Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc (Luận văn thạc sĩ)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Những số liệu trong các bảng, biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng nhƣ số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học./

Hà Nội, ngày 29 tháng 10 năm 2017

Tác giả luận văn

Đinh Văn Tùng

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy, cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp đã dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phùng Văn Khoa - Trưởng khoa Quản

lý tài nguyên rừng và môi trường, TS Nguyễn Thị Ngọc đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện, giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn

Xin gửi tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lòng biết ơn chân thành đã tạo điều kiện trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Mặc dù bản thân đã cố gắng trong quá trình thực hiện nghiên cứu nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế

Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn./

Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2017

Tác giả luận văn

Đinh Văn Tùng

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ RỪNG 3

1.2 PHÂN LOẠI RỪNG 4

1.3 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIS VÀ VIỄN THÁM 6

1.3.1 Hệ thống thông tin địa lý GIS 6

1.3.2 Viễn Thám 6

1.4 CHỈ SỐ THỰC VẬT NDVI 13

1.5 Tình hình nghiên cứu 15

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 15

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 18

Chương II Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu 21

2.1 Mục tiêu 21

2.1.1 Mục tiêu tổng quát 21

Xây dựng bản đồ đánh giá biến động diện tích rừng phòng hộ tỉnh Vĩnh Phúc 21

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 21

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 21

2.3 Nội dung nghiên cứu 22

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu 22

2.4.2 Phương pháp xử lý số liệu 24

Chương III KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH VĨNH PHÚC 30

3.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 30

3.1.1 Vị trí địa lý 30

3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa thế: 30

3.1.3 Đặc điểm sông suối 31

3.1.4 Đặc điểm khí hậu 31

3.1.5 Thuỷ văn 32

3.1.6 Đất đai - thổ nhưỡng 33

3.1.7 Hiện trạng tài nguyên rừng 34

3.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI 36

3.2.1 Nguồn nhân lực 36

3.2.2 Thực trạng kinh tế xã hội 38

3.2.3 Văn hóa xã hội 43

3.2.4 Tổ chức quản lý và sản xuất kinh doanh 45

3.2.5 Hoạt động chế biến gỗ và lâm sản 46

3.2.6 Các hoạt động sản xuất lâm nghiệp khác 47

3.3 Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất lâm nghiệp của tỉnh 48

3.3.1 Những ảnh hưởng tích cực 48

3.3.2 Những ảnh hưởng tiêu cực 49

Chương IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 51

4.1.Thành lập bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ khu vực nghiên cứu 51

4.1.1 Xây dựng mẫu khóa ảnh 51

4.1.3 Đánh giá độ chính xác phương pháp giải đoán ảnh 56

4.2 Biến động diện tích rừng phòng hộ khu vực nghiên cứu giai đoạn năm 1990 - 2017 59

4.2 1 Biến động diện tích rừng phòng hộ giai đoạn 1990 - 1995 60

61

4.2.2 Biến động diện tích rừng phòng hộ giai đoạn 1995- 2000 62

4.2.3 Biến động diện tích rừng phòng hộ giai đoạn 2000 - 2005 64

4.2.4 Biến động diện tích rừng phòng hộ giai đoạn 2005 - 2010 65

4.2.5 Biến động đất rừng phòng hộ giai đoạn 2010- 2015 67

4.2.6 Biến động diện tích rừng phòng hộ giai đoạn 2015-2017 69

4.2.7 Biến động diện tích rừng phòng hộ giai đoạn 1990 - 2017 71

4.3 Nguyên nhân biến động diện tích rừng phòng hộ 75

4.3.1 Nguyên nhân tăng diện tích có rừng 75

4.3.2 Nguyên nhân giảm diện tích có rừng 79

4.4 Đề xuất các giải pháp quản lý bền vững 82

4.4.1 Giải pháp về kỹ thuật 82

4.4.2 Giải pháp về quản lý tổ chức 85

KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

GIS Geographic information system Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Information System Hệ thống định vị toàn cầu

ETM Enhance Thematic Mapper Bản đồ chuyên đề tăng cường MSS Multispectral Scanner System Hệ thống quét đa phổ

HRV High Resolution Visible

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.2 Phân loại NDVI theo chất lượng thực vật trong lớp phủ bề mặt 14 1.3 Khoá phân loại rừng theo giá trị NDVI ảnh Landsat 14

2.2 Dữ liệu ảnh viễn thám thu thập trong nghiên cứu 22 3.1 Thành phần thực vật bậc cao phân theo các ngành, họ, chi 34

3.4 Hiện trạng sử dụng lao động toàn tỉnh giai đoạn 2011 - 2015 38 3.5 Giá trị sản xuất nông lâm thủy sản (GO) qua các năm 40

4.1 Tổng hợp kết quả xây dựng mẫu khóa ảnh vệ tinh các năm 51 4.2 Diện tích đất rừng phòng hộ qua các năm nghiên cứu 54

4.3 Đánh giá độ chính xác phương pháp giải đoán ảnh từ năm 1990

4.9 Ma trận biến động diện tích rừng phòng hộ tỉnh Vĩnh Phúc giai

DANH MỤC CÁC HÌNH

2.1 Các bước tiến hành giải đoán ảnh vệ tinh từ phần mềm

2.2 Cây phân loại tự động trong phần mêm eCognition 28

4.5 Bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ năm 1990 55 4.6 Bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ năm 1995 55 4.7 Bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ năm 2000 55 4.8 Bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ năm 2005 55 4.9 Bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ năm 2010 56 4.10 Bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ năm 2015 56 4.11 Bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ năm 2017 56

4.13 Bản đồ biến động rừng phòng hộ giai đoạn 1990-1995 61 4.14 Bản đồ biến động rừng phòng hộ giai đoạn 1995-2000 63 4.15 Bản đồ biến động rừng phòng hộ giai đoạn 2000-2005 65 4.16 Bản đồ biến động rừng phòng hộ giai đoạn 2005-2010 67 4.17 Bản đồ biến động rừng phòng hộ giai đoạn 2010-2015 69 4.18 Bản đồ biến động rừng phòng hộ giai đoạn 2015-2017 71

4.20 Biến động diện tích rừng phòng hộ qua các năm 73

ĐẶT VẤN ĐỀ

Vĩnh Phúc là tỉnh đồng bằng nằm trong Vùng Kinh tế trọng điểm Bắc

Bộ có tổng diện tích tự nhiên 123.513ha Dân số 1.054,4 ngàn người phân bố

ở 137 xã, phường, thị trấn trên địa bàn 9 huyện thành Theo Quyết định số 667/QĐ-CT ngày 01 tháng 3 năm 2016 của Chủ tịch UBND tỉnh Vĩnh Phúc

về Phê duyệt kết quả thực hiện Phương án Kiểm kê rừng tỉnh Vĩnh Phúc giai đoạn 2014-2015, tổng diện tích đất lâm nghiệp 33.928,7ha, chiếm 27,5% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, trong đó diện tích đất rừng đặc dụng 15.807,6ha, đất rừng phòng hộ 4.170,8ha, đất rừng sản xuất 13.950,3ha

