Xây dựng hệ hỗ trợ quyết định không gian trong quản lý bền vững lưu vực sông – áp dụng trường hợp lưu vực sông đắkb’la, tỉnh kon tum, việt nam

KIẾN NGHỊ Từ các kết quả đạt được của luận án, một số định hướng nghiên cứu nâng cao được kiến nghị như sau : - Trên cơ sở Khung hệ hỗ trợ ra quyết định không gian trong quản lý bền vữn

2 KIẾN NGHỊ

Từ các kết quả đạt được của luận án, một số định hướng nghiên cứu nâng

cao được kiến nghị như sau :

- Trên cơ sở Khung hệ hỗ trợ ra quyết định không gian trong quản lý bền

vững sử dụng đất đai ở cấp lưu vực, cần tiếp tục hoàn thiện các mô hình con

cũng như cần mở rộng các thành phần như Hệ quản lý cơ sở tri thức để giải

quyết bài toán phi cấu trúc hoặc bán cấu trúc phức tạp, kế thừa tri thức của

tất cả các đối tượng sử dụng để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh và thân thiện

- Do tài nguyên nước phân bố theo ranh giới lưu vực chứ không theo ranh

giới hành chính nên việc quản lý tài nguyên nước trên địa bàn cần phải

xem xét tác động của hoạt động khai thác, sử dụng và bảo vệ tài nguyên thiên

nhiên của các nhánh sông lên lưu vực nghiên cứu

- Duy trì, mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ thống SDSS, không chỉ dừng

lại ở trong quản lý tổng hợp tài nguyên thiên nhiên (đánh giá tác động của

thay đổi sử dụng đất đến tài nguyên đất và nước, tối ưu hóa phân phối sử

dụng đất) mà còn phục vụ công tác quản lý các lĩnh vực chuyên ngành

(nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy điện) cũng như quản lý thiên tai như lũ lụt,

hạn hán, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu đã và đang diễn ra

- Thiết kế, lập trình website quản lý tổng hợp tài nguyên thiên nhiên với

giao diện thiết kế linh hoạt, phù hợp cho từng đối tượng (cán bộ quản lý và

người dân) sử dụng trên nền tảng công nghệ mới như PostgreSQL/PostGIS,

GeoServer, PHP, OpenLayers, GeoExt, ExtJS, ArcGIS Desktop, Udig

MỞ ĐẦU

1 SỰ CẦN THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Suy thoái lưu vực là một hiện tượng đã và đang diễn ra nhiều nơi trên toàn thế giới Có rất nhiều nguyên nhân làm cho lưu vực suy thoái, nhưng quan trọng nhất là việc sử dụng không hợp lý các dạng tài nguyên trên lưu vực, đặc biệt là tài nguyên đất đai Việc thay đổi các kiểu sử dụng đất đai ảnh hưởng lớn đến việc hình thành dòng chảy và xói mòn đất, gây ra các vấn đề suy thoái tài nguyên đất và nước Hậu quả của việc suy thoái lưu vực là những trận lũ lụt và hạn hán rất nguy hiểm đã xảy ra tác động đến con người và tài nguyên thiên nhiên

Lưu vực sông (LVS) ĐắkB’la, có dạng hình nan quạt với diện tích khoảng 3.507 km2, thuộc địa phận tỉnh Kon Tum và một phần Gia Lai, là nơi

có diện tích rừng lớn (chiếm hơn 60% diện tích), với thành phần loài sinh vật

đa dạng Hệ thống sông suối khá phát triển (mật độ sông 0.58km/km2), mức

độ gây lũ chủ yếu từ tháng 10, 11 khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới với không khí lạnh Do địa hình và hình dạng LVS ĐắkB’la có nhiều điểm khác biệt nên diễn biến thuỷ văn rất phức tạp Lũ xảy ra lớn hay nhỏ tuỳ thuộc từng yếu tố thời tiết gây mưa, sự phân bố mưa Vùng thượng lưu sông bắt nguồn

từ núi cao Ngọc Linh nên sông có độ dốc lớn, do ảnh hưởng của bão hoặc áp thấp nhiệt đới, kết hợp với không khí lạnh thường xảy ra lũ quét rất ác liệt Việc thay đổi sử dụng đất đai trong lưu vực đã ảnh hưởng rất lớn đến tài nguyên đất đai, gây xói mòn đất; tài nguyên nước ngày càng bị cạn kiệt và ô nhiễm, ảnh hưởng đến sự an nguy của phần lớn cư dân sinh sống trên lưu vực của sông, tới các vùng sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và năng lượng của toàn khu vực nghiên cứu Sự phát triển kinh tế xã hội cùng với sự gia tăng dân số, đã đặt ra cho các nhà quản lý trên lưu vực ĐắkB’la nhiều thách thức Quản lý bền vững lưu vực sông nhằm hài hòa giữa ba mục tiêu: Văn

hóa-xã hội, Kinh tế và Sinh thái, với nhiều nguồn thông tin dữ liệu về Kinh tế, Xã hội, Pháp luật, Chính sách, Môi trường…Chính vì vậy việc tiếp cận quản lý

bề vững lưu vực sông dựa vào Hệ hỗ trợ ra quyết định là một hướng đi bền vững và lâu dài Hệ hỗ trợ ra quyết định không gian sẽ giúp giải quyết các

