SỬ DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ, BÃI BIỂN, CỬA SÔNG VÙNG BIỂN HẢI PHÒNG

Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội với diện tích phủ rộng, dữ liệu ảnh phong phú, thời gian chụp lặp lại tại một khu vực có thể trong vài ngày, không tốn nhiều thời gian, công

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

*************************

Phạm Huyền Trang

SỬ DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU

BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ, BÃI BIỂN, CỬA SÔNG VÙNG BIỂN HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

********************

SỬ DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU

BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ, BÃI BIỂN, CỬA SÔNG VÙNG BIỂN HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: Hải dương học

Mã số: 8440228.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Đinh Văn Ưu

Hà Nội - 2019

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TS Đinh Văn

Ưu đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình cho học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ khoa học

Đồng thời học viên cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, cán

bộ trong khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều điện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành luận văn này

Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Văn Thảo, Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cung cấp tài liệu, nhiệt tình chỉ dẫn kỹ thuật xử lý dữ liệu viễn thám và góp ý chỉnh sửa luận văn

Cảm ơn đề tài KC.09.14/16-20 do GS.TS Đinh Văn Ưu chủ nhiệm và đề tài VT-UD-02/17-20 đã hỗ trợ học viên hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Trang 4

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

0.1 Tính cấp thiết của đề tài luận văn 1

0.2 Mục tiêu của luận văn 2

0.3 Nội dung nghiên cứu 3

0.4 Phạm vi nghiên cứu 3

0.5 Những điểm mới của luận văn 4

0.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5

0.7 Cấu trúc của luận văn 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1 Một số khái niệm 6

1.2 Vai trò của viễn thám giám sát biến động địa hình vùng bờ biển 8

1.3 Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ 10

1.3.1 Ngoài nước 10

1.3.2 Trong nước 11

1.3.3 Vùng nghiên cứu 12

1.3.4 Những tồn tại và hạn chế của nghiên cứu trước 13

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÀI LIỆU SỬ DỤNG 15

2.1 Phương pháp nghiên cứu 15

2.1.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 15

2.1.2 Phương pháp viễn thám 15

2.1.3 Phương pháp GIS 24

2.2 Tài liệu sử dụng 26

2.2.1 Tư liệu ảnh vệ tinh 26

2.2.2 Bản đồ địa hình 29

Trang 5

2.2.3 Tài liệu khác 31

2.3 Quy trình xử lý dữ liệu 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 33

3.1 Phân tích biến động đường bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng từ năm 1988 – 2018 33

3.1.1 Giai đoạn 1988 – 1993 33

3.1.2 Giai đoạn 1993-1998 34

3.1.3 Giai đoạn 1998 - 2003 35

3.1.4 Giai đoạn 2003 - 2008 36

3.1.5 Giai đoạn 2008 - 2013 37

3.1.6 Giai đoạn 2013 - 2018 38

3.2 Phân tích nguyên nhân gây biến động đường bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng 49

3.2.1 Giai đoạn 1988 – 1993 49

3.2.2 Giai đoạn 1993 – 1998 50

3.2.3 Giai đoạn 1998 – 2003 50

3.2.4 Giai đoạn 2003 – 2008 51

3.2.5 Giai đoạn 2008 – 2013 52

3.2.6 Giai đoạn 2013 – 2018 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

A KẾT LUẬN 60

B KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

Trang 6

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 0.1: Khu vực nghiên cứu – Vùng biển Hải Phòng 4

Hình 0.2: Bản đồ hành chính Thành phố Hải Phòng 4

Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn các thuật ngữ về bờ biển được sử dụng [1] 7

Hình 2.1: Đường bờ biển ngoài thực địa khu vực xói lở bờ biển 18

Hình 2.2: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực xói lở (bờ phía Nam xã Phù Long, Cát Bà, Hải Phòng) 19

Hình 2.3: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực cửa sông, bãi triều thấp (khu vực Cửa Cấm, cửa Nam Triệu, Hải Phòng) 20

Hình 2.4: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực san lấp mặt bằng (phường Đông Hải 2, Hải An và đảo Cát Hải, Hải Phòng) 20

Hình 2.5: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực bãi cát biển 21

Hình 2.6: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực bờ đá vôi 22

Hình 2.7: Các hệ sinh thái trên ảnh vệ tinh 23

Hình 2.8: Mô hình phân tích không gian trong GIS 26

Hình 2.9: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 5 TM (20/11/1988) 28

Hình 2.14: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI_TIRS (27/12/2013) 29

Hình 2.15: Khu vực Hải Phòng nhìn từ ảnh vệ tinh 29

Hình 2.16: Bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1:50.000 lưới chiếu VN2000 xuất bản năm 2001 bởi Tổng cục địa chính 30

Hình 2.17: Quy trình ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động đường bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng 32

Hình 3.1: Bản đồ biến động đường bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 - 2018 33

Hình 3.2: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 - 1993 34

Trang 7

Hình 3.6: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 2008 – 2013 37

Hình 3.8: Bản đồ xói lở bồi tụ bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 2018 48

Hình 3.9: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hưởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 1993 49

Hình 3.10: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hưởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 1993 - 1998 50

Hình 3.12: Biểu đồ thể hiện phần trăm ảnh hưởng của các nguyên nhân gây biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng giai đoạn 2003 – 2008 51

Hình 3.15: Đảo Hoa Phượng, Vạn Hương, Đồ Sơn, Hải Phòng 55

Hình 3.16: Khu du lịch quốc tế Đồi Rồng, Vạn Hương, Đồ Sơn, Hải Phòng 55

Hình 3.17: Đảo Cát Hải, Hải Phòng năm 2019 56

Hình 3.18: Toàn cảnh Tổ hợp nhà máy sản xuất ô tô, xe máy điện Vinfast 57

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các ảnh Landsat được sử dụng 27

Bảng 3.1: Xói lở - bồi tụ đường bờ biển vùng biển Hải Phòng 39

Trang 9

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

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

ENVI Environment for visualizing images

Landsat Land Satellite

SPOT Hệ thống vệ tinh quan sát Trái đất của Pháp

RADARSAT Hệ thống vệ tinh quan sát Trái đất của Canada

ENVISAT Environmental Satellite

ALOS Advanced Land Observation Satellite

OLI Operational Land Imager

TIRS Thermal Infrared Sensor

UTM Urchin Tracking Module

TIF Tagged Image File Format

PAM Chương trình lương thực thế giới

Trang 10

MỞ ĐẦU 0.1 Tính cấp thiết của đề tài luận văn

Bờ biển là nơi tiếp xúc trực tiếp giữa đất liền và biển cả, là nơi thường xuyên xảy ra mối tương tác qua lại giữa các trạng thái của vật chất (bao gồm rắn, lỏng và khí) Do vậy, bờ biển không phải là nơi ổn định lâu dài mà là một môi trường rất động Nó thường xuyên bị biến động (xói lở, bồi tụ) dưới tác động của các các nhân

tố tự nhiên và các tác động của con người Mặt khác, dải đất ven biển lại là nơi tập trung nhiều dân cư, là nơi rất giàu có về tài nguyên và có tiềm năng kinh tế rất to lớn Bởi các lý do đó, biến động bờ biển đã trở thành một trong những vấn đề được quan tâm rất rộng rãi Đặc biệt là trong những năm gần đây, dưới tác động của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng, biến động bờ biển ngày càng trở nên phức tạp, hiện tượng xói lở bờ biển có xu hướng tăng cả về cường độ lẫn phạm vi

