Luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu ứng dụng gis trong việc lập bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa ở tỉnh quảng ninh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THANH NGA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TRONG VIỆC LẬP BẢN ĐỒ CÁC VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NỘI ĐỊA Ở TỈNH QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội 2016 ĐẠI HỌ[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

VŨ THANH NGA

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TRONG VIỆC LẬP BẢN ĐỒ CÁC VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NỘI ĐỊA Ở TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

VŨ THANH NGA

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TRONG VIỆC LẬP BẢN ĐỒ CÁC VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NỘI ĐỊA Ở TỈNH QUẢNG NINH

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN XUÂN CỰ

Hà Nội - 2016

i

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sỹ Khoa học Môi trường, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong nhà trường đã truyền đạt cho tôi kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và xã hội đặc biệt là những kiến thức chuyên sâu về chuyên ngành, đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian theo học cũng như thời gian làm luận văn

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo - PGS.TS.Nguyễn

Xuân Cự, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đề tài; Thầy giáo – Th.S Nguyễn Quốc Việt, đã tận tình giúp đỡ tôi, động viên tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn đến các thầy cô trong bộ môn Khoa học đất, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi hoàn thành khoá học, thực hiện thành công luận văn này

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn và những tình cảm yêu mến nhất đến gia đình, những người thân của tôi đã tạo điều kiện, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này Luận văn được hoàn thành với sự hỗ trợ của đề tài QG15-07

Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2016

Tác giả luận văn

Vũ Thanh Nga

MỤC LỤC

DANH MỤC VIÊT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Khái niệm chung về vùng đất ngập nước nội địa 4

1.2 Giới thiệu về hệ thống thông tin địa lý GIS 6

1.2.1 Khái niệm GIS 6

1.2.2 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin địa lý GIS 7

1.2.3 Các thành phần của hệ thông tin địa lý 11

1.2.4 Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS 12

1.2.5 Các lĩnh vực ứng dụng của GIS 14

1.2.6 Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và ở ViệtNam 15

1.3 Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Quảng Ninh 18

1.3.1 Điều kiện tự nhiên 18

1.3.2 Điều kiện kinh tế xã hội 28

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1.Đối tượng, nội dung nghiên cứu 35

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 35

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 35

2.2 Phương pháp nghiên cứu 35

2.2.1 Phương pháp thu thập, phân tích và xử lý các tài liệu thứ cấp .36

2.2.2 Phương pháp điều tra thực địa 36

2.2.3 Phương pháp sử dụng kỹ thuật GIS trong xây dựng bản đồ 36

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Đặc điểm các vùng đất ngập nước nội địa ở Quảng Ninh .37

3.1.1 Đặc điểm và tiềm năng sử dụng đất ngập nước nội địa ở Quảng Ninh 37

iii

3.1.2 Hiện trạng khai thác tài nguyên nước tại các vùng 43

3.2 Quy trình xây dựng bản đồ vùng đất ngập nước nội địa tỉnh Quảng Ninh 50

3.2.1 Thu thập bản đồ và cơ sở dữ liệu 50

3.2.2 Phân tích và xử lý số liệu 51

3.2.3 Xây dựng bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa ở Quảng Ninh 51

3.3 Xây dựng các bản đồ thành phần một số hồ nước chính ở tỉnh Quảng Ninh .54

3.3.1 Bản đồ địa hình theo lưu vực 54

3.3.2 Bản đồ hệ thống thủy văn: 58

3.3.3 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 62

3.3.4 Bản đồ đất 66

3.3.5 Bản đồ lưu vực toàn tỉnh, bản đồ 3D toàn tỉnh, và bản đồ 3D của 4 vùng đất ngập nước nội địa .70

3.4 Một số biện pháp quản lý tài nguyên vùng đất ngập nước nội địa tỉnh Quảng Ninh .73

3.4.1 Các vấn đề về quản lý tài nguyên nước nói chung của tỉnh Quảng Ninh 73

3.4.2 Một số biện pháp quản lý đất ngập nước nội địa ở tỉnh Quảng Ninh: 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC VIÊT TẮT

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Dòng chảy năm và tổng lượng dòng chảy năm sinh ra trên các tiểu 40

lưu vực 40

Bảng 2 Dung tích nước của 4 hồ 41

Bảng 3 Phân phối lượng mưa theo mùa 42

Bảng 4 Lượng mưa trung bình tháng, năm tại các trạm 43

Bảng 5 Hiện trạng khai thác nước tại các đô thị trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh 43

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Các hợp phần cơ bản của GIS 12