vấn đề mang tính cấu trúc, tóm tắc thông tin cho người dùng và tích hợp các

nguồn thông tin về kinh tế, xã hội, môi trường từ các dữ liệu thuộc tính và dữ

liệu không gian, xác định những lựa chọn thích hợp cho phát triển bền vững

Để giải quyết các vấn đề trong quản lý bền vững lưu vực, việc xây dựng

một mô hình dự báo định lượng bằng các kịch bản thay đổi hiện trạng sử

dụng đất đai, độ che phủ rừng và sự thay đổi các yếu tố khí hậu bằng hệ hỗ

trợ quyết định không gian (SDSS) là hết sức cần thiết, kết quả đạt được của

đề tài sẽ là cơ sở quan trọng cho việc đưa ra những chính sách phát triển kinh

tế - xã hội gắn liền với quản lý bền vững lưu vực sông nhằm ứng phó với biến

đổi khí hậu tại lưu vực sông ĐắkB’la

Xuất phát từ những lập luận trên, Nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu

“Xây dựng hệ hỗ trợ quyết định không gian trong quản lý bền vững lưu

vực sông: Áp dụng trường hợp lưu vực sông ĐăkB’la, tỉnh Kon Tum,

Việt Nam”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

1.1 Mục tiêu chung

Xây dựng Khung hỗ trợ ra quyết định không gian trong quản lý bền vững

sử dụng đất đai ở cấp lưu vực sông, nhằm hỗ trợ các nhà ra quyết định trong

việc quản lý bền vững LVS ĐắkB’la qua cách tiếp cận tích hợp các mô hình

(Markov, SWAT, LP/GP, CA) và các tiêu chí đánh giá thích nghi đất đai bền

vững theo FAO (2007) kết hợp với GIS trong quản lý tài nguyên đất và nước

1.2 Các mục tiêu cụ thể

Mục tiêu cụ thể của luận án như sau:

 Đánh giá thay đổi sử dụng đất đai tại LVS ĐắkB’la từ năm 2000 đến năm

2015

 Đánh giá ảnh hưởng của việc thay đổi sử dụng đất đai đến lưu lượng

dòng chảy và lượng bùn cát tại LVS ĐắkB’la trên cơ sở ứng dụng GIS

và mô hình SWAT

 Xây dựng khung hệ hỗ trợ ra quyết định không gian trong quản lý bền

vững sử dụng đất đai tại LVS ĐắkB’la trên cơ sở ứng dụng Qui hoạch

 Hệ hỗ trợ ra quyết định không gian trong quản lý bền vững lưu vực sông trên cơ sở đánh giá sự thay đổi sử dụng đất đai ở khu vực thượng nguồn,

là tác nhân gây ảnh hưởng lớn đến tài nguyên đất đai và tài nguyên nước trên lưu vực Bằng việc tích hợp GIS và mô hình toán Markov, nghiên cứu chỉ ra được sự biến động của từng loại hình sử dụng đất đai qua từng gian đoạn, hỗ trợ các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về xu thế biến động đất đai nhằm đề xuất các chính phát phát triển phù hợp cho khu vực

 Ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đai đến tài nguyên đất và nước trên lưu vực, tập trung vào hai yếu tố

là dòng chảy và bùn cát Đã xác định được bộ thông số tối ưu cho khu vực nghiên cứu qua kết quả hiệu chỉnh và kiểm định tại trạm Kon Tum Qua phân tích diễn biến dòng chảy và bùn cát trên toàn lưu vực, nhận thấy tác động rõ nét của sự thay đổi sử dụng đất, điều đó cho thấy vai trò của thảm phủ ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nước trong tự nhiên

 Phát triển mô hình đánh giá thích nghi đất đai bền vững ứng dụng kỹ thuật và công nghệ hiện đại để mô phỏng tiến trình đánh giá đất đai dựa trên nền tri thức FAO (2007) kết hợp phương pháp trọng số AHP-GDM trong đánh giá thích nghi đất đai, xác định diện tích thích nghi bền vững cho từng loại hình sử dụng đất đai

 Xây dựng mô hình toán, lời giải tối ưu cho các phương án sử dụng đất đai bằng thuật toán Quy hoạch tuyến tính (LP) và Tối ưu toàn cục (GP) theo các mục tiêu tối ưu về kinh tế (tối đa thu nhập), xã hội (tối đa yêu cầu lao động), môi trường (tối đa về độ che phủ, tối thu về nhu cầu nước) trên lưu vực nghiên cứu

 Thiết lập mô hình bố trí không gian các phương án sử dụng đất đai tối ưu với thuật toán Cellular Automata, mạng tế bào được thiết lập với kích thước tế bào là 1 ha, phù hợp với điều kiện của khu vực nghiên cứu theo ranh giới lưu vực, tự động hóa bố trí không gian các phương án sử dụng đất đai tối ưu bằng phần mềm SALUP

3.5.2 Bố trí không gian sử dụng dất

Phân tích các yêu cầu thực tiễn trên địa bàn nghiên cứu, một số vấn đề gặp

phải như sau:

- Có sự cạnh tranh giữa các LUT trên cùng một vùng đất : ví dụ như hầu hết

các loại cây công nghiệp dài ngày đều cùng có những yêu cầu thích nghi

giống nhau, vùng thích nghi cây cà phê thì cũng thích nghi cho cây điều, cây

chè, một số vùng thích nghi cho cây lúa thì cũng thích nghi cho hoa màu

- Trong quá trình bố trí, cần xem xét hiện trạng sử dụng đất đai dể bố trí phù

hợp, tránh gây lãng phí, kém hiệu quả về kinh tế và không khả thi Bố trí sử

dụng đất đai hướng đến sản xuất tập trung (vùng chuyên canh) Ưu tiên bố

trí các loại cây có mức độ thích nghi S1, S2 Trong trường hợp cùng cấp thích

nghi sẽ ưu tiên các loại hình nông nghiệp có giá trị kinh tế cao, phù hợp với

định hướng phát triển của địa phương

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 KẾT LUẬN

Mục tiêu của luận án là xây dựng khung hỗ trợ ra quyết định không gian

trong quản lý bền vững LVS với hướng tiếp cận quy hoạch sử dụng đất đai

bền vững nhằm quản lý bền vững sử dụng đất đai trên lưu vực Kết quả nghiên

cứu của luận án đã xây dựng được Khung hỗ trợ ra quyết định không gian

trong quản lý bền vững sử dụng đất đai ở cấp lưu vực sông với các mô hình

cốt lõi : (i) Mô hình đánh giá biến động sử dụng đất đai qua các giai đoạn;

(ii) Mô hình đánh giá ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đai đến lưu lượng

dòng chảy và bùn cát; (iii) Mô hình đánh giá thích nghi đất đai bền vững; (iv)

Mô hình tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định cơ cấu sử dụng đất đai bền vững

và; (v) Mô hình bố trí không gian phương án sử dụng đất đai tối ưu

Kết nối các mô hình con để giải quyết toàn diện bài toán tích hợp các dữ

liệu về kinh tế xã hội và thay đổi sử dụng đất đai trong một khung hệ hỗ trợ

ra quyết định đa mục tiêu để xây dựng và đánh giá các phương án quy hoạch

sử dụng đất đai bền vững

Từ các kết quả nghiên cứu của Luận án có thể rút ra một số kết luận chính

như sau:

tuyến tính (LP) và Qui hoạch mục tiêu (GP) kết hợp Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là đánh giá sử dụng đất đai bền vững theo hướng tiếp cận ranh giới lưu vực sông, trong đó tập trung vào các khía cạnh chính bao gồm: xác định sự biến động sử dụng đất đai trên lưu vực qua các giai đoạn, đánh giá sự thích nghi đất đai bền vững về kinh tế, xã hội

và môi trường để tái phân bổ sử dụng đất đai nông nghiệp hợp lý trên lưu vực, dựa vào các kịch bản sử dụng đất đai để đánh giá lượng bùn cát và lưu lượng dòng chảy trên LVS, đảm bảo cân bằng nước

Phạm vi nghiên cứu của luận án: Việc xây dựng Khung hỗ trợ quyết định không gian cho quản lý bền vững sử dụng đất đai theo ranh giới LVS là một bài toán hết sức rộng lớn Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án, nghiên cứu sinh chỉ tiến hành nghiên cứu và giải quyết bài toán làm thế nào tích hợp các dữ liệu về kinh tế xã hội và thay đổi sử dụng đất đai trong một Khung hỗ trợ ra quyết định không gian đa mục tiêu để xây dựng và đánh giá các phương án quy hoạch sử dụng đất đai Nghiên cứu không xét đến sự ảnh hưởng của hoạt động khai thác tài nguyên nước trên các nhánh sông của lưu vực nghiên cứu

4 ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN

Luận án có những đóng góp mới như sau:

 Luận án đã xây dựng Khung hỗ trợ ra quyết định trong quản lý bền vững lưu vực sông theo hướng tiếp cận quản lý bền vững sử dụng đất đai bằng việc tích hợp cơ sở dữ liệu với các mô hình toán hiện đại trong môi trường không gian để giải quyết bài toán xung đột giữa các mục tiêu phát triển trên lưu vực nghiên cứu, hỗ trợ công tác ra quyết định liên quan đến quy hoạch sử dụng đất đai bền vững

 Luận án đã xây dựng mô hình dự báo định lượng được những tác động của việc thay đổi sử dụng đất đai đến tài nguyên đất và nước, đồng thời đánh giá khả năng thích nghi đất đai bền vững trên lưu vực nghiên cứu

nhằm tái phân bổ sử dụng đất đai hợp lý hỗ trợ các nhà ra quyết định

trong việc đưa ra các chính sách phát triển nông nghiệp bền vững

5 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

Luận án gồm 166 trang Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án có 3 chương

với nội dung như sau:

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu (46 trang);

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và Phương pháp xây dựng SDSS (54 trang);

Chương 3: Kết quả và thảo luận (60 trang)