Hải Phòng là một thành phố có nền kinh tế năng động ở miền Bắc Việt Nam Hải Phòng có vị trí chiến lược, là cửa ngõ ra biển kết nối với thế giới của cả miền Bắc Do vậy hệ thống cảng biển của thành phố được chú trọng đầu tư mở rộng từ rất sớm Vào những năm cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, Hải Phòng đã được người Pháp xây dựng như một trung tâm thương mại, tài chính và đặc biệt nhất là cảng biển có tiếng tăm của Thái Bình Dương Đầu thế kỷ XX, cảng Hải Phòng đã có mối quan hệ gắn bó với nhiều cảng lớn ở Đông Nam Á, châu Á, châu Đại Dương, Bắc

Mỹ, ven Ấn Độ Dương, Địa Trung Hải, Đại Tây Dương, biển Bắc Âu… Tuy nhiên, trong những thập niên gần đây, hiện tượng sa bồi luồng vào cảng do nhiều nguyên nhân khác nhau, chủ yếu liên quan đến các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp của con người như việc xây các hồ chứa thượng nguồn đã làm thay đổi cán cân cung cấp nguồn trầm tích từ lục địa ra vùng ven bờ, gây ra biến động bồi/xói bờ biển, hay việc đắp đập Đình Vũ, san lấp các vùng bãi triều để mở rộng quỹ đất cho xây dựng các khu công nghiệp, cơ sở hạ tầng và đô thị cũng như việc quai đê xây đầm nuôi trồng thủy sản,… đã làm cho cảng Hải Phòng mất đi vị trí hàng đầu của Việt Nam Nếu như trước đây, luồng vào cảng Hải Phòng cho phép tàu trên vạn tấn cập bến thì nay chỉ là tàu 5-7 nghìn tấn, mặc dù khối lượng nạo vét tăng lên nhiều Không chỉ

sa bồi luồng lạch, xói lở bờ biển Hải Phòng cũng đang ngày càng trở nên nghiêm

Trang 11

trọng Do vậy, nghiên cứu biến động bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng là một nhu cầu thực tiễn cấp bách nhằm đánh giá hiện trạng, dự báo nguy cơ tiềm ẩn của các tai biến, xói lở, bồi tụ có thể xảy ra trên khu vực để quản lý tốt hơn đới ven biển, phát triển kinh tế, xã hội của thành phố một cách bền vững

Cho đến nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề xói lở, bồi

tụ đới ven biển Hải Phòng với rất nhiều các phương pháp khác nhau bao gồm cả phương pháp GIS và viễn thám Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội với diện tích phủ rộng, dữ liệu ảnh phong phú, thời gian chụp lặp lại tại một khu vực có thể trong vài ngày, không tốn nhiều thời gian, công sức cũng như chi phí so với các phương pháp truyền thống như khảo sát thực địa, đo đạc các yếu tố thuỷ lực tại các trạm thuỷ văn, hải văn,… Công nghệ viễn thám có thể được sử dụng hiệu quả để xây dựng bản đồ hiện trạng đường bờ Trong luận văn này, tác giả cũng lựa chọn phương pháp GIS và viễn thám xây dựng bản đồ xói lở, bồi tụ đường bờ, cửa sông vùng biển Hải Phòng theo thời gian qua đó đánh giá biến động đường bờ khu vực nghiên cứu

0.2 Mục tiêu của luận văn

Để giải quyết vấn đề đặt ra nói trên, luận văn xác định mục tiêu chung là làm

rõ và đánh giá biến động đường bờ biển khu vực Hải Phòng thông qua việc lập các

sơ đồ biến động đường bờ theo thời gian Từ đó đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ đới ven biển, phòng tránh và giảm thiểu tai biến xói lở - bồi tụ khu vực này

Và luận văn sẽ được thực hiện theo các mục tiêu cụ thể dưới đây:

- Tổng quan tình hình ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ, bãi biển, cửa sông (trong và ngoài nước) nhằm cho thấy sự phù hợp của việc ứng dụng công nghệ viễn thám để giải quyết vấn đề đặt ra

- Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS làm sáng tỏ biến động đường bờ biển Hải Phòng thông qua việc xây dựng các bản đồ biến động đường bờ theo thời gian

từ năm 1988 đến năm 2018

- Phân tích nguyên nhân gây ra biến động đường bờ biển Hải Phòng giai đoạn 1988 – 2018

Trang 12

0.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được những mục tiêu trên, trong đề tài cần nghiên cứu các nội dung sau:

+ Tổng quan về vấn đề nghiên cứu;

+ Thu thập, tiền xử lý ảnh vệ tinh Landsat khu vực nghiên cứu giai đoạn

- Đối tượng nghiên cứu: Đường bờ biển và cửa sông khu vực nghiên cứu

- Vấn đề nghiên cứu: Sự bồi tụ, xói lở đường bờ biển, biến động cửa sông theo thời gian trên khu vực nghiên cứu

Trang 13

Hình 0.1: Khu vực nghiên cứu – Vùng biển Hải Phòng

Hình 0.2: Bản đồ hành chính Thành phố Hải Phòng

0.5 Những điểm mới của luận văn

- Luận văn đã đưa ra phương pháp xác định đường bờ biển trên ảnh vệ tinh, thay thế phương pháp xác định đường bờ biển theo định nghĩa là ranh giới tiếp xúc

Trang 14

giữa biển và đất liền để giảm thiểu được ảnh hưởng của thủy triều do khu vực chịu ảnh hưởng của dao động mực triều lớn, có bãi triều rộng và khá bằng phẳng

- Luận văn cũng đã xác định được các khu vực bồi tụ, xói lở trọng yếu của đới bờ biển Hải Phòng trong suốt 31 năm từ năm 1988 – 2018 và bước đầu lý giải được các nguyên nhân gây ra những biến động này

0.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Với các kết quả nghiên cứu thu được, luận văn có các ý nghĩa sau:

1- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đã đưa ra được phương pháp xác định

đường bờ biển cao trung bình nhiều năm trên dữ liệu viễn thám Bước đầu đánh giá được xu thế biến động bờ biển Hải Phòng trong tương lai từ việc phân tích biến động bồi tụ - xói lở bờ biển trong 31 năm qua tài liệu viễn thám

2- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ cho công tác quy

hoạch các khu du lịch, các khu công nghiệp, cảng biển, khu nuôi trồng thủy sản, bảo

vệ và phát triển rừng ngập mặn, xây dựng những chính sách phát triển thành phố bền vững

0.7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được chia thành

3 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Phương pháp nghiên cứu và tài liệu sử dụng

Chương 3 Kết quả nghiên cứu

Trang 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số khái niệm

- Đường bờ biển

Hiện nay, cả trên thế giới cũng như ở Việt Nam, một số khái niệm được sử dụng trong nghiên cứu bờ biển còn được hiểu rất khác nhau giữa các nhà khoa học cũng như các nhà quản lý Do vậy, để rõ ràng hơn, một số khái niệm sử dụng trong luận văn sẽ được trình bày dưới đây

Bờ biển (Coast) là một dải đất có chiều rộng không xác định mở rộng từ

đường bờ vào sâu trong đất liền tới sự thay đổi đầu tiên về địa hình Các vách, các cồn cát tiền tiêu, hoặc đường thực vật có mặt thường xuyên Trên các bờ có các đảo/cồn chắn (barrier), một tổ hợp đầm phá sau barrier, bãi lầy, lạch triều cũng được xem là một phần của bờ Trên các vùng đồng bằng châu thổ (delta), ranh giới

về phía đất liền khó xác định hơn Còn ranh giới về phía biển vươn tới vị trí mức

sóng bão - đó chính là đường bờ trong (coastline) Trên các đoạn bờ dốc đứng, thì

đường bờ trong và đường bờ ngoài (shoreline) có thể trùng nhau Theo Bách khoa Toàn thư về Địa lý Xô-Viết thì bờ biển là một dải hẹp gồm có cả bãi biển chạy dọc theo đường bờ có giới hạn về phía biển là đường mực triều thiên văn thấp nhất [1]

Đường bờ biển Theo quan niệm chung, đường bờ biển là ranh giới tiếp xúc

giữa biển và đất liền Đường này luôn dịch chuyển phụ thuộc vào dao động của mực nước biển theo các chu kỳ ngắn (triều khí tượng), chu kỳ dài (chu kỳ thiên văn) hoặc không theo chu kỳ Trong thực tế, người ta thường lấy đường bờ biển là mực nước triều trung bình nhiều năm, tuy nhiên đường này cũng rất khó xác định,

do vậy trong nghiên cứu biến động đường bờ biển, người ta xác định thêm các đường bờ khác, trong đó có 2 đường bờ: đường bờ trong và đường bờ ngoài [1]

Đường bờ trong (coastline) là ranh giới tác động cao nhất của sóng trong

năm (thường là sóng bão) với đất liền; hoặc đơn giản hơn, là đường ranh giới giữa

bờ và bãi, hoặc giữa đất và nước [1]

Đường bờ ngoài (shoreline) là đường giao nhau giữa mặt nước với bãi biển

nằm ở vị trí mực nước cao trung bình [1]

Trang 16

Trong luận văn này, đường bờ biển trên ảnh vệ tinh được lựa chọn là đường trùng với đường mực biển cao trung bình nhiều năm (0 lục đồ)

Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn các thuật ngữ về bờ biển được sử dụng [1]

- Biến động đường bờ biển

Biến động đường bờ đó là sự thay đổi vị trí đường bờ theo không gian và thời gian Có hai dạng biến đổi đường bờ, một là quá trình tích tụ ứng với hiện tượng đường bờ lấn dần ra phía biển và hai là quá trình xói lở ứng với hiện tượng đường bờ lấn dần về phía lục địa

Biến động bờ biển tự nhiên bao gồm hiện tượng xói lở bãi cũng như vùng đất ven biển và tích tụ trầm tích để tạo ra một vùng đất mới là một hiện tượng tự nhiên trong quá trình tiến hóa vùng bờ biển Nó xảy ra sau những thay đổi về mực nước biển tương đối, khí hậu và các nhân tố khác trên những quy mô thời gian - không gian khác nhau từ các sự kiện theo thời gian địa chất đến các hiện tượng cực đoan trong khoảng thời gian ngắn Nó cũng có thể được làm tăng lên bởi các hoạt động của con người hoặc là ngay tại bờ, hoặc trên các lưu vực sông lân cận bờ biển

Biến động địa hình bờ biển, đặc biệt là do xói lở bờ, có tác động rất lớn đến các cộng đồng dân cư và các hệ sinh thái ven bờ trên toàn thế giới Nghiên cứu biến động địa hình bờ biển, thực chất, là nghiên cứu các quá trình địa mạo bờ nhằm tìm

Trang 17

ra những đặc điểm hình thái và động lực hiện nay, lịch sử tiến hóa trong quá khứ và

dự báo xu hướng phát triển của nó trong tương lai Cũng như trên đất liền, hoạt động của các quá trình địa mạo ở bờ biển được biểu hiện cụ thể ở sự hình thành một dạng địa hình nào đó (quá trình xây dựng - tích tụ) hoặc ở sự phá hủy một thành tạo địa hình khác (quá trình phá hủy - xói lở) dưới tác động của rất nhiều nhân tố động lực khác nhau từ phía biển cũng như từ phía lục địa, cả các nhân tố tự nhiên cũng như các tác động của con người Xói lở và bồi tụ là hai mặt đối lập trong một quá trình địa mạo gây nên tình trạng biến đổi hình thái bờ biển

1.2 Vai trò của viễn thám giám sát biến động địa hình vùng bờ biển

Công nghệ viễn thám có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống khác trong nghiên cứu tài nguyên và môi trường nói chung Là công

cụ có hiệu quả cao trong giám sát tài nguyên môi trường biển và hải đảo bởi thông tin không gian rộng, đa thời gian, độ chính xác cao, đồng nhất thông tin và thời gian

xử lý nhanh Các phương pháp nghiên cứu truyền thống khó thu thập được các thông tin đồng thời về động lực biển, phân bố các hệ sinh thái biển, vị trí, hình dáng, diện tích các đảo, công trình trên các hải đảo tại vùng xa bờ Ngược lại, với

dữ liệu viễn thám có thể thu thập được các thông tin này một cách hiệu quả

Công nghệ viễn thám với việc thu ảnh liên tục trên vệ tinh, cung cấp chuỗi các hình ảnh trực quan, khách quan, bao quát, chi tiết về bề mặt Trái đất trong thời gian dài Như vậy, với việc khai thác các thông tin từ ảnh viễn thám cho thấy, bức tranh tổng quát về diễn biến biến động bờ sông, bờ biển trên khu vực các tỉnh ven biển từ quá khứ cho tới hiện tại Với độ phủ trùm của ảnh viễn thám lớn nên các thông tin về biến động bờ sông, bờ biển thu chụp được là đồng nhất Thông tin khai thác được từ ảnh viễn thám không chỉ là biến động bờ sông, bờ biển mà cả là các đối tượng liên quan như thông tin về kè, đê, đập, lớp phủ mặt đất… Phân tích các thông tin về biến động đường bờ sông, bờ biển trong quá khứ và hiện tại cũng như các thông tin liên quan khác như việc xây các hồ chứa lớn trên các sông chính… cho phép đánh giá được xu thế của biến động trong tương lai Thông tin về biến động bờ sông, bờ biển trước và sau khi áp dụng các giải pháp chống xói lở đường

