Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc sông hồng việt nam

Bởi vậy, sử dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên đã trờ thành một xu thế, một yêu cầu tất yếu được đặt ra nhằm khắc phục hạn chế của các phương phấp truyền thống về giá thàn

M Ú C L U C

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan

T H Ô N G T I N Đ Ị A LÝ T R O N G N G H I Ê N cứu TÀI

N G U Y Ê N VÀ Đ Ặ C Đ I Ể M VÙNG N G H I Ê N cứu

Ù Tinh hình ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong

nghiên cứu tài nguyên trên thế giới và ở Việt Nam 8

1.1.1 Trên thế giới 8

1.1-2 Ở Việt Nam 15

Ì 2 Đặc điểm địa lý lãnh thổ các tính dóc sông Hổng Việt Nam 20

1.2.1 VỊ trí địa lý 20

1.2.2 Điều kiện tự nhiên 21

Ì 2.3 Điều kiện kinh tế xã hội 34

Chương ĩ MÔ HÌNH ÚNG D Ụ N G VIÊN THÁM VÀ H Ệ THÔNG

TIN Đ Ị A LÝ T R O N G N G H I Ê N cứu H I Ệ N T R Ạ N G TÀI

N G U Y Ê N LÃNH T H O CÁC T Ỉ N H D Ọ C S Ô N G H Ồ N G 2.1 Cơ sở lý luận về úng dụng viễn thám và GIS trong nghiên

cứu tài nguyên 38 2.1.1 V i ễ n thám 38

2.1.2 H ệ thông tin địa lý 50

2.1.3 Tài nguyên 54

2.1.4 ưu điểm và hạn chế của viễn thảm và GIS (rong nghiên cứu

tài nguyên ^ 2.2 Xây dựng mô hình khái niệm về ứng dụng viền thám và GIS

(rong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên vùng sông Hổng 68 2.2! I Vai trò của mô hình trong ứng dụng viền thám và GIS 68

2.2.2 Mô hình xử lý ảnh số vệ tinh và GIS trong nghiên cứu hiện

trạng tài nguyên vùng sông Hồng 71

Chương 3 NGHIÊN cứu HIỆN T R Ạ N G TÀI NGUYÊN LÃNH T H O

CÁC T Ỉ N H D Ọ C SÔNG M Ỏ N G B Ằ N G PHƯƠNG PHÁP

X Ử L Ý Ả N H SỐ V Ệ TINH VÀ H Ệ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

3 Ì Nghiên cứu ờ toàn lãnh thổ các tỉnh dọc sông Hồng 87

3.2 Nghiên cứu ở các khu vực đại điện 100

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ASTER Bộ cảm do phản xạ và phát xạ nhiệt vũ trụ nâng cao ESRI Viện nghiên cứu hệ thống môi trường

ETM+ Bộ cám lập bản đổ chuyên đề lăng cường

F A O Tổ chức nông lương của Liên hợp quốc

GIS H ệ thông tin địa lý

GLI Bộ cảm tạo ảnh toàn cầu

I K O N O S V ệ tinh lập bản đồ

IGBP Chương trình địa sinh quyển quốc tê

Landsat V ệ tinh lục địa

M O D I S Thiết bị đo bức xạ phổ tạo ảnh phân giải trung bình

N A S A Cơ quan không gian và hàng không quốc gia M ỹ

N D V I Chỉ số thực vật chuẩn hoa

N O A A Cơ quan khí quyển và hải dương quốc gia M ỹ

SPOT V ệ tinh quan sát trái đất

T M Bộ cảm lập bản đồ chuyên đề

T N T N Tài nguyên thiên nhiên

U N D P Chương trình phát triển của Liên hợp quốc

U N E P Chương trình môi trường của Liên hợp quốc

ƯSGS Cục địa chất M ỹ

W M O Tổ chức khí tượng thế giới

Ì 3 Phân loại nước theo độ đục 13

Ì 4 Các cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS ở Hà N ộ i 18

1.5 Số liệu khí hậu trung bình năm tại các trạm khí tượng

vùng sông Hồng 26

2 Ì Bước sóng và tần số dùng trong viễn thám vệ tinh 39

2.2 Đặc điểm của các bộ cảm vệ tinh quang học 41

2.3 Ong dụng của ảnh viễn thám 43

2.4 Các ứng dụng chính của từng băng phổ T M và ETM-f- 44

2.5 Ong đụng của các băng ảnh SPOT 45

2.6 Các đơn vị lớp phủ đất của Chương trình Địa Sinh quyển

quốc tế (IGBP) 60

2.7 Loại ảnh đại diện cho cấp phân loại sử dụng đất và lớp

phủ đất 61

2.8 Lập bản đồ sử dụng đất - Chi phí và ưu điểm của các

phương pháp khác nhau- Trường hợp nước Pháp (550.000 64

km2)

2.9 Tạo tổ hợp màu giả chuẩn R G B từ các băng ảnh vệ tinh (S ]

đa phổ

3.6 Sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực Lào Cai, 1999 106

3.7 Sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực Hà N ộ i , 1995 I 18

3.8 Sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực hồ Hoàn K i ế m , 2000 ] 22

3.9 Sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực Ba Lạt, 2001 128

3.10 So sánh kết quả lập bản đồ sử đụng đài và lớp phủ đất

khu vực Lào Cai I 31

3.11 Diện tích hồ (ha) ớ Hà N ộ i xác định bằng các phương

pháp khác nhau 132

D A N H M Ụ C C Á C H Ì N H

Hình số Ten hình Trang

1.1 Vị trí L T C T D S H Việt Nam 22 1.2 Bản đồ đất L T C T D S H 27 1.3 Lượng mây trung bình tháng (% bầu trời) ở [lạm Thái 28

Bình

Ì 4 Mạng lưới thúy văn L T C T D S H 30

1.5 Lưu lượng trung bình tháng của nước sông tại các trạm

2.1 Mô hình khái niệm về ứng dụng viễn thám và GIS trong

nghiên cứu hiện trạng lài nguyên vùng 71

2.2 Quá trình ứng dụng xử lý ánh số và GIS trong nghiên cứu

hiện trạng tài nguyên L T C T D S H 73

2.3 Sử dụng ảnh vệ tinh theo mỏ hình phân cấp đa bộ cảm

trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tỉnh

dọc sông Hồng Việt Nam 76 2.4 Các bước phân tích ảnh vệ tinh và GIS trong nghiên cứu

hiện trạng tài nguyên vùng sôngHồng 80

3.1 Mô hình chỉ số thực vật N D V I M O D I S L T C T D S H 2002 94

3.2 Chỉ số thực vật N D V I M O D I S trung bình theo tháng của

L T C T D S H , 2002

3.3 Bản đồ sử dụng đất và lớp phủ đất LTCTDSH, 2002

Phan loại đa thời gian ảnh vệ tinh Terra M O D I S

3.4 Phân bố sứ dụng đất và lớp phủ đài LTCTDSH , 2002 3.5 So sánh sử dụng đất và lớp phủ đất theo tỉnh L T C T D S H ,

3.9 VỊ trí các khu vực nghiên cứu

3.10 Chỉ số thực vật N D V I E T M + khu vực Lào Cai, 27/12/99 3.11 Bản đồ sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực Lào Cai

Phân loại từ ảnh Landsat 7 E T M + , 27/12/1999

3.12 Phân bố diện tích sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực Lào

Cai, 1999

3.13 Chỉ số thực vật N D V I SPOT khu vực Hà N ộ i , 26/10/95 3.14 Mô hình chỉ số thực vật NDVÍ SPOT với ranh giới

Phân loại từ ảnh SPOT X S , 26/10/199

3.19 Phân bố điện tích sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực Hà

Phân loại từ ảnh Landsat 7 E T M + , 08/05/2001

3.26 Tỷ l ệ diện tích sử dụng đất và lớp phủ đất khu vực cửa Ba

Lạt, 2001

3.27 Tỷ lệ che phủ rừng của các tỉnh L T C T D S H a) kết quá

tổng kiểm kê, 1999 b) kết quả phân loại ảnh M O D I S năm

2002

M Ở ĐẤU

1 Lý do chọn đề tài

Viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) là các công nghệ hiện đại, bổ trợ cho nhau ngày càng được ứng đụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong nghiên cứu tài nguyên ở nhiều nước trên thế giới Ưu điểm kế! hợp của công nghệ viễn thám và GĨS là tính bao quát, cập nhật, lặp lại, nhất quán vé thời gian, khả năng tạo và quản lý dữ liệu số, kha năng phân lích lổng hợp dữ liệu để tạo ra thông tin mới, và sự linh hoạt trong trình bày thông tin Bởi vậy,

sử dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên đã trờ thành một xu thế, một yêu cầu tất yếu được đặt ra nhằm khắc phục hạn chế của các phương phấp truyền thống về giá thành, tốc độ thu thập, xử lý dữ liệu, độ tiếp cận, tính khách quan và cạp nhật của kết quả nghiên cứu trong nỗ lực đáp ứng đầy đủ

và kịp thời nhu cầu thông tin phục vụ quy hoạch và quản lý tài nguyên ờ các quy mô khác nhau trong bối cảnh suy thoái tài nguyên như mất rừng, ổ nhiễm

và cạn kiệt các nguồn nước, xói mòn đất ngày càng gia tăng trước những biến động lớn về môi trường và nhịp độ phát triển kinh tế ngày càng cao