Luận án có 48 bảng, 58 hình, 132 tài liệu tham khảo (96 tài liệu tiếng Anh,

36 tài liệu tiếng việt) và 5 phụ lục

1.1 Lưu vực sông, quản lý bền vững lưu vực sông và quản lý bền vững

sử dụng đất đai

Theo Luật tài nguyên nước, lưu vực sông (LVS) là vùng đất mà trong

phạm vi đó nước mặt, nước dưới đất chảy tự nhiên vào sông và thoát ra một

cửa chung hoặc thoát ra biển

Quản lý bền vững lưu vực sông là quản lý tất cả những gì có trên lưu vực,

không chỉ quản lý nước truyền thống mà còn bao gồm cả những phần vô cùng

quan trọng của quy hoạch sử dụng đất đai, các chính sách nông nghiệp và

kiểm soát xói mòn, quản lý môi trường và nhiều chính sách khác nữa theo

định hướng phát triển bền vững

Quản lý bền vững sử dụng đất đai bao gồm tổ hợp các công nghệ, chính

sách và hoạt động nhằm liên hợp các nguyên lý kinh tế, xã hội với các quan

tâm về môi trường để đồng thời thỏa mãn các vấn đề sau: - Duy trì và nâng

cao sản lượng; - Giảm rủi ro sản xuất; - Bảo vệ tiềm năng nguồn lực tự nhiên

và ngăn ngừa thoái hóa đất và nước; - Có hiệu quả lâu dài; - Được xã hội

chấp nhận

1.2 Hệ hỗ trợ ra quyết định không gian trong quản lý lưu vực sông

Hệ hỗ trợ ra quyết định (DSS) được nghiên cứu từ thập niên 1960 DSS

đặc biệt hữu ích cho các vấn đề bán cấu trúc hoặc phi cấu trúc mà việc giải

quyết vấn đề được tăng cường bởi một cuộc đối thoại tương tác giữa hệ thống

Bảng 3.38 Kết quả giải bài toán tối ưu đa mục tiêu

Stt Loại hình sử dụng đất đai Diện tích (ha)

Trên cơ sở diện tích thích nghi đề xuất cho từng loại hình sử dụng đất đai, tiến hành bố trí về mặt không gian

3.5 BỐ TRÍ KHÔNG GIAN SỬ DỤNG ĐẤT ĐAI CÁC PHƯƠNG ÁN

3.5.1 Cấu trúc mô hình CA trong bố trí không gian các phương án sử dụng đất đai nông nghiệp lưu vực sông ĐăkB’la:

3.5.1.1 Mạng tế bào: Bản đồ lưu vực sông ĐăkBla (tỷ lệ 1/500.000) được

xây dựng trên nền GIS dạng raster với kích thước (1000x1000), cell có dạng hình vuông, kích thước mỗi cell 100mx100m=1ha

3.5.1.2 Trạng thái tế bào: Trạng thái sử dụng đất đai (các loại hình sử dụng

đất đai nông nghiệp như cà phê, chè, tiêu…), thuộc vùng thích nghi S1, S2, S3 hay không thích nghi N có thuộc vùng phân định cho sản xuất nông nghiệp

và phân vùng phát triển sản xuất hay không

3.5.1.3 Thời điểm: Thời điểm thể hiện trạng thái của tế bào tại thời điểm t

Ví dụ: tại thời điểm hiện trạng, tế bào có trạng thái sử dụng đất đai là cà phê, thích nghi S3, nằm trong vùng được phân định cho lâm nghiệp, do đó sẽ chuyển sang dất lâm nghiệp ở thời điểm quy hoạch

3.5.1.4 Tế bào lân cận : có 8 tế bào lân cận 3.5.1.5 Luật vận hành: thông qua thuật toán bố trí sử dụng đất đai

Tương ứng với giá trị các biến của từng hàm mục tiêu là Giá trị các hàm mục

tiêu Z1, Z2, Z3 và Z4 tại bảng 3.36

Bảng 3.1 Giá trị các hàm mục tiêu

1 Tối đa thu nhập (Z1) 9.509.866.354 (triệu đồng)

2 Tối đa công lao động (Z2); 22.410.000 (công lao động)

3 Tối đa về độ che phủ (Z3) 105.584 (ha)

4 Tối thiểu về nhu cầu sử dụng nước (Z4) 388.730.852 (m3)

3.4.5.2 Lập hàm mục tiêu toàn cục

Lập hàm đa mục tiêu với hệ phương trình

Min U U= d2 + d4 + d6 + d7

Với Z1 - d1+d2 <= 9.509.866.354; Z2 - d3+d4 <= 22.410.000

Z3 - d5+d6 <= 105.584; Z4 - d7+d8 >= 388.730.852

Z1 = 9.509.866.354; Z2 = 22.410.000

Z3 = 105.584; Z4 = 388.730.852

d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7, d8 > 0

Trong đó: d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7, d8 : độ lệch trên và dưới của các hàm

đơn mục tiêu

3.4.5.3 Giải bài toán với hàm mục tiêu toàn cục, tìm phương án tối ưu

Bài toán hệ hương trình với hàm tuyến tính được giải bằng phần mềm LINGO

16.0 với phương pháp tối ưu toàn cục, xác định diện tích tối ưu cho các loại

hình sử dụng đất đai theo hệ thống đơn vị đất đai, thỏa mãn đa tiêu chí với

kết quả như sau:

và người sử dụng Hệ thống hỗ trợ ra quyết định dựa trên cơ sở GIS đã cung cấp công cụ mạnh và hữu ích trong việc quản lý các vấn đề về tài nguyên và môi trường, đưa ra những quyết sách đúng đắn trong việc định hướng phát triển vùng nói chung và lưu vực sông nói riêng