bờ có thể đánh giá được tác động của các giải pháp đến xói lở bờ sông, bờ biển

Trang 18

Theo kết quả nghiên cứu của PGS.TS Phạm Huy Tiến [15], xói lở bờ biển ở nước ta có 3 nhóm nguyên nhân chính gồm: Nhóm nguyên nhân nội sinh (hoạt động kiến tạo, cấu trúc địa chất); Nhóm nguyên nhân ngoại sinh (Sóng, dòng chảy, bão,v.v.); Nhóm nguyên nhân do hoạt động của con người (công trình thủy lợi, khai thác khoáng sản, chặt phá rừng,v.v.)

Đối với nguyên nhân nội sinh, viễn thám không trợ giúp được nhiều, tuy vậy, với việc cung cấp hình ảnh trên diện rộng, viễn thám có thể trợ giúp trong phân tích hình ảnh về cấu trúc địa chất Với nguyên nhân ngoại sinh, viễn thám có thể cung cấp hầu hết các thông tin này như các thông tin về trường sóng như hướng sóng, độ cao sóng, hướng dòng chảy, tốc độ dòng chảy, hàm lượng chất lơ lửng bề mặt nước biển Đối với các nguyên nhân do hoạt động của con người, viễn thám cho phép cung cấp các thông tin như hệ thống các công trình thủy lợi, hiện trạng sử dụng đất, chặt phá rừng, các công trình xây dựng chống xói lở, v.v Bên cạnh đó, với lợi thế chụp ảnh liên tục, ảnh rộng viễn thám có thể cung cấp chuỗi thông tin phục về các yếu tố liên quan đến xói lở bờ biển, cũng như diễn biến xói lở từ quá khứ đến hiện tại Thông tin này là hết sức hữu dụng trong nghiên cứu xói lở bờ biển Dựa vào các thông tin này có thể đánh giá nguyên nhân gây ra xói lở bờ biển, đánh giá hiệu quả các giải pháp áp dụng chống xói lở Hơn nữa, thông tin chuỗi thời gian về hiện trạng xói lở còn giúp đưa ra dự báo xói lở trong tương lai Như vậy, công nghệ viễn thám là hết sức hữu hiệu trong trợ giúp giảm nhẹ và ứng phó với xói lở bờ biển

Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực, việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát xói lở đường bờ cũng có những mặt hạn chế, ví dụ như việc xác định chính xác vị trí của đường bờ trên ảnh vệ tinh Nếu như cứ sử dụng khái niệm đường bờ biển là mực nước triều trung bình nhiều năm thì việc ứng dụng viễn thám

để theo dõi là kém khả thi

Hay là do đặc điểm khí hậu ở nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên mây mù quanh năm Điều này gây cản trở việc quan trắc xói lở bằng dữ liệu viễn thám quang học Ngoài ra, vệ tinh viễn thám chỉ có thể chụp với tần suất khá hạn chế (một vệ tinh chỉ chụp lặp được trong 3 ngày là tối đa) nên việc cung cấp dữ liệu là không thường xuyên

Trang 19

Nhưng vẫn có thể nói, công nghệ viễn thám cung cấp bức tranh tổng thể về xói lở bờ biển ở nước ta Chính vì vậy, đối với tình hình xói lở bờ biển ngày càng nghiêm trọng như hiện nay, việc ứng dụng viễn thám trong giám sát biến động bờ biển cần được triển khai rộng rãi

1.3 Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ 1.3.1 Ngoài nước

Trước những năm 1970, nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển đã được thực hiện ở nhiều quốc gia như Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Nhật Bản

và các nước châu Âu Phương pháp nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển chủ yếu sử dụng các phương pháp địa mạo truyền thống, đó là sử dụng các số liệu quan trắc ở các trạm cố định, khảo sát đo đạc tại thực địa và kết hợp với xử lý ảnh máy bay để tính toán chiều dài, tốc độ và diện tích bồi tụ - xói lở bờ biển, hướng di chuyển của các cồn cát, bãi ngầm, v.v Vì vùng bờ biển chịu nhiều tác động từ nội sinh, ngoại sinh và đặc biệt là các tác động từ hoạt động khai thác tài nguyên của con người nên địa hình của vùng biến động khá nhanh, ít theo quy luật Các tài liệu

về địa chất, địa hình và ảnh máy bay không được thường xuyên cập nhật vì chi phí lớn, điều này gây ảnh hưởng lớn đến công tác nghiên cứu Chính vì vậy, để cập nhật những số liệu mới về địa hình vùng bờ biển phục vụ các nghiên cứu và quản lý tài nguyên môi trường cần phải thường xuyên tổ chức khảo sát thực địa Điều này thường gây tốn công sức, tài chính và thời gian Đồng thời, kết quả nghiên cứu đưa

ra thiếu tính đồng bộ nếu khu vực nghiên cứu có diện tích lớn và biến động nhanh

vì rất khó quan trắc đồng thời dẫn đến kết quả tính toán không đồng nhất và thiếu tính thuyết phục Từ 1970 đến nay việc các vệ tinh quan trắc tài nguyên môi trường trái đất lần lượt được phóng như Landsat, SPOT, RADASAT, ENVISAT, ALOS, v.v đã cung cấp những dữ liệu viễn thám quan trọng trong nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển Công nghệ viễn thám cho phép cung cấp cái nhìn khái quát và toàn cầu của môi trường biển và lục địa cả về không gian và thời gian Ảnh vệ tinh khi được kết hợp với dữ liệu mặt đất có thể lấp vào các phần trống quan trọng của

hệ thống cơ sở dữ liệu Các thông tin thu nhận từ dữ liệu vệ tinh và được kết hợp với GIS cung cấp nguồn thông tin với hiệu quả và nhanh hơn từ các nguồn truyền

Trang 20

thống Cùng với sử dụng công nghệ viễn thám, GIS cung cấp và một công cụ tiềm năng đáng lưu ý cho quy hoạch và quản lý vùng bờ biển Các ảnh vệ tinh được sử dụng để giám sát biến động bồi tụ - xói lở bờ sông, bờ biển, các bãi cát ngầm, các

hệ sinh thái theo chu kỳ rất ngắn và trong mọi điều kiện thời tiết, đặc biệt có ý nghĩa khi giám sát bằng dữ liệu vệ tinh có thể đạt đến tỷ lệ 1:5000 phục vụ đắc lực cho thiết kế thi công các công trình kinh tế lớn Thêm nữa, sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh trong nghiên cứu biến đổi địa hình vùng bờ biển bởi dữ liệu đồng nhất về thời gian, giá thành thấp, thời gian xử lý dữ liệu rút ngắn và độ chính xác khá cao