Rừng Vĩnh Phúc có vai trò phòng hộ đầu nguồn, bảo vệ môi trường, bảo tồn nguồn gen động thực vật, nghiên cứu khoa học, bảo vệ các công trình kết cấu hạ tầng , ngoài ra rừng Vĩnh Phúc còn đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội như cung cấp lâm sản cho nhu cầu tại chỗ và phục vụ các mục đích an ninh quốc phòng của tỉnh Trong những năm gần đây hiện trạng rừng Vĩnh Phúc có nhiều thay đổi do sự tác động mạnh của sự phát triển kinh tế xã hội tại địa phương đặc biệt là khu vực rừng đầu nguồn của tỉnh Sự biến động này có những tác động tích cực song cũng có những ảnh hưởng xấu đến môi trường đất và nguồn nước tại các lưu vực và cũng từ trước đến nay trên địa bàn tỉnh chưa có nghiên cứu nào về việc sử dụng ảnh viễn thám theo dõi sự thay đổi của lớp hiện trạng rừng Mặc dù hàng năm đều có các báo cáo

về hiện trạng và tình hình biến động rừng, nhưng hầu hết các báo cáo này chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ rừng bằng phương pháp truyền thống, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian Đứng trước thực tế đó, việc tìm ra sự thay đổi hiện trạng rừng và các nguyên nhân nhằm giúp các nhà hoạch định chính sách đưa ra các biện pháp quản lý bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên đất, nước là một việc làm hết sức cần thiết và quan trọng

Hiện nay có nhiều phương pháp cũng như cách tiếp cận khác nhau để theo dõi, nghiên cứu sự thay đổi của lớp hiện trạng rừng Trong đó, các phương pháp ứng dụng ảnh Viễn thám và GIS là những phương pháp hiện đại, là những công cụ mạnh có khả năng giúp giải quyết những vấn đề về không gian ở tầm vĩ mô trong một thời gian ngắn và trên một diện tích rộng

Nghiên cứu, đánh giá sự thay đổi lớp hiện trạng rừng qua các giai đoạn khác nhau đã có nhiều tác giả đề cập trong nhiều công trình và đề tài nghiên cứu Tuy nhiên việc áp dụng chúng vào những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần được nghiên cứu để tìm ra cách tiếp cận hợp lý cũng như đánh giá khả năng ứng dụng của chúng một cách đúng đắn Từ các lý do như đã nêu, được sự đồng ý của khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường và Phòng đào tạo sau

đại học tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sự thay đổi diện tích

rừng phòng hộ làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý lưu vực bền vững trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc”

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Luật Bảo vệ phát triển rừng năm 2004 quy định: Rừng là một hệ sinh thái bao gồm quần thể thực vật rừng, động vật rừng, vi sinh vật rừng, đất rừng

và các yếu tố môi trường khác, trong đó cây gỗ, tre nứa hoặc hệ thực vật đặc trưng là thành phần chính có độ che phủ của tán rừng từ 0,1 trở lên Rừng gồm rừng trồng và rừng tự nhiên trên đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ, đất rừng đặc dụng

Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT ngày 10 tháng 6 năm 2009 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn quy định một đối tượng được xác định là rừng nếu đạt được cả 3 tiêu chí sau:

- Là một hệ sinh thái, trong đó thành phần chính là các loài cây lâu năm thân gỗ, cau dừa có chiều cao vút ngọn từ 5,0m trở lên (trừ rừng mới trồng và một số loài cây rừng ngập mặn ven biển), tre nứa,…có khả năng cung cấp gỗ, lâm sản ngoài gỗ và các giá trị trực tiếp và gián tiếp khác như bảo tồn đa dạng sinh học, bảo vệ môi trường và cảnh quan Rừng mới trồng các loài cây thân

gỗ và rừng mới tái sinh sau khai thác rừng trồng có chiều cao trung bình trên

1,5 m đối với loài cây sinh trưởng chậm, trên 3,0m đối với loài cây sinh trưởng nhanh và mật độ từ 1.000 cây/ha trở lên được coi là rừng Các hệ sinh thái nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản có rải rác một số cây lâu năm là cây thân gỗ, tre nứa, cau dừa,… không được coi là rừng

- Độ tàn che của tán cây là thành phần chính của rừng phải từ 0,1 trở lên

- Diện tích liền khoảnh tối thiểu từ 0,5ha trở lên, nếu là dải cây rừng phải có chiều rộng tối thiểu 20m và có từ 3 hàng cây trở lên

Cây rừng trên các diện tích tập trung dưới 0,5ha hoặc dải rừng hẹp dưới

20 mét được gọi là cây phân tán

1.2 PHÂN LOẠI RỪNG

a Phân loại trạng thái rừng theo hiện trạng

Theo quan điểm phân loại của Loeschau rừng Việt Nam đã được phân loại theo hiện trạng gồm 4 loại rừng:

- Loại I: Đất trống đồi núi trọc, chưa có rừng hoặc đã mất rừng do khai thác quá mức, cháy rừng hoặc các nguyên nhân khác Trên đất này chỉ có thảm cỏ, cây bụi, cây gỗ tái sinh từ hạt hoặc chồi có chiều cao bằng chiều cao thảm cỏ hoặc chiều cao thảm cây bụi

- Loại II: Rừng phục hồi, cây tiên phong có đường kính nhỏ Là rừng non, rừng sào phục hồi tự nhiên sau khi mất rừng do cháy hoặc do làm nương rẫy, trữ lượng rừng chưa đáng kể

- Loại III: Rừng tự nhiên đã bị tác động tại các mức độ khác nhau, chúng trong giai đoạn phân hóa (hoặc đang phục hồi hoặc đang thoái hóa)

- Loại IV: Rừng nguyên sinh và rừng thứ sinh giàu phục hồi hoàn toàn

b Phân loại rừng theo nhân tố sinh thái phát sinh

Căn cứ vào quan điểm sinh thái phát sinh quần thể thực vật để phân loại, Thái Văn Trừng đã phân loại thảm thực vật rừng Việt Nam thành 14 kiểu rừng như sau:

- Các kiểu rừng kín vùng thấp gồm: Kiểu rừng kín thường xanh mưa

ẩm nhiệt đới; Kiểu rừng kín nửa rụng lá, ẩm nhiệt đới, Kiểu rừng kín rụng lá, hơi ẩm nhiệt đới, Kiểu rừng kín lá cứng hơi khô nhiệt đới

- Các kiểu rừng thưa: Kiểu rừng thưa cây lá rộng hơi khô nhiệt đới; Kiểu rừng thưa cây lá kim hơi khô nhiệt đới; Kiểu rừng thưa cây lá kim hơi khô á nhiệt đới núi thấp

- Các kiểu trảng, truông: Kiểu trảng cây to, cây bụi, cây cỏ cao khô nhiệt đới; Kiểu truông bụi gai hạn nhiệt đới

- Các kiểu rừng kín vùng cao: Kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới núi thấp; Kiểu rừng kín hỗn hợp cây lá rộng, lá kim ẩm á nhiệt đới núi thấp; Kiểu rừng kín cây lá kim ôn đới ẩm núi vừa

- Các kiểu quần hệ khô lạnh vùng cao: Kiểu quần hệ khô lạnh vùng cao; Kiểu quần hệ lạnh vùng cao

c Phân loại rừng theo theo thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT

- Phân loại rừng theo mục đích sử dụng: Rừng phòng hộ, rừng đặc dụng, rừng sản xuất

- Phân loại rừng theo nguồn gốc hình thành: Rừng tự nhiên, rừng trồng

- Phân loại rừng theo điều kiện lập địa: Rừng núi đất, rừng núi đá, rừng ngập nước, rừng trên đất cát