Hình 2: Cấu trúc vector và raster 12

Hình 3: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ninh 19

Hình 4 Giá trị COD các nguồn nước phục vụ cấp nước sinh hoạt 45

Hình 5 Giá trị BOD5 các nguồn nước phục vụ cấp nước sinh hoạt 45

Hình 6 Giá trị TSS các nguồn nước phục vụ cấp nước sinh hoạt 46

Hình 7 Giá trị COD các nguồn nước dùng cho mục đích nông nghiệp 47

Hình 8 Giá trị BOD5 các nguồn nước dùng cho mục đích nông nghiệp 47

Hình 9 Giá trị TSS các nguồn nước dùng cho mục đích nông nghiệp 48

Hình 10 Bản đồ địa hình lưu vực hồ Bến Châu 54

Hình 11 Bản đồ địa hình lưu vực hồ Yên Lập 55

Hình 12 Bản đồ địa hình lưu vực hồ Đầm Hà Động 56

Hình 13 Bản đồ địa hình lưu vực hồ Tràng Vinh 57

Hình 14 Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Bến Châu 58

Hình 15 Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Yên Lập 59

Hình 16 Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Đầm Hà Động 60

Hình 17 Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Tràng Vinh 61

Hình 18 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Bến Châu 62

Hình 19 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Yên Lập 63

Hình 20 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Đầm Hà Động 64

Hình 21 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Tràng Vinh 65

Hình 22 Bản đồ đất lưu vực hồ Bến Châu 66

Hình 23 Bản đồ đất lưu vực hồ Yên Lập 67

Hình 24 Bản đồ đất lưu vực hồ Đầm Hà Động 68

Hình 25 Bản đồ đất lưu vực hồ Tràng Vinh 69

Hình 26 Bản đồ phân bố lưu vực cả tỉnh Quảng Ninh 70

vii

Hình 27 Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – Tỉnh Quảng Ninh 70 Hình 28 Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – hồ Bến Châu 71 Hình 29 Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – hồ Yên Lập 71 Hình 30 Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – hồ Đầm Hà Động 72

MỞ ĐẦU Các vùng đất ngập nước nội địa bao gồm các vùng nước ngọt, nước lợ và nước mặn, nước chảy và nước đứng Cụ thể hơn, các vùng đất ngập nước nội địa bao gồm sông, suối, hồ, hồ chứa, tầng nước trong núi đá vôi (hang nước ngầm), đầm nước mặn, vùng nước cửa sông, vùng nước lợ ven bờ Trong đó, ba kiểu thuỷ vực sau cùng được xem chịu ảnh hưởng rất lớn của dòng chảy lục địa đổ ra Các vùng đất ngập nước nội địa hết sức đa dạng về độ lớn, hình thái, đặc tính thủy lý hóa học, tiềm năng nguồn lợi Điều quan trọng là chế độ nước thường xuyên có biến động theo thời gian (mùa), có khi khô cạn, nhưng lại có khi ngập lụt lớn, khiến cho ranh giới của các vùng nước cũng luôn biến đổi, không ổn định Đặc điểm này khiến cho hình thái cấu trúc một vùng đất ngập nước nội địa có thế có dạng tập trung, nhưng cũng có khi có dạng phân tán, rải rác, nối với nhau bằng những đường hành lang phức tạp

Các vùng đất ngập nước nội địa thường có mối quan hệ mật thiết, chịu tác động thường xuyên, trực tiếp từ các vùng dân cư, nông nghiệp, lâm nghiệp ở vùng lưu vực, thông qua các hoạt động khai thác rừng, xói mòn đất, thải chất ô nhiễm Những hoạt động đó có thể gây những biến đổi lớn đối với chế độ thủy học, ảnh hưởng xấu tới môi trường của vùng nước, tác động tới hoạt động sống của các sinh vật sống trong thuỷ vực

Việc quản lý các vùng đất ngập nước nội địa tại Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức Quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế thị trường dưới chính sách đổi mới đã đem lại tăng trưởng kinh tế cao từ 7 đến 8% trong 5 năm đầu tiên của thế

kỷ XXI cùng với tư nhân hóa và những thay đổi lớn về quyền sở hữu Việt Nam phải đối mặt với những thách thức lớn về vấn đề môi trường do hậu quả của khai thác quá mức, quản lý yếu kém các nguồn tài nguyên thiên nhiên và sức ép của toàn cầu hóa Những thay đổi về xã hội, sinh thái, kinh tế và thể chế đã làm cho các hệ thống sinh kế các vùng đất ngập nước nội địa ngày càng phức tạp và dễ bị tổn thương

