Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than na dương, huyện lộc bình, tỉnh lạng sơn

Mục tiêu của nghiên cứu là giám sát được biến động độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn từ tư liệu ảnh vệ tinh LANDSAT TM VÀ OLI.. Từ kết quả n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS GIÁM SÁT

ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT TẠI KHU VỰC MỎ THAN

NA DƯƠNG, HUYỆN LỘC BÌNH, TỈNH LẠNG SƠN

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN DUY ANH

HÀ NỘI, NĂM 2019

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS GIÁM SÁT

ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT TẠI KHU VỰC MỎ THAN

NA DƯƠNG, HUYỆN LỘC BÌNH, TỈNH LẠNG SƠN

NGUYỄN DUY ANH

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 8440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS HOÀNG ANH HUY

TS NGUYỄN TIẾN THÀNH

HÀ NỘI, NĂM 2019

Hà Nội - Năm 20

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS Hoàng Anh Huy

TS Nguyễn Tiến Thành

Cán bộ chấm phản biện 1: TS Phạm Thị Mai Thảo

Cán bộ chấm phản biện 2: TS Phạm Thị Việt Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày tháng năm 2019

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: NGUYỄN DUY ANH

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Anh Huy

TS Nguyễn Tiến Thành Tên đề tài: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn

Tóm tắt luận văn: Độ che phủ thực vật là một trong nhiều yếu tố quan trọng được sử dụng để đánh giá các quá trình tự nhiên như xói lở, trượt lở, lũ lụt cũng như tốc độ phá hủy môi trường tự nhiên do các hoạt động nhân sinh Mục tiêu của nghiên cứu là giám sát được biến động độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn từ tư liệu ảnh vệ tinh LANDSAT TM VÀ OLI Trên cơ sở chỉ số NDVI, phương pháp phân loại ảnh, ứng dụng mô hình phân giải pixel hỗn hợp tuyến tính xác định độ che phủ thực vật (FVC), sau đó tiến hành đánh giá biến động độ che phủ tực vật Kết quả nghiên cứu cho thấy: Tại khu vực mỏ than Na Dương, diện tích

có độ che phủ thực vật (FVC) thưa thớt từ dưới 10% giảm rất mạnh từ 26,78 xuống 13,37 , diện tích có độ che phủ thực vật từ dưới 20% giảm mạnh từ 19,49 xuống 13,38 do ảnh hưởng của hoạt động khai thác tại mỏ than trong giai đoạn 1986 – 2015 Từ kết quả nghiên cứu có thể kết luận: Ứng dụng phương pháp viễn thám, sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh LANDSAT giúp việc đánh giá, giám sát biến động độ che phủ thực vật một cách hiệu quả, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Kết quả nghiên cứu của luận văn là những đóng góp tiêng dựa trên số liệu thu thập, những kết quả nghiên cứu kế thừa các công trình khoa học khác đều đƣợc trích dẫn theo đúng quy định

Nếu luận văn có sự sao chép từ các công trình khoa học khác, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên

Nguyễn Duy Anh

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của rất nhiều cá nhân và cơ quan đơn vị Nay luận văn đã hoàn thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới:

Tôi xin được bày tỏ sử cảm ơn trân trọng tới PGS.TS Hoàng Anh Huy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp

TS Nguyễn Tiến Thành, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi, cùng những ý kiến đóng góp sâu sắc nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, cán bộ, đồng nghiệp và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện luận văn một cách hoàn chỉnh nhất, song do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được sự đóng ghóp ý kiến của các Thầy, Cô để luận văn được hoàn thiện hơn

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Học viên

Nguyễn Duy Anh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về viễn thám 3

1.1.1 Khái niệm viễn thám 3

1.1.2 Các thành phần chính của hệ thống viễn thám 4

1.1.4 Ứng dụng của công nghệ viễn thám 7

1.1.5 Tìm hiểu về vệ tinh viễn thám Landsat 10

1.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 18

1.2.1 Định nghĩa về hệ thống thông tin địa lý 18

1.2.2 Chức năng của GIS 18

1.3 Tổng quan về độ che phủ thực vật 19

1.3.1 Khái niệm độ che phủ thực vật 19

1.3.2 Các phương pháp xác định độ che phủ thực vật 20

1.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 20

1.4.1 Điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội huyện Lộc Bình 20

1.4.2 Khái quát chung về Mỏ than Na Dương 33

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 39

2.2 Phương pháp nghiên cứu 39

2.2.1 Tiền xử lý ảnh vệ tinh 39

2.2.2 Hiệu chỉnh bức xạ 39

2.2.3 Hiệu chỉnh hình học 41

2.2.4 Phân loại ảnh 43

2.2.5 Xác định độ che phủ thực vật 47

2.2.6 Đánh giá biến động độ che phủ thực vật 49

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51

3.1 Tư liệu, tài liệu và phần mềm sử dụng 51

3.1.1 Tư liệu, tài liệu sử dụng 51

3.1.2 Phần mềm sử dụng 52

3.2 Xử lý ảnh vệ tinh trên phần mềm 53

3.2.1 Sử dụng phần mềm Envi xử lý ảnh vệ tinh Landsat 53

3.2.2 Sử dụng phần mềm ArcMap để đánh giá biến động và biên tập bản đồ 69

3.3 Kết quả xác định độ che phủ thực vật qua hai thời kỳ 73

3.3.1 Độ che phủ phủ thực vật huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn năm 1986 73

3.3.2 Độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dương năm 1986 74

3.3.3 Độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn năm 2015 76

3.3.4 Độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dương năm 2015 77

3.4 Đánh giá biến động độ che phủ thực vật qua hai thời kỳ 79

3.4.1 Đánh giá biến động độ che phủ thực vật tại huyện Lộc Bình qua hai thời kỳ 79 3.4.1 Đánh giá biến động độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương qua hai thời kỳ 81

3.5 Đề xuất quy trình giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực nghiên cứu 83

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 85

KẾT LUẬN 85

KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC VIẾT TẮT

FVC Độ che phủ thực vật (Fractional Vegetation Cover)

GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

LSMM Mô hình hỗn hợp tuyến tính (Linear spectral mixture model)

NDVI Chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index)

ERTS

kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái đất (Earth Resource Technology

Sattellite)

OLI Bộ thu nhận ảnh mặt đất (Operational Land Imager)

LDCM Vệ tinh Landsat 8 (Landsat Data Continuity Mission)

TIRS Bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (Thermal Infrared Sensor)

ETM+ Bộ cảm biến của Landsat 7 (Enhanced Thematic Mapper Plus)

