng nghiên cứu Công việc này được thực hiện chủ yếu bằng phần mềm Mapinfo. Trước hết là gán cho ảnh vùng nghiên cứu các điểm toạ độ khống chế, sau đó dựa trên chìa khóa giải đoán đã được xây dựng để số hoá các đối tượng không gian trong ảnh, lập lên bản đồ vector hiện trạng sử dụng đất ở khu vực nghiên cứu trong hai thời kỳ 1992 và 2001. Trong quá trình số hoá, các dữ liệu thuộc tính liên quan như diện tích, chu vi của đối tượng vùng, độ dài của đối tượng đường.. được tính toán tự động bằng máy và liên kết với các đối tượng. Đồng thời các đối tượng không gian được phân loại và gán cho mã số riêng (ID). Chỉ số ID là một trường đặc biệt của lớp (layer) thông tin trong Mapinfo còng nh­ trong các phần mềm GIS khác. Nó được dùng để liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian cùng loại với nhau 3.1.3. Chồng lớp và phân tích dữ liệu Các đối tượng không gian trong hai ảnh của vùng nghiên cứu ở hai thời kỳ khác nhau sau khi được số hoá và gán thông tin thuộc tính thì được chuyển sang phần mềm Arcview để xử lý. Phần mềm GIS Arcview với khả năng phân tích không gian (spatial analys) mạnh và chức năng chồng lớp (overlayers) sẽ đưa ra được kết quả biến động sử dụng đất giữa hai thời điểm 1992 và 2001: - Các lớp thông tin không gian về các đối tượng trong vùng nghiên cứu ở hai thời kỳ được chồng lên nhau bằng chức năng overlay để tìm ra quy luật biến đổi các đối tượng không gian này sang đối tượng không gian khác giữa hai thời kỳ. - So sánh các số liệu thuộc tính nh­ diện tích, tên, ID của các đối tượng không gian tại hai thời điểm 1992 và 2001. Thành lập bảng số liệu biến đổi và các bản đồ biểu thị sự biến động. 3.2. Kết quả nghiên cứu 3.2.1. Hiện trạng sử dụng đất khu vực cửa Balạt sông Hồng năm 1992 Để thành lập được bản đồ hiên trạng sử dụng đất khu vực cửa sông Hồng năm 1992, ngoài việc số hoá, giải đoán ảnh vệ tinh năm 1992 tác giả còn kết hợp thực địa, phỏng vấn để kiểm chứng lại kết quả giải đoán. Kết quả tính toán được thể hiện trong Bảng 3.2 Sự phân bố không gian của các đối tượng trong vùng nghiên cứu được thể hiện trong Hình 3.1 . Ở thời điểm này Cồn Lu , cồn Ngạn , cồn Thủ, cồn Vành đã hình thành rõ rệt. Hệ sinh thái rừng ngập mặn phát triển mạnh. Quá trình bồi tụ chiếm ưu thế với xu hướng lấn biển. Hiện trạng sử dụng đất khu vực cửa Balạt sông Hồng năm 2001 Bảng 3.2 thể hiện số liệu tính toán về diện tích của các đối tượng không gian trong khu vực nghiên cứu tại thời điểm năm 2001. Sự phân bố không gian của các đối tượng được thể hiện trong hình 3.2. Việc thành lập bản đồ hiện trạng này cũng được thực hiện nh­ đối với bản đồ hiện trạng năm 1992. Biến động sử dụng đất khu vực nghiên cứu giữa hai thời điểm 1992 và 2001 Trong giai đoạn này có rất nhiều tác động của con người tới khu vực nghiên cứu. Những dự án phát triển kinh tế xã hội (quay đê lấn biển, đắp đập nuôi trồng thuỷ sản, trồng rừng ngập mặn...) đã làm thay đổi rất nhiều về loại hình sử dụng của các đối tượng không gian. Đó có thể là sự chuyển đổi từ rừng ngập mặn thành đầm nuôi trồng thuỷ sản hay từ bãi bồi, bùn trống thành rừng.v.v Tác động của các quá trình tự nhiên như bồi lắng phù sa, tương tác sông biển, dòng chảy, thuỷ triều..làm tăng một diện tích lớn các bãi bồi trong khu vực nghiên cứu. Trên đó có thể đã có sự bắt đầu phát triển của cây ngập mặn hoặc vẫn còn là bãi bồi. Bằng thao tác chồng hai lớp bản đồ hiện trạng sử dụng đất ngập nước khu vực nghiên cứu tại hai thời điểm 1992 và 2001, cùng với khả năng phân tích quan hệ không gian giữa các đối tượng trên bản đồ của phần mềm GIS Arcview, sự biến động sử dụng đất ngập nước đã được tính toán và tổng hợp lại như trong Bảng 3.2 Hai lớp bản đồ sau khi chồng với nhau sẽ cho ra một lớp bản đồ mới. Lớp bản đồ này bao gồm các đối tượng mới, được tạo thành do sự chồng lớp và cắt nhau của các đối tượng trong hai lớp bản đồ đầu vào. Các đối tượng mới trên giữ nguyên các dữ liệu thuộc tính của các lớp đối tượng thuộc cả hai lớp bản đồ đầu vào. Để biết được diện tích của các đối tượng mới này thì cần phải thực hiện lại các thao tác kỹ thuật để Mapinfo tính toán tự động. Trong bản đồ hiện trạng của mỗi thời kỳ có nhiều đối tượng khác nhau. Thao tác tách đối tượng và chồng lớp được thực hiện. Kết quả của thao tác này cũng là một lớp đối tượng mới với các thông tin thuộc tính cho ta biết được nhanh và rõ ràng sự biến đổi của từng đối tượng giữa hai thời kỳ Kết quả tính toán và thực địa cho thấy, ở giai đoạn này đối tượng Rừng ngập mặn có biến đổi tăng lớn nhất (+934,38 ha). Một diện tích khá lớn rừng ngập mặn bị bao bờ, biến thành khu nuôi trồng thuỷ sản hoặc biến đổi theo các mục đích sử dụng khác. Tuy nhiên có rất nhiều dự án trồng rừng đã được thực thi tại khu vực này. Do đó diện tích rừng vẫn tăng. Sự biến đổi từ rừng ngập mặn sang các đối tượng khác trong giai đoạn 1992–2001 được thể hiện trong Hình 3.3. Bảng 3.3 biểu hiện chi tiết của sự biến đổi trên. Mặt khác, diện tích rừng trồng trong giai đoạn này cũng tăng lên. Sự biến đổi từ các đối tượng khác năm 1992 thành rừng ngập mặn năm 2001 được thể hiện trong Bảng 3.4. Bãi bồi ngập triều là đối tượng có diện tích lớn nhất trong phạm vi nghiên cứu. Sự biến đổi của nó trong giai đoạn này là biến đổi tăng mà nguyên nhân chủ yếu là do quá trình bồi tụ mạnh mẽ các vật liệu cát, bùn hoặc phù sa từ sông Hồng. Sự biến đổi từ bãi bồi ngập triều thành các đối tượng khác giữa hai thời điểm 1992 và 2001 được thể hiện trong Hình 3.4. Số liệu chi tiết của sự biến đổi này được biểu thị trong bảng 3.5. Các khu NTTS và Rừng ngập mặn + NTTS nói chung không bị mất đi trong giai đoạn này mà chỉ có tăng với một diện tích đáng kể. Hình 3.5 và Bảng 3.8 thể hiện sự biến đổi từ các đối tượng khác nhau năm 1992 thành các Khu NTTS và Rừng ngập mặn + NTTS năm 2001. Đối tượng thuỷ văn trong nghiên cứu này bao gồm các loại nh­ biển, sông, kênh mương và các lạch triều. Sự biến động chi tiết của các đối tượng này được thể hiện trong bảng 3.7. Diện tích biến đổi trung bình của các đối tượng thuỷ văn giảm (Bảng 3.2 ). Trong khoảng thời gian nghiên cứu (1992-2001) các vùng trồng cói năm 1992 (633,08 ha) đã bị biến đổi hoàn toàn thành các đối tượng khác nhau năm 2001. Sự biến đổi này được thể hiện trong bảng 3.6 . Hiện tượng xói lở đã xảy ra ở phía bờ hướng sóng tại một số đoạn trên cồn Lu, cồn Vành và cồn Thủ. Đây là nguyên nhân làm mất đi một diện tích nhỏ rừng