2

Quảng Ninh là một tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Bắc nước ta Theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh, tổng diện tích tự nhiên của Quảng Ninh là 610.235 ha bao gồm đất nông nghiệp 445.226 ha, đất phi nông nghiệp 130.510 ha, đất chưa sử dụng 34.500 ha… Trong giai đoạn 2000-2010, các kiểu ĐNN có sự thay đổi và luân chuyển về diện tích giữa các kiểu ĐNN Trong đó, rừng ngập mặn và nuôi trồng thủy sản có sự chuyển dịch diện tích lớn nhất Vùng nước cửa sông, vùng biển nông ngập nước thường xuyên có độ sâu dưới 6 m khi triều thấp, bãi bùn gian triều, bãi cát, cuội, sỏi ít biến động hơn Hướng chuyển đổi chủ yếu giữa các kiểu ĐNN ven biển là sự gia tăng diện tích của các ao, đầm nuôi trồng thủy sản do mở rộng diện tích và suy giảm RNM Đối với đất chuyên trồng lúa nước, quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 và kế hoạch sử dụng đất 5 năm (2011-2015) tỉnh Quảng Ninh đã chỉ rõ sự cần thiết phải quản lý chặt chẽ nguồn tài nguyên đất đai theo quy hoạch và pháp luật; đảm bảo sử dụng đất đúng mục đích, tiết kiệm, có hiệu quả và bền vững Duy trì và bảo vệ nghiêm ngặt diện tích đất trồng lúa, tăng cường hơn nữa việc hỗ trợ vùng sản xuất nông nghiệp tập trung để góp phần đảm bảo an ninh lương thực; Phương án quy hoạch sử dụng đất phù hợp với quy mô phát triển và đặc thù từng vùng, hình thành các trung tâm kinh tế, khu

đô thị, khu du lịch

Những nghiên cứu về ĐNN ở Quảng Ninh trong thời gian qua còn chưa nhiều, lại chủ yếu tập trung vào các ĐNN ven biển, đặc biệt là rừng ngập mặn Hầu như chưa có nghiên cứu nào đề cập đến các vùng ĐNN nội địa, kể cả các đất trồng lúa với vai trò của các vùng ĐNN Do vậy nghiên cứu về ĐNN nội địa ở Quảng Ninh được đặt ra như một yêu cầu cấp bách, nhằm có các giải pháp quản lý và sử dụng hợp bền vững theo hướng sử dụng đa mục đích và bảo vệ môi trường

Nhằm mục tiêu quản lý phát triển bền vững vùng đất ngập nước nội địa ở

tình Quảng Ninh, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng GIS trong việc lập bản đồ các vùng

đất ngập nước nội địa ở tỉnh Quảng Ninh” ứng dụng kỹ thuật GIS để xây dựng bản

đồ các vùng đất ngập nước nội địa, phục vụ công tác quản lý và sử dụng bền vững các vùng đất ngập nước quan trọng này ở Quảng Ninh

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn:

 Đánh giá tiềm năng và thực trạng quá trình khai thác sử dụng và quản lý các vùng đất ngập nước nội địa không dòng chảy (hồ đầm) nội địa ở Quảng Ninh

 Ứng dụng kĩ thuật GIS xây dựng bản đồ một số hồ nước lớn ở Quảng Ninh phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý các vùng đất ngập nước này

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm chung về vùng đất ngập nước nội địa[21]

Đất ngập nước rất đa dạng, có mặt khắp mọi nơi và là cấu thành quan trọng của các cảnh quan trên mọi miền của thế giới Hàng thế kỷ nay, con người và các nền văn hoá nhân loại được hình thành và phát triển dọc theo các triền sông hoặc ngay trên các vùng đất ngập nước Đất ngập nước đã và đang bị suy thoái và mất đi

ở mức báo động, mặc dù ngày nay người ta đã nhận biết được các chức năng và giá trị to lớn của chúng

Ở Việt Nam, việc phân loại ĐNN được khởi xướng và áp dụng vào năm 1989 gồm D.Scott và Lê Diên Dực (Mai Đình Yên, 2002) Đến nay, đã có một số công trình nghiên cứu và áp dụng về phân loại ĐNN của Việt Nam (Phan Nguyên Hồng

và cs., 1997; Lê Diên Dực, 1998a; Nguyễn Chu Hồi và cs, 1999; Nguyễn Ngọc Anh

và cs, 1999; Bộ KHCN&MT, 2001; Nguyễn Chí Thành và cs, 1999, 2002; 2002;

Vũ Trung Tạng, 2004ab, Hoàng Văn Thắng, 2005)

Theo cách Phân loại đất ngập nước của Phan Nguyên Hồng và cộng sự (1996) đã phân chia đất ngập nước theo các sinh cảnh, nhưng sắp xếp các sinh cảnh này theo tính chất ngập nước mặn (đới biển ven bờ) hay ngập nước ngọt (đất ngập nước nội địa) Cách thức phân loại này đúng như mục đích của tác giả là phục vụ cho việc nghiên cứu xây dựng chiến lược quản lý đất ngập nước ở cấp quốc gia, còn đối với các cấp chi tiết hơn sẽ không thể đáp ứng được Theo đó, đất ngập nước nội địa bao gồm:

- Các hệ thống dòng chảy (sông, suối);

- Các hồ tự nhiên;

