Báo cáo " ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM XÂY DỰNG BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG QUỸ ĐẤT LÚA DO TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU GIAI ĐOẠN 2000 – 2010: TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI 3 XÃ THUỘC HUYỆN PHÚ VANG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ " doc

ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM XÂY DỰNG BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG QUỸ ĐẤT LÚA DO TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU GIAI ĐOẠN 2000 – 2010: TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI 3 XÃ THUỘC HUYỆN PHÚ VANG, TỈNH THỪA TH

ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM XÂY DỰNG BẢN ĐỒ

BIẾN ĐỘNG QUỸ ĐẤT LÚA DO TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU GIAI ĐOẠN 2000 – 2010: TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI 3 XÃ THUỘC HUYỆN PHÚ VANG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

Phạm Gia Tùng, Huỳnh Văn Chương, Phạm Hữu Tỵ Khoa Tài nguyên Đất & MTNN – Trường Đại học Nông lâm Huế

Email: phamgiatung1983@gmail.com

Abstract: Climate change is happening on all fiercely territorial; affect many areas of

production and life of humans For an agricultural economy in which rice have an important role, the impact of climate change is very large impact not only on productivity; plant variety

but also the dominant loss farmland This study was conducted in Phu An, Phu My and Thuan

An Town, Phu Vang district, Thua Thien Hue province has shown that using Landsat satellite imagery and GIS technology to build the kind of map changes in land for use objective results

that can be used as a tool to test for the control field mapping of land use status According to

research, from 2000 to 2010 within three communes had 57.6 ha of rice due to be affected by climate change should be transferred to aquaculture By 2050 and 2100, when sea level rise scenario average is 30 cm and 75 cm in three communes will be lost in turn is 161.51 ha and

527.51 ha of paddy land

Keywords: Climate change, GIS, Remote sensing, Paddy land

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Biến đổi khí hậu ngày càng diễn ra gay gắt trên mọi phạm vi; ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều lĩnh vực đời sống của con người; trong đó sản xuất nông nghiệp là một trong những lĩnh vực chịu nhiều rủi ro rất do đặc thù của phương thức và tư liệu sản xuất Một nghiên cứu (Lê Anh Tuấn; 2011) cho thấy đến khoảng giữa thế kỷ 21; năng suất lúa gạo vùng Đồng bằng Sông Cửu Long sẽ giảm 50% và khoảng 50 diện tích đất canh tác sẽ bị nhiễm mặn, không thể sản xuất được; đe dọa trực tiếp đến an ninh lương thực Trong khi đó sản xuất lúa là một trong những hoạt động sản xuất cơ bản, chính vì vậy quy mô, diện tích quỹ đất lúa đặc biệt quan trọng đối với người dân cũng như nền kinh tế.[3]

Tốc độ gia tăng của mực nước biển trung bình khoảng 3mm/năm trong thời gian từ năm

1993 – 2008 (MONRE;2009) trong đó các tỉnh duyên hải miền Trung Việt Nam, với đặc điểm địa hình bị chia cắt mạnh, diện tích đất canh tác ít nên sự ảnh hưởng của biến đổi khí hậu là rất lớn; tác động trực tiếp đến cuộc sống của người dân cũng như sự phát triển bền vững.[1] Nghiên cứu biến đổi khí hậu được thực hiện từ cấp vĩ mô đến vi mô; từ cấp quốc gia đến cấp cơ sở với nhiều phương pháp khác nhau, tại Ajecbaijan (M.Mamedova; 2000) đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat và phần mềm ArcView 3.2 để mô hình hóa sự thay đổi của mực nước biển ảnh hưởng đến đất sản xuất nông nghiệp tại vùng đồng bằng sông Kura từ năm

1982 đến năm 1998 [6] Đối với cấp tỉnh; (Báo Văn Tuy; 2011) đã xây dựng được viễn cảnh ảnh hưởng của mực nước biển dâng đến tài nguyên đất; lâm nghiệp cho Tỉnh Bến Tre tại các thời điểm khác nhau trong tương lai [5] Đối với cấp xã, có các nghiên cứu về ứng phó và kinh nghiệm của người dân (Võ Chí Tiến và nnk; 2011) [4], lồng ghép rủi ro (Nguyễn Văn Thành và nnk, 2011) [2] Các nghiên cứu này đã làm rõ được những vấn đề như: tác động

của biến đổi khí hậu đến cuộc sống của người dân; sự thay đổi phương thức sản xuất của người dân trong bối cảnh biến đổi khí hậu Trong khi đó, một vấn đề quan trọng đối với chính quyền địa phương và người dân đó là việc trả lời cho câu hỏi; vùng nào sẽ bị ảnh hưởng

và mức độ ảnh hưởng như thế nào?