- Phân loại rừng theo loài cây: Rừng gỗ, rừng tre nứa, rừng cau dừa, rừng hỗn giao gỗ và tre nứa

- Phân loại rừng theo trữ lượng: Đối với rừng gỗ (Rừng rất giàu, rừng giàu, rừng trung bình, rừng nghèo, rừng chưa có trữ lượng) Đối với rừng tre nứa (Rừng được phân theo loài cây, cấp đường kính và cấp mật độ)

- Đất chưa có rừng: Đất có rừng trồng chưa thành rừng, Đất trống có cây gỗ tái sinh, Đất trống không có cây gỗ tái sinh, Núi đá không cây

1.3 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG GIS VÀ VIỄN THÁM

1.3.1 Hệ thống thông tin địa lý GIS

a Khái niệm

Theo ESRI, tập đoàn nghiên cứu và phát triển các phần mềm GIS nổi

tiếng, Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) là một

tập hợp có tổ chức, bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý

b Các thành phần của GIS

- Phần cứng: Bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi

- Phần mềm: Là bộ não của hệ thống, phần mềm GIS rất đa dạng và có

thể chia làm 3 nhóm (nhóm phần mềm quản đồ họa, nhóm phần mềm quản trị bản đồ và nhóm phần mềm quản trị, phân tích không gian)

- Dữ liệu: Bao gồm dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và dữ liệu

thuộc tính (dữ liệu phi không gian) Dữ liệu không gian miêu tả vị trí địa

lý của đối tượng trên bề mặt Trái đất Dữ liệu thuộc tính miêu tả các thông tin liên quan đến đối tượng, các thông tin này có thể được định lượng hay định tính

- Phương pháp: Một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động liên tục

và có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của người sử dụng

- Con người: Trong GIS, thành phần con người là thành phần quan

trọng nhất bởi con người tham gia vào mọi hoạt động của hệ thống GIS (từ việc xây dựng cơ sở dữ liệu, việc tìm kiếm, phân tích dữ liệu …) Có 2 nhóm người quan trọng là người sử dụng và người quản lý GIS

1.3.2 Viễn Thám

a Khái niệm về viễn thám

Theo Nguyễn Ngọc Thạnh định nghĩa Viễn thám (Remote Sensing - RS) là sự thu thập và phân tích thông tin về một đối tượng mà không cần có

sự tiếp xúc trực tiếp đến đối tượng Viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ như một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính của đối tượng (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009)

Có hai loại viễn thám chính: Cảm biến thụ động và cảm biến hoạt động Cảm biến thụ động phát hiện năng lượng tự nhiên (bức xạ) được phát ra hay phản xạ bởi các đối tượng hoặc khu vực xung quanh đang được quan sát (tức

là ánh sáng mặt trời) Cảm biến hoạt động phát ra năng lượng để quét các đối tượng và khu vực trên đó dò ra cảm biến thụ động và đo bức xạ được phản xạ hoặc tán xạ trở lại từ vật được quan sát (Lương Chi Lan, 2009)

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang, gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ

Viễn thám có thể chia làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

b Các loại ảnh viễn thám

- Ảnh hàng không: Từ năm 1858 bắt đầu sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh nhằm mục đích thành lập bản đồ địa hình Những bức ảnh hàng không đầu tiên được chụp từ máy bay được Wilbur Wright thực hiện năm

1909 trên vùng Centocalli, Italia Từ đó đến nay, phương pháp sử dụng ảnh hàng không là phương pháp được sử dụng rộng rãi

- Ảnh vệ tinh Landsat: LANDSAT là vệ tinh tài nguyên của Mỹ do cơ quan hàng không và vũ trụ NASA (National Aeronautics and Space Administration) quản lý Cho đến nay đã có nhiều thế hệ vệ tinh LANDSAT được nghiên cứu phát triển

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM Kênh phổ Bước sóng Phổ điện từ Độ phân giải

Kênh 4 0,6 - 0,90 micromet Cận hồng ngoại 30m

Kênh 5 1,55 - 1,75 micromet Hồng ngoại 30m

Kênh 6 10,4 - 12,5 micromet Hồng ngoại nhiệt 120m

Kênh 7 2,08 - 2,35 micromet Hồng ngoại trung 30m

Vệ tinh LANDSAT 1 được phóng năm 1972 lúc đó bộ cảm cung cấp tư liệu chủ yếu là MSS (Multispectral scanner) thuộc loại máy quét quang cơ (Optical-Mechanical Scanner) Vệ tinh LandSat có độ cao bay 705km góc nghiêng mặt phẳng quĩ đạo là 980

, quĩ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp Thời điểm bay qua xích đạo là 9h39' sáng và chu kỳ lặp 17 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km Hệ thống Landsat MSS hoạt động ở dải phổ nhìn thấy và gần hồng ngoại

Từ năm 1985 vệ tinh LANDSAT 3 được phóng và mang bộ cảm TM (Thematic Mapper), Vệ tinh LANDSAT 7 mới được phóng vào quỹ đạo tháng 4/1999 với bộ cảm TM cải tiến gọi là ETM (Enhaced Thematic Mapper), trên vệ tinh LANDSAT bộ cảm có ý nghĩa quan trọng nhất và được

vòng quanh Trái đất mất 99 phút, bao phủ toàn bộ bề mặt trái đất trong 16 ngày và gửi về khoảng hơn 400 ảnh mỗi ngày

Ảnh vệ tinh SPOT: Vào đầu năm 1978 chính phủ Pháp quyết định phát triển chương trình SPOT (Système Pour l'Observation de la Terre) với sự tham gia của Bỉ và Thụy Điển Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu không gian của Pháp chế tạo và phát triển, vệ tinh đầu tiên SPOT-1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT-2, SPOT-3, SPOT- 4 và SPOT-5 lần lượt vào các năm 1990, 1993, 1998 và 2002 trên đó mang hệ thống quét CCD (Centre National d'Etudes Spatiales - CNES) Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98.70

, thời điểm bay qua xích đạo là 10h30' sáng và chu kỳ lặp 26 ngày Các thế hệ

vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có bộ cảm HRV (High Resolution Visible) với kênh toàn sắc (0,51 - 0,73mm) độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m, phân bố trong vùng sóng nhìn thấy gồm lục (0,50 - 0,59mm), đỏ (0,61 - 0,68mm), cận hồng ngoại (0,79 - 0,89mm) Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất

là 60km x 60km Vệ tinh SPOT 4 với kênh toàn sắc (0,49 - 0,73mm); ba kênh

đa phổ của HRV tương đương với 3 kênh phổ truyền thống HRV; thêm kênh hồng ngoại (1,58 - 1,75mm) có độ phân giải 20m Khả năng chụp nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời điểm với các góc chụp nghiêng khác nhau