ngập mặn và bãi bồi ngập triều trên cồn Lu và cồn Vành. So sánh định tính với số liệu của tài liệu [8] thì kết quả này là hợp lý này là tương đối chính xác. Theo tài liệu trên thì tốc độ biển lấn tại một vài điểm trên cồn Vành, cồn Thủ và cồn Lu là khoảng 30m/năm. Nh­ vậy trong giai đoạn này tổng diện tích quỹ đất trong giới hạn nghiên cứu đã được tăng lên một giá trị bằng với giá trị biến đổi của các đối tượng thuỷ văn (3957,22 ha). Bảng 3.2 : Diện tích và biến động diện tích của các đối tượng không gian trong vùng nghiên cứu giữa hai thời điểm 1992 và 2001 STT Đối tượng ID Diện tích (ha) Biến đổi (ha) % biến đổi Năm 1992 Năm 2001 1 Rừng ngập mặn 1 726,03 1660,41 + 934,38 +128,70 2 Rừng phi lao 2 120,07 229,21 + 109,14 +90,83 3 Rừng ngập mặn + NTTS 3 1589,01 2161,58 + 572,57 +36,03 4 Khu NTTS (nuôi trồng thuỷ sản) 4 594,15 1488,28 + 894,13 +150,50 5 Đất cát trống 5 390,09 900,38 + 500,38 +128,27 6 Cây ngập mặn + cỏ 6 529,89 327,01 - 202,88 -38,29 7 Bãi bồi ngập triều 7 4176,70 5619,87 + 1443,17 +34,55 8 Vùng cãi 8 633,08 00,00 - 633,08 -100,00 9 Thủy văn (Biển, sông, kênh mương, lạch triều) 9 13255,66 9298,44 -3957,22 -2,98 10 Đường, đê sông, đê biển 10 - - - - --------- ---------- -------- 11 Dân cư 11 116,36 129,94 +13,58 +11,67 12 Vùng trong đê (không nghiên cứu biến động diện tích) 12 15778,65 157,7865 00,00 00,00 13 Dân cư + Đồng lúa 13 00,00 299,59 +299,59 +100,00 Bảng 3.3 : Sự biến đổi của đối tượng rừng ngập mặn năm 1992 thành các đối tượng khác năm 2001. STT Đối Tượng_2001 ID_1992 ID_2001 Diện tích_2001 (ha) So sánh với năm 92 (%) 1 Rừng ngập mặn * 1 1 501,279 69,04 2 Rừng Phi lao 1 2 8,376 1,15 3 Rừng ngập mặn+NTTS 1 3 187,745 25,86 4 Đất cát trống 1 5 5,508 0,76 5 Bãi bồi ngập triều 1 7 7,463 1,02 7 Thuỷ văn 1 9 15,658 2,16 8 Tổng DT RNM-1992 1 -- 726.03 100,00 Ghi chú: * là phần rừng ngập mặn không thay đổi giữa hai thời điểm. Bảng 3.4 : Một số đối tượng năm 1992 biến đổi thành Rừng ngập mặn năm 2001 Stt Đối Tượng_92 ID_1992 ID_2001 Diện tích (ha) So sánh với năm 2001 (%) 1 Rừng ngập mặn* 1 1 501,279 30,19 2 Cây ngập mặn + cỏ 6 1 41.750 2,51 3 Bãi bồi ngập triều 7 1 929,568 55,98 4 Thuỷ văn 9 1 180,864 10,89 5 Tổng RNM 2001 -- 1 1660.41 100,00 Ghi chú: * là phần rừng ngập mặn không thay đổi giữa hai thời điểm Bảng 3.5 : Sự biến đổi của đối tượng bãi bồi ngập triều năm 1992 thành các đối tượng khác năm 2001 Stt Đối Tượng năm 2001 ID_1992 ID_2001 Diện tích_2001 (ha) So sánh với năm 1992 (%) 1 Rừng ngập mặn 7 1 929,568 22,26 2 Rừng phi lao 7 2 55,933 1,34 3 Rừng ngập mặn+NTTS 7 3 180,21 4,31 4 Khu NTTS 7 4 353,766 8,47 5 Đất cát trống 7 5 456,367 10,93 6 Cây NM+Thân cỏ 7 6 165,264 3,96 7 Bãi bồi ngập triều * 7 7 1505,782 36,05 8 Thuỷ văn 7 9 529,60 12,66 9 Tổng DT bãi bồi 1992 7 -- 4176,70 100,00 Ghi chú: * là phần bãi bồi ngập triều không thay đổi giữa hai thời điểm. Bảng 3.6 : Sự biến đổi của Vùng cói năm 1992 thành các loại khác năm 2001 Stt Đối tượng năm 2001 ID_1992 ID_2001 Diện tích_2001 (ha) So sánh với năm 1992 (%) 1 Khu NTTS 8 4 293,424 46,35 2 Dân cư 8 11 013,319 2,10 3 Dân cư + Đồng lúa 8 13 326,317 51,54 4 Tổng dt vùng cói-1992 8 -- 633,08 100,00 Bảng 3.7: Sự biến đổi của các đối