Các nghiên cứu sử dụng dữ liệu viễn thám và công cụ GIS nghiên cứu biến động địa hình tập trung vào các kiểu biến đổi cụ thể của địa hình như trượt lở đất, xói lở - bồi tụ bờ sông, bờ biển, biến đổi hình thái địa hình sau thảm họa động đất

và núi lửa, sự di chuyển của các cồn cát ngầm, bãi ngầm vùng cửa sông ven biển

Đã có nhiều nghiên cứu điển hình trên thế giới sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat, SPOT, RADASAT, ENVISAT, AVNIR, IKONOS, ASTER, v.v nghiên cứu biến động địa hình vùng bờ biển tiêu biểu như nghiên cứu của Roland Doerffer, 1989; Yiman Wang, 1995; Kevin White, 1999; Won, J.S, 1999; Xiaoge Zhu, 2001; Chalabi, 2006; Alesheikh, 2007; W Wu, 2007; Sergey Victorov, 2007 tiến hành tại

Mỹ, Trung Quốc, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Hàn Quốc, Malaysia, Thái Lan, v.v Những nghiên cứu trên đều đánh giá rất cao hiệu quả sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với công cụ GIS trong giám sát biến động địa hình vùng bờ biển

1.3.2 Trong nước

Các nghiên cứu về bồi tụ - xói lở bờ biển sử dụng dữ liệu vệ tinh đã được các Viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam như Viện Địa lý, Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Viện địa chất và địa vật lý biển; Khoa Địa lý - trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trung tâm Viễn thám, v.v, tiến hành từ những năm 1990 Cho đến nay, công nghệ viễn thám và GIS được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu biến động địa hình bờ biển tại nhiều Viện nghiên cứu, trường đại học, trung tâm nghiên cứu, các cơ quan quản lý nhà nước, v.v Đã có nhiều nghiên cứu

về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá biến động địa hình vùng bờ biển được công bố trên các tạp chí, kỷ yếu hội thảo và hội nghị trong và ngoài nước, các

Trang 21

báo cáo tổng kết đề tài, dự án lưu tại các Viện nghiên cứu, trung tâm nghiên cứu, trường đại học và các cơ quan quản lý nhà nước Một số nghiên cứu tiêu biểu như nghiên cứu của Nguyễn Đức Cự (1996) đã sử dụng ảnh máy bay kết hợp với khảo sát thực địa để kiểm kê, đánh giá biến động đất ngập nước ven biển Bắc Bộ Tô Quang Thịnh (1996) ứng dụng công nghệ viễn thám thành lập bản đồ nhạy cảm ven biển Việt Nam tỷ lệ 1:100000 Trần Văn Điện (2003) sử dụng các bản đồ địa hình những năm 1930 và 1965 kết hợp với dữ liệu vệ tinh để đánh giá biến động bồi tụ xói lở biển Bắc Bộ Gần đây, Trần Thị Vân và Trịnh Thị Bình (2009) ứng dụng tư liệu viễn thám đánh giá biến động đường bờ khu vực châu thổ sông Mê Kông Vũ Thị Thu Thủy (2012) ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS nghiên cứu tai biến xói

lở, bồi tụ đới ven biển Hải Phòng Nguyễn Văn Thảo (2013) giám sát biến động bờ biển châu thổ sông Hồng bằng tư liệu viễn thám Vũ Văn Phái (2014) nghiên cứu biến động đường bờ biển các tỉnh Nam Bộ dưới tác dụng của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng cũng sử dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá biến động đường bờ biển Các nghiên cứu trên đã khẳng định dữ liệu viễn thám là rất quan trọng trong nghiên cứu thay đổi địa hình vùng bờ biển bởi tính không gian rộng, chu kỳ lặp lại ngắn, thời gian xử lý dữ liệu nhanh và đảm bảo độ chính xác so với phương pháp truyền thống

1.3.3 Vùng nghiên cứu

Với vị thế địa lý là cửa ngõ ở phía Biển Đông với thế giới, vùng biển Hải Phòng được chú trọng nghiên cứu từ rất sớm Tuy nhiên chỉ đến đầu những năm 80 của thế kỷ XX, những biến động về đường bờ biển Hải Phòng mới bước đầu được

đề cập tới Các nghiên cứu điển hình có thể kể tới như là:

Năm 1982, công trình nghiên cứu về đặc điểm quá trình bồi tụ ở bờ biển Việt Nam của Nguyễn Xuân Trường ra đời cũng có nhắc đến hiện trạng xói lở - bồi tụ vùng nghiên cứu

Trong giai đoạn 1986 - 1989, đề tài “Sử dụng viễn thám để nghiên cứu đới

bờ và kiểm soát môi trường” được thực hiện với sự hợp tác giữa Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia Việt Nam với ESCAP/UNDP

Trang 22

Năm 2000, dự án độc lập cấp nhà nước KHCN-5A “Nghiên cứu dự báo, phòng chống sụt lở bờ biển Bắc Bộ từ Quảng Ninh tới Thanh Hóa” được Phân viện Hải dương học Hải Phòng tiến hành Kết quả của dự án là tài liệu quan trọng làm cơ

sở cho những nghiên cứu xói lở - bồi tụ chi tiết hơn tại từng khu vực bờ biển Bắc

Bộ, đặc biệt là vùng ven bờ khu vực Hải Phòng do Nguyễn Anh Tú, Trần Đức Thạnh thực hiện (12/2008)

Năm 1996, Phạm Văn Cự đã thực hiện thành lập bản đồ địa mạo vùng đồng bằng sông Hồng trên cơ sở sử dụng kết hợp hệ thống xử lý ảnh số và hệ thông tin địa lý

Năm 1997, Phạm Quang Sơn công bố kết quả đề tài Sử dụng ảnh SPOT, Landsat TM, Radarsat, bản đồ địa hình và các tư liệu khí tượng - thuỷ văn vào phân tích quá trình phát triển vùng cửa sông Hồng trong thời gian từ 1965 - 1997”

Năm 2003, Trần Văn Điện sử dụng các bản đồ địa hình những năm 1930 và

1965 kết hợp với dữ liệu vệ tinh để đánh giá biến động bồi tụ xói lở biển biển Bắc

Bộ

Năm 2004, Phạm Quang Sơn đã thực hiện đề tài “Sử dụng thông tin viễn thám trong nghiên cứu sự phát triển và biến động các vùng cửa sông ven biển đồng bằng sông Hồng”

Năm 2012, Vũ Thị Thu Thủy đã báo cáo kết quả nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS nghiên cứu tai biến xói lở - bồi tụ đới ven biển Hải Phòng”