Ở Việt Nam, phương pháp viễn thám và GIS đã được sử dụng trong nghiên cứu tài nguyên từ cuối những năm 1960 đối với viễn thám hàng không, cuối 1970 đối với viễn thám vệ tinh và đầu 1990 đối với GIS K ể từ dó đến nay một số chương trình, dự án và đề tài nghiên cứu đã được triển khai như chương trình INTERCOSMOS, chương trình viễn thám khu vực, chương trình công nghệ thông tin, dự án VIE/76/001, VIE/83/04, dự án nghiên cứu tài nguyên đới bờ, dự án GIS quốc gia thu hút sự tham gia của nhiều bộ, ngành, của nhiều nhà khoa học và quản lý Các hoạt động đó đã lừng bước khẳng định vai trò của viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên phục vụ sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội và là cơ sở cho sự phái triển tiếp theo của viễn thám và GIS

ở Việt Nam

Sự phát triển nhanh của công nghệ máy tính và truyền thông, sự cái thiện rõ về chất lượng, giá thành và sự sẵn có của nhiều loại ảnh vệ tinh mới như MODIS, ETM+, ASTER, IKONOS trong những năm gần đây cũng như tốc độ tăng trưởng cao của nền kinh tế đất nước dựa chủ yếu vào việc gia tăng các hoạt động khai thác và sử dụng tài nguyên từ 1986 đến nay đã tạo ra nhiều

cơ hội và thách thức mới cho việc sử dụng rộng rãi hơn công nghệ viễn thám

và GIS ở Việt Nam Các nhà nghiên cứu trong nước giờ đây (lã cỏ thô và phái

ra quyết định lựa chọn giữa nhiều loại ánh vệ tinh rất khấc nhau vổ độ phân giải phổ, không gian và thời gian và giữa nhiều loại phần mềm viễn thám và GIS để khai thác thông tin tài nguyên Song, cho đến nay số lượng và chất lượng các công trình nghiên cứu vẫn ở mức rất hạn chế chưa tương xứng với tiềm năng của công nghệ và đòi hỏi của công tác quy hoạch và quán lý lài nguyên ở nhiều cấp khác nhau Các ứng dụng chưa được tiến hành một cách

hệ thống và mới chỉ dừng lại ở một số chuyên đề hoặc ở một đơn vị hành chính như huyện, tỉnh Đặc biệt, chưa có công trình học thuật nào đề cập đến ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên cấp vùng gồm nhiêu tỉnh với nhiều loại cảnh quan khác nhau ở Việt Nam dựa trên những tiến bộ mới về công nghệ và đòi hỏi của thực liễn Do đó việc lìm ra mô hình ứng dụng viễn thám và GIS thích hợp cho nghiên cứu lài nguyên vùng ờ Việt Nam

là hết sức cần thiết, có tác dụng trực tiếp đến hiệu quả đào tạo và ứng dụng công nghệ phục vụ quy ạch và quản lý tài nguyên trên toàn lãnh thổ và ở từng vùng cụ thể

Để xây dựng và thử nghiệm mô hình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên vùng ở Việt Nam, nghiên cứu sinh đã chọn vùng nghiên cứu là lãnh thổ các tỉnh dọc sông Hồng, nơi bản thân đã có nhiều năm nghiên cứu, thu thập dữ liệu cả ở trong phòng và ngoài thực địa, và là một địa bàn lịch sử, có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự tăng trưởng kinh tế và hái triển bền vững của cá nước V ớ i điện tích gần 28000 km2, trải dài từ biên giới

Việt Trung ra đến vịnh Bắc Bộ, vùng nghiên cứu có nhiều loại cảnh quan thiên nhiên và văn hoa như núi, đồng bằng tam giác châu, ven biển, nông thôn và đô thị Tài nguyên thiên nhiên trong vùng có tầm quan trọng quốc gia và quốc tế Tuy nhiên, cho đến nay việc bảo vệ, sử dụng hợp lý và tái tạo chúng còn gặp nhiều khó khăn do còn thiếu một cơ sở dữ liệu Ihông tin và tri thức đẩy dù và tin cậy Tất cả những điều đó cho thấy nhu cầu cấp thiết cần dấy mạnh nghiên cứu tài nguyên trong vùng (heo mô hình mới có khii năng khắc phục được những khỏ khăn và hạn chế đối với các phương pháp nghiên cứu truyền thống Hơn nữa, với nhiều hệ sinh thái khác nhau, lãnh thổ các tính đọc sông Hổng thực sự là một phòng thí nghiệm lớn, mội địa bàn lý tưởng cho việc xây đựng

và triển khai mô hình ứng dụng viễn thám và GIS trên quy mô vùng Kinh nghiệm thu được ở vùng nghiên cứu có thể áp đụng cho các vùng khác trong nước với các điều chỉnh cần thiết

Xuất phát từ các lý do trên nghiên cứu sinh đã chọn đổ tài luận án tiến

sỹ "ứng dụng viễn thám vờ hệ thông tin địa lý nghiên cứu hiện trạng tài

nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc SÔỈÌỈỊ Hồng Việt Nam"

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích của đề tài là tạo ra một mô hình ứng dụng viễn thám và GIS thích hợp cho nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc sông Hổng Việt Nam phục vụ đào tạo, nghiên cứu khoa học cũng như quy hoạch và quản lý tài nguyên theo hướng phát triển bền vững

Để đạt được mục đích trên, luận án có các nhiệm vụ cụ thể sau:

Ì) Tổng quan tình hình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên trên thế giới và ở Việt Nam

2) Xây dựng mô hình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc sống Hồng Việt Nam

3) Thử nghiệm mô hình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các lỉnh dọc sông Hổng và để xuất các nghiên cứu tiếp theo

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đe tài là dữ liệu ảnh vệ linh, dữ liệu dối chiếu, phương pháp phân tích dữ liệu và hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc sổng Hồng Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở việc nghiên cứu hiện trạng tài nguyên đất, nước và thực vật (sử dụng đất và lớp phủ đất) ở quy mô toàn vùng và ba khu vực đại diện cho cảnh quan núi, đồng bằng và ven biển (Lào Cai, Hà N ộ i và Ba Lạt) bằng ảnh vệ tinh quang học có độ phân giải không gian trung bình, phân giải cao và rất cao

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học của luận án là đã tạo ra được một mô hình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam và đã thu được những bằng chứng mới về hiện trạng và biến động tài nguyên ở các tỉnh dọc sông Hồng trôn cơ sở ứng dụng phương pháp xử lý ảnh

số vệ tinh và GIS

Ý nghĩa thực tiễn của luận án là có thể sử dụng mô hình đã đề xuất cho các vùng khác ở Việt Nam Kết quả nghiên cứu tài nguyên đất, nước và thực vật có thể phục vụ quy hoạch và quản lý tài nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc sồng Hồng Luận án là tài liệu cần thiết và bổ ích cho đào tạo cán bộ và nghiên cứu khoa học về ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên

5 Cơ sở tài liệu, trang thiết bị và phần mềm

Luận án được hoàn thành Hen cơ sở sử dụng các nguồn tài liệu sau:

- Ảnh vệ tinh MODIS, Landsat 7 E T M + , SPOT xs và Ikonos

- Bán đồ địa hình các tỉnh vùng sông Hồng

- Atlas GIS quốc gia, Atlas môi trường các vùng Việt Nam,

- Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp Bộ, cấp ĐHQG và cấp ĐHKHT N