Vệ tinh SPOT - 5 phóng lên quỹ đạo ngày 03 tháng 5 năm 2002, được trang bị một cặp Sensors HRG (High Resolution Geometric) là loại Sensor ưu việt hơn các loại trước đó Mỗi một Sensor HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và 10m với ảnh mầu Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80km Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT, điều

mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời khắc ở độ phân giải này đều không đạt Kỹ

thuật thu ảnh HRG cho phép định vị ảnh với độ chính xác nhỏ hơn 50m nhờ

hệ thống định vị vệ tinh DOGIS và Star Tracker lắp đặt trên vệ tinh, trên vệ tinh SPOT-5 còn lắp thêm hai máy chụp ảnh nữa Máy thứ nhất HSR (High Resolution Stereoscopic) - Máy chụp ảnh lập thể lực phân giải cao, máy này chụp ảnh lập thể dọc theo đường bay với độ phủ 120 x 600km Nhờ ảnh lập thể độ phủ rộng này tạo lập mô hình số độ cao (DEM) với độ chính xác 10m

mà không cần tới điểm khống chế mặt đất Máy chụp ảnh thứ hai mang tên VEGETATION, giống như VEGETATION lắp trên vệ tinh SPOT- 4 hàng ngày chụp ảnh mặt đất trên một dải rộng 22.5km với kích thước pixel 1 x 1km trong 4 kênh phổ Ảnh VEGETATION được sử dụng rất hữu hiệu cho mục đích theo dõi biến động địa cầu và đo vẽ bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Vệ tinh SPOT - 6: Ngày 9/9/2012 vệ tinh SPOT 6 đã chính thức lên quĩ đạo thu nhận thông tin quan sát trái đất Độ phân giải không gian của vệ tin này đã được nâng lên 1,5m so với 2,5m của SPOT 5, là thế hệ mới của loạt vệ tinh quang học SPOT với nhiều cải tiến về kỹ thuật và khả năng thu nhận ảnh cũng như đơn giản hoá việc truy cập thông tin Độ phân giải không gian của các kênh là Panchromatic: 1,5m; Tổ hợp màu: 1,5m, Các kênh đa phổ: 8m (khi kết hợp có thể xử lý tăng cường lên 6m) Các kênh phổ có thay đổi so với các thế hệ trước (chỉ có các kênh (G, R, NIR, MID-IR), đó là:

quỹ đạo 694 km, thời gian lặp quỹ đạo là 26 ngày Vệ tinh SPOT 7 cung cấp ảnh với độ phân giải không gian 1,5 m kênh toàn sắc và 6 m kênh đa phổ

5, SPOT - 6, SPOT - 7 có độ phân giải cao, đặc biệt ảnh độ phân giải 2,5m ; 1,5m mở ra triển vọng của nhiều ứng dụng mà trước đây chỉ có thể thực hiện với ảnh hàng không như thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, quy hoạch đô thị, quản lý hiểm họa và thiên tai…

- Ảnh vệ tinh COMSMOS và RESURS-01: Tư liệu ảnh viễn thám COSMOS gồm có 2 loại Ảnh độ phân giải cao có độ bay chụp 270km, máy ảnh tiêu cự 1.000mm, kích thước ảnh 30 x 30cm, độ phủ dọc trên 60%, độ phân giải mặt đất 6 - 7m Ảnh độ phân giải trung bình có độ cao bay chụp 250km, máy ảnh tiêu cự 200mm, kích thước ảnh 18 x 18cm, độ phủ dọc trên 60%, độ phân giải mặt đất 30cm, chụp ở 3 phổ là lục (0,51 - 0,60mm), đỏ (0,60 - 0,70mm), cận hồng ngoại (0,70 - 0,85mm)

Vào các năm 1985, 1988 và 1994 CHLB Nga đưa lên quỹ đạo 3 vệ tinh viễn thám RESURS - 01 Vệ tinh RESURS - 01 bay ở độ cao 678km, trang bị

bộ cảm đa phổ MSU-SK, có độ phân giải không gian là 170m đối với 4 kênh

và Sentinel-3C theo kế hoạch sẽ hoàn tất việc phóng trước năm 2020

+ Sentinel-1A là vệ tinh đầu tiên trong loạt các vệ tinh thuộc chương trình Copernicus, đã được lên quĩ đạo ngày 3/4/2014 Thiết bị thu nhận ảnh radar khẩu độ mở tổng hợp, kênh C (Synthetic aperture radar (SAR) Các chế

độ thu nhận ảnh bao gồm Interferometric wide-swath mode, 250km, 5×20m resolution

Wave-mode images 20×20km, 5×5m resolution (at 100km intervals) Strip map mode 80km swath, 5×5m resolution Extra wide-swath mode 400km, 20×40m resolution

+ Sentinel-1A có nhiệm vụ giám sát băng, tràn dầu, gió và sóng biển, thay đổi sử dụng đất, biến dạng địa hình và đáp ứng các trường hợp khẩn cấp

lũ và động đất, do là dữ liệu radar nên có các chế độ phân cực đơn VV hoặc HH) và phân cực đôi (VV+VH hoặc HH+HV)

+ Sentinel-2A được phóng lên quĩ đạo ngày 23/6/2015 Đây là vệ tinh gắn thiết bị thu nhận ảnh đa phổ với 13 kênh phổ (443 nm–2190 nm), swath width 290 km, spatial resolutions 10 m (4 visible và near-infrared bands), 20

m (6 red-edge/shortwave-infrared) và 60 m (3 atmospheric correction bands) Hiện tại dữ liệu thu nhận từ vệ tinh vẫn còn trong giai đoạn hiệu chỉnh do vậy

dữ liệu ảnh chưa sử dụng được (cho tới hiện tại 13/12/2015) Khi vệ tinh thứ hai (Sentinel-2B) đưa vào sử dụng thì cả hai sẽ có chu kỳ lập lại là 5 ngày và nếu kết hợp với Landsat 8 thì chu kỳ quan sát trái đất sẽ là 3 ngày, với dữ liệu này thì độ phân giải không gian cao hơn ảnh vệ tinh Landsat 8

Sentinel-2A có nhiệm vụ giám sát các hoạt động canh tác nông nghiệp, rừng, sử dụng đất

1.4 CHỈ SỐ THỰC VẬT NDVI

Chỉ số thực vật NDVI (Normalized difference vegetation index) là tỷ lệ khác biệt giữa bước sóng nhìn thấy (màu đỏ) và bước sóng cận hồng ngoại (NIR) đối với tổng các bước sóng đó nhằm đưa ra một chỉ số về mật độ và độ dày của bề mặt thảm thực vật

* Chỉ số thực vật NDVI được tính toán theo công thức:

NDVI = ( – )

( )

Trong đó: - NIR (Near Infrared) giá trị điểm ảnh kênh cận hồng ngoại

- RED là giá trị điểm ảnh trên kênh đỏ Đối với Landsat 8: NIR=Band 5, RED=Band 4; Landsat 7: NIR= Band

4, RED= Band 3; Landsat 7: NIR = Band 4, RED= Band 3

Đối với ảnh Stinel: NIR = Band 8, Red = 4

NDVI nhận giá trị từ -1 đến +1, giá trị NDVI thấp cho thấy khu vực đó

độ phủ thực vật thấp, giá trị NDVI cao cho thấy khu vực đó có độ phủ thực vật tốt, giá trị NDVI có giá trị âm cho thấy ở đó không có thực vật Theo bảng phân loại lớp phủ thực vật của USGS (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ), chỉ số NDVI tương ứng với các loại đối tượng lớp thực vật sau:

Bảng 1.2 Phân loại NDVI theo chất lượng thực vật trong lớp phủ bề mặt

<0.1 Khu vực mặt nước, bê tông, đá, cát

0.1 - 0.2 Khu vực cây bụi, đất đá cằn cỗi

0.2 - 0.3 Khu vực trảng cỏ cây bụi trảng cỏ, đất nông nghiệp để

trống 0.3 - 0.6 Trảng cỏ, cây trồng nông nghiệp, rừng thưa

>0.6 Rừng nhiệt đới

(Nguồn: USGS)