MSS Bộ quét đa phổ (Multispectral Scanner)

Chỉ số thực vật nhỏ nhất

Chỉ số thực vật lớn nhất

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các thế hệ vệ tinh Landsat 10

Bảng 1.2 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat TM 11

Bảng 1.3 : Thông tin kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ 12

Bảng 1.4 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat 8 13

Bảng 1.5 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat TM 14

Bảng 1.6 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ 15

Bảng 1.7 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat 8 15

Bảng 2.1: Hệ thống phân loại thực phủ của khu vực nghiên cứu 44

Bảng 3.1: Bảng thành lập khóa giải đoán ảnh vệ tinh năm 1986 và năm 2015 61

Bảng 3.2 : Bảng thống kê chỉ số thực vật NDVI của các lớp phủ 65

Bảng 3.3 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực huyện Lộc Bình năm 1986 73 Bảng 3.4 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dương năm 1986 75

Bảng 3.5 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực huyện Lộc Bình năm 2015 76 Bảng 3.6 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dương năm 2015 78

Bảng 3.7 : Diện tích biến động độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình 79

năm 1986 và 2015 79

Bảng 3.8 : Diện tích biến động độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dương năm 1986 và 2015 82

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 : Các thành phần của hệ thống viễn thám 4

Hình 1.2 : Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 5

Hình 1.3 : Viễn thám chủ động và viễn thám bị động 6

Hình 1.4 : Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải) 6

Hình 1.5 : Vệ tinh Landsat 7(trái) và Vệ tinh Landsat 8(phải) 11

Hình 1.6 : độ che phủ của ảnh vệ tinh Landsat trên quy mô toàn cầu 17

Hình 1.7: Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau 18

Hình 1.8: Ranh giới huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn 21

Hình 2.1 : Các nguồn nhiễu bức xạ 40

Hình 2.2 : Các bước hiệu chỉnh hình học 42

Hình 2.3: Phương pháp phân loại xác suất cực đại (Trần Hùng, 2008) 45

Hình 2.4 : Giá trị chỉ số NDVI đối với thực vật tươi tốt (trái) và héo úa (phải) 48

Hình 3.1: a,b là hình ảnh Landsat 8 và Landsat 5 quét khu vực nghiên cứu 51

Hình 3.2 : Thanh công cụ Envi 53

Hình 3.3 : Đã mở và load ảnh lên 53

Hình 3.4 : Bảng File Selection 54

Hình 3.5 : Bảng Radiometric Cailbration 54

Hình 3.6 : Hiệu chỉnh khí quyển bằng FLAASH 55

Hình 3.7 : Sau khi đã hiệu chỉnh khí quyển xong 56

Hình 3.8 : Bảng Band Math 56

Hình 3.9 : Khu vực huyện Lộc Bình trên ảnh Landsat 57

Hình 3.10: Bảng Spatial Subset via ROI Parameters 58

Hình 3.11 : Khu vực huyện Lộc Bình sau khi cắt 58

Hình 3.12 : bảng NDVI Calculation Input File 59

Hình 3.13 : bảng NDVI Calculation Parameters 1986(trái) và 2015(phải) 59

Hình 3.14 : NDVI_LỘCBÌNH1986 60

Hình 3.15 : NDVI_LỘCBÌNH2015 60

Hình 3.16: Chọn mẫu phân loại 62

Hình 3.17: Kết quả phân loại 63

Hình 3.18: Kết quả xử lý sau phân loại 63

Hình 3.19: Bảng Mask Definition 64

Hình 3.20: Bảng thống kê chỉ số thực vật NDVI đối với lớp phủ Đất rừng 65

Hình 3.21 : Nhập công thức năm 1986 và năm 2015 66

Hình 3.22 : Độ che phủ thực vật năm 1986 67

Hình 3.23 : Độ che phủ thực vật năm 2015 68

Hình 3.24 : Bảng hộp thoại Add Data 69

Hình 3.25 : Bảng hộp thoại Union 70

Hình 3.26 : Bảng hộp thoại Raster Calculator 70

Hình 3.27 : Bảng Calculate Geometry 71

Hình 3.28 : Bảng thuộc tính 71

Hình 3.29 : Tạo khung bản đồ 72

Hình 3.30 : Bản đồ độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình năm 1986 73

Hình 3.31: Bản đồ độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dương năm 1986 74

Hình 3.32 : Bản đồ độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình năm 2015 76

Hình 3.33: Bản đồ độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dương năm 2015 77

Hình 3.34 : Bản đồ biến động độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình giai đoạn 1986 – 2015 79

Hình 3.35 : Bản đồ biến động độ che phủ thực vật khu vực mỏ than 81

Na Dương giai đoạn 1986 – 2015 81

Hình 3.36 : Quy trình giám sát độ che phủ thực vật 83

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Độ che phủ thực vật là một trong nhiều yếu tố quan trọng được sử dụng để đánh giá các quá trình tự nhiên như xói lở, trượt lở, lũ lụt cũng như tốc độ phá hủy môi trường tự nhiên do các hoạt động nhân sinh Đối với những khu vực miền núi hiểm trở, thành lập bản đồ thảm phủ gặp nhiều khó khăn do không thể tiến hành lấy mẫu phân tích đều khắp vùng Thành lập sơ đồ thảm phủ thực vật từ phân tích ảnh viễn thám đã rút gọn thời gian và làm tăng độ chính xác của bản đồ

Công nghệ viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực từ khí tượng – thủy văn, địa chất, môi trường cho đến nông – lâm – ngư nghiệp,… trong đó có theo dõi biến động các loại lớp phủ mặt đất đất với độ chính xác khá cao, từ đó có thể giúp các nhà quản lý có thêm nguồn tư liệu để giám sát biến động sử dụng đất Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách đầy đủ, nhanh chóng và chính xác nhất về các loại thảm che phủ thực vật, việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với công nghệ GIS để xử lý ảnh và thành lập bản đồ

đã trở thành một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học cao Hơn nữa; ảnh viễn thám Landsat với những ưu điểm như: chi phí rẻ, khả năng cập nhập thông tin dễ dàng, nhanh chóng, chính xác, diện tích vùng phủ rộng, tính chất đa thời kỳ của tư liệu, tính chất phong phú của thông tin đa phổ, có thể chụp ảnh những khu vực mà việc đi lại rất khó khăn như đầm lầy đã giúp việc nghiên cứu biến động thảm che phủ đạt hiệu quả cao hơn