1.3.4 Những tồn tại và hạn chế của nghiên cứu trước

Hầu hết các nghiên cứu ứng dụng dữ liệu viễn thám đánh giá biến động bờ biển đều xác định ranh giới giữa nước và đất trên dữ liệu viễn thám là đường bờ biển Các dữ liệu viễn thám thu ở các thời điểm khác thường có đường ranh giới giữa đất và nước khác nhau về vị trí phân bố, nguyên nhân gây ra là do hiện tượng thủy triều Tại những vùng bờ biển có dao động mực triều lớn, bãi triều rộng và khá bằng phẳng, nếu coi ranh giới giữa đất và nước lúc thu ảnh là đường bờ biển thì khi

so sánh vị trí của chúng ở hai thời điểm khác nhau sẽ rất khác nhau Điều này có

Trang 23

nghĩa là một khu vực thực ra bờ biển không biến động nhưng do quan điểm về đường bờ như trên sẽ đánh giá có biến động, thậm chí là biến động mạnh Ngược lại khu vực thực tế biến động thì đánh giá ít biến động hoặc không biến động Như vậy, khi ứng dụng tư liệu viễn thám nghiên cứu biến động bờ biển cần phải sử dụng một khái niệm đường bờ biển thống nhất, có như vậy mới tránh được những sai số Thêm nữa, khái niệm đường bờ biển này phải có khả năng giải đoán được trên tư liệu viễn thám

Trang 24

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÀI LIỆU SỬ DỤNG 2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

Mục đích của phương pháp này là để thu thập các thông tin liên quan đến cơ

sở lý thuyết của đề tài, các kết quả nghiên cứu liên quan đến đề tài đã được công bố Trong luận văn này, cùng với việc kế thừa một số tài liệu thứ cấp có liên quan tới khu vực nghiên cứu như điều kiện tự nhiên, các hoạt động kinh tế - xã hội có tác động tới sự biến động đường bờ biển, cửa sông Hải Phòng, tác giả có tham khảo thêm một số tài liệu, bài báo, nghiên cứu khoa học về ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu xói lở, bồi tụ bờ biển tiêu biểu như các công bố, v.v (cả trong và ngoài nước)

2.1.2 Phương pháp viễn thám

Viễn thám (Remote Sensing) 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 được bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng

mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó [2] Sóng điện

từ được phản xạ hoặc phát xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi 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 [2] Khi năng lượng chiếu sáng tại các bước sóng khác nhau (mặt trời, trạm phát sóng đặt trên máy bay, vệ tinh) tương tác với mỗi một thực thể trên bề mặt trái đất (đất, đá, nước, thực vật, nhà, đường phố, cát, bùn, v.v.) sẽ xuất hiện năng lượng phản xạ hay còn gọi là phổ phản xạ có bước sóng khác nhau tương ứng của từng thực thể Thêm nữa, mỗi một thực thể trên mặt đất đều tự phát xạ tại một bước sóng

Trang 25

nhất định Ghi nhận phổ phản xạ hoặc phát xạ này bằng các đầu thu (bộ cảm biến) đặt trên các vật mang như máy bay, kinh khí cầu, vệ tinh Tín hiệu phổ phản xạ và phát xạ thu được từ bộ cảm biến được truyền đến các trạm thu dưới mặt đất để xử lý

để chuyển đổi định dạng dữ liệu thành dữ liệu viễn thám Cơ sở để phân biệt sự khác nhau về bản chất tự nhiên của các thực thể trên bề mặt trái đất thông qua dữ liệu viễn thám là sự khác nhau về phổ phản xạ hoặc bức xạ của chúng đã được bộ cảm thu nhận Phân tích và xử lý dữ liệu viễn thám sẽ nhận biết được các dạng địa hình và lớp phủ sinh vật của các hệ sinh thái (phân bố, độ phủ, sinh khối, v.v.) tại một thời điểm nhất định Bằng cách so sánh, đối chiếu sự phân bố các dạng địa hình

và lớp phủ sinh vật ở những thời điểm khác nhau sẽ xác định được sự biến đổi của chúng Kết hợp với những dữ liệu tại thực địa, kết quả xử lý dữ liệu viễn thám đã định lượng chính xác biến đổi về hình thái, trắc lượng hình thái và nguồn gốc của các dạng địa hình, diện tích phân bố, độ phủ và sinh khối của lớp phủ sinh vật trên nền địa hình tại những thời điểm nhất định cũng như định lượng được sự biến đổi của chúng theo thời gian [2]

Quá trình tách thông tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo

ra bản đồ chuyên đề dựa trên tri thức chuyên môn hoặc kinh nghiệm của người giải đoán chính là quá trình giải đoán ảnh viễn thám Có hai phương pháp giải đoán ảnh viễn thám đó là giải đoán bằng mắt và giải đoán ảnh bằng phương pháp số hay nói cách khác là xử lý số

Giải đoán ảnh bằng mắt

Trong quá trình giải đoán ảnh bằng mắt, khi giải đoán một đối tượng cụ thể người giải đoán cần nắm vững bản chất phản xạ phổ của đối tượng thể hiện trên tư liệu ảnh đang xử lý Những đặc trưng cơ bản là: cấp độ sáng hoặc màu sắc, cấu trúc,

độ tương phản, dấu hiệu mẫu, hình dáng và kích thước

Quá trình giải đoán dựa trên những bộ khóa giải đoán ảnh Khóa giải đoán là những bộ tài liệu thu thập những ảnh mẫu đặc trưng cho các đối tượng khác nhau kèm theo mô tả chi tiết về đối tượng đó Khóa giải đoán ảnh thường được xây dựng

Trang 26

cho các mục đích giải đoán cụ thể như hiện trạng bồi tụ, xói lở, cấu tạo địa chất, thổ nhưỡng, các dạng địa hình, thực vật, sự biến động đường bờ, v.v

Việc giải đoán ảnh bằng mắt có nhiều hạn chế gây ra bởi khả năng phân biệt

độ xám hoặc màu của mắt người Trong khi mắt người trung bình chỉ phân biệt được 16 cấp độ xám thì máy tính có khả năng phân biệt được bao nhiêu cấp độ xám

mà tư liệu có khả năng cung cấp Tuy vậy việc giải đoán ảnh bằng mắt có ưu thế trong việc áp dụng kinh nghiệm, kiến thức chuyên môn sâu của người giải đoán để

hỗ trợ xác định chính xác đối tượng cần giải đoán Khi giải đoán bằng mắt, các kiến thức hỗ trợ từ các ngành khoa học liên quan và khả năng khái quát tổng hợp của con người được áp dụng triệt để Vì vậy mặc dù phương pháp kỹ thuật xử lý số ngày càng phát triển cũng như được ứng dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất, phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt vẫn không ngừng được củng cố và duy trì ứng dụng

Phương pháp xử lý ảnh số

Phương pháp xử lý ảnh số được dùng vào các mục đích chính sau:

 Hiệu chỉnh ảnh và loại trừ các nhiễu xuất hiện trong quá trình thu nhận

 Tăng cường chất lượng nhằm tạo ra sản phẩm có thể giải đoán bằng mắt

 Phân tích ảnh hay nói cách khác là giải đoán ảnh bằng phương pháp số

Tư liệu viễn thám ở dạng số được lưu trữ trên băng từ CCT và lưu tuần tự hết kênh này đến kênh khác Các dạng lưu trữ trên băng từ khác nhau Bộ nhớ thường tính bằng bit

Một trong những ưu điểm của phương pháp xử lý ảnh số so với việc giải đoán ảnh bằng mắt là sự thể hiện ảnh phong phú theo các kiểu tổ hợp màu khác nhau và ở những mức độ phóng đại khác nhau Khi giải đoán ảnh bằng mắt, người giải đoán chỉ có một tấm ảnh đã được phóng lên ở một tỷ lệ nhất định, được tổ hợp màu theo một tổ hợp màu chuẩn trong khi xử lý ảnh số trên máy vi tính có thể thu phóng ảnh tùy ý, chọn các tổ hợp màu tùy ý Tổ hợp màu trên máy tính cho phép tạo tổ hợp màu không chỉ từng cặp 3 kênh một mà có thể từ một số lượng kênh phổ nhiều hơn 3 kênh Thiết bị để thể hiện ảnh hiện nay rất khác nhau về chất lượng của các máy vi tính

Trang 27

Tuy nhiên, khi giải đoán ảnh bằng phương pháp số, người giải đoán khó có thể kết hợp được tri thức và kinh nghiệm giải đoán, do đó trong một số trường hợp

có thể ảnh hưởng lớn tới kết quả giải đoán Đây là một trong những hạn chế lớn nhất của phương pháp này

Trong luận văn này, tác giả lựa chọn phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt là chủ yếu để xác định những thông tin biến động đường bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng Phương pháp xử lý ảnh số được sử dụng chỉ phục vụ công tác tiền xử lý ảnh (hiệu chỉnh hình học, tăng cường chất lượng ảnh,v.v)

Giải đoán đường bờ biển trên ảnh viễn thám

Như đã trình bày ở mục 1.1, đường bờ biển trong nghiên cứu này sẽ được lựa chọn là đường mực biển cao trung bình (đường bờ biển cao trung bình)

Tại các khu vực xói sạt mạnh tiêu biểu như Phù Long, Cát Hải, khi quan sát

từ trên cao đường bờ được xác định trùng với đường mực biển cao trung bình tại vị trí chân vách xói (Hình 2.1 và hình 2.2)

Hình 2.1: Đường bờ biển ngoài thực địa khu vực xói lở bờ biển

Trang 28

Hình 2.2: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực xói lở (bờ phía

Nam xã Phù Long, Cát Bà, Hải Phòng)

Ở các khu vực cửa sông, nơi thường tồn tại các dạng địa hình: bãi bồi, bãi triều lầy, các cồn cát nổi cao phân bố phía trước cửa sông, bãi thực vật ngập mặn, các đầm nuôi trồng thủy sản, các công trình đê kè xây dựng, v.v., Tại khu vực bãi triều lầy tồn tại các công trình như đầm nuôi trồng thủy sản, đê biển, công trình xây dựng Trong thực tế, đường bờ biển cao trung bình của khu vực này trùng với bờ đê,

bờ đầm Tại khu vực phân bố thực vật ngập mặn, trong thực tế ranh giới giữa thực vật ngập mặn với bãi triều lầy là đường bờ biển trung bình (thực vật ngập mặn thường phát triển từ mực triều trung bình trở nên) Tuy nhiên, tại thời điểm mực nước cao trung bình thực vật ngập mặn sẽ không bị ngập toàn bộ, do vậy ranh giới của nó với bãi triều lầy không thay đổi Thông thường khu vực nào mà thực vật phát triển tiến ra biển thì đó là khu vực bồi tụ Tuy nhiên cũng có những khu vực thực vật ngập mặn bị mất đi do xói lở phá hủy Như vậy, tại khu vực có thực vật ngập mặn, ranh giới phân bố của nó với bãi triều lầy có thể được sử dụng để đánh giá bồi tụ - xói lở bờ biển (Hình 2.3)

Trang 29

Hình 2.3: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực cửa sông, bãi

triều thấp (khu vực Cửa Cấm, cửa Nam Triệu, Hải Phòng)

Tại các khu vực san lấp mặt bằng đường mực biển cao thường trùng với biên phía ngoài cùng tiếp giáp với bãi triều thấp hoặc nước biển (Hình 2.4)

Hình 2.4: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực san lấp mặt

bằng (phường Đông Hải 2, Hải An và đảo Cát Hải, Hải Phòng)

Tại khu vực bãi cát biển thường tồn tại 2 đới cát khô và ướt Đới cát khô ít khi bị ngập nước (nó chỉ bị ngập khi nước dâng trong bão hoặc kỳ con nước cường

Chú giải

Đường bờ khu vực cửa sông, bãi triều thấp

Chú giải

Đường bờ khu vực san lấp mặt bằng

Trang 30

cực đại trong năm) Đới cát ướt thường bị ngập nước (khi triều thấp do tác động của sóng làm cho nước tràn lên bề mặt, khi triều cao đới này bị ngập) Như vậy, trong thực tế ranh giới giữa đới cát khô và đới cát ướt tương đối trùng với đường mực biển cao trung bình Sử dụng kênh 4 của ảnh Landsat để phân biệt đới cát khô và ướt (do kênh này năng lượng phản xạ của ánh sáng tại vùng đất ướt và ngập nước rất nhỏ so với đới cát khô) Trên ảnh tổ hợp màu thật, khu vực cát khô thường có phổ phản xạ với cường độ mạnh nhất (màu trắng), khu vực cát ướt có phổ phản xạ yếu hơn (trắng xám) nên có thể xác định được ranh giới giữa hai vùng này (Hình 2.5)

Hình 2.5: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực bãi cát biển

Tại khu vực bờ đá vôi, phần tiếp giáp giữa nước và đá vôi thường có vách dốc, vì vậy chân vách thường trùng với mực biển cao (Hình 2.6)

Đường bờ biển cao trung bình

Trang 31

Hình 2.6: Đường bờ biển cao trung bình trên ảnh vệ tinh tại khu vực bờ đá vôi

(Cát Bà – Hải Phòng)

Giải đoán các hệ sinh thái

Trên ảnh vệ tinh tổ hợp mầu giả tự nhiên các hệ sinh thái tiêu biểu vùng ven biển có phổ phản xạ như sau: thực vật ngập mặn có màu đỏ tươi phân bố trong vùng triều, vùng cửa sông và trong đầm nuôi thủy sản; bãi triều thấp không phủ thực vật

có màu trắng xám, phân bố trên ranh giới vùng giáp với biển; bãi triều cao có màu trắng, phân bố ngay trên vùng bãi triều thấp; đầm nuôi thủy sản được xác định nhờ vào hệ thống bờ đầm (Hình 2.7)