- Báo cáo của các dự án và chương trình nghiên cứu như Dự án thử nghiệm về nghiên cứu đới bờ ở Việt Nam, Dự án quy hoạch tổng Ihể ĐBSH, Đề án khai thác tổng hợp và sử dụng hợp lý lài nguyên dải ven biển Bắc Bộ, Đe án Điều tra khảo sái chai lượng môi trường và động thái dinh dưỡng vùng cửa sông châu thổ sông Hồng, Dự án quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Hổng, Dự án phát triển hệ thông tin phục vụ quản lý rừng nhiệt đới, Chương trình khoa học công nghệ cấp nhà nước vé sử dụng hợp lý tài nguyên và báo vệ môi trường KHCN.07

- Số liệu kiểm kê rừng V i ệ l Nam năm 1999 và sử dụng đất năm 2000,

- Kết quả thực hiện các đề tài nghiên cứu của tác giả kế cả các nghiên cứu thực địa ở các tỉnh dọc sông Hồng, đặc biệt từ 1992-2003

Các trang thiết bị như máy lính cá nhân, máy quét, bàn số hoa, ổ ghi

C D , máy in và các phần mềm E N V I , IDRISI, A R C / I N F O , M A P I N F O và các phần mềm khác đã được sử dụng trong quá trình thực hiện luận án

6 Phươn g p h á p nghiên cứu

Để hoàn thành tốt các nhiệm vụ đã đề ra, các phương pháp nghiên cứu khác nhau đã được lựa chọn và áp dụng

Phương pháp mô hình hoa

Phương pháp mô hình hoa được dùng để xây dựng mồ hình khái niệm

về xử lý ảnh số vệ tinh và GIS trong nghiên cứu hiện trạng lài nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc sông Hồng Việt Nam

Phương pháp xử lý ảnh sô

Nhổm phương pháp xử lý ảnh số đã sử dụng bao gồm phương pháp chuyển đổi sang khuôn dữ liệu, phương pháp nội suy người láng giềng gần

nhất, phương pháp tạo ảnh lý số, phương pháp tạo tổ hợp màu và phương pháp phan loại ảnh Việc phân loại ảnh được thực hiện bằng phương pháp phân loại

số như phân loại một băng (phân loại đất/nước, thực vật/đất và nước), phân loại đa phổ khổng có hướng dẫn, phân loại đa phổ có hướng đẫn bằng trình phân loại xác suất cực dại, phân loại mội thời điểm và phân loại đa thời gian

và phương pháp giải đoán ảnh có trợ giúp bằng máy tính Phương pháp so sánh định lính và phương pháp ma hạn sai số dược dùng đổ (lánh gìn (lô chính xác của phân loại ảnh

Phương pháp GỈS

Nhóm phương pháp GIS đã sử dụng bao gồm phương pháp nhập dữ liệu

từ bàn phím, số hoa thủ công, quét và chuyển đổi dữ liệu; phương pháp hỏi đáp cơ sở dữ liệu, phân tích chồng ghép, phân tích bề mặt, phân tích hình học, phân tích nhóm, phân tích thống kê không gian và phương pháp thành lập bản

đổ chuyên đề

Phương pháp sử dụng tổng hợp các phần mềm viễn thám, GIS và các phần mềm máy tính khác dược áp dụng trong cả các bước nhập, phân lích, tổng hợp dữ liệu và trình bày kết quả nghiên cứu

7 Luận điểm bảo vệ

• Luận điềm ỉ Mô hình phân tích viễn thám và GIS theo 3 cấp I) ở ly

lệ nhỏ với ảnh MODIS, G L I , 2) ở tỷ lộ trung bình với ánh Landsat, SPOT và 3) ớ tỷ lệ lớn với ảnh I K O N O S , QuickBird bảo đảm thu được thông tin từ khái quát đến chi tiết về tài nguyên lãnh thổ các tỉnh dọc sông Hồng một cách nhanh chóng, cập nhai, lặp lại nhai quán về thời gian và hiệu quả về giá thành

• Luận điểm 2 Tài nguyên đất, nước và thực vật vùng nghiên cứu qua

phân tích viễn thám và GIS, thể hiện rõ quy luật phân hoa (heo mùa theo lãnh thổ với xu thế giảm diện tích thực vại lự nhiên, tăng điên tích đất canh tác nông nghiệp và mặt nước từ Lào Cai ra đến biên

8 Đóng góp mới

Luận án có những đóng góp mới như sau:

- Đề xuất mô hình xử lý ảnh số vê tinh đa độ phan giãi, đa thời gian và GIS trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tính dọc sông Hồng

- Nhận biết và lượng hoa được hiện trạng và biến động tài nguyên vùng nghiên cứu trẽn cơ sơ sử (lụng kè! hợp phương pháp viễn Ihám

và GĨS

9 Bồ cục của luận án

Luận án bao gồm trang, hình, bảng, ảnh, tài liệu tham khảo và phụ lục Các phần và chương của luận án được sắp xốp theo thứ tự sau:

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về ứng dạng viển thám và hệ thông liu địa lý

trong nghiên cứu tài nguyền và đặc điểm 17///ỉ? nghiên cứa

Chương 2 Mô hình ứng dụng viên thâm vờ hệ thòng rin địa lý trong

nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tỉnh song Hồng Việt Nam

Chương 3 Nghiên cứu hiện trạng tài nguyên lãnh thổ các tỉnh

doi-song Hồng hằng phương pháp xử lý ảnh số vệ tinh và hệ thông tin địa lý

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương Ì TỔNG QUAN VE ỨNG DỤNG VIÊN THẢM VÀ

HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN c ứ u TÀI NGUYÊN

VÀ ĐẶC ĐIỂM VỪNG NGHIÊN c ú t )

LI Tình hình ứng dụng viễn thám và hệ thông (in địa lý trong nghiên cứu tài nguyên trên thế giới và ỏ Việt Nam

Tài nguyên thiên nhiên (TNTN) đóng vai trò quan trọng đôi với sự tồn tại

và phát triển của con người Theo thời gian, nhận thức vé tài nguyên cũng như các phương pháp hay công nghệ nghiên cứu tài nguyên đã phát triển không ngừng nhờ các nỗ lực không một mỏi của nhiều thế hộ các nhà khoa học và quản lý Phần này đề cập đến hoại động ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên trên thế giới và ở Việt Nam thông qua một sô ví dụ cụ thể nhằm hiểu rõ thành tựu, khả năng của công nghệ và các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

LU Trên thế giới

Trên thế giới, việc sử dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên đã được tiến hành từ trước 1972 đối với ảnh máy bay và sau 1972 đối với ảnh vệ tinh với việc M ỹ phóng thành công vệ tinh tài nguyên dầu tiên mang tên Landsat Ì vào ngày 23/07/1972 K ể từ đó đến nay hoại động ứng dụng viền thám trong nghiên cứu tài nguyên đã ngày càng mở rộng từ các nước phát triển đến các nước đang phát triển cùng với sự xuất hiện của nhiều loại ảnh vệ tinh khác nhau

Trong nghiên cứu tài nguyên thực vật, nhiều loại ảnh vệ tinh và các

phương pháp phân tích ảnh đã được sử dụng Landsat MSS, T M và SPOT xs

là các loại ảnh được đùng phổ biến nhất Dữ liệu ảnh Landsat M S S ở dạng

tương tự và phương pháp giải đoán bằng mắt đã được sử dụng để lập bán đổ thực vật ở Papua New Guinea [441, Plìilippin [61], ú c [62, ! 10] và Brazil [63],

Dữ liệu ảnh số Landsat T M và phương pháp xử lý ảnh số đã được áp dụng trong nghiên cứu lạp bản đồ lớp phủ thực vật rừng ở ú c [66, 71 ], ở New Zealand [971, ở miền tây bang British Columbia và Ontario, Canada [84], [63] Các loại ảnh SPOT và Radar đã được sử dụng để theo dõi Ihực vật và kiểm kê rừng ở New Zealand [97], ở M ỹ [107], ở Sarawak [85] Dữ liệu radar bổ trợ ảnh SPOT ở những vùng khó thu được ảnh quang học do lớp phủ mây V i ệ c sử dụng ánh N O A A để lập bản đồ và theo dõi thực vật đã được tiến hành ở các châu lục như châu Phi, M ỹ La Tinh, Châu Á và New Zealand [63, 971