- Các hồ chứa nhân tạo;

- Vùng đồng bằng châu thổ sông;

- Các vùng ngập nước không thường xuyên

Ngoài ra theo hệ thống phân loại đất ngập nước Ramsar thì đất ngập nước nội địa bao gồm:

- Các đồng bằng châu thổ thường xuyên có nước

- Các sông/suối/lạch thường xuyên có nước; bao gồm cả các thác nước

- Các sông/suối/lạch có nước theo mùa/không liên tục/bất thường

- Các hồ nước ngọt có nước thường xuyên (trên 8ha); bao gồm các hồ lớn uốn chữ U/hình móng ngựa

- Các hồ nước ngọt có nước theo mùa/không liên tục (trên 8ha); bao gồm cả các hồ ở đồng bằng ngập lũ

- Các hồ nước mặn/lợ/kiềm có nước thường xuyên

- Các hồ và bãi nước mặn/lợ/kiềm có nước thường xuyên

- Các đầm/ vũng nước mặn/lợ/kiềm có nước thường xuyên

- Các đầm/ vũng nước mặn/lợ/kiềm có nước theo mùa/không liên tục

- Các đầm/ vũng nước ngọt có nước thường xuyên; các ao hồ (dưới 8ha); các đầm nước và đầm lầy trên đất vô cơ; có thảm thực vật nổi mọng nước ít nhất trong phần lớn mùa sinh trưởng

- Các đầm/ vũng nước ngọt có nước theo mùa/không liên tục trên đất vô cơ; kể

cả bãi lầy, hố/ hốc đá, đồng cỏ ngập theo mùa, đầm cỏ lác/ lách

- Các vùng đất than bùn không có rừng; bao gồm đầm lầy than bùn có cây bụi hoặc trống, các đầm lầy/ bàu, các đầm lầy thấp

- Các vùng đất ngập nước núi cao; kể cả các đồng cỏ núi cao, các vùng nước tạm thời do tuyết tan

- Các vùng đất ngập nước lãnh nguyên; bao gồm các vũng nước lãnh nguyên, các vùng nước tạm thời do tuyết tan

- Các vùng đất ngập nước cây bụi chiếm ưu thế; các đầm lầy cây bụi, các đầm nước có cây bụi chiếm ưu thế, các rừng cây bụi, cây dương đỏ; trên đất vô cơ

- Các vùng đất ngập nước nước ngọt có cây lớn chiếm ưu thế; kể cả rừng đầm lầy nước ngọt, rừng ngập theo mùa, đầm lầy cây gỗ; trên đất vô cơ

- Các vùng đất than bùn có rừng; rừng đầm lầy đất than bùn

- Suối, ốc đảo nước ngọt

- Các vùng đất ngập nước địa nhiệt

- Các hệ thống thủy văn castơ ngầm và hang động nội địa

6

1.2.1 Khái niệm GIS

Hệ thống thông tin địa lý GIS - Geographical Information System (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: Phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa

lý, người điều hành, mạng thông tin và quy trình được thiết kế hoạt động một cách

có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý GIS có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý

Sau này, do sự hỗ trợ của công nghệ tin học và tính đa dạng của các hệ thống ứng dụng và năm 2000, ESRI bổ sung thêm vào định nghĩa là cấu trúc của GIS có thêm hai hợp phần là quy trình và mạng Định nghĩa này được chấp nhận rộng rãi

và được quan niệm như một định nghĩa chính thức về GIS

“Hệ thống Thông tin Địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu địa lý bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian địa lý”

Các học giả khác nhau cung cấp các định nghĩa khác nhau về GIS Trong phạm vi các định nghĩa được trình bày dưới đây, mỗi học giả nhấn mạnh một vài khía cạnh khác nhau của GIS Một số định nghĩa bỏ qua sự hữu dụng thực sự của GIS là khả năng tích hợp thông tin và hỗ trợ trong việc đưa ra các quyết định, nhưng tất cả các định nghĩa này bao gồm các tính năng cần thiết, các dữ liệu tham chiếu tham khảo và phân tích không gian địa lí

Một định nghĩa được trích dẫn trong William Huxhold’s Introduction to Urban Geographic Information Systems:

“Mục đích đầu tiên và quan trọng nhất của một hệ GIS truyền thống là phân tích không gian địa lý Vì thế,có thể thu thập dữ liệu hạn chế và đầu ra bản đồ Khả năng của phân tích của GIS thường hỗ trợ ra quyết định cho các dự án hoặc các khu vực địa lý giới hạn Các đặc điểm cơ sở dữ liệu bản đồ (tính chính xác, tính liên tục, đầy đủ, vv) là thường thích hợp cho đầu ra bản đồ quy mô nhỏ.Dữ liệu vector và dữ liệu raster cũng được bao gồm trong GIS.”