Hệ hỗ trợ ra quyết định không gian (SDSS) được phát triển từ DSS, được xem như là một hệ thống có khả năng tích hợp các thông tin không gian (địa lý) với máy tính dựa trên các mô đun phân tích không gian, phân tích bản đồ

và hiển thị các mô đun để giải quyết các vấn đề phức tạp, các vấn đề quyết định đến không gian SDSS đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng, đặc biệt trong quy hoạch sử dụng đất đai

Hầu hết các nước trên thế giới đã ứng dụng SDSS trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong quản lý tài nguyên và phát triển bền vững Điều

đó đã hỗ trợ rất lớn cho các nhà hoạch định cũng như những người ra quyết định đưa ra những phát quyết đúng đắn để giải quyết các vấn đề môi trường phức tạp và nhạy cảm Đề tài Xây dựng hệ hỗ trợ quyết định không gian cho quản lý bền vững lưu vực sông ĐắkB’la tiếp cận theo hướng tích hợp GIS với mô hình toán LP, GP để xây dựng các kịch bản nhằm giải quyết bài toán qui hoạch sử dụng đất đai tối ưu cho phát triển bền vững trên lưu vực sông

1.3 Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đai đến dòng chảy và xói mòn trên lưu vực sông

Nhiều nghiên cứu đã khẳng định vai trò rất to lớn của thảm phủ trong vấn

đề giữ đất, kiểm soát xói mòn, điều tiết dòng chảy, hạn chế lũ lụt, cung cấp nguồn nước, kiểm soát chất lượng nước…Việc thay đổi thảm phủ do chặt phá rừng, quy hoạch sử dụng đất đai không hợp lý, thay đổi chức năng của đất đã dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng cho cộng đồng sống trên lưu vực sông Nhiều công trình nghiên cứu ở Việt Nam cũng đã làm rõ ảnh hưởng của nhân tố địa hình tới xói mòn, vai trò phòng hộ về chống xói mòn của một

số thảm thực vật nông nghiệp, đã chú ý tới độ che phủ gắn liền với các giai đoạn phát triển của cây trồng, định hướng cho việc xây dựng các giải pháp phòng chống xói mòn trên đất dốc

1.4 Mô hình toán tối ưu trong quản lý tài nguyên

Quản lý tài nguyên thiên nhiên là một bài toán phức tạp, liên quan đến

nhiều yếu tố, nhiều mục tiêu khác nhau, thậm chí mâu thuẫn nhau Chính vì

vậy các mô hình tối ưu đa mục tiêu là những công cụ hữu dụng trong trường

hợp này

1.5 Mô tả lưu vực nghiên cứu

Lưu vực sông ĐắkB’la nằm ở phía Đông, Đông Nam tỉnh Kon Tum, bao

gồm thành phố Kon Tum và các huyện Kon Rẫy, Kon Plông, ngoài ra còn có

huyện Đắc Đoa, tỉnh Gia Lai Diện tích tự nhiên của lưu vực khoảng

3.500km2 Mật độ phát triển suối khá lớn, dòng chảy quanh co, uốn khúc,

ngắn và dốc, độ dốc trung bình là 15,2% Khi mưa, dòng chảy tập trung nhanh

với cường độ mạnh, dễ gây lũ quét ở các khu có địa hình dốc và ngập lụt dưới

các vùng trũng Khí hậu lưu vực thuộc vùng nhiệt đới gió mùa của Tây

Nguyên, có hai mùa rõ rệt giữa mùa khô và mùa mưa

DỰNG KHUNG SDSS

2.1 Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu các lý thuyết có liên quan làm cơ sở để xây dựng Khung

hỗ trợ ra quyết định không gian trong quản lý bền vững sử dụng đất đai được

thực hiện với các nội dung, bao gồm:

(i) Nghiên cứu phương pháp xác định sự thay đổi các kiểu sử dụng đất

đai bằng mô hình Markov trong môi trường GIS;

(ii) Nghiên cứu mô hình SWAT nhằm đánh giá ảnh hưởng của vấn đề

quản lý sử dụng đất đai đến dòng chảy, lượng bùn cát sinh ra từ các hoạt động

nông nghiệp trên lưu vực sông.;

(iii) Nghiên cứu đánh giá thích nghi đất đai bền vững theo mô hình FAO

qua cách tiếp cận tích hợp GIS và MCA bằng phương trình phân tích thứ bậc

nhằm đánh giá sự quan trọng của các yếu tố bền vững;

(iv) Nghiên cứu lý thuyết tối ưu nhằm giải bài toán tối ưu đa mục tiêu

cho quy hoạch sử dụng đất đai nông nghiệp bền vững và;

3.4.3 Xác định biến của hàm mục tiêu

Theo nguyên tắc: Chỉ phân bổ diện tích cho các LUT trên các đơn vị đất đai được đánh giá thích hợp, các biến của hàm tối ưu đa mục tiêu bao gồm: LUT1: 22; LUT2: 111; LUT3: 57; LUT4: 51; LUT5: 60; LUT6: 74; LUT7:

86 Tổng số 461 biến

3.4.4 Xác định hệ ràng buộc

3.4.3.1 Ràng buộc về tài nguyên đất

Tổng diện tích đơn vị đất đai ∑ ≤ 344.385 ha Tổng diện tích đơn vị thích hợp: : ∑ ≤ 172.457 ℎ Tổng diện tích thích hợp của từng LUT: ∑ 8.500 ≤ ≤ 20.000 , = 1

∑ 12.500 ≤ ≤ 40.000 , = 2 ∑ 3.000 ≤ ≤ 8.000 , =

6 ∑ 15.000 ≤ 20.000 , = 7

3.4.4.2 Ràng buộc về yêu cầu phát triển

Căn cứ Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội, định hướng sử dụng đất đai đến năm 2020 và Chương trình phát triển nông nghiệp hàng hóa của vùng nghiên cứu chúng tôi xác định các ràng buộc về yêu cầu phát triển

3.4.4.3 Ràng buộc về lao động nông nghiệp

Lao động cho sản xuất nông nghiệp khoảng 83.000 lao động Ước tính

số ngày làm việc của lao động nông nghiệp trong 1 năm là 270 ngày Tổng lao động sản xuất nông nghiệp: ∑ ∑7

=1 61

3.4.4.4 Ràng buộc về nhu cầu nước tưới

∑=1∑=1 ≤ 2.788.605.000

3.4.5 Giải bài toán đa mục tiêu

3.4.5.1 Giải bài toán cho từng mục tiêu

Ứng dụng thuật toán Linear Program trên Lingo 13.0 giải bài toán quy hoạch tuyến tính cho từng mục tiêu: Tối đa thu nhập (Z1); tối đa công lao động (Z2); tối đa về độ che phủ (Z3) và tối thiểu về nhu cầu sử dụng nước (Z4)

3.4 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU ĐỂ XÁC ĐỊNH

CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT ĐAI SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP

3.4.1 Phân vùng thích hợp đất đai

Để có căn cứ xác định các biến đầu vào của bài toán, đề tài sử dụng phần

mềm ArcGIS 10.1 để xây dựng bản đồ phân vùng thích hợp trên cơ sở bản

đồ đơn vị đất đai và kết quả phân hạng thích hợp đất đai bền vững với các

thuộc tính tại Phụ lục 6 Tổng diện tích điều tra để lập bản đồ đơn vị đất đai:

344.385 ha; Tổng diện tích phân bổ cho đất Nông nghiệp: 261.478 ha; Diện

tích phân bổ cho đất sản xuất nông nghiệp: 69.530 ha; Toàn vùng bao gồm

243 đơn vị đất đai, trong đó có 180 đơn vị đất đai thích hợp, 63 đơn vị đất

đai không thích hợp để bố trí sản xuất nông nghiệp Diện tích các loại hình

sử dụng đất đai thích nghi bền vững trên cơ sở chồng ghép với bản đồ hiện

trạng sử dụng đất đai đất đai như sau:

3.4.2 Xây dựng hàm mục tiêu

Mục tiêu tổng quát của việc xác định cơ cấu sử dụng đất đai sản xuất

nông nghiệp là nâng cao hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội đồng thời hạn chế

tác động của sản xuất nông nghiệp đến môi trường

3.4.2.1 Mục tiêu về hiệu quả kinh tế

- Thu nhập tối đa

Z1 : ∑= ∑= → Max

3.4.2.2 Mục tiêu về hiệu quả xã hội

- Tối đa công lao động

Z2 : ∑= ∑= → Max

3.4.2.3 Mục tiêu về môi trường

- Tối đa độ che phủ

Z3 : ∑= ∑= → Max

- Tối thiểu nhu cầu tưới

Z4 : ∑= ∑= → Min

(v) Nghiên cứu lý thuyết Cell Automata cho việc bố trí không gian diện tích sử dụng đất đai tối ưu

2.2 Phương pháp xây dựng Khung SDSS tại lưu vực sông ĐăkB’la

2.2.1 Phương pháp tiếp cận

Khung hỗ trợ ra quyết định không gian với cách tiếp cận quy hoạch sử dụng đất đai theo ranh giới lưu vực được ứng dụng trong nghiên cứu này tại LVS ĐắkB’la được trình bày như hình 2.7

Hình 2.7 Khung hỗ trợ ra quyết định trong quản lý lực vực ĐăkB’la

Mô hình 1 (Mô hình đánh giá biến động sử dụng đất đai): Mô hình đánh

giá biến động sử dụng đất đai bằng thuật toán Markov kết hợp GIS nhằm đánh giá biến động sử dụng đất đai qua các giai đoạn trên địa bàn nghiên cứu Đầu vào của mô hình bao gồm các bản đồ sử dụng đất đai các giai đoạn từ năm 2000 đến 2015, tất cả đều được mã hóa trong môi trường GIS Tiến hành chồng lớp bản đồ hai giai đoạn để xác định ma trận xác suất biến động, từ đó

dự báo mức độ thay đổi sử dụng đất đai cho các giai đoạn tiếp theo trên cơ

sở bộ hệ số biến động phù hợp Kết quả đầu ra là các kịch bản sử dụng đất đai cho các giai đoạn 2020, 2025 và 2030 Kết quả của mô hình là cơ sở đầu vào cho mô hình 2 (Hình 2.8)