Trong mấy chục năm qua trong nghiên cứu lớp phủ thực vật, các nhà nghiên cứu đã tập trung khai thác sự khác biệt về phản xạ của thực vật ờ các băng đỏ và cận hồng ngoại của phổ điện từ như băng I, băng 2 đổi với ảnh

N O A A A V H R R , MODIS, T M 3 , T M 4 đối với ảnh Landsat T M , XS2, XS3 đ ố i

với ảnh SPOT xs Kết quả là hàng loạt chỉ số thực vạt đã được đề xuất 12]

nhằm mục đích nhạn biết và lượng hoa tôi hơn thực vật xanh ở các môi trường khác nhau phục vụ quy hoạch và quản lý tài nguyên và môi trường Các chỉ số thực vật được xếp thành các nhóm như chỉ số dựa vào tỷ số, chi số vuông góc

và chỉ số trực giao (Bảng ỉ 1)

Các chỉ số thực vật tạo ra từ ảnh vệ tinh đa phổ như Lanđsat MSS, T M , SPOT, N O A A đặc biệt là chỉ sổ thực vật chuẩn hoa N D V I được dùng phổ biến trong lập bản đồ và theo dõi thảm thực vật [36, 56, 75, 76, 93 102 103] Chỉ số thực vật có thể được diễn giải như một bản đồ mô tá lượng thực vật như một biến liên tục Mặt khác các ngưỡng chỉ số thực vật có thể được xác định

để lập bản đồ các lớp rời rạc về lượng thực vật Bản đồ N D V I chỉ ra lượng thực vật ở mỗi vị trí Ưu điểm của chỉ số N D V I là có thể giám bớt được ánh hưởng của địa hình, dễ diễn giải và có thể tạo ra được từ tất cả các loại ảnh vệ tinh đa phổ đù đó là ảnh phân giải thấp, phân giải cao hay rất cao để biểu diễn

phân bố thực vật và để giải quyết các vấn đề về kiểu, lượng và trạng thái thực vật Trên bản đồ N D V I màu đỏ, vàng, nâu là vùng có ít hoặc không có thực vật trong khi màu lục là vùng có nhiều thực vật hơn Do có nhiều ưu điểm, chỉ

số thực vật N D V I đã trớ thành một chỉ số tài nguyên môi trường ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

Trong nghiên cứu đất, đã xuất hiện một số công hình sứ dụng ảnh Landsat MSS, T M và SPOT xs để nghiên cứu và kiểm kê các loại đai ở vùng bán khỏ hạn ở X u Đãng, Giốc Đan [63]; phan biệt các dơn vị đất ở M ỹ [35, 101] và ở Ý [72] Tuy nhiên, việc ứng dụng viễn thám trong thành lạp bản dồ đất bị hạn chế vì nhiều biến khác nhau có thể ảnh hưởng đến phản xạ của đất như độ ẩm, độ hạt, chất hữu cơ và ỏ xít sắt Các nhân tố đó thường có quan hệ chặt che với nhau và không phải lúc nào cũng có thổ biểu diễn mội cách riêng

rẽ ở thực địa hay trong dữ liệu vệ tinh

Trong thành lập bản đồ sử dụng đất và lớp phủ đất, ảnh vệ tinh các loại được sử dụng nhiều ở M ỹ , ở các nước thuộc cộng đổng châu Âu [46] và trên quy mô toàn cầu trong chương trình Địa Sinh quyển quốc tế Các loại ảnh vệ tinh đa phổ được dùng chủ yếu là N O A A A V H R R , MODIS, Lanđsat MSS,

T M , ETM+, SPOT xs Các loại ảnh phân giải không gian rất cao mới xuất hiện như Ikonos, QuickBird đã bắt đầu được sử dụng trong nghiên cứu chi tiết

sử dụng đất và lớp phủ đất, đặc biệt ở khu vực đô thị [52, 106, Ì 12] Các phương pháp phân loại được dùng phổ biến trong các dự án là phân loại thủ công và phân loại số Các phương pháp phân loại số như phân loại khổng có hướng dẫn, phân loại có hướng dẫn ngày càng chiếm ưu thế nhờ sự phát triển nhanh của máy tính và đòi hỏi của thực tiễn Bôn cạnh các trình phân loại thống kê có tham số, dựa vào pixel, các trình phân loại mới theo hướng tiếp cận dựa vào tri thức, hướng vào đối tượng, phân loại cây quyết định và mạng

nơ ròn đã bắt đầu được thử nghiệm trong những năm gần đây hứa hẹn những tiến bộ mới trong phân loại sử dụng đất và lớp phủ đất bằng ảnh vệ tinh [38 70]

Trong nghiên cứu tài nguyên nước, các kỹ thuật viễn thám được sử dụng thành cổng trong việc xác định quy mô của nước mặt, quy mô ngập lụt, nhiệt độ của nước mạt, sự ổ nhiễm của sông, suối, độ đục và dòng chảy ở hồ

và vịnh ở nhiều nơi trên thế giới [59, 60, 63, 73, 89, 109] Các ứng dụng của

(ừng băng ảnh viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên nước được (hể hiện ở Bảng 1.2

V i ệ c khai thác thông tin nước từ ảnh vệ tinh đã trở thành một giải pháp tiện lợi, kinh tế và chính xác Điều này được các nhà nghiên cứu khẳng định trong nhiều hội nghị do F A O tổ chức Việc phân loại nước bằng ảnh vệ linh có thể thực hiện bằng các phương pháp khác nhau như phân ngưỡng dùng mội băng ảnh, dùng anh chỉ số nước và dùng ảnh lổ hợp màu Việc phân loại các thể nước nhằm mục đích tạo ra thông tin bổ sung như chu vi, diện lích, và các đặc điểm khác và để phân loại thành sông, hồ, biển, nước trong, nước đục, sâu, nông Phản xạ của nước lăng với độ đục và giám với độ mặn tăng Ánh tổ hợp màu giả chuẩn (FCC) tạo ra từ ba kênh lục, đỏ và cân hồng ngoại của các ảnh đa phổ như Landsat T M , ETM+, SPOT xs, MODIS được đùng để phân loại nước theo độ đục dựa vào màu nước trôn ảnh (Bảng Ì 3)

B ả n g 1.2 T í n h hữu ích của c á c băn g ảnh v i ễ n t h á m (rong p h â n biệt c á c thể nư ớ c Băng Bước sóng, mkm Đặc điểm

Lam 0.4-0.5 Nhậy cảm với các thể nước và xuyên l ỏ i , song ánh

sáng ờ băng này tán xạ rộng và dẫn đến sương mờ dưới nước

Lục 0.5-0.6 Vạch định các vùng nước nông như bãi cạn, bãi cái

ngầm và ám tiêu

Đỏ 0.6-0.7 Nhân mạnh sự hiện diện của trầm tích trong nước Cận hồng

ngoại

0.7-2.0 Nhấn mạnh ranh giới giữa đất liên và nước và cho

phép xuyên tốt sương mờ khí quyển Hồng ngoại

giữa

2.0-3.0 Nhấn mạnh ranh giới giữa đất liền và nước, nhu

thực sự không có phàn xạ hồng ngoại xuất hiện từ nước trong khoảng này

Hồng ngoại

nhiệt

3-15 Đặc biệt hữu ích đối với việc định vị kiểu phân bố

dòng đại dương cổ tương phản nhiệt đ ộ nhỏ

Bảng 1.3 Phân loại nước theo độ dục 147]

Ngoài ảnh hổng ngoại, ảnh tổ hợp màu giả, ảnh chỉ số nước chuẩn hoa (NDWI) tạo ra từ băng lục ( G R E E N ) và băng cận hổng ngoại (NIU) [81] đã được các nhà nghiên cứu sử dụng để vạch định các thể nước và tăng cường sự hiện diện của chúng trong ảnh ở một số nơi trên thế giới như M ỹ , Hà Lan

Khác với viễn thám, cồng nghệ GIS đã ra đời muộn hơn bắt đầu từ giữa nhũng năm 1960 Song cho đến nay, GIS cũng đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu T N T N ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là ở các nước phát triển như Canada, M ỹ và Tây Âu Đối với các nước đang phát triển, có bốn hạn chế quan trọng về kỹ thuật và tổ chức đối với việc sử dụng có hiệu quả công nghệ GIS [94]:

• Sự phân tích không đầy đủ các vấn đề thực tố đòi hòi xem xét tổng hợp cả về tự nhiên, kinh tế xã hội và chính trị

• Sự hạn chế về số lượng và chất lượng dữ liệu ở tất cá các quy mô, đặc biệt ở chỗ cần nhiều khảo sát thực địa

• Thiếu các thủ tục và khuôn dạng trao đổi dữ liệu chung

• Phương tiện liên lạc không đầy đủ giữa các hệ máy tính, người cung cấp và sử dụng dữ liệu

H ệ thông tin địa lý đầu tiên trên thế giới, CGIS (Canadian GIS) đã được

sử dụng trong kiểm kê, đánh giá đất nồng nghiệp ở Canada từ giữa những năm

1960 Việc sử dụng GIS để hỗ trợ khảo sát và đánh giá đất đã được liến hành sâu rộng ở M ỹ và các nước khác [42, 99]

Các chức năng của GIS , đặc biệt là khả năng liên kết dữ liệu để tạo ra thông tin mới hỗ trợ các quyết định không gian đã được ứng dụng trong lạp bản đồ hiện trạng và biến động lài nguyên đất, rùng và nước phục vụ quy hoạch và quản lý [39, 40, 55, 65, 92]

Bôn cạnh các ứng dụng ở quy mô địa phương, quốc gia, GIS đã được ứng dụng ở quy mô liên quốc gia và toàn cầu Mội ví dụ điển hình là hệ ARC/INFO của ESRI đã được chọn dùng trong chương trình CORINE (Coordinated Information on the European Environment) do Cộng đồng châu

Âu khởi xướng năm 1985 Chương trình đã hoạt động thành công cho phép người sử dụng ở các nước khác nhau tiếp cận hệ thống và trao đổi dữ liệu Các

bộ dữ liệu đất, khí hậu, địa hình và sinh thái đã được phái triển và các dự án đã được xúc tiến để phân tích các vấn đề môi trường cụ thể liên quan đến khí thải, ô nhiễm nước và xói mòn đất

Một ví dụ khác là năm 1983 Chương trình Moi trường Liên hợp quốc (UNEP) đã chọn ESRI để xây dựng một hệ thống dựa vào GIS để phân tích và lập bản đồ các vùng sa mạc trên quy mô toàn cầu Tiếp đó, năm 1985 UNEP

đã xúc tiến việc xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên toàn cầu (GRID) với sự nợ giúp của GIS

Như vậy, việc ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên trôn thế giới đã có nhũng bước tiến quan trọng về dữ liệu sử dụng, phương pháp phân tích và quy mô nghiên cứu từ địa phương đến khu vực và toàn cầu Theo thời gian, cùng với sự phát triển của công nghệ và nhận thức của con người về tài nguyên, các ứng dụng của viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên sẽ ngày càng được mở rộng đáp ứng những đòi hỏi của thực tiễn

1.1.2 Ở Việt Nam

Viễn thám được ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên ở Việt Nam từ cuối những năm 1960 đối với ảnh máy bay và từ cuối những năm 1970 đối với ánh vệ tinh trong khi GIS mới chỉ được ứng đụng từ dầu thập kỷ 1990

V ề quy mô, hoạt động ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu lài nguyên ở Việt Nam đã được tiến hành ở các cấp khác nhau như quốc gia, lien ngành và chuyên ngành thông qua các chương trình, dự án và đe lài nghiên cứu Trong số các chương trình lớn về ứng dụng viễn thám và GIS đã triển khai phải kể đến chương trình INTERCOSMO S (1979-1984), chương trình viễn thám khu vực (RRSP) [54], và chương trình công nghệ thông tin Trong khuôn khổ các chương trình đó các dự án cụ thể đã được thực hiện như dự án ứng dụng khoảng không vũ trụ, dự án VIE/76/001, VĨE/83/04 do U N D P / F A O tài trợ về dào tạo và cung cấp thiết bị (1981-1987), dự án nghiên cứu tài nguyên đới bờ, và dự án GĨS quốc gia (1995-1998)

Bên cạnh các chương trình liên ngành các ứng dụng theo từng ngành đã được triển khai thông qua các dự án hợp tác với các nước Nhật, Pháp, Hà Lan, Bỉ và các để tài nghiên cứu cấp nhà nước, cấp bộ, cấp viện, cấp trường Trong ngành địa chất, quy phạm ứng dụng viễn thám trong thành lập bán đồ địa chài ảnh đã được xây dựng [25] Ngành địa chính đã hoàn thành đề tài cấp nhà nước về ứng dụng viễn thám thành lạp bản đồ sử dụng đất toàn quốc tỷ lệ 1:250000 năm 1996 [22] và đang xây dựng quy phạm thành lập bản đồ địa hình, hiện chỉnh bản đồ sử dụng đất Ngành lâm nghiệp đã triển khai việc sử dụng ảnh Landsat, SPOT trong kiểm kê rừng 5 năm một lần và theo dõi chương trình trồng mới 5 triệu ha rừng

Trong nghiên cứu chuyên đề về tài nguyên thực vật, kỹ thuật viễn thám được sử dụng lần đầu tiên để lập bản đồ rừng toàn quốc từ 1979-1981 và đánh giá biến động rừng Việt Nam từ 1975 đến 1983 với sự trợ giúp của F A O [50]

Dữ liệu SPOT, Landsat T M và phương pháp giải đoán bằng mắt được dùng để

lập bản đồ thảm thực vật ven biển châu thổ sông Hồng và sổng Mê Công í74Ị, thảm thực vật tỉnh Hà Tây [27] Dữ liệu Landsat T M và MSS đã được áp dụng

để lập bản đồ các kiểu rừng ở Việt Nam, tỷ lệ 1:250.000 [69] và theo dõi biến động rừng ở Kiên Giang và Bình Thuận [12, I4| Gần đây, dữ liệu N O A A

A V H R R , M O D I S đã bắt đầu được thu tại Viội Nam và được sử dụng để theo dõi và dự báo cháy rừng

Trong nghiên cứu đai, dà có các công llình sử dụng íính Landsal MSS

và SPOT F C C ở dạng tương tự để lập bản đồ đất đới bờ châu thổ sông Hồng và sồng Mô Công [87]; ảnh Landsaỉ T M để nghiên cứu xói mòn đất ở Vĩnh Phúc [11] và GIS để thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng Việt Nam tỷ lệ 1:1000.000 [33],

Dữ liệu Landsat MSS, T M , SPOT và Soyuz và các phương pháp giải đoán bằng mắt, xử lý ảnh số và GIS đã được ứng dụng trong nghiên cứu hiện trạng và biến động sử dụng đất và lớp phủ đất ở nhiều địa phương như Hà N ộ i [12], [67], Quáng Ninh [13], ỏ đới bờ châu thổ sông Hồng và sông Mô Công [21, 23, 26, 83J và Tây Nguyen [32] GIS đã được ứng dụng để xây dựng cơ sở

dữ liệu phục vụ quản lý đất đai ở các tỉnh miền núi ở Việt Nam như Lâm Đồng, Bắc Kạn, Thái Nguyên trong đề án hợp tác giữa Viện Địa Lý và Viện

O R S T O M của Pháp [5, 31]

Trong nghiên cứu tài nguyên nước, dữ liệu vệ tinh Cosmos, Landsat, SPOT ở dạng tương tự và phương pháp giải đoán bằng mắt đã được sử dụng để lập bản đồ tài nguyên nước mặt lưu vực sồng Đà tỷ lộ ỉ: 500.000 và bản đổ biến động lòng sông Hồng (vùng Hà Nội) giai đoạn 1940-1989, tỷ l ệ 1: 100.000 [26], bản đồ phân bố phù sa ở cửa sông Hồng và bản đồ nước mặt dưới dạng ao hồ, đầm ỏ Tây Nguyên [15] Ảnh vệ tinh Radarsat chụp năm

1996 đã được sử dụng để nghiên cứu hiện trạng ngập úng trên đồng bằng sổng Hồng và đổng bằng sông cửu Long [lo, 281

Đặc biệt, từ 1995 đến 1998, Dự án GIS do Bộ Khoa học, Công nghẹ và Môi trường chủ trì đã được thực hiện với sự tham gia của nhiều bộ, ngành và tỉnh thành trong cả nước để xây dựng Atlas quốc gia về hiện trạng tài nguyên

và môi trường Việt Nam Đó là cơ sở dữ liệu GIS quốc gia đầu tiên có giá trị

sử dụng trong nhiều lĩnh vực Vấn đề đặt ra là phải tiếp tục nghiên cứu khai thác, bổ sung và cập nhật cơ sở dữ liệu đó bằng cách lích hợp công nghệ viễn thám với công nghệ GIS [34]