Một trong những phương pháp được nhiều nghiên cứu sử dụng là sử dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS để phân tích, đánh giá và xây dựng các loại dữ liệu không gian có liên quan đến biến đổi khí hậu do các đặc điểm ghi nhận sự vật trung thực, khách quan của ảnh viễn thám và khả năng quản lý dữ liệu mềm dẻo của GIS

2 MÔ TẢ VÙNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu này được thực hiện tại các xã Phú An, Phú Mỹ và Thị trấn Thuận An với tổng diện tích của các xã trong vùng nghiên cứu là 3.994,80 ha; trong đó đất nông nghiệp là 1.436,87 ha; diện tích đất phi nông nghiệp lớn do trong nhóm đất này có đất mặt nước chuyên dùng

Hình 1: Sơ đồ vùng nghiên cứu

Tổng diện tích đất trồng lúa năm 2010 của 3 xã là 794,28 ha; trong đó 58,1% là đất chuyên trồng lúa (lúa 2 vụ), còn lại là đất trồng lúa 1 vụ Đặc biệt; diện tích trồng lúa 1 vụ ở các xã có sự khác biệt rất lớn; do đặc điểm vị trí địa lý Xã Phú An và Thị Trấn Thuận An giáp với biển và đầm phá nên chủ yếu là lúa 1 vụ do thường bị nhiễm mặn và khô hạn vào vụ

hè thu Năng suất lúa năm 2009 tại các xã trong vùng nghiên cứu thấp hơn so với năng suất trung bình chung của toàn huyện

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu được thực hiện dựa trên cơ sở sử dụng tổng hợp nhiều phương pháp bao gồm:

3.1 Phương pháp sử dụng GIS và viễn thám

Sử dụng phần mềm giải đoán ảnh Envi 4.5 để giải đoán ảnh Landsat tại các năm 2000

và năm 2010; chuyển dữ liệu giải đoán về dạng vector và sử dụng Mapinfo 10.0 để xây dựng các loại bản đồ khác nhau

3.2 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

Tiến hành thu thập các tài liệu tại Phòng Tài nguyên môi trường; Phòng Nông nghiệp

phát triển nông thôn; Ủy ban nhân dân các cấp để tìm hiểu về tình hình biến động mục đích sử dụng đất, tình hình sản xuất lúa, các số liệu về thời tiết

3.3 Phương pháp phỏng vấn, thực địa và thảo luận nhóm

Phương pháp này được tiến hành nhằm tìm hiểu về các biểu hiện của biến đổi khí hậu

và nó tác động đến quỹ đất lúa tại từng địa phương diễn ra như thế nào?

Hình 2: Phương pháp nghiên cứu

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1 Biểu hiện và tác động của BĐKH tại vùng nghiên cứu giai đoạn 2000 - 2010

Nhiệt độ trung bình tại vùng nghiên cứu có xu hướng biến thiên không rõ ràng qua từng năm, biên độ biến thiên rộng là một trong những nguyên nhân gây ra các nhiều khó khăn cho cuộc sống cũng như sản xuất của người dân Nhiệt độ trung bình năm dao động từ 24,450C đến 25,600C, cao nhất là vào tháng 6 hàng năm đạt 28,960C, và thấp nhất là vào tháng 1 với 19,50C

Bão, lũ và áp thấp nhiệt đới là những hiện tượng có ảnh hưởng trực tiếp nhất, hàng năm

có từ 3 – 4 cơn bão đổ bộ vào khu vực; một điều đặc biệt là do hệ thống thủy văn dày đặc lại

cuối nguồn của Sông Hương nên lũ lụt thường xuất hiện kèm theo bão, gây ngập úng lâu dài với mức ngập lụt thường là từ 0,75m -1,0m Thời gian xuất hiện bão, lũ ngày càng muộn hơn Trong các cơn lũ, do lượng nước đổ về quá lớn nên dẫn đến hiện tượng làm thay đổi dòng chảy, mở thêm hoặc bồi đắp các cửa biển, từ đó đảo lộn toàn bộ quy luật thủy văn thông thường Có những thời điểm, lũ lụt kết hợp với triều cường lên cao, xâm nhập sâu vào nội địa hàng ki lô mét làm cho một phần diện tích đất nông nghiệp bị nhiễm mặn, không thể canh tác được Đến năm 2007, sau khi đập Thảo Long đưa vào vận hành, bước đầu đã phát huy tác dụng, ngăn mặn giữ ngọt cho cả vùng hạ lưu sông Hương