Hình 2.8 Mô hình đánh giá biến động sử dụng đất đai qua các giai đoạn

Mô hình 2 (Mô hình đánh giá ảnh hưởng của biến động sử dụng đất đai

đến dòng chảy và bùn cát): Ứng dụng Mô hình thủy văn SWAT để đánh giá

ảnh hưởng của biến động sử dụng đất đai đến lưu lượng dòng chảy và lượng

bùn cát trên lưu vực ĐắkB’la trong môi trường GIS Đầu vào của mô hình là

các bản đồ về Địa hình, thổ nhưỡng, sử dụng đất đai, các dữ liệu về khí tượng,

thủy văn Kết quả của mô hình là lưu lượng dòng chảy và lượng bùn cát trên

lưu vực theo các kịch bản sử dụng đất đai khác nhau Kết quả của mô hình 2

làm cơ sở đầu vào mô hình 3 (Hình 2.9)

Hình 2.9 Mô hình đánh giá ảnh hưởng của biến động sử dụng đất đai đến

dòng chảy và bùn cát

lên chiếm 70%, đất chuyên dụng và nước mặt tương đối ổn định, không thể chuyển đổi sang các loại hình sử dụng đất đai khác

3.3.2 Đánh giá thích hợp đất đai

Căn cứ vào đặc tính đất đai và yêu cầu sử dụng đất đai để tiến hành đánh giá thích hợp đất đai cho 7 loại hình sử dụng đất đai chính của khu vực nghiên cứu, trên cơ sở các LC và LUR của các LUT Tổng hợp kết quả phân hạng thích hợp trên diện tích đất phân bổ cho sản xuất nông nghiệp thể hiện như sau:

Bảng 3.22 Tổng hợp kết quả phân hạng thích nghi tự nhiên

3.3.3 Đánh giá thích nghi đất đai bền vững

Trên cơ sở phân tích trọng số các yếu tố bền vững (AHP) về thích nghi

tự nhiên, thích nghi kinh tế, thích nghi về môi trường, tiến hành đánh giá thích nghi bền vững cho 7 loại cây trồng, xác định diện tích thích nghi bền vững

Bảng 3.30 Tổng hợp kết quả phân hạng thích nghi bền vững

LUTs S1 S2 S3 Cộng (%) N (%)

LUT1 454,38 9.892,74 5.101,38 15.448,50 4,5 328.936,50 95,5

LUT2 79,62 4.604,60 86.973,46 91.657,68 26,6 252.727,32 73,4

LUT3 5.746,90 3.543,11 38.821,64 48.111,65 14,0 296.273,35 86,0

LUT4 4.388,15 518,70 105.365,24 110.272,09 32,0 234.112,91 68,0

LUT5 - 21.972,00 64.568,16 86.540,16 25,1 257.844,84 74,9

LUT6 4.445,83 25.314,03 82.447,69 112.207,55 32,6 232.177,45 67,4

LUT7 454,38 16.600,07 83.464,03 100.518,48 29,2 243.866,52 70,8

LUTs S1 S2 S3 Cộng (%) N (%)

LUT1 - - 15.448,5 15.448,5 4,5 328.936,5 95,5

LUT2 - 4.684,2 86.973,5 91.657,7 26,6 252.727,3 73,4

LUT3 8.883,3 39.228,3 - 48.111,7 14,0 296.273,4 86,0

LUT4 - 4.906,9 105.365,2 110.272,1 32,0 234.112,9 68,0

LUT5 21.972,0 - 64.568,2 86.540,2 25,1 257.844,8 74,9

LUT6 4.445,8 107.761,7 - 112.207,6 32,6 232.177,5 67,4

LUT7 17.054,5 83.464,0 - 100.518,5 29,2 243.866,5 70,8

3.2.2.2 Diễn biến bùn cát giữa hai kịch bản

Hình 3.15 Diễn biến lượng bùn cát mô phỏng và lưu lượng dòng chảy

(theo hai kịch bản sử dụng đất đai) Biên độ dao dộng của 2 kịch bản khá đều.Tổng lượng bùn cát hàng năm

ở kịch bản 2 cao hơn nhiều so với kịch bản 1 Nguyên nhân là do ở kịch bản

2, thảm phủ có sự thay đổi lớn, diện tích rừng suy giảm về chất và lượng, chủ

yếu là rừng sản xuất kém hiệu quả (rừng nghèo, rừng tre nứa, rừng non ),

cây công nghiệp nhiều, không còn nhiều diện tích rừng phòng hộ và đất trồng

cây hàng năm phân bố ven sông, do sự quy hoạch để phát triển đô thị, cộng

với việc xây dựng thủy điện vì vậy độ che phủ thấp hơn rừng tự nhiên, tính

chất đất kém đi nên dẫn đến lượng xói mòn sẽ cao hơn so với kịch bản 1

3.3 ĐÁNH GIÁ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI

3.3.1 Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai

Căn cứ số liệu thu thập về hiện trạng các loại hình sử dụng đất đai và

tham khảo ý kiến của các chuyên gia Các loại hình sử dụng đất đai được lựa

chọn trên lưu vực ĐăkB’la : 1 LUT1 (chuyên lúa); 2 LUT2 (chuyên màu);

3.LUT3 (điều); 4 LUT 4 (cà phê); 5 LUT5 (tiêu); 6 LUT6 (cao su); 7 LUT7

(cây ăn trái)

Bản đồ đơn vị đất đai của vùng nghiên cứu có 243 đơn vị đất đai với tổng

diện tích đất là 344.385ha, trong đó đất nông nghiệp 261.478ha ha, bao gồm:

đất sản xuất nông nghiệp 81.033 ha và đất lâm nghiệp 180.445 ha, đất nước

mặt là 4.239 ha, đất chuyên dụng 16.551 ha và đất trống chiếm 54.775 ha

Định hướng sử dụng đất đai đến năm 2020 thì diện tích đất lâm nghiệp tăng

0 200 400 600 800 1,000 0

5

10

15

20

Sed_LU2010 Sed_LU2015 Lưu lượng dòng chảy

Mô hình 3 (Mô hình đánh giá thích nghi đất đai bền vững)(hình 2.10):

Trên cơ sở đánh giá đất đai của FAO, nghiên cứu sử dụng tích hợp GIS và phương pháp phân tích đa tiêu chí với thuật toán AHP-GDM để xác định trọng số các yếu tố bền vững, đánh giá thích nghi đất đai bền vững cho từng LUTs, xây dựng bản đồ thích nghi bền vững cho khu vực nghiên cứu Đầu vào của mô hình là bản đồ hiện trạng sử dụng đất đai, các yêu cầu sinh thái cho các loại hình cây trồng như điều kiện đất đai, tính chất đất đai, địa hình, khả năng tưới… các dữ liệu về kinh tế xã hội bao gồm dân số, lực lượng lao động, năng suất cây trồng, mức đầu tư, tổng thu nhập, các định hướng phát triển của khu vực nghiên cứu…Kết quả nghiên cứu là diện tích thích nghi bền vững cho các loại hình sử dụng đất đai đề xuất, làm dữ liệu đầu vào cho các mô hình tiếp theo

Hình 2.10 Mô hình đánh giá thích nghi đất đai bền vững

Mô hình 4 (Mô hình tối ưu đa mục tiêu)(hình 2.11): Từ kết quả của mô

hình 3, tiến hành xây dựng các hàm mục tiêu về kinh tế : Tối đa thu nhập; về

xã hội : Tối đa sử dụng công lao động và về môi trường : tối đa độ che phủ,

tối thiểu về nhu cầu sử dụng nước tưới với các điều kiện ràng buộc về phát

triển kinh tế, đảm bảo giải quyết việc làm cho người nông dân, …Sử dụng

phần mềm Lingo 16.0 với thuật toán LP để giải quyết từng mục tiêu và GP

để giải quyết bài toán tối ưu toàn cục đa mục tiêu, xác định phương án tối ưu

nhất cho tái phân bổ sử dụng đất đai bền vững Kết quả đầu ra là phương án

sử dụng đất đai tối ưu đa mục tiêu, làm cơ sở đầu vào cho mô hình 5

Hình 2.11 Mô hình tối ưu đa mục tiêu cho sử dụng đất đai bền vững

Mô hình 5 (Mô hình bố trí không gian các phương án sử dụng đất đai tối

ưu)(hình 2.12): Trên cở sở phương án sử dụng đất đai tối ưu, ứng dụng mô

hình Cellular Automata để tái bố trí về mặt không gian các diện tích sử dụng

đất đai tối ưu cho các loại cây trồng đảm bảo quy hoạch sử dụng đất đai bền

vững thỏa mãn đồng thời các mục tiêu về kinh tế, xã hội và môi trường Thuật

toán bố trí không gian được thực hiện bằng một phần mềm được thiết lập trên

cơ sở phần mềm SALUP [121] Kết quả đầu ra là Bản đồ tái phân bổ diện

tích sử dụng đất đai bền vững, hỗ trợ nhà ra quyết định trong việc đưa ra các

chính sách nhằm phát triển bền vững LVS

tại hai kịch bản này là các tháng có dòng chảy lớn, nhỏ thường trùng với các tháng có lượng mưa lớn, nhỏ

Bảng 3.7 Đánh giá kết quả mô phỏng giai đoạn hiệu chỉnh, kiểm định

Giai đoạn Giá trị

NSE PBIAS

Lưu lượng dòng chảy

Lượng bùn cát

3.2.2 Đánh giá diễn biến dòng chảy và bùn cát trên lưu vực sông ĐắkB’la

3.2.2.1 Diễn biến lưu lượng dòng chảy trung bình giữa hai kịch bản

Sự biến đổi dòng chảy trên lưu vực ở hai kịch bản tương đồng nhau, mặc

dù có những năm lưu lượng dòng chảy có sự chênh lệch nhau giữa hai kịch bản, tổng lượng dòng chảy ở kịch bản 2 có sự gia tăng so với kịch bản 1 Nguyên nhân là do diện tích rừng suy giảm, mất đi khả năng giữ nước, gia tăng dòng chảy

Hình 3.12 Dòng chảy mô phỏng tại trạm Kon Tum theo 2 kịch bản sử dụng

đất đai

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 0

200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

t(tháng)