V ề tổ chức, cho đến nay ở Việt Nam đã hình thành nhiều cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS thuộc các bộ, sở, viện, trung tâm và trường đại học Kết quả thống kê nhanh cho thấy ngay tại Hà N ộ i có trên 15 cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS (Bảng 1.4)

Tại các cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS ở Việt Nam, các phần mềm viễn thám và GIS thông dụng trên thế giới đều đã lần lượt được đưa vào qua các con đường khác nhau như PCI, E R D A S D I D A C T I M , ER M A P P E R ,

E N V I , ILWIS, IDRISI, SPANS, I N T E R G R A P H , A R C / I N F O , A R C V I E W ,

M A P I N F O Bên cạnh các phần mềm nước ngoài, các phần mềm sản xuất lại Việt Nam cũng đã được đưa vào sử dụng như WINGIS của công ty Dolsoft,

W i n A S E A N của Phòng V i ễ n thám môi trường, V i ệ n Địa lý

V ề đào tạo, viễn thám và GIS đã được đưa vào giảng dạy ở nhiêu trường đại học ớ Việt Nam như Đại học Quốc gia Hà N ộ i , thành phố H ồ Chí Minh, Đại học Huế, Đại học lâm nghiệp, nồng nghiệp và Đại học mỏ địa chất Bên cạnh các lớp chính khoa, nhiều lớp đào tạo ngắn hạn vẻ sử dụng phần mềm viễn thám và GIS đã được tổ chức bằng sự tài trợ của các cơ quan ở trong và ngoài nước

Bảng 1.4 Các cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS ờ Hà Nội

S Í T

1

Tên cơ sớ Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp, Bộ N N và PTNT

2 V i ệ n Điều tra và Quy hoạch rừng, Bộ N N và I T N T

rr Liên đoàn Bản đồ địa chất, Cục Địa chất và Khoáng sản, Bộ C N

12 Trung tâm viễn thám liên ngành

14 TT Nghiên cứu và Phát triển vùng, B ộ K H C N và M T

dựng cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý phục vụ quản lý và sử dụng đất đai cho một linh [31], nghiên cứu ứng dụng chỉ số thực vật để thành lạp bản đồ phân

bố một số loại rừng bằng công nghệ viễn thám [2| là các minh chứng cụ thể cho điều đó

Nhận xét chung

Việt Nam là một quốc gia trải dài trên nhiêu vĩ độ, có nhiêu loại tài

nguyên thiên nhiên Đó chính là lợi thế lâu dài cho việc ứng dụng viên thám

và GIS trong nghiên cứu tài nguyên ở Việt Nam Nhìn chung, hoạt động ứng

dụng viễn thám và GĨS trong nghiên cứu T N T N ở Việt Nam từ trước đến nay

có các un điểm và tổn tại chính như sau:

• Đã hình thành được những tiền đề quan trọng cho việc ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu T N T N bao gồm phần cứng, phần mềm, phần dữ liệu và phần chuyên gia để từng bước tiếp cận với trình độ khu vực và thế giới

• Các kết quả nghiên cứu đã góp phần khẳng định vị trí, vai trò của phương pháp viễn thám và GIS trong nghiên cứu T N T N

• Tuy nhiên, việc ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên chưa được thực hiện một cách có hệ thống do không đủ dữ liệu, điều kiện kiểm chứng và do các vướng mắc về ý tưởng ứng dụng, về kỹ thuật xử lý đa bộ cảm, đa thời gian Chưa có điều kiện tổ chức và tham dự hội nghị, hội thảo thường xuyên để trao đổi kinh nghiệm về ứng dụng viễn thám và GIS Số lượng công trình nghiên cứu đã công bố còn thấp Mức độ máy tính hoa và mạng hoa các kết quả chưa cao và chưa theo khuôn dạng chuẩn gây khó khăn cho việc truy cập, liên kết, chia sẻ, k ế thừa dữ liệu và kết quả phân tích dữ

liệu giữa các cá nhân và tập thể dưới hình thức này hay hình thức

khác

• Việc khai thác thông tin tài nguyên từ ảnh vệ tinh trong những năm qua vẫn chủ yếu dựa vào giải đoán bằng mắt Phương pháp xử lý ảnh

số chưa được ứng dụng rộng rãi Do đó, việc liên kết hay tích hợp công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên vẫn còn ở mức rất hạn chế

• Các ứng dụng cho đến nay chủ yếu là theo chuyên đề hoặc một đơn

vị hành chính như huyện, lỉnh, chưa cổ mội nghiên cứu nào dua lei

mô hình hay khung hướng dẫn ứng dụng viên thám và GIS tròng nghiên cứu tài nguyên cho các vùng phức tạp có đủ loại địa hình, hệ sinh thái tự nhiên cũng như nhân vãn

Để phát huy ưu điểm và khắc phục các tồn tại như đã nêu trên, cần tiếp tục nghiên cứu hệ thống hoa các khái niệm, phương pháp, xay dựng và hoàn thiện các mô hình khai thác thông tin tài nguyên từ ánh vệ tinh đa bộ cảm, đa thời gian bằng các phần mềm xử lý ảnh số và GIS phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của Việt Nam và của từng vùng cụ thể Nghiên cứu này là một nỗ lực theo hướng đó đối với lãnh thổ các lỉnh dọc sông Hồng Việí Nam

1.2 Đặc điểm địa Ịý lãnh thổ các tỉnh dọc sông H ồ n g V i ệ t N a m

Lãnh thổ các tỉnh dọc sông Hồng Việt Nam ( L T C T D S H ) là địa bàn nghiên cứu được lựa chọn để xây dựng và thử nghiệm mô hình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên vùng trên cơ sỏ xem xét các nhân tố như tầm quan trọng, sự đa dạng cảnh quan của vùng cũng như sự sẵn có của

dữ liệu ảnh vệ tinh và dữ liệu đ ố i chiếu

Phần tiếp theo tập trung phân tích các đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh

tế xã hội L T C T D S H từ góc độ úng dụng viễn thám và GIS làm cơ sở cho việc xây dựng và thử nghiêm mô hình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên L T C T D S H

ỉ.2.1 VỊ trí địa lý

L T C T D S H Việt Nam được xác định bởi các toa độ địa lý: I9f ,53'-22n50'

B và 103°3r-106°37 Đ (Hình 1.1) Đó là phần đất đai thuộc lãnh thổ Việt Nam kéo dài trên 500km theo hướng TB-ĐN từ biên giới Việt-Trung ra đến vịnh Bắc Bộ V ề hành chính, L T C T D S H bao gồm mười tỉnh và thành phố dọc sông Hồng là Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hà N ộ i , Hà Tây, Hà Nam, Hưng Yên, Nam Định và Thái Bình với tổng diện tích gần 28.000 kin2

V ớ i vị trí địa lý như đã nôn, LTCTDS H nằm trong diện phủ cùa các trạm thu ảnh vệ tinh ở cả trong và ngoài vùng Đông Nam Ả như Hà N ộ i , Băng Cốc, Đài Loan và để phủ kín cá L T C T D S H bằng ảnh vệ tinh chỉ cần sử dụng một cảnh ảnh vệ tinh phân giải thấp và trung bình như N O A A A V H R R , Terra MODIS trong khi phải cần đến nhiều cảnh ảnh vệ tinh phân giai cao và rất cao như Landsat ETM+, SPOT xs và IKONOS

/.2.2 Điểu kiện tự nhiên

1.22.1 Địa hình

Địa hình LTCTDSH rất đa dạng và phức tạp bao gồm cả núi, đổi, đồng bằng và ven biển và là sản phẩm kết hợp của các quá trình nội sinh và ngoại sinh Các hoạt động tân kiến tạo là nhân tố quan trọng dẫn đến sự nâng cao và chia cắt mạnh mẽ của địa hình

Địa hình núi tập trung chủ yếu ở các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ Đặc biệt, ở Lào Cai có dày Hoàng Liên Sơn cao nhất Việl Nam với đỉnh Fanxipan cao 3.143m