tượng thuỷ văn năm 1992 thành các đối tượng khác năm 2001 Stt Đối tượng năm 2001 ID_1992 ID_2001 Diện tích_2001 (ha) Tỷ lệ % 1 Khu NTTS 9 4 53,882 0,41 2 Rừng ngập mặn+ NTTS 9 43.143 0.33 3 Đất cát trống 9 5 284,279 2,14 4 Cây ngập mặn + cỏ 9 6 73,038 0,55 5 Bãi bồi ngập triều 9 7 4058,359 30,61 6 Rừng Phi lao 9 2 2,786 0,0002 7 Rừng ngập mặn 9 1 180,864 1,36 8 Thuỷ văn * 9 9 8472,467 63.92 9 Tổng DT thuỷ văn-1992 9 -- 13255,66 100,00 Ghi chú: * là phần diện tích của đối tượng thuỷ văn không thay đổi giữa hai thời điểm. Bảng 3.8 : Sự biến đổi của một số đối tượng năm 1992 thành Khu NTTS (ID =4) và Khu Rừng ngập mặn + NTTS năm 2001 (ID =3) Stt Đối tượng năm 1992 ID_1992 ID_2001 Diện tích_2001 (ha) So sánh với năm 1992 (%) 1 Khu NTTS * 4 4 594,15 -- 2 Bãi bồi ngập triều 7 3 180,21 -- 3 Bãi bồi ngập triều 7 4 353,766 -- 4 Rừng ngập mặn 1 3 187,745 -- 5 Rừng ngập mặn+NTTS * 3 3 1589,01 -- 6 Thuỷ văn 9 4 53,882 -- 7 Thuỷ văn 9 3 43,143 -- 8 Vùng cãi 8 4 293,424 -- 9 Cây ngập mặn + cỏ 6 4 185,567 -- 10 Cây ngập mặn + cỏ 6 3 16,968 -- Ghi chú : * là các đối tượng không biến đổi giữa hai thời điểm. 3.2.4. Các nguyên nhân chính gây biến động tài nguyên đất khu vực cửa sông Hồng. Sự biến động diện tích tài nguyên đất khu vực nghiên cứu nh­ trên xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau. Có thể chia các nguyên nhân đó thành nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân do các hoạt động của con người. Nguyên nhân tự nhiên Cửa sông Hồng thuộc vùng châu thổ delta nên cũng chịu những tác động theo quy luật phát triển tự nhiên của khu vực này. Đó là quá trình bồi tụ xảy ra mạnh mẽ. Dấu hiệu của sự bồi tụ được ghi nhận bởi các giông cát (tàn dư của các cồn chắn cửa sông). Các thế hệ giồng cát và đê biển là bằng chứng của đường bờ cổ trong quá trình bồi tụ mở rộng quỹ đất ven biển_đây chính là nguyên nhân kiến lập lên đồng bằng sông Hồng nói chung và châu thổ vùng cửa sông Ba lạt nói riêng [3]. Trong những năm gần đây, cùng với sự biến đổi khí hậu toàn cầu mực nước dại dương thế giới nói chung và mực nước biển khu vực nghiên cứu nói riêng có hiện tượng tăng dần. Tuy nhiên tại khu vực nghiên cứu do quá trình bồi tụ lấn biển xảy ra mạnh mẽ, đường bờ vẫn có xu thế chung là tiến ra biển. Phù sa được chuyển tải ra biển qua hệ thống sông Hồng với một lưu lượng lớn cùng với quá trình động lực sông-biển có xu thế sông thắng biển là hai yếu tố quan trọng quyết định tới quá trình bồi tụ lấn biển tại khu vực cửa sông này. Các cồn cát nh­ cồn Lu, cồn Ngạn, cồn Vành, cồn Thủ đã được hình thành từ trước thời điểm 1992 là kết quả của các quá trình tự nhiên tuân theo quy luật tiến hoá tự nhiên của vùng đồng bằng châu thổ. Vào đầu những năm 90 đánh dấu sự xuất hiện của cồn Xanh (cồn Mờ), nổi lên trên mặt nước. Đồng thời một hệ thống các bãi bồi ngập nước đang hình thành và nổi dần lên thành cồn cát theo hình rẻ quạt đối xứng, phía ngoài biển (Hình3.2) Tác động của con người tới biến động tài nguyên đất. Mặc dù khu dân cư và đất nông nghiệp không thuộc giới hạn nghiên cứu nhưng cùng với sự gia tăng dân số thì nhu cầu khai thác tài nguyên cũng tăng lên, đặc biệt là tài nguyên ven biển. Điều này ảnh hưởng mạnh đến