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Sinh thái rừng và Môi trường - Trường Đại học Lâm nghiệp, bộ khoá phân loại dựa vào chỉ số NDVI trên ảnh Lansat như sau:

Bảng 1.3 Khoá phân loại rừng theo giá trị NDVI ảnh Landsat

trữ lượng hoàn toàn và rừng nguyên sinh

(IIIa1, IIIa2, IV)

(Nguồn: Viện Sinh thái rừng và Môi trường - Trường ĐH Lâm nghiệp)

Chỉ số thực vật được dùng rất rộng rãi để xác định mật độ phân bố của thảm thực vật, đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng Bên cạnh đó NDVI còn thể hiện được các nhóm thực vật khác nhau thông qua giá trị của chỉ số này trên từng nhóm loài thực vật Một số công trình của

Simone R Freitas (2005), Vương Văn Quỳnh (2009), Nguyễn Trường Sơn (2009) đã ứng dụng chỉ số thực vật NDVI trong nghiên cứu về rừng, lớp phủ thực vật và đã đạt được những kết quả nhất định

1.5 Tình hình nghiên cứu

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Vào những năm 60 thuật ngữ “Viễn thám” đầu tiên đã được đề cập tới tại Mỹ, tuy nhiên, kỷ nguyên sử dụng viễn thám để quan sát và nghiên cứu trái đất coi như bắt đầu từ những năm 1972 với việc phóng thành công tàu Landsat1 Cho đến nay với hơn 30 năm tồn tại và phát triển, Viễn thám đã trở thành một công cụ hiện đại vừa mang tính phụ trợ, vừa mang tính cạnh tranh trong công nghệ quan sát Trái đất Khả năng ứng dụng dữ liệu viễn thám trong thành lập các bản đồ thảm thực vật rừng cũng ngày được cải thiện và theo đó dữ liệu viễn thám đang có xu hướng trở thành nguồn dữ liệu chủ đạo cho việc thành lập các bản đồ rừng

Có thể nói ngay từ khi được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên thì công tác thành lập bản đô hiện trạng cũng như bản đồ diễn biến hiện trang rừng là một trong những ứng dụng tiêu biểu và quan trọng của dữ liệu Viễn thám, cho tới nay có rất nhiều các công trình nghiên cứu cũng như ứng dụng ảnh vệ tinh trong việc thành lập và theo dõi biến động hiện trạng rừng ở khắp nơi trên thế giới, trong các nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng các phương pháp và loại dữ liệu khác nhau tuỳ theo từng mục đích cụ thể nhưng chúng đều có chung một bản chất là phản ánh được các trạng thái rừng hiện có

+ Tại Indonesia: Trong một nghiên cứu tại vùng Yogyakarta, các nhà

khoa học đã đánh giá, phân tích sự thay đổi sử dụng đất và thảm thực vật rừng bằng Viễn thám và GIS Trong nghiên cứu này người ta đã sử dụng ảnh viễn thám LandSat tại hai thời kỳ 1972 và 1984, kết hợp với bản đồ hiện

trạng 1990 phân tích các dữ liệu đã cho thấy các kiểu thay đổi sử dụng đất của từng vùng đặc biệt có sự thay đổi về đất thổ cư (tăng) và đất nông nghiệp (giảm) Kết quả nghiên cứu cho thấy nguyên nhân của sự thay đổi này phụ thuộc vào nhiều vấn đề tăng dân số và sự mở rộng của các tuyến giao thông,

từ đó các nhà khoa học đã khuyến cáo Chính phủ và các cơ quan chức năng

để có những chính sách phù hợp trong việc sử dụng đất bảo đảm tính bền vững và hợp lý

+ Tại Thái Lan: Một đất nước với khoảng 60 triệu người dân, trong hai

thập kỷ vừa qua đã có những sự tăng trưởng vượt bậc của nền kinh tế Kết quả của sự tăng trưởng này là các nguồn tài nguyên thiên nhiên như: Rừng, đất, nước…đã được sử dụng một cách quá mức như nguồn lực chính cho sự phát triển này Tổng diện tích rừng hàng năm liên tục suy giảm, chất lượng đất và nước cũng trở nên xấu hơn, đất lâm nghiệp đã được chuyển đổi nhiều sang đất nông nghiệp Các nhà khoa học của trường đại học Mahkidol đã tiến hành nghiên cứu sự thay đổi tại ba tiểu lưu vực của hệ thống sông Chiangmai với tổng diện tích 6692km2, tại điểm nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng các ảnh viễn thám LandSat ở các thời kỳ 1985 đến 1990 và 1990 đến

1995 với mục tiêu tìm hiểu và đánh giá sự thay đổi sử dụng đất trong các diện tích rừng nhiệt đới cũng như sẽ dự báo xu hướng thay đổi của sử dụng đất trong tương lai Các tác giả đã chỉ ra rằng trong quá trình nghiên cứu sự thay đổi cần thiết phải lưu ý tới các nhân tố kinh tế xã hội và kết quả cho thấy những khu vực có sự tập chung dân số cao thường các diện tích rừng tại khu vực đó bị suy giảm

+ Tại một số nước của Châu Phi như:

Ethiopia, Nepan, Kenya, Nigeria…Việc ứng dụng GIS và Viễn thám đã được ứng dụng rộng rãi vào trong các nghiên cứu theo dõi và giám sát sự thay đổi sử dụng đất Tại Ethiopia các nhà khoa học đã sử dụng Viễn thám và

GIS kết hợp điều tra ngoại nghiệp đã tiến hành đánh giá sự thay đổi sử dụng đất từ năm 1957 đến 1995 Kết quả nghiên cứu đã chỉ cho thấy rằng việc suy giảm mạnh diện tích rừng và được thay thế vào đó là đất nông nghiệp, sự thay đổi này đã dẫn đến hàng loạt thay đổi về sinh thái tự nhiên như: nguồn nước ngầm giảm mạnh, một số vùng đất thấp có sự sạt lở và thoái hoá,…Qua nghiên cứu này các tác giả cũng khuyến cáo Chính phủ cần phải có một chính sách đất đai phù hợp để tránh có những biến động lớn về môi trường và sinh thái

+ Tại Australia: Theo văn phòng khoa học nông thôn tính từ năm 1983

- 1993 đã có hơn 600.000ha đất rừng bị phá để phục vụ cho mục đích nông nghiệp và điều này đã làm nhiều người kinh ngạc Australia là quốc gia đầu tiên trên thế giới điều tra về khí gây hiệu ứng nhà kính liên quan đến lượng rừng mất đi như thế nào và theo kết quả nghiên cứu cho thấy, lượng rừng mất

đi này tương đương với 1/4 tổng lượng khí gây hiệu ứng nhà kính thải ra Một nghiên cứu đã tiến hành cho cả nước triển khai đánh giá sự thay đổi của hiện trạng thảm thực vật, các nhà khoa học đã sử dụng 158 cảnh ảnh vệ tinh LandSat TM tại hai thời kỳ 1990 và 1995 để phục vụ cho nghiên cứu này Kết quả đã chỉ ra rằng trong khoảng 1990 – 1995 đã có 1,2 triệu ha rừng nguyên sinh bị chặt phá để chuyển sang các mục đích khác như: Nông nghiệp, đồng cỏ

và các hoạt động khác (làm đường, xây dựng,…) Tuy nhiên cũng có khoảng 410.000ha rừng cũng đã được tái sinh trong giai đoạn này, kết quả nghiên cứu này tạo ra một bộ cơ sở dữ liệu mang tính chính xác cao cho việc quản lý bảo

vệ tài nguyên thiên nhiên và phục vụ cho công tác quản lý của các nhà hoạch định chính sách cũng như các nghiên cứu khoa học khác