Ở Việt Nam, hoạt động khai thác than có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước, song việc khai thác thiếu quy hoạch tổng thể không quan tâm đến cảnh quan môi trường đã và đang làm biến động nguồn tài nguyên thiên nhiên như mất dần đất canh tác, giảm diện tích rừng gây ô nhiễm nguồn nước bao gồm nước mặt, nước ngầm và cả ô nhiễm biển, ảnh hưởng tới tài nguyên sinh vật và sức khoẻ cộng đồng Cùng với quá trình phát triển của đất nước, sự phát triển mạnh mẽ của ngành than Cũng như ở một số địa

phương khác, Mỏ than Na Dương là một trong những khu vực khai thác chính của tỉnh Lạng Sơn nằm trên địa bàn thị trấn Na Dương, huyện Lộc Bình Trong những năm qua Mỏ than đã có đóng góp đáng kể cho sự phát triển kinh tế - xã hội của huyện Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động khai thác không thể tránh khỏi việc phát sinh những tác động gây ảnh hưởng đến chất lượng môi trường xung quanh và đặc biệt là thảm thực vật tại khu vực khai thác Vì vậy, để quản lý và bảo tồn thảm thực vật tại khu vực khai thác được hiệu quả thì công tác giám sát là một nhiệm vụ tối quan trọng đặt ra cho các nhà nghiên cứu và quản lý

Xuất phát từ yêu cầu nêu trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu: “Ứng

dụng công nghệ viễn thám và GIS giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Giám sát được biến động độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na

Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn

3 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập các tài liệu, số liệu, dữ liệu vệ tinh và bản đồ tại khu vực nghiên cứu và vấn đề nghiên cứu

- Xử lý và giải đoán ảnh vệ tinh phục vụ thành lập bản đồ độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn

- Chiết tách độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn qua các thời kì từ ảnh vệ tinh Landsat

- Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ độ che phủ thực vật

và biến động tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn

- Đề xuất quy trình giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về viễn thám

1.1.1 Khái niệm viễn thám

Viễn thám (Remote sensing – tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng nghiên cứu

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung nhấn mạnh “viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất”

Thuật ngữ viễn thám được sử dụng đầu tiên ở Mỹ vào năm 1960, bao gồm tất

cả các lĩnh vực như không gian ảnh, giải đoán ảnh, địa chất ảnh

Về bản chất, do các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám còn là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về sự phản xạ và bức xạ

Nguồn tài nguyên chủ yếu sử dụng trong viễn thám là sóng điện tử hoặc được phản xạ, hoặc bức xạ từ vật thể Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ vật thể được gọi là bộ cảm biến (sensor) Bộ cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị điện từ sang giá trị số để thu được ảnh số (digtal number) Phương tiện dùng để mang bộ cảm biến được gọi là vật mang Hiện nay, vật mang rất đa dạng có thể là kinh khí cầu, máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ…

1.1.2 Các thành phần chính của hệ thống viễn thám

Hình 1.1 : Các thành phần của hệ thống viễn thám

Sóng điện tử được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp các thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng xác định Đo lường

và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bở ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể

Nguồn năng lượng chính thường được sử dụng trong viễn thám là nguồn năng lượng mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được

bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu nhận

và xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia Cuối cùng dữ liệu, thông tin liên quan đến các vật thể, hiện tượng trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như lâm nghiệp, địa chất, khí tượng

\

Hình 1.2 : Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển sẽ bị các phần tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc từng bước sóng cụ thể Trong viễn thám người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng điện từ trong khí quyển vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điên từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận

1.1.3 Phân loại viễn thám

Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố:

- Hình dáng quỹ đạo vệ tinh

- Độ bay cao của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo

- Dải phổ của các thiết bị thu

- Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận

a Phân loại theo nguồn tín hiệu

Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại: viễn thám chủ động và viễn thám bị động

đã phóng nhiều vệ tinh lên quỹ đạo, trên đó mang nhiều thiết bị viễn thám khác nhau Các trạm thu mặt đất phân bố đều trên phạm vi toàn cầu có khả năng thu nhận nhiều loại tƣ liệu viễn thám do vệ tinh truyền xuống

b Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo

Có hai loại chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực)

Hình 1.4 : Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải)

Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ quay bằng tốc độ quay của trái đất, nghĩa

là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc

so với mặt phẳng xích đạo của trái đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu là lặp lại đối với một vệ tinh Ví dụ Landsat là 18 ngày, SPOT là 26 ngày

c Phân loại theo dải sóng thu nhận

Theo bước sóng sử dụng có thể chia viễn thám thành ba loại cơ bản:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu đối với nhóm viễn thám trong dải sóng nhìn thầy và hồng ngoại Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 0,5 m

Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thầy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản

xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất Các thông tin từ vật thể được xác định từ các phổ phản xạ

Viễn thám siêu cao tần sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ 1 đến vài chục centimet Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần chủ động được chủ động phát ra từ máy phát Kỹ thuật rada thuộc viễn thám siêu cao tần chủ động Rada chủ động phát ra nguồn năng lượng tới các vật thể sau đó thu lại được những bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể

Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần bị động do chính vật thể phát xạ Bức xạ kế siêu cao tần là bộ cảm thu nhận và phân tích bức xạ siêu cao tần của vật thể

1.1.4 Ứng dụng của công nghệ viễn thám

a Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để thành lập bản đồ

Khi con người phóng các vệ tinh và các con tàu vũ trụ vào không gian, các nhà khảo sát và bản đồ học đã mong một ngày nào có thể sử dụng các tấm ảnh chụp từ

vũ trụ vào mục đích đo vẽ bản đồ Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng : có thể

sử dụng tư liệu ảnh thu nhận bề mặt trái đất từ các con tàu vũ trụ để thành lập bản

đồ tỷ lệ 1: 250.000 và nhỏ hơn Tuy nhiên độ phân giải của chúng không thỏa mãn một số yêu cầu của nội dung bản đồ cần thiết như thể hiện chính xác các con đường, các tuyến đường sắt, các khu đô thị, và vẽ các cấu trúc nhân tạo trong đó

 Đối với tư liệu ảnh Landsat MSS, TM, ETM+

Ảnh Landsat MSS được sử dụng để tạo ra các sản phẩm bản đồ ảnh, một số loại bản đồ chuyên đề, cập nhật và hiện chỉnh các loại bản đồ cảnh quan, bản đồ bay, bản đồ địa hình và đồng thời biên vẽ lược đồ nông sâu của biển

Ảnh Landsat TM có độ phân giải cao có thể đáp ứng công tác thành lập hoặc hiệu chỉnh bản đồ tỷ lệ 1: 250.000 đến 1: 50.000