Lượng mưa trong khu vực không ổn định qua các năm nhưng có xu hướng tăng lên trong những năm qua Mưa tập trung vào tháng 10, tháng 11 kết hợp với mùa bão, áp thấp nhiệt đới nên gây nhiều thiệt hại cho người dân; trong khi đó tháng 6 có lượng mưa ít nhất trùng với thời điểm nhiệt độ và số giờ nắng cao là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng hạn hán; nhiễm mặn

4.2 Sử dụng công nghệ GIS và viễn thám thành lập bản đồ biến động đất lúa

Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh Landsat tại các thời điểm năm 2000 và năm 2010 để giải đoán, phân tích số liệu (Bảng 1).Tiến hành nắn chỉnh ảnh về hệ tọa độ VN2000 theo phương pháp nắn ảnh theo bản đồ, yêu cầu độ chính xác phải nhỏ hơn 30 mét (Bảng 2 và Bảng 3) Sau đó sử dụng ranh giới của các xã trong vùng nghiên cứu, chồng ghép cắt lấy ảnh khu vực nghiên cứu

Bảng 1: Thông số ảnh Landsat năm 2000 và 2010

không gian

Kênh phổ

sử dụng

125/49 TM 125 49 2000 2000 04 28 30 x 30 m 1,2,3,4,5,7 125/49 ETM+ 127 47 2003 2010 03 23 30 x 30 m 1,2,3,4,5,7

Bảng 2: Tọa độ và sai số nắn ảnh Landsat năm 2000

Map X Map Y ImageX ImageY PredictX PredictY ErrorX ErrorY RMS

565493.42 1827332.43 10454.25 2321.50 10454.09 2322.34 -0.16 0.84 0.85 570313.09 1831266.50 10772.00 2056.50 10772.08 2057.17 0.08 0.67 0.67 571947.10 1828447.51 10882.25 2244.50 10882.42 2244.10 0.17 -0.40 0.44 565854.67 1830112.03 10476.50 2137.25 10476.66 2136.65 0.16 -0.60 0.62 565513.23 1823819.01 10457.00 2557.00 10457.22 2556.77 0.22 -0.23 0.31 569723.65 1825530.59 10737.25 2440.75 10736.42 2439.87 -0.83 -0.88 1.21 570983.53 1822570.17 10821.75 2635.75 10822.10 2636.36 0.35 0.61 0.70 Total RMS Error = 0,738

Bảng 3: Tọa độ và sai số nắn ảnh năm 2010

Map X Map Y ImageX ImageY PredictX PredictY ErrorX ErrorY RMS

565513.23 1823819.01 5449.00 1278.75 5448.82 1278.93 -0.18 0.18 0.25 570983.53 1822570.17 5632.00 1318.75 5631.83 1318.91 -0.17 0.16 0.23 569723.65 1825530.59 5588.50 1220.75 5588.65 1220.39 0.15 -0.36 0.39 571947.10 1828447.51 5661.25 1122.00 5661.45 1122.08 0.20 0.08 0.21

570313.09 1831266.50 5606.25 1028.50 5606.06 1028.51 -0.19 0.01 0.19 566201.77 1832913.33 5469.75 975.00 5469.35 975.29 -0.40 0.29 0.50 565854.67 1830112.03 5458.00 1069.25 5458.59 1068.89 0.59 -0.36 0.69 Total RSM Error = 0,392

Phân lớp giải đoán gồm các lớp như bảng 4; do đặc điểm trong khu vực nghiên cứu; diện tích trồng cây hàng năm khác (ngoài lúa) quá ít; chỉ có 6,59ha trong số 3.994,80 ha nên

có thể bỏ qua

Sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định Maximum Likelihood để phân loại ảnh năm 2000 và năm 2010, với độ chính xác lần lượt là 98%; hệ số Kappa 0,97 và 99%, hệ số Kappa 0,98 (Bảng 5)

Bảng 4: Phân lớp chọn mẫu giải đoán ảnh

1 Đất lúa LUA Đất chuyên trồng lúa và lúa khác

2 Đất mặt nước DMN Đầm phá, NTTS, Ao, Hồ, Sông

3 Đất công trình xây dựng DXD Đất ở, Giao thông, Nghĩa địa

4 Đất trống - cát CAT Đất trống thực vật, cát

5 Đất rừng cây bụi RBU Rừng, trảng cây bụi lớn

Bảng 5: Ma trận sai số giải đoán ảnh năm 2000 và năm 2010

Loại

đất

LUA DMN CAT DXD RBU hàng LUA DMN CAT DXD RBU hàng

cột 1067 1659 428 139 284 3582 917 1978 39 311 121 3366

Sai số: 98%, Hệ số Kappa: 0,97 Sai số: 99%, Hệ số Kappa: 0,98

So với số liệu kiểm kê của phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Phú Vang, cho thấy

có sự chênh lệch về diện tích các loại đất (Bảng 6); điều này là do các nguyên nhân:

- Số liệu thống kê của cơ quan tài nguyên và môi trường được ghi nhận trên cơ sở mục đích sử dụng đất đã được đăng ký của chủ sử dụng đất; trong khi đó kết quả giải đoán ảnh viễn thám là ghi nhận sự xuất hiện của các đối tượng trên thực tế tại thời điểm chụp ảnh

- Do độ phân giải của ảnh Landsat là khá lớn nên một số diện tích đất lúa nhỏ, phân bố manh mún không được ghi nhận trên ảnh

- Do sai sót trong quá trình chọn mẫu, đây là một quá trình sử dụng tổng hợp nhiều phương pháp khác nhau như GPS, thực địa, bản đồ nên trong quá trình xử lý vẫn tồn tại những sai sót ngoài ý muốn

Bảng 6: So sánh kết quả giải đoán ảnh và kiểm kê năm 2000 và năm 2010

Đất có công trình xây dựng 672,43 736,63 795,81 855,76

Đất mặt nước 2.136,87 2.172,21 2.285,79 2.179,94

4.3 Biến động quỹ đất lúa do tác động của BĐKH giai đoạn 2000 - 2010

Từ kết quả giải đoán; chuyển sang định dạng dữ liệu Vector và sử dụng phần mềm Mapinfo để bóc tách lớp đất lúa thành lập bản đồ biến động đất lúa tại hai thời điểm năm

2000 và năm 2010 Kết quả cho thấy; trong giai đoạn này diện tích đất lúa giảm 152,5 ha trong vùng nghiên cứu Trong đó, từ năm 2000 đến năm 2010 giảm 233,1 ha và tăng thêm 80,6 ha Diện tích không đổi là 673,65 ha

Bằng phương pháp đi thực địa và phỏng vấn cán bộ chuyên trách của phòng Nông nghiệp, lãnh đạo xã và sử dụng bản đồ, đề tài xác định rằng từ năm 2000 đến năm 2010 vùng nghiên cứu mất 152,5 ha đất trồng lúa, trong đó do ảnh hưởng của các hiện tượng thời tiết chủ yếu là xâm nhập mặn trước khi có đập Thảo Long

Những diện tích này do chủ yếu là ở sát các khu vực đầm phá và đã được người dân chuyển sang NTTS Tổng diện tích bị ảnh hưởng là 57,6 ha; Trong đó chủ yếu tập trung tại thị Trấn Thuận An với 38,2 ha, tiếp theo là xã Phú Mỹ với 19,15 ha; xã Phú An có diện tích khá

ít với 1,25 ha

Hình 3: Bản đồ biến động đất lúa năm

2000 và năm 2010 Hình 4: Bản đồ biến động đất lúa do tác động của BĐKH

Bảng 7 Chu chuyển diện tích đất lúa từ năm 2000 - 2010 do BĐKH

TT Thuận An Giáo Thôn 11,00 NTTS 2001

Bàu Mỡ 15,05 NTTS 2005

4.4 Bản đồ dự báo mức độ mất đất lúa của các xã theo kịch bản nước biển dâng

Giá trị độ cao các điểm trong khu vực nghiên cứu được trích xuất từ bản đồ địa chính

cơ sở của các xã, có chênh cao biến thiên từ -0,6m đến 4,5m so với mực nước biển

Sử dụng phần mềm Surfer 8.0 để mô hình hóa các giá trị độ cao thành các đường bình

độ có khoảng cao đều là 0,25m Tương tự, đề tài cũng mô hình hóa các giá trị độ cao thành

các đường bình độ có khoảng cao đều là 0,3m

Bảng 8: Tổng hợp độ cao của vùng nghiên cứu

STT Độ cao so với mực nước biển (m) Tỷ lệ diện tích (%)

Kịch bản nước biển dâng cũng đã được xây dựng theo các kịch bản phát thải thấp -

trung bình - cao Theo đó, vào giữa thế kỷ 21, mực nước biển có thể dâng thêm lần lượt là 28

- 30 - 33 và đến cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng thêm từ 65 -75 - 100 cm so với thời kỳ