Địa hình gò đồi xen thung lũng phân bố ở Vĩnh Phúc và Hà Tây Địa hình đồng bằng tam giác châu chiếm lãnh thổ Hà N ộ i , Hà Tây, Hưng Yên Hà Nam, Thái Bình Đới ven biển thuộc về Thái Bình và Nam Định

Địa hình đồng bằng tam giác châu hơi nghiêng ra biển theo hướng tây bắc - đông nam Trừ một số đồi núi sót, độ cao tuyệt đối của đồng bằng dưới lOOm Dao động của độ cao nhỏ : ở các vùng đồi sót chênh lệch độ 50 - 70m,

ở các vùng đồng bằng bồi tích 0 - Ì Om Địa hình đồng bằng bị chia cắt bởi các đồi núi sót và các hệ thống đê nhân tạo Gần sát biển xuất hiện các cồn cát cao

2 -3m, có tới 25 dải song song hình thành một hộ thống cồn, rộng 30 K m như

có thể thấy giữa sông Trà Lý và sồng Hồng Các cồn cái thường nhô cao một hay hai mét trên mực ruộng lúa cạnh đó

Như vậy, ở LTCTDSH có sự lương phản mạnh về địa hình và sự chênh cao lên đến trên 3000m Sự phân dị lớn như vậy về địa hình có ảnh hưởng rõ đến chất lượng ảnh vệ tinh thu được và là yếu tố cần xem xét trong quá trình khai thác thông tin tài nguyên từ ảnh vệ tinh L T C T D S H từ bước chọn dữ liệu

và các kỹ thuật phân tích, đặc biệt là đối với khu vực miền núi nơi có biểu hiện ba chiều rõ nhất trong vùng

1.2.2.2 Địa chất

Cấu trúc địa chất L T C T D S H bao gồm hai phần: phần nâng (địa lũy sông Hồng) và sụt (địa hào Hà Nội) tạo ra bởi biến dạng Kainozoi đối với các thành tạo địa chất có nhiều tuổi khác nhau

Hộ quả của pha kiến tạo này tạo ra bốn cảnh quan cơ bản ở L T C T D S H

là núi, đ ồ i , tam giác châu và cửa sông ven biển Vùng núi bị khống c h ế bởi ba đứt gãy chính là đứt gãy Fanxipan, đứt gãy sông Hồng và đứt gãy sông Chảy tạo ra ba đới thạch học-cấu trúc tương ứng

Đới sông Hồng nằm thành một dải dọc theo hai bờ sông Hồng, kéo dài

từ biên giới Việt -Trung ở tây bắc Lào Cai, đến Việt Trì thì chìm xuống dưới các lớp phủ Đệ tứ của đới địa hào Hà N ộ i Các đá trong đới sông Hồng chù yếu là các đá cổ, trong đó có cả các đá kết tinh cổ nhất ở miền Bắc Việt Nam Các hệ tầng đá kết tinh này được xếp chung vào "phức hệ Sông Hồng", tuổi Prôtêrôzôi, gồm ba hệ táng nằm liên tục với nhau là các hệ tầng Sông Hồng

Ngòi Hút và Thạch Khoán phủ không chỉnh hợp trên phức hệ này là hệ tầng

Sa Pa tuổi Prôtêrôzôi muộn - Cambri sớm Bôn trốn đó là các trầm tích Cambri trung-Ođôvic hạ phát triển trong hai kiểu mặt cắt: mặt cắt chứa foxforil phân

bố ở đầu tây bắc của đới, thuộc điệp Cam Đường và mặt cắt gồm chủ yếu trầm tích nguồn lục địa, phân bố ở đầu phía nam của đới thuộc điệp Bến K h ế Phủ bên trên là loạt các trầm tích Palêôzôi trung gồm điệp Sinh Vinh tuổi ôđovic muộn - Silua, các trầm tích Đcvôn hạ và Đôvôn thượng.Tiếp trôn nữa là loại các trầm tích Palêôzôi thượng gồm đá vôi Cacbon và Pecmi hạ

Ngoài ra, trong đới này còn thấy các trầm tích Pecmi thượng, Triat, Jura, Nêôgcn và Đệ tứ phát triển hạn chế trong những vùng nhỏ hẹp Chiều dày các đá cổ ở đới sông Hổng lốn đến 15.000 - 18.000m, trong khi đó các đá Mêzôzôi và Kainôzôi phủ (ren chỉ khoáng 2.200m

Đới địa hào Hà N ộ i , nằm gọn trong tam giác châu thổ sông Hồng, hầu như bị phủ bởi trầm tích Đệ tứ, chủ yếu là bồi tích của sông Hồng Nằm dưới chúng là các trầm tích Nêỏgcn mà mặt cắt chỉ quan sát được qua các l ỗ khoan Chiều dày chung của mặt cắt Kainỏzỏi thuộc đới này có thể hơn 3.500m

Ngoài các trầm tích Kainôzôi trong đới Hà N ộ i , các đá thuộc móng có nhiều tuổi khác nhau đôi khi l ộ ra lẻ tỏ dưới dạng các cửa sổ nhỏ ở ven rìa tây nam và đông bắc của đới Các trầm tích Nêôgen đạt bể dày cực đại ở vùng châu thổ sông Hồng Địa tầng Nêôgen dã được phân chia dựa trên tài liệu khoan của Liên đoàn 36 bao gồm hai thống Miôxen và Pliôxen

Trầm tích Miôxen được biết đến ớ độ sâu 1.200m với bề dày thay đ ổ i từ

650 -850m Phần dưới gồm các trầm tích biến ven bờ, xen kẽ nhịp nhàng giũa các lớp mỏng bột kết xám bẩn, xám nâu đen và cát kết Phần trên trầm tích có tính nhịp gồm cát sỏi, cát đa khoáng, cuội sỏi nhỏ Nhiều nhịp trong phần trên của nó có chứa các vỉa than Ở một số nơi còn có xen những tập trầm lích biển

có trùng l ỗ

Trầm tích Pliôxen nằm liên tục trên trầm tích Miôxen với một diện phân bố hẹp và thường dược gọi là điệp Vĩnh Bảo hay "tầng Vĩnh Bảo" do Golovenok và Lê văn Chân xác lập năm 1966 Đó là các trầm tích biến động nhất Vật liệu vụn có độ lựa chọn tốt, gồm các lớp mỏng bột kết và sét Bề dày trầm tích Pliôxen thay đổi từ 180 đến 300m Đã phát hiện nhiều hoa thạch động vật thân mềm và trùng l ổ

Các trầm tích Đệ tứ trong vùng bao gồm các trầm tích Plêixtôxcn được chia thành ba tầng, cụ thể là các tầng Thái Thụy, Hà N ộ i và Vĩnh Phúc Tầng Thái Thụy dặc trưng cho các trầm tích Plêixtôxen sớm bao gồm cuội xen kẹp với các thấu kính bột sét Tầng Hà N ộ i nằm bất chỉnh hợp trên tầng Thái Thụy, bao gồm cuội lẫn sét bột cát Bề dày của tầng là 40 - 50m Tuổi tuyệt đối của các mẫu lấy ở độ sâu 90m và được phân tích bằng phượng pháp Các bon phóng xạ là 30.115 + 300 năm Như vậy tuổi của tầng Hà N ộ i là Plcixtôxen muộn Tầng Vĩnh Phúc được đại điện bằng cát, bột lẫn cuội ở phần dưới và sét bột màu nâu đỏ phớt vàng bị xen kẽ bằng cát mịn ở phần trôn Tầng Vĩnh Phúc dầy 30 - 40m và phân bố dọc theo rìa chau thổ sổng Hồng Tuổi của nó tương đương với các thểin biển dọc bờ biển nam Trung bộ với tuổi tuyệt đối xác định là 18.500 + 250 năm

Trầm tích Hôlôxen là các trầm tích trẻ nhất trong vùng bao gồm cát, bột

và sét Các trầm tích Hôlôxcn được chia thành hai tầng: H ả i Hưng và Thái Bình.Tầng H ả i Hưng gồm bột sét với các lớp cát Bề đày của tầng là 10-30m Tầng Thái Bình bao gồm cát, bột và sét có nguồn gốc sông biển hỗn hợp

Theo các kết quả nghiên cứu mới [16, 86], bồn trũng Đệ tứ sông Hồng được lấp đầy bằng các trầm tích thuộc năm chu kỳ Trong Pleixtôxen có ba chu kỳ gồm chu kỳ trầm tích aluvi thuộc tầng L ệ Chi (aQịlc) có tuổi Pleixtỏxen sớm, chu kỳ trầm tích aluvi-proluvi thuộc tầng Hà N ộ i (apQ|j