+ Tại Costa Rica: Một nghiên cứu được tiến hành bởi các nhà khoa học

tại trường đại học Alberta (Canada) với mục đích là tìm hiểu sự thay đổi lớp phủ ở San Jasé, Costa Rica Trong nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử

dụng ảnh LandSat TM và khoảng thời gian theo dõi biến động là 7 năm (tháng 12 năm 1991 và tháng 1 năm 1997) Kết quả của cuộc nghiên cứu đã tập trung ở những vấn đề: Sự thay đổi thực vật khác nhau giữa các khu vực phân tán không tập trung và khu vực tập trung; sự biến đổi của độ ẩm bề mặt;

sự đô thị hoá tại những khu đồi thấp, các nơi liền kề khu dân cư và đặc biệt là tại các khu vực đồng cỏ, chính điều này đã ảnh hưởng nhiều tới thảm thực vật

ở những vùng này; sự chặt phá rừng để làm nương rẫy với cây trồng chủ yếu

là cây chuối

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ứng dụng công nghệ viễn thám trong lâm nghiệp Việt Nam được bắt đầu

từ những năm 1970 tại Viện Điều tra, Quy hoạch rừng; tuy nhiên việc áp dụng công nghệ viễn thám tiên tiến với ảnh vệ tinh và hệ thống thông tin địa

lý (GIS) trong việc đánh giá hiện trạng tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp mới chỉ được áp dụng trong vài năm gần đây (FIPI, 2005) Một vài công trình được biết đến như:

Hoàng Sỹ Động và cộng sự (2005) đã ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong phân cấp đầu nguồn hạ lưu sông Mê – Kông

Lại Huy Phương và cộng sự (2005) cũng đã áp dụng GIS trong thiết kế

hệ thống cơ sở dữ liệu theo dõi diễn biến tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp tại một số tỉnh như Thanh Hóa, Quảng Ninh, Lạng Sơn…

Chu Thị Bình và cộng sự (2005) đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat MSS và Landsat TM cùng với các số liệu thu thập dưới mặt đất để tiến hành đánh giá lớp phủ thực vật tại Lương Sơn – Hòa Bình giai đoạn 1984 – 1992 – 2001

Tổ chức Hỗ trợ kỹ thuật Lâm nghiệp Nhật Bản (JAFTA, 1998), đã thực hiện Dự án phát triển công nghệ thông tin cho quản lý rừng nhiệt đới tại Myanmar và Việt Nam

Công trình nghiên cứu của Nguyễn Đình Dương và cộng sự (2004) “Sử dụng ảnh đa phổ MODIS để đánh giá sự thay đổi về lớp phủ thực vật của Việt Nam trong giai đoạn 2001-2003”, kết quả được trình bày trong Hội thảo lần thứ 14 của các nước đông nam á về nông nghiệp, tác giả đã sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định với ảnh vệ tinh MODIS đa thời gian có độ phân giải thấp để đánh giá được sự biến động của lớp phủ trên toàn lãnh thổ Việt Nam trong giai đoạn từ 2001 đến 2003

Trong lĩnh vực phòng chống cháy rừng, công nghệ Viễn thám và GIS cũng đã được ứng dụng tại Việt Nam, từ khi ứng dụng công nghệ này các nhà khoa học đã phát hiện kịp thời và cảnh báo nhiều vụ cháy lớn như cháy rừng

U Minh Thượng…

Chương trình kiểm kê rừng toàn quốc 2002, công nghệ GIS và Viễn thám đã được ứng dụng, toàn bộ các cảnh ảnh Lansat ETM, vơi độ che phủ toàn lãnh thổ Việt Nam được sử dụng và kết quả của chương trình này là một

bộ bản đồ hiện trạng rừng 2002, bản đồ về sự thay đổi diện tích rừng

1998-2002 cùng số liệu thống kê rừng và đất chưa có rừng

Phạm Văn Duẩn, Phùng Văn Khoa (2013), đã nghiên cứu thử nghiệm phương pháp xây dựng bản đồ kiểm kê rừng trong lưu vực từ ảnh vệ tinh SPOT5”

Vũ Tiến Điển (2013) với công trình “Nghiên cứu nâng cao khả năng tự động trong giải đoán ảnh vệ tinh độ phân giải cao để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác điều tra kiểm kê rừng”, tác giả ứng dụng phương pháp phân loại ảnh hướng đối tượng với tư liệu ảnh vệ tinh SPOT5, để phân loại rừng và đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại cho các vùng nghiên cứu thí điểm Kết quả của đề tài là bước tiến mới trong ứng dụng các kỹ thuật phân loại ảnh nhằm nâng cao độ chính xác bản đồ giải đoán và giảm thiểu các sai số khách quan khác

Nguyễn Văn Thị, Trần Quang Bảo (2014), trong nghiên cứu về ứng dụng kỹ thuật phân loại ảnh hướng đối tượng để xác định trạng thái rừng theo Thông tư số 34 cho khu vực nghiên cứu gồm 4 xã: Sơn Kim 1, Sơn Kim 2, Sơn Tây và thị trấn Tây Sơn thuộc huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh Tư liệu

sử dụng là ảnh vệ tinh SPOT5

Chương trình Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn

2013-2017, công nghệ Viễn thám và GIS được áp dụng khá thành công Chương trình này đã sử dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao như: SPOT5, SPOT6, SPOT7…

Qua một số nghiên cứu nổi bật kể trên chúng ta có thể thấy rằng, trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ Viễn thám trong việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cũng như hiện trạng rừng đã được nhà nước quan tâm và ứng dụng tương đối rộng rãi trong các ngành quản lý tài nguyên rừng, trong công tác quản lý đất đai cũng như các công trình nghiên cứu khoa học, chính điều này đã góp phần không nhỏ cho việc bảo vệ và phát triển bền vững các nguồn tài nguyên tại các vùng nghiên cứu

Chương II MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Lớp phủ hiện trạng rừng theo bảng khóa giải đoán ảnh sau:

Bảng 2.1 Mẫu khóa ảnh giải đoán ảnh

của Chủ tịch UBND tỉnh Vĩnh Phúc về Phê duyệt kết quả thực hiện Phương án Kiểm kê rừng tỉnh Vĩnh Phúc giai đoạn 2014-2015

Phạm vi nghiên cứu về thời gian: Năm 1990, 1995, 2000, 2005, 2010,

2015, 2017

2.3 Nội dung nghiên cứu

1) Nghiên cứu giải đoán ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng rừng phòng hộ tại các thời điểm nghiên cứu

2) Nghiên cứu đánh giá biến động diện tích rừng phòng hộ giai đoạn

1990 1995, 1995 2000, 2000 2005, 2005 2010, 2010 2015, 2015

-2017

3) Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý lưu vực bền vững

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu

a Thu thập số liệu thứ cấp

Để đánh giá biến động về diện tích rừng phòng hộ, nghiên cứu đã sử dụng ảnh Landsat 5 (1990, 1995, 2005, 2010), Landsat 7 (2000) và Stinel (2015), Landsat 8 (2017) như trong bảng 5