1980 - 1999 Trong đó, lấy kịch bản trung bình làm định hướng; có nghĩa là đến năm 2050

và năm 2100, mực nước biển sẽ dâng tương ứng là 30 cm và 75 cm

Nghiên cứu này sẽ xây dựng bản đồ dự báo mất đất lúa do mực nước biển dâng theo

kịch bản trung bình; đối với các kịch bản khác các bước tiến hành hoàn toàn tương tự, chỉ

thay đổi số liệu địa hình phù hợp với sự dâng của mực nước biển

Tính đến năm 2050, khi nước biển dâng lên 30cm thì tổng diện tích đất tự nhiên của

vùng nghiên cứu bị ảnh hưởng là 264,25 ha; trong đó đất lúa là 161,51 ha tập trung tại các xứ

đồng của xã Phú An

Đến năm 2100, khi mực nước biển dâng thêm 75cm thì có 1.218,35 ha đất tự nhiên của

vùng nghiên cứu bị ảnh hưởng Trong đó, quỹ đất lúa có diện tích là 527,51 ha Chịu thiệt hại

nhiều nhất là xã Phú An với khoảng 75% diện tích tự nhiên bị ngập hoàn toàn

Hình 5: Bản đồ mất đất lúa đến năm 2050 và 2100

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

- Biến đổi khí hậu đã và đang có những diễn biến cực đoan tại khu vực nghiên cứu; ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống cũng như sản xuất nông nghiệp của người dân; trong đó đặc biệt

là sản xuất lúa Giai đoạn 2000 đến năm 2010; tại các xã Phú An, Phú Mỹ và Thị trấn Thuận

An do tác động của biến đổi khí hậu đã làm 57,6ha đất lúa không thể sản xuất được; phải chuyển sang nuôi trồng thủy sản

- Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat có khả năng thành lập được các loại bản đồ biến động mục đích sử dụng đất tại từng thời điểm cụ thể; đảm bảo tính khách quan; tuy nhiên độ chính xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng dữ liệu; kỹ năng sử dụng phần mềm; chọn mẫu Trong quá trình xây dựng các loại bản đồ; đặc biệt là bản đồ hiện trạng sử dụng đất cần phải sử dụng ảnh viễn thám như là một tài liệu quan trọng để đối chiếu; rà soát hiện trạng

- Theo Kịch bản ở mức trung bình về mực nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và môi trường; đến năm 2050 khi mực nước biển dâng 30cm thì 3 xã trong vùng nghiên cứu có 264,25 ha đất tự nhiên; trong đó đất lúa là 161,51 ha bị ngập; nếu dâng lên 75cm vào năm

2100 thì diện tích tương ứng là 1.218,35 ha và 527,51 ha

- Để sản xuất lúa có hiệu quả, chính quyền địa phương và người dân cần nâng cao kiến thức, hiểu biết về biến đổi khí hậu; thực hiện các giải pháp về thay đổi cơ cấu cây trồng, vật nuôi; chuyển đổi cơ cấu sử dụng đất hợp lý nhằm thích ứng với tình tình biến đổi khí hậu

Tài liệu tham khảo

1 Bộ Tài nguyên và môi trường(2009); Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam

2 Nguyễn Văn Thành, Đặng Thu Phương, Đoàn Minh Cường, Bùi Duy Lượng, Hoàng Mạnh Quân,

Lê Đình Phùng (2011); Lồng ghép rủi ro thiên tai và thích ứng với biến đổi khí hậu dựa vào cộng

đồng trong kế hoạch phát triển kinh tế xã hội; Kỷ yếu Hội thảo Biến đổi khí hậu: Tác động, thích ứng và chính sách trong nông nghiệp; Quảng Trị 4/2011

3 Lê Anh Tuấn (2011); Tác động của Biến đổi khí hậu đến sản xuất lúa gạo ở Đồng Bằng Sông Cửu

Long, Việt Nam; Kỷ yếu Hội thảo Biến đổi khí hậu: Tác động, thích ứng và chính sách trong nông nghiệp; Quảng Trị 4/2011

4 Võ Chí Tiến, Lê Thị Hoa Sen; Hoàng Mạnh Quân; Hoàng Thị Thái Hòa (2011) Kiến thức bản địa

và kinh nghiệm thực tiễn của người dân ứng phó với nhiễm mặn trong sản xuất nông nghiệp; Kỷ yếu Hội thảo Biến đổi khí hậu: Tác động, thích ứng và chính sách trong nông nghiệp; Quảng Trị 4/2011

5 Báo Văn Tuy (2011) Bước đầu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tỉnh Bến Tre và các giải

pháp ứng phó Kỷ yếu Hội thảo Biến đổi khí hậu: Tác động, thích ứng và chính sách trong nông nghiệp; Quảng Trị 4/2011

6 N.Mavada (2000) Using spaceborne data and GIS technology for research of coastal zone in

Azecbaijan (http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.141.4787)