Chú giải

Đường bờ khu vực bờ đá vôi

Trang 32

Hình 2.7: Các hệ sinh thái trên ảnh vệ tinh

Theo đặc trưng về hình thái, cấu trúc và thành phần vật chất cấu tạo nên đới

bờ, bờ biển Hải Phòng có thể được phân chia thành ba nhóm chính, bao gồm: bờ biển cấu tạo bởi đá rắn chắc, bờ biển là các bãi bồi và bờ biển khu vực cửa sông

Bờ biển có cấu tạo đá rắn chắc trong khu vực đới ven biển Hải Phòng bao gồm: khu vực bao quanh phần phía Bắc, phía Tây và phía Tây nam đảo Cát Bà, khu vực xung quanh đảo Cát Hải và khu vực mũi Đồ Sơn Đây là những đường bờ cấu tạo bởi vách đá vôi (khu vực đảo Cát Bà) hoặc đá trầm tích cát kết rắn chắc (mũi Đồ Sơn) hoặc đã được gia cố bởi hệ thống kè đá vững chắc do con người khi xây dựng (đảo Cát Hải)

Các khu vực có bờ là các bãi bồi và bờ biển khu vực cửa sông phân bố khá phổ biến trong vùng, nhiều nhất là tại Tiên Lãng và Kiến Thụy Trên các khu vực này, thực vật ngập mặn được phân bố chiếm tỷ lệ lớn Ngoài sự phát triển của thực vật ngập mặn, bãi bồi khu vực Tràng Cát - Đình Vũ còn có nhiều hoạt động kinh tế diễn ra như: đắp đầm nuôi thủy sản, xây dựng cầu cảng bến bãi, v.v

Như vậy, đường bờ biển Hải Phòng là không đồng nhất Để xác định đường

bờ cao trung bình trên ảnh vệ tinh cần xác định được ranh giới giữa mặt nước biển

Trang 33

với bờ đá gốc, các biên phía ngoài cùng của các công trình biển, các mép thực vật trên các bãi bồi Ngoài ra, cũng cần xác định được ranh giới giữa đới cát ướt và đới cát khô tại một số bãi cát biển như ở bán đảo Đồ Sơn (bãi 1, bãi 2, bãi Quân đội, v.v.), Cát Hải (bãi Gót, bãi Hoàng Châu) và ở Phù Long (bãi Đượng Gianh)

2.1.3 Phương pháp GIS

GIS là một hệ thông tin đặc biệt áp dụng cho các dữ liệu địa lý, chủ yếu sử dụng các phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi giúp cho cập nhật, quản lý, thao tác, phân tích, mô hình hoá và trình diễn các dữ liệu không gian nhằm giải quyết những vấn đề phức tạp về quy hoạch và quản lý Nói một cách đơn giản hơn, GIS là một hệ thống máy tính thiết kế cho lưu trữ, quản lý, thao tác, phân tích và trình diễn các dữ liệu tra cứu địa lý Như vậy, GIS được coi như một hệ thống thông tin mà nó dùng để nhập, lưu trữ, truy cập, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu địa

lý hoặc dữ liệu không gian, để hỗ trợ việc ra quyết định, qui hoạch và quản lý sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông vận tải, hạ tầng đô thị, và các hồ sơ hành chính khác

Chức năng quan trọng nhất của GIS là khả năng phân tích dữ liệu không gian

và những thuộc tính của chúng để hỗ trợ cho đánh giá biến động Phân tích không gian được thực hiện để trả lời cho những câu hỏi về thế giới thực tế bao gồm thể hiện tình trạng của những vùng và những đối tượng đặc biệt, sự thay đổi của tình trạng, khuynh hướng, đánh giá năng lực hoặc khả năng sử dụng kỹ thuật chồng lớp hoặc mô hình và dự báo Do đó những phân tích không gian sắp xếp từ phép toán lôgíc và số học đơn giản đến mô hình phân tích phức tạp Phân tích không gian được phân loại như sau:

- Truy vấn: lấy lại dữ liệu thuộc tính mà không thay đổi dữ liệu hiện hữu bằng các phép toán số học và những thao tác lôgíc

- Phân loại lại: phân loại lại dữ liệu thuộc tính bằng cách huỷ bỏ một bộ phận của ranh giới và hợp nhất thành vùng mới được phân loại lại

- Xây dựng lại lớp thông tin: xây dựng lại dữ liệu không gian và quan hệ không gian bằng "cập nhật", "xóa bỏ", "cắt", "tách ra", "nhập vào ", hoặc "nối vào"

Trang 34

- Chồng phủ: chồng phủ của hơn hai lớp, kể cả xây dựng lại quan hệ không gian của những điểm được kết hợp vào, đường và vùng và những thao tác trên những thuộc tính hòa trộn cho nghiên cứu phù hợp, quản lý và đánh giá rủi ro tiềm năng

- Phân tích kết nối: phân tích kết nối giữa những điểm, những đường và vùng dưới dạng khoảng cách, vùng, thời gian di chuyển, đường tối ưu v.v Phân tích trạng thái gần bằng phép đệm, tìm kiếm phân tích những đường tối ưu, phân tích mạng quan hệ, v.v cũng được tính đến

Khi đánh giá biến động bờ biển, việc chồng hai lớp đường bờ có khoảng thời gian khác nhau cho phép tính toán diện tích và chiều dài của biến động Biến động của đường bờ chính là sự thay đổi vị trí đường bờ Đường bờ thay đổi vị trí thể hiện quá trình bồi tụ hoặc xói lở bờ biển có thể do nguyên nhân tự nhiên hoặc do hoạt động nhân sinh làm thay đổi hệ sinh thái Thuật toán này cũng cho phép xác định rõ những tác nhân gây biến động đường bờ

Trang 35

Hình 2.8: Mô hình phân tích không gian trong GIS 2.2 Tài liệu sử dụng

Với việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu cho những biến động đường bờ biển, cửa sông vùng biển Hải Phòng như trên, luận văn đã thu thập các tư liệu ảnh

vệ tinh, bản đồ địa hình và các tài liệu có liên quan như sau:

Trang 36

các khoảng thời gian cách nhau 5 năm kể từ năm 1988 đến năm 2018 nhằm khai thác thông tin biến động đường bờ biển và cửa sông theo giai đoạn 5 năm một Các ảnh được lựa chọn phải rõ nét, không có mây che phủ khu vực nghiên cứu hoặc lượng mây là không đáng kể, không che khuất đường bờ biển, cửa sông Ảnh chụp vào thời điểm thủy triều ở mức thấp để tăng độ chính xác cho thông tin đường bờ được chiết tách Danh sách các ảnh tại khu vực Hải Phòng đã thu thập được ghi trong bảng 2.1 dưới đây

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	4,58 MB