UI Hin) có tuổi Pleixtôxen giữa muộn và chu kỳ aluvi và delta thuộc láng Vĩnh Phúc (amQm2vp) Trong Hôlôxen có hai chu kỳ là chu kỳ sớm giữa thuộc tầng

Hải Hưng (am, lbQỊ V1-2hh) và chu kỳ gần đây nhất vẫn đang tiếp tục tương ứng với tầng Thái Bình (a, amQ|V3tb)

Tóm l ạ i , L T C T D S H được đặc trưng bởi nhiều hoại động địa chai phức tạp diễn ra liên tục từ tiền Cambri đến nay tạo ra một bình đồ cấu trúc rất đa dạng về đá, trầm tích, góp phần tạo ra sự đa dạng về đất (Hình ì 2), thảm thực vật và mạng lưới thúy văn trong vùng Điều đó có thể dẫn đến sự nhầm lẫn về phổ trong phân loại ảnh số vệ tinh

1.223 Khí hậu

L T C T D S H có khí hậu nhiệt đới gió mùa Mùa khô kéo dài từ tháng mười đến hết tháng tư và mùa mưa từ tháng năm đến hết tháng chín Gió thường thổi từ phía đông bắc vào mùa khô và tây nam hay đông nam vào mùa mưa Tốc độ gió cực đại là 20 - 25m/s trong mùa mưa bão Thời kỳ khô dài nhất trong vùng là 4 tháng như ở Hà N ộ i , Sơn Tây Tuy nhiên, ở L T C T D S H không có mùa khô tuyệt đối bởi độ ẩm trong vùng luôn đạt trên 80% và lượng mưa trung bình năm là trên 1500mm (Bảng 2) cao hơn nhiều so với ngưỡng phân biệt vùng khô và vùng ẩm là SOOmm [73]

Báng 1.5 Số liệu khí hậu trung bình năm tại các trạm khí tượng LTCTDSH Trạm Tỉnh Nhiêt đô

B i ĐỐT QỄU đò m Đíh đõ b ạ i dií Q tuah # T h à a h phổ, Thi xfi

r~Ị ĐÍT dâu váng en ĐÍT phin boọi độog

Tại Hà N ộ i số ngày mưa phùn trong năm là 42.7 ngày tập trung nhiều nhất vào tháng 3 (14,5 ngày) Số ngày sương mù trong năm là ỉ 1,7 ngày, nhiều nhất là tháng 12 (2,6 ngày) Lượng mây trung bình tháng xác định ở trạm Thái Bình cho thấy mây nhiều nhất vào ba tháng từ tháng 2-4 và mây ti nhất vào các tháng 5 và từ tháng l o đến tháng 12 (Hình 1.3 ) Như vay, các tháng Ì, 5, 9, l o , 11 hàng năm là thời kỳ thuận lợi nhất cho việc thu ảnh vệ linh quang học ở L T C T D S H

20

0 Ị I I I I I I I I I I I — I

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2

Tháng

Hình 1.3 Lượng mày trung bình tháng (% bầu trời) ở trạm Thái Bình

Nguồn: Nguyền Gia Thắng [241

ì 2.2.4 Thúy văn

LTCTDSH có hệ thống sông suối và ao hồ dày đặc trong đó sổng Hồng

là dòng chảy chính (Hình 1.4) Sông Hồng dài 1149 K m , bắt nguồn từ Vân Nam, Trung Quốc và chảy vào Việt Nam từ Hà Khẩu, Lào Cai và đổ ra vịnh Bắc Bộ qua các cửa Trà Lý, Ba Lạt, Lạch Giang và Đáy Tổng diện tích lưu vực sông Hồng là 169.000Km2, trong đó 51% nằm ở Việt Nam, 48% ở Trung quốc và nhỏ hơn 1% ở Lào Chiều dài của sông Hồng trên lãnh thổ Việt Nam

là 550Km với nhiều sông nhánh khác nhau Nhánh phải là sông Đà, đài 9I0Km, hợp với sông Hồng ở Trung Hà Các nhánh trái là sông Lô, sổng Găm

và sông Cháy hợp với sông Hồng ở Việt Trì, Phu Thọ Từ đó sông Hồng chảy

qua giữa đổng bằng và được phân chia thành các chi lưu: ở bên phải là sông

Đáy (hợp với sông Hồng bởi sông Nam Định) và sông Ninh Cơ; ở bên trái là

sông Đuống và sông Luộc mang nước từ sông Hồng đến sông Thái Bình Sông Hồng đổ ra biển qua bốn cửa sông: Trà Lý, Ba Lạt, Lạch Giang và Đáy

Nước mặt LTCTDSH phân bố không đều theo không gian và thời gian Lưu lượng (rung bình tháng của sổng Hổng đạt giá trị cao nhất vào tháng 8 ở trạm Sơn Tây (Hình 1.5)

Nước sông ngòi trong vùng có hàm lượng phù sa lớn, tập trung vào mùa

lũ Sông Hồng và các sông nhánh của nó vận chuyển mội lượng phù sa lớn khiến cho nước sông có màu nâu đỏ Hàm lượng trung hình của phù sa lơ lửng trong nước sông Hồng ở Hà N ộ i là 850 mg/1 Phần lớn phù sa là từ các vùng

dốc đứng của vùng lưu vực à thượng nguồn, cả ở Việt Nam và Trung Quốc

M ộ i số phù sa bị trôi đi đo quá trình tự nhiên, song phần lớn là do các hoại động của con người, đặc biệt là tình trạng du canh du cư và tàn phá rừng nghiêm trọng Nồng độ trầm tích trung bình tháng của nước sông thay đổi theo tháng và theo trạm đo (Hình 1.6), đạt giá trị cao nhất 2700g/m3 vào tháng 8 tại Yên Bái

Sông Hồng và các nhánh của nó quyết định thúy chế của đồng bằng Hàng năm sông Hổng vận chuyển ra biển khoảng 120 tỷ m3 nước và ] 14 triệu tấn bùn cát [18]

Phần lớn ao hồ ở đồng bằng sông Hồng là do các lòng sông cũ hoặc các khúc sông chết tạo thành và một số do con người tạo ra Các hệ thống đê điều

đã làm cho đồng bằng sông Hồng có hai loại sổng có chế độ thúy văn khác nhau Các con sông "nội địa" nằm trong phạm vi từng ồ tương đối riêng biệt

và bị đê ngăn H ạ lưu các sông lớn, sông "ngoài đê " đều là các sông lớn, độ dốc nhỏ, c h ế độ thúy văn phức tạp và có sức xâm thực, bồi đắp mạnh

Như vậy, sông ngòi và ao hồ là các loại nước mại đặc trưng của

L T C T D S H và có mặt ở tất cả các tỉnh (rong vùng Song đa số là các sông hẹp

và ao hồ nhỏ phân bố không đều theo không gian và thời gian Do đó, để nhạn biết và lượng hoa chính xác tài nguyên nước mặt L T C T D S H cần sử dụng các loại ảnh vệ tinh có độ phân giải phổ, không gian và thời gian thích hợp

ì2.2.5 Thực vật

Vành đai thực vật của vùng thượng lưu sông Hồng có (inh nhiệt đới rõ,

đó là rừng nhiệt đới mưa mùa (rừng (hường xanh), rừng tre nứa, rừng hỗn giao Khác với vùng thượng lưu, vùng hạ lưu sông Hồng và cụ thể là vùng đồng bằng sông Hồng có nhiều cây lương thực, cây ăn quả và một số khu vực rừng trổng Các loại cây chịu mặn như sú vẹt chiêm một diện tích nhỏ ở khu vực cửa sông ven biển (Hình 1.7)

Do khí hậu nhiệt đới ẩm, khổng có mùa khô tuyệt đ ố i , không có mùa lá rụng rõ rệt, thực vật là đối tượng luôn xuất hiện trong ảnh vệ tinh L T C T D S H ở các mức độ khác nhau tuy thuộc vào cánh quan và thời điểm thu nhận ảnh Vì vậy khi nghiên cứu hiện trạng tài nguyên L T C T D S H bằng ánh vệ tinh cần sử dụng các băng và tổ hợp băng phân biệt rõ thực vật như các băng đỏ, cận hồng ngoại và hồng ngoại giữa của phổ điện từ