môi trường khu vực nghiên cứu, như : tác động của các dự án phát triển kinh tế biển, mở rộng diện tích đất nông nghiệp, mở rộng diện tích khu nuôi trồng thuỷ sản. Vào giữa những năm 80 các dự án khai thác ven biển đã được xây dựng và tiến hành tại khu vực cửa sông này. Phần lớn rừng ngập mặn trên cồn Ngạn và cồn Vành đã bị bao lại hoặc phá quang thành các khu nuôi trồng thuỷ sản Các hoạt động sống và sản xuất của con người trong vùng đệm của khu vực nghiên cứu đã ảnh hưởng rất lớn tới sự biến đổi các loại tài nguyên môi trường nói chung và tài nguyên đất ngập nước nói riêng. Đây có thể được coi là nguyên nhân chính của sự biến đổi chức năng sử dụng đất trong vùng nghiên cứu. Trước thời điểm 1992 khoảng 3 năm (năm 1989) với Hệ sinh thái đất ngập nước phát triển đa dạng và phong phú, phần cửa sông bên phía Giao Thuỷ đã được công nhận là khu bảo tồn thiên nhiên đất ngập nước theo công ước quốc tế Ramsar. Việc này ảnh hưởng lớn, tích cực đối với môi trường vùng nghiên cứu. Một loạt các dự án trồng rừng ngập mặn đã được một số quốc gia và tổ chức quốc tế tài trợ thực hiện. Ví dụ nh­ chương trình trồng rừng trang năm 1996 do Đan Mạch tài trợ đã biến khu vực bãi giữa cuối cồn Ngạn và cồn Lu thành rừng trồng (mặc dù số lượng cây sống không nhiều). Năm 1996, dự án phát triển kinh tế xã hội vùng đệm Khu bảo tồn đất ngập nước Tiền Hải, Thái Bình do UBND huyện Tiền Hải xây dựng và tiến hành, trong đó có các hạng mục như : Phát triển kinh tế nông _lâm nghiệp, Hỗ trợ xây dựng cơ sở hạ tầng, Hỗ trợ phát triển văn hoá xã hội, giáo dục, tuyên truyền các kiến thức về khai thác tài nguyên và bảo vệ môi trường. Việc này đã có những tác động to lớn tới sự biến đổi của tài nguyên đất ngập nước trong khu vực. Đó là sự gia tăng diện tích các khu nuôi trồng thuỷ sản, tăng diện tích rừng trồng lấn bãi bồi..v.v. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dựa trên kết quả nghiên cứu và sự phân tích các nguyên nhân cơ bản của sự biến đổi diện tích sử dụng đất, một số kết luận và kiến nghị được đưa ra như sau : Kết luận : - Tổng diện tích đất ngập nước của vùng nghiên cứu trong khoảng thời gian từ năm 1992 đến 2001 tăng là 3957,22 ha. Sự tăng này do các quá trình tự nhiên gây ra là chủ yếu. Đó là sự di chuyển và lắng đọng các vật liệu bồi tụ nh­ bùn, cát, phù sa có nguồn gốc chính từ sông Hồng. - Đối tượng tăng nhiều nhất là rừng ngập mặn tăng 934,38 ha. Các khu NTTS và khu Rừng ngập mặn + NTTS tăng 1466,70 ha. Đối tượng giảm nhiều nhất là thuỷ văn với 3957,22 ha . Đối tượng bị biến đổi hoàn toàn là vùng trồng cói (- 633,08 ha). - Sự biến đổi về loại hình sử dụng đất xảy ra với cường độ khá mạnh, phụ thuộc chủ yếu vào các hoạt động của con người trong khu vực. Sự biến đổi này theo chiều hướng tăng cùng với các chính sách và mức độ đầu tư các dự án phát triển kinh tế xã hội, phát triển lâm - ngư nghiệp trong vùng. Kiến nghị: - Hệ sinh thái đất ngập nước cửa sông Hồng là một khu vực có tiềm năng kinh tế biển lớn. Nhưng rất nhạy cảm và dễ bị biến đổi dưới tác động của các yếu tố tự nhiên cũng nh­ nhân sinh. Do vậy, các chính sách và dự án về quản lý và khai thác tài nguyên vùng đất ngập nước ven biển này cần phải chú ý tới