 Đối với ảnh SPOT, MAPSAT

Ở nhiều nước, người ta tiến hành nhiều thực nghiệm về công tác tăng dày và

đo vẽ bản đồ trên ảnh SPOT Nhìn chung đều có kết luận ảnh SPOT có thể sử dụng

vẽ các loại bản đồ tỷ lệ 1: 250.000 với khoảng cao đều từ 20 đến 25m

Ảnh đa phổ MAPSAT dùng để vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 50.000 với khoảng cao đều 20m Độ phân giải mặt đất là 10m đối với ảnh toàn sắc và 30m đối với ảnh đa phổ

 Đối với tư liệu ảnh thu từ máy chụp ảnh vũ trụ quang học

Khi sử dụng ảnh vũ trụ được chụp từ các máy chụp ảnh quang học có thể đo

sử dụng đất phản ánh các hoạt động của con người trong việc sử dụng đất như các vùng công nghiệp, đất thổ cư, đất trồng các loại hoa màu canh tác

 Giám sát tài nguyên đất

Sử dụng viễn thám để giám sát tài nguyên đất qua việc thống kê và thành lập bản đồ sử dụng đất, điều tra trạng thái mùa màng và thảm thực vật Xác định và phân loại các vùng thổ nhưỡng, đánh giá mức độ thoái hóa đất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hóa Kết hợp qua phân tích viễn thám và điều tra thông tin ngoài thực địa điển hình sẽ đưa cho ta kết quả chính xác

 Theo dõi chất lượng nước

Vấn đề ô nhiễm nước đang là vấn đề thời sự tại khu vực các thành phố lớn và dọc theo miền duyên hải Sử dụng kỹ thuật viễn thám trong việc theo dõi chất lượng nước và một số đặc trưng phản xạ, hấp thụ của nước Nước sạch bị hấp thụ ít nhất ở bước sóng 0.5 m, nước chứa nhiều trầm tích lơ lửng bị hấp thụ ít nhất ở bước sóng 0.5 m Nhìn chung bức xạ trong dải sóng nhìn thấy tán xạ trong lòng nước tạo thành cho nước trong có màu chàm tiêu biểu, nhưng do bị các trầm tích lơ lửng hấp thụ nên nước đục thường có màu lục hoặc màu vàng trên các ảnh tổ hợp màu chuẩn

c Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu địa chất

Mục đích chính của việc áp dụng kỹ thuật viễn thám trong địa chất là phát hiện, xác định và lập bản đồ các yếu tố trên bề mặt hoặc gần bề mặt của vỏ trái đất dựa trên các ưu điểm của tư liệu viễn thám như tính tổng quan khu vực, tính phổ Các tư liệu viễn thám được giải đoán nhằm khai thác các thông tin về thành phần thạch học, các hệ thống cấu trúc, các yếu tố địa hình địa mạo, các hệ thống thủy văn

Các tư liệu như ảnh máy bay được sử dụng trong nghiên cứu bởi nó có độ phân giải cao và cho phép quan sát lập thể Được sử dụng trong giải đoán ảnh Các tư liệu hồng ngoại nhiệt được sử dụng chủ yếu trong nghiên cứu các đới địa nhiệt và những đối tượng liên quan Sử dụng giải đoán trực tiếp hoặc ứng dụng trong mô hình địa nhiệt

Các dữ liệu siêu cao tần cũng được ứng dụng trong nghiên cứu địa chất bởi các đặc tính như quan sát trong mọi thời tiết, không bị ảnh hưởng bở sương mù, hơi

nước đậm đặc Các dữ liệu này còn cho phép nghiên cứu xuyên sâu xuống lòng đất

và vượt qua lớp phủ thực vật dày đặc, tiêu biểu cho các vùng khí hậu nhiệt đới

1.1.5 Tìm hiểu về vệ tinh viễn thám Landsat

a Giới thiệu

Vệ tinh LANDSAT là tên chung cho hệ thống các vệ tinh chuyên dùng vào mục đích thăm dò tài nguyên Trái Đất Thế hệ đầu tiên của vệ tinh LANDSAT mang tên Vệ tinh công nghệ tài nguyên Trái đất (Earth Resouress Technology Satellite – ERTS), đến năm 1975, được đổi tên thành LANDSAT Vệ tinh ERTS - 1 được phóng vào ngày 23/6/1972 Sau đó NASA đổi tên chương trình ERTS thành LANDSAT, ERTS -1 được đổi tên thành LANDSAT 1 Cho đến nay đã có 8 thế hệ

vệ tinh LANDSAT được thực hiện, trong đó có 7 vệ tinh được phóng thành công lên quỹ đạo Ảnh vệ tinh LANDSAT với đặc điểm độ phân giải không gian trung bình, số lượng kênh phổ tương đối lớn, giá thành hạ, thậm chí miễn phí trở thành nguồn tư liệu phong phú và quý giá trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường

Landsat 6 05/3/1993 Bị hỏng ngay khi phóng ETM

Landsat 8 11/02/2013 Đang hoạt động OLI và TIRS

(Nguồn: http://landsat.org.vn)

Tư liệu vệ tinh Landsat là tư liệu viễn thám đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và Việt Nam

Hình 1.5 : Vệ tinh Landsat 7(trái) và Vệ tinh Landsat 8(phải)

Hiện nay, ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênh phổ và độ phân giải khác nhau Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM được thu từ vệ tinh Landsat 4, Landsat 5 và ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat 7 được sử dụng phổ biến nhất

Ảnh Landsat TM gồm 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại với độ phân giải không gian 30m 30m và một số giải phổ hồng ngoại ở kênh 6, độ phân giải 120m 120m để đo nhiệt độ bề mặt

Bảng 1.2 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat TM

185 x 185 km 10% chồng phía trước, 8% hai rìa

Ảnh Landsat ETM+ ghi phổ trên 8 kênh ở các bước sóng giống như của ảnh Landsat TM, điều khác biệt ở Landsat ETM+ kênh hồng ngoại nhiệt có độ phân giải cao hơn (60m 60m) và có thêm toàn sắc (Pan) với độ phân giải không gian là 15m 15m

Bảng 1.3 : Thông tin kênh phổ của ảnh Landsat ETM+

Bộ cảm biến Kênh ảnh Khoảng phổ Kích thước

vùng quét

Độ phân giải không gian

và hồng ngoại sóng ngắn là 30m 30m, ở kênh nhiệt là 100m 100m và 15m 15m đối với kênh toàn sắc