Bảng 2.2 Dữ liệu ảnh viễn thám thu thập trong nghiên cứu

T

T

phân giải (m)

Ngoài ra, nghiên cứu cũng tiến hành thu thập tài liệu liên quan đến khu

vực nghiên cứu, bao gồm:

- Tài liệu tình hình cơ bản điều kiện tự nhiên kinh tế, xã hội, hiện trạng

sử rừng và biến động hiện trạng thời gian qua tại khu vực nghiên cứu:

- Bản đồ các loại: Bản đồ quy hoạch phân 3 loại rừng năm 2007, Bản đồ Kiểm kê rừng năm 2015 do chi cục Kiểm lâm tỉnh Vĩnh Phúc cung cấp

- Bản đồ địa hình, Bản đồ hiện trạng sử dụng đất do sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Vĩnh Phúc cung cấp

- Thu thập tài liệu khác có liên quan, gồm có:

+ Số liệu báo cáo tổng kết công tác hàng năm của chi cục Kiểm lâm tỉnh Vĩnh Phúc;

+ Tài liệu niên giám thống kê của tỉnh Vĩnh Phúc, báo cáo tổng kết hàng năm của những chương trình và dự án lớn đã thực hiện ở địa phương và các văn bản, chính sách pháp luật của Nhà nước, của tỉnh cóliên quan đến khu vực nghiên cứu

b Thu thập số liệu sơ cấp

- Xây dựng khóa phân loại ảnh bằng cách dùng máy GPS thu nhận

Đi thực địa lấy mẫu tại vùng nghiên cứu được xây dựng dựa theo bảng phân loại loại đất loại rừng (bảng 4) Đối với mẫu ảnh năm 2015 trở về trước quá trình lấy mẫu dựa chủ yếu trên bản đồ hiện trạng tại các thời điểm đó và một số mẫu thu thập được từ thực địa bằng phương pháp phỏng vấn, kết quả được ghi vào phiếu điều tra theo mẫu phụ biểu 01 phần phụ biểu

Số lượng mẫu khóa ảnh được lựa chọn đảm bảo mỗi tiêu chí tham gia phân loại phải có dung lượng đủ lớn để xác định một cách chính xác ngưỡng cho từng đối tượng đã phân tách trong các cảnh ảnh Trên từng cảnh ảnh, mỗi trạng thái lấy số điểm mẫu ít nhất là 20 mẫu Đối với các cảnh ảnh chỉ sử dụng một phần diện tích cảnh ảnh thì tuỳ tỷ lệ diện tích ảnh sử dụng có thể

giảm số điểm mẫu cho mỗi trạng thái nhưng phải đảm bảo mỗi trạng thái xuất hiện trong phần ảnh sử dụng tối thiểu phải có 2 mẫu

Chọn mẫu đại diện cho các trạng thái rừng dựa vào bản đồ hiện trạng rừng gần nhất Căn cứ vào bản đồ hiện trạng rừng gần nhất để xác định 3-5 tuyến điều tra qua các trạng thái rừng cho mỗi cảnh ảnh Trên mỗi tuyến chọn những điểm đại diện cho các trạng thái rừng để xây dựng mẫu khoá ảnh Điểm mẫu ảnh được chọn phải nằm trong 1 trạng thái, cách ranh giới với các trạng thái khác tối thiểu 50m

- Điều tra, phỏng vấn một số cán bộ (xã, thôn/bản…) và người dân địa phương trong vùng nghiên cứu để tìm hiểu về lịch sử các quá trình biến động diện tích rừng, một số mô hình trồng rừng tại khu vực nghiên cứu, kết quả được ghi vào phiếu phỏng vấn theo mẫu phụ biểu 02 và mẫu phụ biểu 03 phần phụ biểu

2.4.2 Phương pháp xử lý số liệu

2.4.2.1 Xác định các tiêu chuẩn chung

a Ranh giới khu vực nghiên cứu

Ranh giới khu vực nghiên cứu được sử dụng theo ranh giới rừng phòng

hộ theo Quyết định số 667/QĐ - CT ngày 01/3/2016 của Chủ tịch UBND tỉnh Vĩnh Phúc về việc phê duyệt kết quả kiểm kê rừng

b Hệ toạ độ chung

Các dữ liệu sau khi được thu thập đều phải được chuẩn hóa sử dụng chung ở một hệ toạ độ, thống nhất hệ toạ độ dùng trong luận án là WGS84 Các phần mềm sử dụng là: Erdas, Envi, Arcgis, Fme, eCognition…

c Hệ thống phân loại

Hệ thống phân loại cần được xây dựng để phù hợp với điều kiện đặc thù cho vùng nghiên cứu và phù hợp với khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh, vì vậy trong đề tài này chủ yếu dựa vào Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT,

ngày 10/06/2009 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn về quy định tiêu chí xác định và phân loại rừng làm cơ sở xác định khái niệm về rừng, hệ thống phân loại rừng, các tiêu chí đánh giá mất rừng và suy thoái rừng Bên cạnh đó, đề tài đã tham vấn ý kiến chuyên gia để điều chỉnh một số điều bất cập trong Thông tư này nhằm đưa ra các tiêu chí đánh giá mất rừng, suy thoái rừng và thành lập các bản đồ hiện trạng rừng phù hợp nhất với điều kiện sử dụng viễn thám tại các địa phương

Đơn vị cơ bản để đánh giá mất rừng là các lô rừng, để đánh giá biến động diện tích rừng cần phân loại thành các trạng thái rừng tuy nhiên nếu chỉ dựa vào ảnh có độ phân giải trung bình là tương đối khó khăn Vì vậy, đề tài nghiên cứu đánh giá theo các nhóm trạng thái sau: Rừng tự nhiên, rừng trồng, đất lâm nghiệp chưa có rừng, đất khác

2.4.2.2 Giải đoán ảnh vệ tinh

- Các bước tiến hành giải đoán ảnh vệ tinh bằng phần mềm eCognition xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vệ tinh được thể hiện ở sơ đồ sau:

Hình 2.1 Các bước tiến hành giải đoán ảnh vệ tinh từ phần mềm

+ Mapinfo, ARC/GIS phục vụ chỉnh sửa, lưu trữ, biên tập và in ấn bản

đồ thành quả, đồng thời tính diện tích lô trạng thái rừng

+ Mapsource: Sử dụng cho việc nhập dữ liệu từ GPS vào máy tính để xử

lý

b Xây dựng mẫu khóa ảnh

Lựa chọn tệp mẫu đưa vào phân loại

c Giải đoán ảnh vệ tinh

- Công tác chuẩn hóa số liệu

+ Ảnh vệ tinh sau khi được nắn chỉnh hình học đã được giải đoán thông qua phần mềm eCognition Quá trình giải đoán được dựa trên tập hợp các điểm mẫu khóa ảnh Kết quả giải đoán đã được đưa ra kiểm tra đối

chứng ngoài thực địa

+ Các nguồn tài liệu (bản đồ và số liệu) thu thập tại địa phương đều được kiểm tra để đảm bảo tính pháp lý, mới nhất Các file dữ liệu bản đồ tham khảo (vector và raster) đều được chuyển về hệ tọa độ WGS84