tính nhạy cảm của hệ sinh thái đất ngập nước cửa sông, đặc biệt đây lại là trạm dừng chân quốc tế quan trọng của nhiều loài chim nước di cư. - Cần tiến hành nhiều hơn các chương trình tuyên truyền và giáo dục môi trường tại vùng đệm của khu vực nghiên cứu. Mục đích của việc này là nhằm nâng cao nhận thức của dân cư trong khu vực về giá trị cũng như đặc điểm của tài nguyên đất ngập nước trong khu vực mà họ đang sống và khai thác tài nguyên. Từ đó có thể khai thác hiệu quả và bền vững tài nguyên, tránh được những biến động môi trường theo chiều hướng xấu, ảnh hưởng tiêu cực tới sức khoẻ cũng như hoạt động sản xuất của con người. - Phương pháp Viễn thám và Hệ thông tin địa lý_GIS là một công cụ hữu hiệu, đáng tin cậy trong việc nghiên cứu các yếu tố môi trường nói chung và nghiên cứu biến động diện tích tài nguyên đất nói riêng. Kết quả thu được từ tính toán trên máy tính cần phải được kiểm tra bằng phương pháp khảo sát thực địa để có được những kết quả tốt nhất. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất ngập nước của khu vực này được thành lập bằng công cụ Viễn Thám và GIS có thể giúp cho các nhà quản lý môi trường thực hiện các công việc tốt hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Đài (1999). Giáo trình Hệ thông tin địa lý, Trường ĐH Khoa học tự nhiên Hà Nội. Bùi Thị Điệp (2000). Ứng dụng Hệ thông tin địa lý (GIS) trong nghiên cứu biến động sử dụng đất ở khu vực ven biển phía nam cửa Ba Lạt. Luận văn Thạc sỹ khoa học, Trường ĐH Khoa học tự nhiên Hà Nội. Đặng Kim Khánh (2001). Phân tích đa dạng của hệ thực vật ven biển Tiền Hải Thái Bình. Luận văn Thạc sỹ khoa học, Trường ĐH KHTN Hà Nội. Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Đình Hoè và những người khác (1997). Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên và môi trường. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Ban quản lý khu bảo tồn thiên nhiên đất ngập nước Giao Thuû, Nam Định (2000). Đánh giá môi trường và kết quả 10 năm thực hiện công ước Ramsar ở KBTTN ĐNN Giao Thuû, Nam Định. Cục Môi Trường, Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường (2000). Tạp chí Bảo vệ môi trường, số 2 năm 2000, trang 12 - 15. Trung tâm nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc Gia Hà Nội (2001). Đánh giá biến động tài nguyên Khu bảo tồn thiên nhiên đất ngập nước Giao Thuỷ kể từ khi vùng đất ngập nước này được khoanh định thành khu Ramsar. Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc Gia,Viện Địa lý (1997). Báo cáo tóm tắt kết quả nghiên cứu của đề tài: Khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường các bãi bồi ven biển cửa sông tỉnh Thái Bình. Ủy ban nhân dân huyện Tiền Hải, Thái Bình (1996). Dự án phát triển kinh tế xã hội vùng đệm khu bảo tồn thiên nhiên Tiền Hải, Thái Bình. Paul A. Longley and Michael F. Goodchild (1997). Geographical Information systems,John Wiley & sons Ex. Thomas. M Lilleran and Ralphw Kiefer (1994). Remote sensing and Image Intergration_Third edition. John Wiley & sons Ex Environmental Systems Research institute (ESRI), Inc, USA Getting to know Arcview GIS_the geographic information system (GIS) for everyone (1996) Arcview spatial analys (1996)