LDCM mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI - Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor) Những

bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat trước

So với Landsat 7, LDCM có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại (16 ngày) Tuy nhiên, ngoài các dải phổ tương tự Landsat 7, bộ cảm OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quan sát mây ti và quan

sát chất lượng nước ở các hồ và đại dương nước nông ven biển cũng như sol khí Bộ cảm TIRs thu nhận dữ liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục vụ theo dõi tiêu thụ nước, đặc biệt ở những vùng khô cằn thuộc miền tây nước Mỹ

Bảng 1.4 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat 8

(micrometers)

Độ phân giải (meters)

tư liệu viễn thám được sử dụng tại các Viện nghiên cứu và một số trường Đại học Tuy nhiên, việc ứng dụng các tư liệu này chủ yếu cho việc quan sát sử dụng đất, môi trường, đô thị Cũng có một số thí nghiệm ảnh viễn thám nghiên cứu về biển

nhưng lẻ tẻ, chủ yếu tập trung ở một số địa điểm ven bờ như Hải Phòng, Quảng Ninh, Nha Trang, Vũng Tàu Có một số đề tài nghiên cứu ứng dụng ảnh MODIS nghiên cứu các thông số trường nhiệt độ, sóng thì mới chỉ làm ví dụ chưa được kiểm chứng nghiêm túc

Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau như việc điểu tra và giám sát tài nguyên đất, tài nguyên nước và môi trường; trong địa chất, trong nông nghiệp, lâm nghiệp và trong nghiên cứu chuyên đề về biển; ứng dụng nhiều trong lĩnh vực tìm kiếm nước ngầm, quy hoạch đô thị, theo dõi biến động của môi trường… Với các thế hệ vệ tinh Landsat được trang bị các loại bộ cảm MSS, TM (của vệ tinh Landsat 4,5), ETM+ (của vệ tinh Landsat 7) hay bộ thu nhận ảnh mặt đất OLI và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt TIRS (cuả vệ tinh Landsat 8) như hiện nay thì khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat chắc chắn sẽ rất đa dạng Dưới đây là đề tài thống kê những ứng dụng chính của ảnh Landsat trong các nghiên cứu:

Bảng 1.5 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat TM

(hồng ngoại sóng ngắn)

Phân biệt các loại đá và khoáng sản, hàm lượng

độ ẩm của cây

( Theo Climategis.com )

Bảng 1.6 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+

ETM+2 0,52 - 0,60

(xanh lục)

Đƣợc dùng để đo phản xạ cực đại phổ lục của thực vật, xác định trạng thái thực vật, xác định các đối tƣợng khác

ETM+3 0,63 - 0,69

(đỏ)

Dùng xác định vùng hấp thụ chlorophyl giúp phân loại thực vật, xác định các đối tƣợng khác ETM+4 0,76 - 0,90

(cận hồng ngoại)

Dùng xác định các kiểu thực vật, trạng thái và sinh khối, độ ẩm của đất

ETM+5 1,55 - 1,75

2,08 - 2,35 (hồng ngoại sóng ngắn)

(toàn sắc)

Với độ phân giải thấp và giải phổ liên tục, ảnh của kênh này đƣợc sử dụng để chồng ghép với các kênh ảnh khác, từ đó chính xác hơn

Được dùng để phân biệ độ ẩm của đất và thực vật, xuyên qua được các đám mây mỏng

Kênh 7 2,1-2,3

(Sóng ngắn hồng ngoại SWIR 2)

Phản ánh rõ nét về độ ẩm của đất và thực vật hơn kênh 6

Dùng để thành lập bản đồ nhiệt và độ ẩm của đất

Kênh 11 11,5 - 12,5

(Hồng ngoại nhiệt TIR2)

Bản đồ nhiệt và đất ở kênh này được xác định rõ nét hơn

(Nguồn: Cách đọc ảnh trong viễn thám – Trường đại học KHTN)

Ảnh vệ tinh được xem là nguồn dữ liệu tốt nhất, đặc biệt khi ta cần tính toán ở tầm phủ lớn Ảnh Landsat có những ưu điểm và nhược điểm sau:

 Ưu điểm của ảnh vệ tinh Landsat:

- Khả năng phân giải phổ tốt, khả năng phân giải không gian 30m 30m và cao hơn có thể tới 1m 1m ảnh Landsat là ảnh số nên thích hợp cho việc xử lý bằng các thiết bị xử lý ảnh số hiện đại, cho phép đưa ra nhiều loại sản phẩm ảnh mà phương pháp tương tự không thực hiện được

- Sản phẩm Landsat được phát hành dưới dạng số và dạng phim ảnh với mức

độ xử lý nhiễu và xử lý hình học khác nhau để dễ dàng tiện lợi trong việc sử dụng Ảnh Landsat sử dụng có hiệu quả trong địa chất, trong nông nghiệp, lâm nghiệp và trong nghiên cứu chuyên đề về biển

 Nhược điểm của ảnh vệ tinh Landsat:

- Hạn chế chủ yếu của ảnh Landsat là chưa có ảnh lập thể

- Ảnh Landsat 7 khi tải về để sử dụng thường bị lỗi kẻ dọc

- Dữ liệu ảnh Landsat có độ phân giải thời gian thấp (do chu kì lặp là 16 ngày, một tháng có hai cảnh ảnh, có những tháng có một cảnh ảnh mà có trường hợp ảnh lại bị nhiều mây thì sẽ không sử dụng được)

Hiện nay, vệ tinh Landsat có độ che phủ tương đối lớn nhằm mở rộng khả năng tiếp cận nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat nhằm phục vụ các mục đích theo dõi và giám sát tài nguyên, môi trường

Hình 1.6 : độ che phủ của ảnh vệ tinh Landsat trên quy mô toàn cầu

(Nguồn : oceanrs.com)

1.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS)

1.2.1 Định nghĩa về hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một tập công cụ để thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện mục đích cụ thể Đó là hệ thống thể hiện các đối tượng từ thế giới thực thông qua:

- Vị trí địa lý của đối tượng thông qua một hệ toạ độ;

- Các thuộc tính của chúng mà không phụ thuộc vào vị trí;

- Các quan hệ không gian giữa các đối tượng (quan hệ topo)

Hình 1.7: Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau

Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các

sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)

GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý

1.2.2 Chức năng của GIS

Có 4 chức năng cơ bản:

- Thu thập dữ liệu: Dữ liệu sử dụng trong GIS đến từ nhiều nguồn khác nhau

và GIS cung cấp công cụ để tích hợp dữ liệu thành một định dạng chung để so sánh

cho phép người sử dụng tương tác hữu hiệu với dữ liệu

- Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS:

Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm hai loại số liệu cơ bản: Số liệu không gian và phi không gian Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị

Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ

độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi,…

Số liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng Các số liệu phi không gian được gọi

là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung

1.3 Tổng quan về độ che phủ thực vật

1.3.1 Khái niệm độ che phủ thực vật

Độ che phủ thực vật (fractional vegetation cover - FVC) được định nghĩa là

tỷ lệ diện tích thực vật (bao gồm lá, cành và thân cây) chiếu xuống trên một đơn vị diện tích [6] Độ che phủ thực vật (FVC), là thông số quan trọng khắc họa mức độ che phủ thực vật trên bề mặt trái đất FVC có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu

môi trường sinh thái như nghiên cứu quy luật phân bố và các yếu tố ảnh hưởng đến

sự phân bố của thảm thực vật trên bề mặt trái đất, phân tích đánh giá môi trường sinh thái, giám sát sự biến động lớp thực phủ bề mặt một cách chính xác và kịp thời, phân tích xu thế phát triển của thảm thực vật đối với việc bảo vệ cân bằng sinh thái Đối với đô thị, thảm thực vật là yếu tố quan trọng nhất của hệ thống môi trường sinh thái, có tác dụng to lớn đối với việc bảo vệ môi trường sinh thái đô thị, như làm suy giảm một cách hiệu quả “hiệu ứng đảo nhiệt đô thị” và cải thiện vi khí hậu

1.3.2 Các phương pháp xác định độ che phủ thực vật

Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật viễn thám, nhiều nghiên cứu gần đây

đã chứng minh kỹ thuật viễn thám là phương pháp hiệu quả trong xác định FVC Tính toán FVC trong viễn thám định lượng chủ yếu sử dụng ba phương pháp chính:

- Mô hình hồi quy (tuyến tính và phi tuyến tính)

- Mô hình phân giải pixel hỗn hợp tuyến tính (Linear spectral mixture model – LSMM)

- Các phương pháp khoa học máy

Mô hình hồi quy được thành lập trên cơ sở mối quan hệ giữa chỉ số thực vật (NDVI) với với một kênh hoặc một tổ hợp kênh ảnh Mô hình phân giải pixel tuyến tính được đề xuất đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu Ngoài ra, cùng với sự phát triển của lĩnh vực khoa học máy, nhiều công trình nghiên cứu đã ứng dụng

mạng thần kinh nhân tạo, cây quyết định trong xác định FVC

1.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.4.1 Điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội huyện Lộc Bình

a Điều kiện tự nhiên

Lộc Bình là một huyện miền núi biên giới của tỉnh Lạng Sơn, có tổng diện tích

tự nhiên 99.834 ha chiếm 12,2% diện tích của tỉnh dân số 76521 người Nằm về phía Đông Bắc cách thị xã Lạng Sơn 24 km đi theo đường quốc lộ 4B

+Phía Bắc giáp huyện Cao Lộc và nước Cộng hoà nhân dân Trung Hoa

+Phía Đông giáp huyện Đình Lập

+Phía Tây giáp huyện Chi Lăng

+Phía Nam giáp huyện Đình Lập và tỉnh Bắc Giang

Hình 1.8: Ranh giới huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn

Huyện có trục đường quốc lộ 4B từ Thị xã Lạng Sơn đi Quảng Ninh và chạy qua đường tỉnh lộ từ thị trấn Lộc Bình đi cửa khẩu Chi Lăng ( dài 15 km ) sang cửa khẩu ái Điểm của nước láng giềng Trung Quốc Với vị trí này huyện có điều kiện rất thuận lợi trong thương mại, dịch vụ, khai thác tiềm năng đất đai, giao lưu, trao đổi hàng hoá, tiếp thu thành tựu khoa học kỹ thuật, khai thác tiềm năng lao động đất đai cho sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của huyện

 Địa hình

Huyện Lộc Bình nằm trong lưu vực sông Kỳ Cùng, có độ cao trung bình so với mặt nước biển là 352 m, cao nhất là đỉnh Mẫu Sơn 1.941m Địa hình của huyện nghiêng từ Đông Bắc xuống Tây Nam và phân thành 3 vùng tương đối rõ rệt

- Vùng đồi núi cao: Chạy bao quanh huyện theo hình cánh cung có độ cao trung bình từ 700-900m, gồm các xã Mẫu Sơn, Lợi Bác, Tam Gia, Hữu Lân, ái Quốc Phần lớn đất có độ dốc trên200 Trên địa hình này chỉ thích hợp cho sử dụng vào lâm nghiệp và đồng cỏ chăn thả vì độ dốc cao và đường đi lại khó khăn Các

khu vực thung lũng hẹp có thể sử dụng phát triển cây ăn quả, một số gần nguồn nước thích hợp cho trồng lúa

- Vùng đồi núi thấp: Bao gồm các xã Yên Khoái, Nhượng Bạn, Vân Mộng, Quan bản, Tú Mịch, Bằng Khánh, Xuân Lễ, Lục Thôn, Như Khuê, Hiệp Hạ, Xuân Tình Có độ dốc từ 8-15o, độ cao trung bình từ 250-300m, dạng địa hình này thích hợp cho mục đích nông lâm kết hợp , sườn đồi thoải, độ dốc thấp gần nguần nước thích hợp phát triển cây ăn quả

- Vùng thung lũng bằng: Gồm các xã chạy dọc theo quốc lộ 4B một phần chạy dọc theo sông kỳ Cùng Đây là vùng địa hình tương đối bằng phẳng có độ dốc < 8o

được hình thành chủ yếu do bồi đắp phù sa của sông Kỳ Cùng và các phụ lưu Với địa hình này chủ yếu trồng lúa nước và cây hoa mầu

 Khí hậu thời tiết

Lộc Bình nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, chia 2 vùng rõ rệt: mùa mưa nóng ẩm (từ tháng 4 đến tháng 10) và mùa khô lạnh ít mưa (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau) Nhiệt độ trung bình 21,1o tháng nóng nhất 370c (tháng 6), tháng lạnh nhất 13.10o

(tháng 1) Tổng tính ôn đạt 7 700oc Số giờ nắng trung bình là 1 598h

- Lượng mưa trung bình năm là 1.349mm, phân bổ không đều, mưa tập trung

từ tháng 5 đến tháng 9 chiếm 70% lượng mưa trong năm; Riêng vùng núi Mẫu Sơn

Lộc Bình có hiện tượng thời tiết bất thường xảy ra Đó là hiện tượng sương muối sảy ra với tần suất 1,5- 2 ngày/năm Hiện tượng này đã ảnh hưởng rất rớn tới năng suất cây trồng Đặc biệt là cây ăn quả Chính vì vậy cần có biện pháp nhằm khắc phục hiện tượng này

Nhìn chung, khí hậu có nhiều thuận lợi cho phát triển sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên, do biên độ giao động nhiệt giữa các mùa lớn, lượng mưa không lớn, chế

độ mưa tập trung nên đã gây nên nhiều hiện tượng hạn hán úng ngập, xói mòn đất ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất nông nghiệp Vì vậy, để không ngừng nâng cao năng suất cây trồng và phát triển bền vững thì cần phải có các giải pháp ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật về giống cây trồng, vật nuôi và chống xói mòn đất

 Thủy văn, nguồn nước

Nguồn nước mặt được cung cấp chủ yếu bởi sông Kỳ Cùng, các phù lưu của

nó cùng với hệ thống ao, hồ Mật độ sông trong huyện là 0,88km/km2

- Thượng lưu sông Kỳ Cùng có nhiều thác ghềnh, đến Lộc Bình có dốc thấp dần

- Lưu lượng nước của sông Kỳ Cùng được đo đạc qua nhiều năm cho thấy: Lưu lượng lớn nhất Qmax= 4.520 m3/s

Lưu lượng trung bình Qo =30,6 m3/s

Lưu lượng kiệt Qk = 1,4 - 1,5 m3/s

- Sông Kỳ Cùng có nhiều phụ lưu, các phụ lưu tương đối lớn trong huyện gồm: + Sông Bản Thín: chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam qua các xã Tam Gia, Tú Mịch, Khuất Xá, Tú Đoạn chiều dài chạy qua Lộc Bình là 35km, lưu lượng trung bình là 6m3/s

+ Sông Bản Trang chảy qua các xã Sàn Viên, thị trấn Na Dương và Quan Bản với chiều dài 22km

+ Sông Tà Bản chảy qua xã Lợi Bác, Nam Quan, Đông Quan, Quan Bản với chiều dài 40km, với lưu lượng trung bình 1,86m3/s

+ Sông Bản Chuồi chảy qua các xã Hiệp Hạ,Xuân Tình,Như Khuê

+ Sông Mẫu Sơn chảy qua các xã Yên Khoái, Tú Đoạn

Trong vùng còn có nhiều hồ đập vừa và nhỏ để điều tiết nước tưới mùa khô Nhìn chung hệ thống sông suối, ao hồ trong huyện có nguồn nước tương đối dồi dào

và phân bổ khá đều đủ để cung cấp nước tưới cho lúa, hoa màu, cây ăn quả, cây công nghiệp và phục vụ nước sinh hoạt cho nhân dân

- Đất vàng nhạt trên đá cát (Fp) nằm trên địa hình Sườn núi lượn sóng và đồi thấp Đất có màu nâu đỏ hoặc vàng phân bố chủ yếu ở Vân Mộng ,Khuất Xá, Hiệp

độ dốc có thể phát triển lâm nghiệp hoặc nông lâm kết hợp thúc đẩy khả năng tái sinh và phục hồi rừng đồng thời tạo cảnh quan và bảo vệ môi trường

 Tài nguyên rừng

Hiện nay toàn huyện có 15503ha rừng tự nhiên và 18694ha rừng trồng Tổng

số diện tích đất rừng là 34197ha chiếm 34,255% diện tích đất tự nhiên Độ che phủ của rừng hiện nay đạt 34,25% Mặc dù độ che phủ này đã lớn hơn độ che phủ tối

thiểu của FAO(33,2%) song đối vối một huyện miền núi có điều kiện và tiềm năng lớn để phát triển nghề rừng như Lộc Bình thì đây là một tỷ lệ thấp

Rừng tự nhiên tuy diện tích lớn nhưng trữ lượng lại không đáng kể, phần lớn chỉ là các vạt rừng đang phục hồi Rừng tự nhiên có trữ lượng gỗ lớn và chưa bị khai thác cạn kiệt, còn ở các xã Sàn Viên, ái Quốc, Hữu Lân có diện tích trên 1000ha với nhiều loại gỗ: Dẻ, khảo, trám với trữ lượng gỗ bình quân 70 - 100m3/ha

Rừng trồng chủ yếu là thông và bạch đàn, keo lá tràm trong đó diện tích rừng sản xuất 17 635.08 ha, diện tích rừng phòng hộ 1058.9 ha

Rừng là một loại tài nguyên vô cùng quý giá, nó không chỉ có tác động lớn đến môi trường ( tạo cân bằng sinh thái, bảo vệ đất đai, chống lũ

lụt, xói mòn, ) mà còn có vai trò lớn đối với nền kinh tế ( duy trì và khai thác các loại động thực vật nhất là động thực vật quý hiếm)

 Tài nguyên khoáng sản

Trên địa bàn huyện Lộc Bình có nhiều loại khoáng sản khác nhau, nhưng có mấy loại chính có trữ lượng lớn như: mỏ than Na Dương với trữ lượng 100 triệu tấn, riêng mỏ lộ thiên có trữ lượng 20triệu tấn; Mỏ Săt ở Yên Khoái có trữ lượng khoảng 1triệu tấn, mỏ Đồng ở Mẫu Sơn với trữ lượng 100.000tấn, tạo điều kiện cho phát triển công nghiệp khai thác và đây cũng là nguồn nguyên liệu lớn cho một số ngành công nghiệp trên địa bàn

Ngoài ra ở xã Đông Quan còn có mỏ sét trắng với trữ lượng lớn có khả năng

mở mang ngành công nghiệp gốm sứ

b Thực trạng phát triển kinh tế – xã hội

 Tăng trưởng kinh tế

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của cả nước nền kinh tế Lộc Bình cũng có những chuyển biến tích cực theo hướng phát triển nền kinh tế hàng hoá nhiều thành phần tạo sự tăng trưởng kinh tế rõ rệt thể hiện ở tổng thu nhập GDP bình quân 5 năm (1996-2001) đạt 201555 triệu đồng.Với tốc độ tăng trưởng bình quân 12,4%/năm, thu nhập bình quân đầu người đạt 214,3USD/năm

Cơ cấu kinh tế ngành có sự chuyển dịch đúng hướng giảm dần tỷ trọng nông - lâm nghiệp (từ 64,3% năm 1996 xuống 60% năm 2001) tăng dần tỷ trọng ngành công nghiệp - xây dựng cơ bản và thương mại dịch vụ: năm 1996 công nghiệp xây dựng cơ bản chiếm 11,3%, dịch vụ chiếm 22,6% đến năm 2001 lên tới 13%

 Dân số và lao động

Dân số: Toàn huyện hiện có 27 xã và 2 thị trấn với dân số 76.521 người, có tỷ

lệ gia tăng tự nhiên 1,31% (năm 2001 tỷ lệ cơ học không đáng kể) Mật dộ dân số trung bình là 77người/km2

Nhưng sự phân bố dân cư lại không đồng đều mà phân

bố tập trung tại thị trấn Lộc Bình là đông nhất (1728người/km2), thị xã Na Dương 615người/km2, Đồng Bục 349,78 người/km2 Trong khi đó ở các xã Mẫu Sơn chỉ

có 15 người/km2,Tam Gia 31 người/km2,, Xuân Dương 34 người/km2, Hữu Lân 24 người/km2

Toàn huyện có 6 dân tộc: Nùng, Tày, Giao, Kinh, Trung Hoa, Sán Chỉ sinh sống Trong đó dân tộc Tày và Nùng chiếm phần lớn

Đến năm 2001, tổng số hộ toàn huyện là 14597, với quy mô hộ gia đình bình quân ở 5,2 người/hộ Tuy nhiên ở thành thị quy mô thấp hơn 4,1 người/hộ

Lộc Bình không có chủ chương di, nhập cư ngoại tỉnh, nhưng có sự di dời từ

xã này sang xã khác, từ khu vực nông thôn ra đô thị Đặc biệt là huyện có tầm quan trọng về an ninh biên giới nên có sự tăng cường về bộ đội biên phòng

Nguồn lao động: năm 2001 toàn huyện hiện có 34800 lao động chiếm 45,5% tổng dân số, đại bộ phận sống bằng nghề nông - lâm nghiệp (87-88%) và chỉ có việc làm lúc thời vụ còn lại là số lao động phi nông nghiệp 12-16%.Với lượng lao động như vậy nhưng chất lượng lao động chưa cao, tỷ lệ lao động được đào tạo khoảng 11-12% lao động trẻ nhiều nhưng số người có trình độ văm hoá từ trung học trở lên rất thấp 16-18% so vớí tổng số lao động nên rất khó khăn cho việc tiếp thu kỹ thuật

và công nghệ để nâng cao năng suất lao động

Một đặc điểm quan trọng trên địa bàn huyện gây ảnh hưởng lớn đến nguồn lao động đó là sự phân bố dân cư thưa thớt ,thậm chí còn rải rác trên các quả đồi là nhân tố ảnh hưởng rất lớn đến việc tập trung lao động cho các trung tân sản xuất

Khi quy hoạch sử dụng đất đai cần phải có sự phân bố và phân bố lại các khu dân

cư một cách tập trung hơn và cần xoá bỏ dân cư trên các vùng núi cao, đưa nhân dân tập trung về ở các khu có cơ sở hạ tầng thuận lợi thuận tiện cho việc giao lưu đi lại, tiếp thu khoa học kỹ thuật và nâng cao trình độ của người lao động

Tiểu vùng Nhân khẩu Số lao

động Số hộ

Tỷ lệ tăng dân số

Mật độ dân số

Tiểu vùng 1 20.955 9.449 4.390 1,12 439,04 Tiểu vùng 2 25.254 11.364 5.130 1,49 336,47

Theo số liệu thống kê của huyện hiện nay tỷ lệ hộ đói nghèo là 12% tương đương với 1754 hộ trong ó hộ đói là 626 hộ ,tập trung chủ yéu ở các xã vùng sâu, vùng xa.Tuy nhiên, huyện đã và đang cố gắng làm giàm giảm nhanh con số này bằng các dự án như: Chương trình thực hiện vốn sự nghiệp kinh tế định canh định

cư, dự án chống dãn di dân tự do (dự án 660); Chương trình di dãn dân biên giới với tổng số vốn lên tới 700 triệu đồng đã và đang làm cho số hộ nghèo giảm dần 2,5% mỗi năm

 Kết quả sản xuất các ngành

- Ngành nông - lâm nghiệp

Nông nghiệp : ngành này đã có bước tiến triển đáng kể không ngừng áp dụng

tiến bộ khoa học kỹ thuật, đầu tư thâm canh nâng cao hệ số sử dụng đất Cơ cấu cây trồng vật nuôi đã có sự thay đổi, chăn nuôi có xu hướng tăng nhanh: năm 1996 ngành trồng trọt chiếm 83,1%; năm 2001 chiếm 71,8%, ngành chăn nuôi năm 1996 chiếm 16,9% năm 2001 tăng lên 289,2% trong nông nghiệp

Về trồng trọt cây lương thực chiếm tỷ lệ cao, tổng sản lượng lương thực quy thóc năm 1996 là 25332 tấn, năm 2001 là 27500 tấn tăng 2168 tấn Lương thực bình quân đầu người tăng từ 276kg/người (thời kỳ 91-95) lên 354kg/người (thời kỳ 1996-2001)

- Các loại cây trồng chính có lúa nước, ngô, khoai lang, khoai tây, lạc, mía, rau xanh các loại Đặc biệt những năm gần đây cây dưa hấu được mở rộng diện tích và chiếm một tỷ trọng đáng kể chiếm 3,5% tổng giá trị sản xuất ngành trồng trọt

+ Cây lúa là cây trồng chính, năng suất lúa cả năm đạt 53,27tạ/ha năm1991, năm 1996 đạt 73,17tạ/ha đến năm 2001 lên tới 78tạ/ha với hai vụ lúa; đông xuân và lúa mùa được phân bố ở các xã chạy dọc theo sông Kỳ Cùng như:Đồng Bục, Xuân Mãn, Bằng Khánh, Xuân Lễ, Vân Mộng, Hữu Khánh, Lục Thôn, Mẫu Sơn( các xã thuộc tiểu vùng 1) và ở Yên Khoái, Tú Mịch

Ngoài lúa ra cây ngô cũng được coi là cây lương thực chủ đạo và có tiềm năng lớn Có sản lượng chiếm 13% so với tổng sản lượng lương thực năm 1999, đến năm

2001 tăng lên 19,3% Được phân bố chủ yếu ở các xã thuộc tiểu vùng 1 trên

Bên cạnh đó còn có cây khoai lang, sắn, khoai tây, lúa nương có sản lượng giao động từ 1904 - 2500 tấn

+ Cây công nghiệp hàng năm có lạc, đỗ tương, cây thuốc lá, cây mía Tuy nhiên năng suất chưa cao do còn sử dụng giống cũ và phân bố chủ yếu ở các xã Tam Gia, Tĩnh Bắc, Quan Bản, Đông Quan

+ Cây dưa hấu trong mấy năm gần đây cũng chiếm một vị trí quan trọng, đem lại năng suất cao 293 tạ/ha năm 1996 và tăng lên 372 tạ/ha năm 2001, đã