+ Chuẩn hóa lớp bản đồ ranh giới ba loại rừng

- Xác định các chỉ tiêu tham gia phân loại tự động như:

+ Các chỉ tiêu trên ảnh: Giá trị phổ các kênh ảnh, sai tiêu chuẩn, NDVI; RVI; TRRI; DVI; GLCM Homogeneity, GLCM Contrast, GLCM Entropy,

+ Chỉ tiêu trên ảnh đa thời gian: Chỉ tiêu phân mùa

Việc lựa chọn các đặc trưng ảnh mang ý nghĩa quyết định đến độ chính xác của bản đồ tạo ra, do đó cần chạy thử các vùng nhỏ trước để xác định các chỉ tiêu ảnh vệ tinh có thể phân tách tốt nhất các trạng thái đối với khu vực điều tra trong cảnh ảnh

* Các nhân tố phi ảnh thường được sử dụng

+ Hệ thống sông suối, hồ đập, khu dân cư,

- Tiến hành phân loại bằng phần mềm eCognition Developer 64 8.7

Đề tài đã xây dựng cây phân loại tự động như hình 2 dưới đây để tiến hành chạy phân loại

Hình 2.2 Cây phân loại tự động trong phần mêm eCognition

- Bổ sung hoàn chỉnh bản đồ phân loại trong phòng

Sau khi hoàn tất quá trình chạy phân loại, bản đồ phân loại tự động cần được bổ sung chỉnh sửa trong phòng trước khi thực hiện điều tra đối chứng thực địa:

d Điều tra kiểm chứng tại thực địa

Sau khi có bản đồ giải đoán trong phòng các năm: 1990, 1995, 2000,

2005, 2010,1014, 2015, 2017

Kiểm tra xác minh đối tượng còn nghi ngờ chưa xác định; Bổ sung, chỉnh sửa những đối tượng có sự sai khác giữa quá trình giải đoán và thực tế

2.4.2.3 Xử lý số liệu sau giải đoán

- Xây dựng bản đồ hiện trạng

Sau khi đã có được bản đồ hiện trạng rừng phủ năm 1990, 1995,

2000, 2005, 2010, 1014, 2015, 2017 Sử dụng phần mềm Arcgis để chồng xếp ở các giai đoạn tạo bản đồ biến động và các số liệu

Số liệu được xử lý tính toán trên phần mềm Excel

- Đánh giá biến động

2.4.2.4 Đánh giá độ chính xác kết quả giải đoán ảnh

Để đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại trên, nghiên cứu

sử dụng cùng một bộ dữ liệu kiểm tra các điểm trên thực địa ở các trạng thái rừng, các đối tượng khác, đất chưa có rừng khác nhau tại khu vực nghiên cứu, xác định bằng GPS Sau đó tiến hành so sánh giá trị thực tế với giá trị trên bản đồ giải đoán, từ đó đánh giá được độ chính xác của phương pháp phân loại

Độ chính xác năm 2017 được đánh giá dựa vào kết quả điều tra ngoài thực địa Độ chính xác các năm từ năm 2015 về trước dựa vào bản đồ hiện trạng rừng và đất lâm nghiệp thu thập được tại các thời điểm kết hợp với phương pháp phỏng vấn

Kết quả đánh giá độ chính xác được tính bằng tỷ lệ số điểm đúng trên tổng số điểm kiểm tra

Chương III KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI

- Phía Bắc giáp tỉnh Tuyên Quang, Thái Nguyên;

- Phía Nam và Đông giáp thành phố Hà Nội;

- Phía Tây giáp tỉnh Phú Thọ;

Vĩnh Phúc có trung tâm tỉnh lỵ là thành phố Vĩnh Yên cách Thủ đô Hà Nội 50 km về phía Tây Bắc Hệ thống kết cấu hạ tầng trong tỉnh cơ bản hoàn thiện và đầy đủ, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế - xã hội

3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa thế:

Địa thế tỉnh Vĩnh Phúc thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Đông Bắc - Tây Nam Phía Bắc và Đông được che chắn bởi dãy núi Tam Đảo Phía Tây

và Nam được giới hạn bởi sông Lô, sông Hồng Địa hình có thể chia thành 3 vùng chính sau:

- Vùng núi: Chiếm 8,2% diện tích tự nhiên Độ cao trung bình 500 - 600m Nơi cao nhất là đỉnh Tam Đảo Bắc (cao 1.592m) Độ dốc bình quân từ

250- 300 Phân bố tập trung ở huyện Tam Đảo, Bình Xuyên, Lập Thạch, Sông

Lô và TX Phúc Yên

- Vùng đồi: Chiếm 25,5% diện tích tự nhiên Độ cao trung bình 150 - 220m Độ dốc trung bình từ 23 - 260 Phân bố tập trung ở các huyện Tam Đảo, Tam Dương, Bình Xuyên, TP Vĩnh Yên và TX Phúc Yên

- Vùng đồng bằng: Chiếm 66,3% diện tích tự nhiên Đất đai bằng phẳng, phì nhiêu và màu mỡ Phân bố dọc theo các sông lớn trên địa bàn các huyện Yên Lạc, Vĩnh Tường, phía Nam huyện Bình Xuyên, Tam Dương, TX Phúc Yên

3.1.3 Đặc điểm sông suối

Vĩnh Phúc có đặc điểm sông suối như sau:

- Sông Hồng chảy từ Phú Thọ về, chảy vào địa phận Vĩnh Phúc từ ngã

ba Bạch Hạc đến xã Trung Hà (Yên Lạc) Đoạn chảy trong tỉnh dài 28 km

- Sông Lô chảy vào địa phận Vĩnh Phúc từ xã Bạch Lưu (Sông Lô) và đến ngã ba Bạch Hạc thì đổ vào sông Hồng Đoạn chảy trên đất Vĩnh Phúc dài 31 km

- Sông Phó Đáy chảy từ Tuyên Quang về, vào địa phận tỉnh Vĩnh Phúc

từ xã Quang Sơn (Lập Thạch) ở bên bờ phải, xã Yên Dương (huyện Tam Đảo)

ở bên bờ trái rồi đổ vào sông Lô ở giữa xã Sơn Đông (Lập Thạch) và xã Việt Xuân (Vĩnh Tường) Độ dài sông chảy trong tỉnh dài 36 km

- Sông Cà Lồ được tách ra từ sông Hồng trên địa bàn huyện Yên Lạc Sông chảy uốn khúc quanh co trên địa bàn huyện Bình Xuyên, thị xã Phúc Yên rồi chảy xuống huyện Mê Linh, hợp lưu với sông Cầu trên địa bàn huyện Sóc Sơn (Thành phố Hà Nội), chiều dài sông 86 km

Ngoài các sông lớn trên, trong tỉnh còn có sông Phan, sông Cầu Tôn, sông Tranh, sông Đồng Đò và hàng trăm nhánh suối khác bắt nguồn từ dãy núi Tam Đảo, núi Sáng Sơn Mạng lưới sông suối ở vùng đầu nguồn thường dốc, lòng suối hẹp, thời gian tập trung nước nhanh, tốc độ dòng chảy vào mùa mưa rất lớn nên thường gây xói lở đất, lũ quét, sạt lở các công trình giao thông, thủy lợi và hạ tầng nông thôn

3.1.4 Đặc điểm khí hậu

Vĩnh Phúc có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa miền Bắc Việt Nam, với các đặc trưng cơ bản sau: