Ứng dụng công nghệ viễn thám tính toán độ ẩm đất khu vực Bắc Tây Nguyên và Tây Nghệ An : Luận văn ThS. Khoa học trái đất: 84402

Đối với mục đích theo dõi độ ẩm của đất, Landsat 5 và Landsat 7 hiếm khi được sử dụng để tính toán trực tiếp độ ẩm của đất từ các kênh phổ mà chủ yếu được tính toán bằng cách sử dụng sự

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

*******

NGÔ THỊ DINH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TÍNH TOÁN ĐỘ ẨM ĐẤT KHU VỰC BẮC TÂY NGUYÊN

VÀ TÂY NGHỆ AN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

*******

Ngô Thị Dinh

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TÍNH TOÁN ĐỘ ẨM ĐẤT KHU VỰC BẮC TÂY

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, học viên xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Thu Hà, người đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn học viên trong suốt thời gian hoàn thành Luận văn thạc sĩ khoa học

Đồng thời, học viên cũng chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã luôn nhiệt tình giảng dạy cho học viên trong suốt chương trình đạo tạo thạc sĩ Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh/chị/em

và bạn bè đồng nghiệp trong nhóm nghiên cứu thuộc bộ môn Địa chất môi trường, Phòng thí nghiệm Cơ học đất và địa kỹ thuật môi trường (Soil Mechanics and Geotechnical Engineering) – Đại học Kumamto và phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật môi trường (Environmental Geosphere Engineering) – Đại học Kyoto, Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng điện 1, Viện địa lý và Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình phát triển bền vững tích hợp 3E+1 (Kinh tế, môi trường, hệ sinh thái và an ninh phi truyền thống) cho các khu vực biên giới Việt – Lào vùng Tây Bắc” mã số KHCN-TB/13-18 đã tạo điều kiện giúp đỡ cho học viên hoàn thành luận văn

Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã luôn quan tâm, chia sẻ mọi khó khăn và ủng hộ học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Hà Nội, ngày 28 tháng 06 năm 2018

Học viên

Ngô Thị Dinh

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH I DANH MỤC BẢNG III CÁC CHỮ VIẾT TẮT IV

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊ CỨU 4

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên 4

1.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 19

1.1.3 Hiện trạng sử dụng đất 21

1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 25

1.2.1 Ứng dụng công nghệ viễn thám tính toán độ ẩm đất 25

1.2.2 Sử dụng ảnh vệ tinh quang học trong tính toán độ ẩm đất 25

1.2.3 Các công trình nghiên cứu có liên quan tại khu vực Tây Nguyên 27

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 THU THẬP, TỔNG HỢP TÀI LIỆU VÀ DỮ LIỆU ẢNH SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 30

2.1.1 Tổng hợp tài liệu 30

2.1.2 Dữ liệu ảnh vệ tinh 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA VÀ THU THẬP MẪU 32

2.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH 34

2.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 37

2.5 PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 38

2.6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 MỐI QUAN HỆ CỦA ĐẤT VÀ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8 41

3.1.1 Đặc trưng của các mẫu đất khu vực Bắc Tây Nguyên 41

3.1.2 Phổ phản xạ của đất khu vực Bắc Tây Nguyên 44

3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ ẨM ĐẤT VÀ PHỔ PHẢN XẠ 49

3.3 GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG CỦA ĐỘ ẨM ĐẤT Ở BẮC TÂY NGUYÊN 51

3.3.1 Biến động độ ẩm của đất khu vực Bắc Tây Nguyên 51

3.3.2 Áp dụng độ ẩm đất vào giám sát hạn hán khu vực Bắc Tây Nguyên 54

3.4 GIÁM SÁT ĐỘ ẨM ĐẤT Ở TÂY NGHỆ AN 58

3.4.1 Kiểm chứng mối quan hệ của đất và phổ phản xạ 58

3.4.2 Mối quan hệ giữa phổ phản xạ của đất với kênh ảnh Landsat 8 59

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

i

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Vị trí khu vực Bắc Tây Nguyên và Tây Nghệ An 4

Hình 1.2 Bản đồ độ dốc tỉnh Kon Tum [3] 6

Hình 1.3 Bản đồ độ dốc tỉnh Gia Lai [3] 6

Hình 1.4 Bản đồ địa hình xã Nậm Cắn 7

Hình 1.5 Bản đồ địa chất xã Nậm Cắn 10

Hình 1.6 Sơ đồ phân bố lượng mưa và nhiệt độ Việt Nam [21] 11

Hình 1.7 Đất feralit vàng đỏ phát triển trên đá cát kết 19

Hình 1.8 Đất feralit vàng đỏ phát triển trên đá vôi ở bản Noọng Dẻ 19

Hình 1.9 Đất feralit vàng đỏ phát triển trên đá phiến sét 19

Hình 1.10 Đất feralit mùn vàng trên núi ở khu vực bản Huồi Pốc 19

Hình 1.11 Bản đồ kế hoạch sử dụng đất kỳ cuối (2016-2020) tỉnh Nghệ An 23

Hình 1.12 Các loại đất chính trong khu vực hệ thống sông Mê Kông theo bảng phân loại của FAO/UNESCO [62] cho thấy khu vực Bắc Tây Nguyên và khu vực Nậm Cắn (khu vực trong ô vuông màu đỏ) có cùng nhóm đất đỏ vàng (ferric acrisols) 24 Hình 2.1 Sơ đồ mạng lưới khảo sát khu vực Bắc Tây Nguyên 33

Hình 2.2 Sơ đồ mạng lưới khảo sát tại khu vực Nậm Cắn, Kỳ Sơn, Nghệ An 33

Hình 4.8 Một số vị trí lấy mẫu (a, b) và phẫu diện mẫu đất thu thập (c, d) tại Nậm Cắn, Kỳ Sơn, Nghệ An 34

Hình 2.3 Quy trình và phương pháp xử lý ảnh landsat oli để có được dữ liệu Landsat Surface Reflectance Level 2 [68] 35

Hình 2.4 Các mẫu đất được chuẩn bị để đo độ ẩm của đất tại PTN Cơ học đất và địa kỹ thuật môi trường – trường đại học Kumamoto 37

Hình 2.5 Các mẫu đất được chuẩn bị để đo phổ tại PTN Địa kỹ thuật môi trường - đại học Kyoto 38

Hình 2.6 Đo phổ phản xạ đất sử dụng máy đo phổ fieldspec®3 tại PTN Địa kỹ thuật môi trường - đại học Kyoto 39

Hình 3.2 Phổ phản xạ của đất, nước và thực vật [84] 44

Hình 3.3 Phổ phản xạ của các mẫu đất trong nghiên cứu với độ ẩm 0% 44

Hình 3.4 Phổ phản xạ của mẫu BTN 01 gia công theo các mức độ ẩm khác nhau từ khô (0 %) đến bão hòa (50,5 %) và vị trí các kênh phổ ảnh Landsat 8 45

Hình 3.5 Phổ phản xạ của mẫu BTN 02 gia công theo các mức độ ẩm khác nhau từ khô (0 %) đến bão hòa (54,0 %) và vị trí các kênh phổ ảnh Landsat 8 46

Hình 3.6 Phổ phản xạ của mẫu BTN 03 gia công theo các mức độ ẩm khác nhau từ khô (0 %) đến bão hòa (44,7 %) và vị trí các kênh phổ ảnh Landsat 8 47

ii

Hình 3.7 Phổ phản xạ của mẫu BTN 07 gia công theo các mức độ ẩm khác nhau từ khô (0 %) đến bão hòa (54,6%) và vị trí các kênh phổ ảnh Landsat 8 48 Hình 3.8 Phổ phản xạ của mẫu BTN 08 gia công theo các mức độ ẩm khác nhau từ khô (0 %) đến bão hòa (56,7 %) và vị trí các kênh phổ ảnh Landsat 8 48 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính cao nhất giữa độ ẩm của đất (sm) và kênh phổ hồng ngoại sóng ngắn 2 (a), tỷ số kênh phổ hồng ngoại sóng ngắn 1 trên kênh phổ cận hồng ngoại (b6/b5) (b), tỷ số kênh phổ cận hồng ngoại trên kênh phổ hồng ngoại sóng ngắn 2 (b5/b7) (c), chỉ số NSMI (d), chỉ số NMDI (e) ứng với dải sóng của ảnh Landsat 8 51 Hình 3.10 Sơ đồ thể hiện sự thay đổi độ ẩm của đất khu vực Bắc Tây Nguyên trong năm 2015 52 hình 3.11 Biểu đồ thể hiện diện tích theo độ ẩm của đất khu vực Bắc Tây Nguyên năm

2015 53 Hình 3.12 Sơ đồ độ ẩm của đất khu vực Bắc Tây Nguyên tính toán từ ảnh Landsat 8 (a) so sánh với kết quả tính toán chỉ số hạn hán NDDI (b) của Hà và nnk [56] năm

2015 54 Hình 3.13 Sơ đồ độ ẩm của đất khu vực Bắc Tây Nguyên tính toán từ ảnh Landsat 8 (a) so sánh với kết quả tính toán chỉ số hạn hán NDDI (b) của Hà và nnk [56] năm

2016 55 Hình 3.14 Mối quan hệ giữa phổ phản xạ và độ ẩm của đất khu vực Nậm Cắn và vị trí các kênh phổ ảnh Landsat 8 58 Hình 3.15 Đồ thị so sánh kênh phổ phản xạ của đất thực tế, phổ phản xạ của đất được chiết suất từ ảnh Landsat 8 Level 1 và ảnh Landsat 8 Level 2 tại kênh 5 và kênh 7 59 Hình 3.16 Độ ẩm của đất thực tế đo được và độ ẩm của đất chiết suất từ ảnh theo phương pháp DOS cho ảnh landsat 8 Level 1 và ảnh Landsat 8 Level 2 60 Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện diện tích theo độ ẩm của đất khu vực Nghệ An trong năm

2015 60 Hình 3.18 Sơ đồ biểu diễn biến động độ ẩm của đất khu vực Nghệ An 61 Hình 3.19 Bản đồ hạn hán Việt Nam [37] 62

iii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Diện tích và phân bố chủ yếu các loại đất chính ở Kon Tum [5, 20] 16

Bảng 1.2 Diện tích và phân bố chủ yếu các loại đất chính ở Gia Lai [4] 17

Bảng 1.3 Hiện trạng sử dụng đất của Kon Tum và Gia Lai năm 2015 [31, 34] 21

Bảng 1.4 Hiện trạng sử dụng đất năm 2016 của huyện Kỳ Sơn, tỉnh Nghệ An 23

Bảng 2.1 Danh sách các cảnh ảnh Landsat 8 sử dụng trong nghiên cứu 31

Bảng 3.1 Mối quan hệ giữa đá mẹ và đất tại khu vực gia lai [4] 41

Bảng 3.2 Mối quan hệ giữa đá mẹ và đất tại khu vực Kon Tum [5] 42

Bảng 3.3 Thành phần độ hạt của các mẫu đất trong nghiên cứu 43

Bảng 3.4 Độ ẩm của các mẫu đất tại khu vực Bắc Tây Nguyên 43

Bảng 3.5 Bảng thể hiện mối quan hệ giữa độ ẩm của đất với các kênh phổ 50

Bảng 3.6 Diện tích theo độ ẩm của đất khu vực Bắc Tây Nguyên năm 2016 56

Bảng 3.7 Diện tích hạn hán theo đơn vị hành chính khu vực Bắc Tây Nguyên năm 2016 [24] 56

Bảng 3.8 Sự tương quan giữa độ ẩm của đất với các yếu tố khí hậu và khu vực chịu ảnh hưởng của hạn hán năm 2015 57

iv

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Diện tích tự nhiên DTTN

DOS Dark of Substraction

OLI Operational Land Imager

NDDI Normal Difference Drought Index

NDVI Normalized Difference Vegetation Index NDWI Normalized Difference Water Index NMDI Normalized Multi-band Drought Index NSMI Normalized Soil Moisture Index

L8SR Landsat Surface Reflectance Level 2

SD Standard Deviation

SEE Standard Error Estimate

SMC Soil Moisture Content

SMAP Soil Moisture Active/Passive

SMOS Soil Moisture and Ocean Salinity

SWIR 1 Shortwave infrared reflectance 1

SWIR 2 Shortwave infrared reflectance 2

TOA Top of Atmosphere

USGS United States Geological Survey

1

MỞ ĐẦU

Độ ẩm đất là một thông số quan trọng cần được quan trắc để cung cấp thông tin

về sự phát triển của thực vật, quản lý cây trồng, giảm thiểu rủi ro do thiên tai gây ra như lũ lụt và hạn hán Bên cạnh đó, độ ẩm đất ở tầng mặt dễ bị thay đổi do sự thay đổi

về điều kiện khí hậu như bức xạ mặt trời, lượng mưa và bốc hơi nên theo dõi dự thay đổi độ ẩm của đất góp phần hiểu rõ hơn về quá trình biến đổi khí hậu và dự báo chính xác sự thay đổi khắc nghiệt của khí hậu

Trong những thập kỷ gần đây, phương pháp viễn thám đã được sử dụng trong các nghiên cứu để đo nhanh và lập bản đồ độ ẩm đất bề mặt trên quy mô không gian rộng lớn Mặc dù cả phương pháp viễn thám quang học và phương pháp sóng cao tần đều được sử dụng để tính toán độ ẩm của đất nhưng phương pháp sóng cao tần được

sử dụng nhiều hơn do phương pháp này không chịu ảnh hưởng của ảnh sáng mặt trời

và sự che phủ của mây Tuy nhiên, phương pháp sóng cao tần thụ động có độ phân dải thấp (AMSR-E: 5 km, SMOS: 50 km) không thích hợp để theo dõi sự thay đổi độ ẩm của đất ở quy mô địa phương, hơn nữa phương pháp sóng cao tần chủ động mặc dù có

độ phân giải tốt hơn (10 – 100 m) vẫn chưa phù hợp để giám sát độ ẩm của đất trong mùa khô ở vùng nhiệt đới do thời gian ngắn và yêu cầu chi phí cao Do đó, kết hợp phương pháp viễn thám quang học và sóng cao tần để giám sát độ ẩm của đất được khuyến khích áp dụng

Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat đã được dùng để quan trắc sự thay đổi các hoạt động nhân tạo (độ che phủ đất, đô thị hóa, phá rừng, ) và các quá trình tự nhiên (chu trình thủy văn, môi trường nước, thảm thực vật) trong 40 năm qua Ngoài ra, các thế

hệ vệ tinh Landsat mới nhất (TM, ETM+, và OLI) đã cung cấp các dữ liệu để phát hiện sự thay đổi theo mùa của các đối tượng trên mặt đất với quy mô và không gian rộng lớn Đối với mục đích theo dõi độ ẩm của đất, Landsat 5 và Landsat 7 hiếm khi được sử dụng để tính toán trực tiếp độ ẩm của đất từ các kênh phổ mà chủ yếu được tính toán bằng cách sử dụng sự kết hợp các chỉ số thực vật (chỉ số thực vật – NDVI, chỉ số độ khô hạn nhiệt độ thực vật – TVDI) và nhiệt độ bề mặt (Land Surface Temperature – LST) Mặc dù vệ tinh Landsat 8 mới được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo năm 2013 nhưng dữ liệu này đã được sử dụng để nghiên cứu tính toán độ ẩm của đất trong một số nghiên cứu Tuy nhiên, trong các nghiên cứu trước chưa làm rõ mối quan hệ giữa kênh ảnh Landsat 8 và các mức độ ẩm của đất Chính vì vậy, các mô hình thực nghiệm tính toán độ ẩm đất phát triển dựa trên quan hệ tuyến tính giữa phổ phản xạ của độ ẩm đất với các chỉ số thực vật như NDVI, chỉ số nước, nhiệt độ bề mặt,

2

chỉ số thực vật Mô hình dựa trên mối quan hệ thực nghiệm gián tiếp tính chất vật lý

và dữ liệu vệ tinh cho nên khó theo dõi và áp dụng tính toán độ ẩm cho khu vực với điều kiện và đặc điểm che phủ thảm thực vật khác nhau

Bắc Tây Nguyên và Tây Nghệ An là vùng có thời tiết nóng quanh năm, mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, riêng khu vực Tây Nghệ An còn chịu ảnh hưởng nặng nề của gió Lào (từ tháng 4 đến tháng 8) dẫn đến tình trạng hạn hán diễn ra nghiêm trọng hơn các vùng khác, đặc biệt vào những năm có hiện tượng El Niño Trong những năm gần đây, cả hai khu vực trên đang phải đối mặt với nguy cơ suy thoái rừng, thoái hóa đất đai, thiếu nước trầm trọng dẫn đến hậu quả như sụt giảm năng suất cây trồng và hạn hán đang ngày càng mở rộng diện tích Như vậy, nghiên cứu giám sát độ ẩm của đất để cảnh báo sớm, góp phần giảm nhẹ và chủ động ứng phó với hạn hán tại hai khu vực trên là cần thiết

Xuất phát từ thực tiễn đó học viên lựa chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn

thám tính toán độ ẩm của đất khu vực Bắc Tây Nguyên và Tây Nghệ An” để nghiên

cứu trong luận văn nhằm tính toán độ ẩm của đất, giám sát hạn hán tại khu vực Bắc Tây Nguyên và Tây Nghệ An

Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chung:

Sử dụng hiệu quả dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 để giám sát độ ẩm của đất trong năm 2015 tại hai khu vực nghiên cứu (Bắc Tây Nguyên và Tây Nghệ An) phục vụ cảnh báo sớm hạn hán tại các khu vực này

Nội dung của luận văn không kể Mở đầu và Kết luận bao gồm 4 chương, cụ thể là:

Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu và lịch sử nghiên cứu

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu

3

Chương 3: Kết quả giám sát độ ẩm của đất tại Bắc Tây Nguyên sử dụng ảnh

Landsat 8 Chương 4: Thử nghiệm tính toán độ ẩm của đất tại Tây Nghệ An sử dụng ảnh

Landsat 8 Luận văn được thực hiện tại bộ môn Địa chất môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Thu Hà Để thực

hiện nghiên cứu, luận văn đã nhận được sự hỗ trợ của đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô

hình phát triển bền vững tích hợp 3E+1 (Kinh tế, môi trường, hệ sinh thái và an ninh phi truyền thống) cho các khu vực biên giới Việt – Lào vùng Tây Bắc” mã số KHCN-

TB/13-18

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU

VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên

a) Vị trí địa lý

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Bắc Tây Nguyên là một trong ba tiểu vùng địa hình và tiểu vùng khí hậu ở khu vực Tây Nguyên Bắc Tây Nguyên bao gồm tỉnh Kon Tum và tỉnh Gia Lai (Hình 1.1) Bắc Tây Nguyên có tọa độ địa lý từ 107°20'15" đến 108°54'40" kinh đô ̣ đông và từ 12°58'28" đến 15°27'15" vĩ độ bắc, phía bắc giáp tỉnh Quảng Nam, phía nam giáp tỉnh Đắk Lắk, phía đông giáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, phía tây giáp Lào

và Camphuchia

Hình 1.1 Vị trí khu vực Bắc Tây Nguyên và Tây Nghệ An

5

Khu vực Bắc Tây Nguyên bao gồm 2 thành phố, 2 thị xã và 23 huyện với 297

xã, phường và thị trấn Diện tích tự nhiên (DTTN) của khu vực Bắc Tây Nguyên là 2,47 triệu ha [51] chiếm 8,1% diện tích toàn quốc Trong đó, Gia Lai có diện tích nông nghiệp và đất rừng lớn nhất Tây Nguyên với diện tích là 1,3 nghìn ha và Kon Tum là 0,86 nghìn ha vào năm 2013 [7]

Khu vực Tây Nghệ An – Nậm Cắn

Nậm Cắn là xã biên giới, nằm ở phía Tây Bắc của huyện Kỳ Sơn, tỉnh Nghệ An

có 17 km đường biên giới tiếp giáp với nước Lào Phía Đông Bắc giáp xã Na Ngoi, phía Nam giáp xã Tà Cạ, phía Đông giáp xã Phà Đánh và phía Tây giáp Lào Xã Nậm Cắn có cửa khẩu quốc tế Nậm Cắn, tương ứng ở phía Lào có cửa khẩu Namkan thuộc địa phận huyện Nong Hẹt tỉnh Xiêng Khoảng Toàn xã có 6 bản là bản Tiền Tiêu, bản Trường Sơn, bản Khánh Thành, bảng Noọng Dẻ, bản Pa Ca và bản Huồi Pốc

b) Địa hình, địa mạo

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Địa hình khu vực Bắc Tây Nguyên khá đa dạng, bao gồm đồi núi, cao nguyên

và vùng trũng xen kẽ nhau Trong đó, đi ̣a hình đồi núi chiếm khoảng 4/7 DTTN khu vực Bắc Tây Nguyên, bao gồm những đồi núi liền dải có đô ̣ dốc 15o trở lên (Hình 1.2

và hình 1.3) Đi ̣a hình núi cao liền dải phân bố chủ yếu ở phía bắc - tây bắc cha ̣y sang phía đông tỉnh Kon Tum Mă ̣t đi ̣a hình bi ̣ phân cắt hiểm trở , tạo thành các thung lũng hẹp, khe, suối Đi ̣a hình đồi tâ ̣p trung chủ yếu ở huyê ̣n Sa Thầy có da ̣ng nghiêng về phía tây và thấp dần về phía tây nam , xen giữa vùng đồi là dãy núi Chư Mom Ray

Khu vực Bắc Tây Nguyên có 3 thung lũng lớn đó là thung lũng Sa Thầy, thung lũng An Khê và thung lũng Cheo Reo – Phú Túc Ðịa hình thung lũng phân bố dọc theo các sông, suối, khá bằng phẳng, ít bị chia cắt Đi ̣a hình thung lũng nằm do ̣c theo sông Pô Kô đi về phía nam của tỉnh , có dạng lòng máng thấp dần về phía nam , theo thung lũng có những đồi lượn sóng như Đăk Uy , Đăk Hà và có nhiều chỗ bề mă ̣t bằng phẳng như vùng thi ̣ xã Kon Tum Thung lũng Sa Thầy được hình thành giữa các dãy núi kéo dài về phía đông chạy dọc biên giới Việt Nam - Campuchia Thung lũng An Khê và thung lũng Cheo Reo - Phú Túc, đều thuộc phía Đông của tỉnh Thung lũng An Khê đặc trưng bởi kiểu bóc mòn tích tụ, với các đồi sót được tạp thành do hoạt động xâm thực bóc mòn của sông Ba và phụ lưu [10]

6

Hình 1.2 Bản đồ độ dốc tỉnh Kon Tum [3]

Đi ̣a hình cao nguyên ở khu vực Bắc Tây Nguyên có ba cao nguyên đó là cao nguyên Konplong nằm giữa dãy An Khê và dãy Ngo ̣c Linh có đô ̣ cao 1.100 - 1.300 m, chạy theo hướng tây bắc - đông nam [8] và hai cao nguyên đất đỏ bazan là cao nguyên Pleiku và cao nguyên Kon Hà Nừng Sự phân hóa của địa hình là yếu tố quyết định tới đặc trưng của nhiều quá trình ngoại sinh diễn ra trên lãnh thổ nghiên cứu, trong đó điển hình là quá trình xâm thực, xói mòn đất và tích tụ

Hình 1.3 Bản đồ độ dốc tỉnh Gia Lai [3]

7

Khu vực Tây Nghệ An – Nậm Cắn

Nậm Cắn có địa hình rất phức tạp, nằm trên hệ uốn nếp Trường Sơn Địa hình khu vực xã Nậm Cắn có mức độ phân cắt mạnh, gồm có núi, đồi và các thung lũng, địa hình núi cao chiếm ưu thế, có độ dốc lớn (Hình 1.4) Dạng địa hình núi cao có độ phân cắt sâu lớn, loại từ 400 m/km trở lên chiếm 34 %, hệ số phân cắt ngang từ 1,7 - 4,5 km/km2, độ dốc địa hình >25 o chiếm 52 % Trong phạm vi xã Nậm Cắn, có ba đơn vị địa mạo chính là bề mặt san bằng phân bố ở khu vực cửa khẩu Nậm Cắn tuổi Plioxen (N2), các sườn dốc bóc mòn tuổi Mioxen – Đệ tứ (N1-Q) phân bố theo chiều cánh cung

từ phía Tây Bắc kéo qua khu vực bản Trường Sơn và đến dãy Hang Tù, các sườn bóc mòn tổng hợp tuổi Plioxen – Đệ tứ (N2-Q) phân bố ở các khu vực còn lại

Hình 1.4 Bản đồ địa hình xã Nậm Cắn

8

c) Địa chất

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Đặc điểm địa chất - kiến tạo có ý nghĩa quan trọng trong quá trình phát sinh và phát triển của cảnh quan một lãnh thổ, là yếu tố nền móng có ảnh hưởng rất lớn đến các yếu tố khác nhau: địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng, thủy văn và sinh vật trong quá trình thành tạo cảnh quan của lãnh thổ

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn [5] trong báo cáo điều tra bổ sung, chỉnh lý xây dựng bản đồ đất tỉnh Kon Tum có đặc điểm địa chất như sau:

Lãnh thổ Kon Tum nằm trong đơn vị kiến tạo có nền móng kết tinh tuổi cổ nhất nước ta Đặc điểm các thành tạo đá hiện tại đã phần nào phản ánh chế độ kiến tạo khá mạnh mẽ của khu vực, đặc biệt là sự nâng lên của địa khối Kon Tum Với những nét đặc thù về bối cảnh kiến tạo và lịch sử phát triển địa chất lâu dài mà trong vùng đã hình thành nên các thể đá có nguồn gốc và thành phần rất khác nhau Đó là các thành tạo siêu biến chất tuổi Arkeozoi, Protezozoi; các thành tạo trầm tích tuổi Jura, Triat; các thành tạo xâm nhập granit phức hệ Đèo Cả, Bến Giằng – Quế Sơn; đồng thời ở khu vực cũng tồn tại các thể phun trào bazan Kainozoi và trầm tích Đệ tứ bở rời

Nhìn chung, cấu trúc địa chất của vùng có dạng vòm nâng khối tảng mà ở chính giữa là các thành tạo địa chất có tuổi cổ nhất, ra xung quanh có các đơn vị có tươi trẻ hơn Dù vật, đơn vị địa khối này đã bị phức tạp hóa bởi các khối xâm nhập granit cũng như các hoạt động núi lửa và các quá trình ngoại sinh

Các loại đá mẹ/mẫu chất ở Kon Tum gồm đá granit và đá bazan Các xâm nhập granit xuất hiện ở nhiều giai đoạn địa chất khác nhau từ Proterozoi - Paleozoi - Mesozo và Kainozoi, gồm các khối Ngọc Rích, Măng Đen, Ngọc Rơ Rinh, Chư Choc,

Ka Đinh, Chư Nam Bang, Ngọc Ro Ba, Chư To Pa, Măng Buk, … các đá gơnai, granit biotit, granit 2 mica,…Thành phần khoáng vật bao gồm plagiocla (7 – 30

plagiogranit-%), felspat kiềm (30 – 58 plagiogranit-%), quartzit (18 – 40 plagiogranit-%), biotit (1 – 10 plagiogranit-%), khoáng vật phụ apatit, zircon, orthit,… Granit thuộc phức hệ Hải Vân chiếm diện tích lớn nhất (1.250 - 1.300 km2), kế đến là phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn (820 km2) Trong phạm vi tỉnh Kon Tum có 2 loạt bazan là bazan Neogen (thuộc hệ tầng Đại Nga – βN2đn) và bazan

Pliocen - Pleistocene sớm (thuộc hệ tầng Túc Trưng - βN2-Q1tt) Bazan Neogen phân

bố ở Kon Plông, Măng Đen với tổng diện tích 500 km2 Chúng gồm các dạng bazan hai pyroxene-bazan olivine Đá phổ biến dạng bão hòa, hoặc quá bão hòa silic - cao nhôm, kali, magne ở mức trung bình thấp Bazan Pliocen-Pleistocene chiếm diện tích khoảng 100 km2 ở nam Kon Tum Các phun trào bazan gồm bazan olivine Đá có cấu

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn [4] trong báo cáo điều tra bổ sung, chỉnh lý xây dựng bản đồ đất tỉnh Gia Lai có đặc điểm địa chất như sau:

Đá mẹ Gia Lai gồm các loại đá magma xâm nhập (granit, điorit, granođiorit, ) thời kì Palaeozoi muộn tới Mezozoi sớm, các loại đá biến chất (gơnai, phiến mica, quartzit, đá hoa) thời kì Archaeozoi- Protenozoi và các loại đá trầm tích (đá cát kết, đá bột kết, đá sét) thời kì Triat và Neogen Trong thời kì Neogen muộn và Holoxen sớm với các hoạt động núi lửa phun trào, dòng dung nham bazan phủ lên một phần các đá magma xâm nhập, trầm tích và biến chất nói trên, tạo nên các cao nguyên bazan Dòng dung nham đã phủ lên toàn bộ các đá cổ hơn Neogen muộn, trừ những nơi có địa hình quá cao Do quá trình xói mòn, các cao nguyên bazan ngày nay đã bị thu hẹp lại, nhiều nơi chỉ còn lại vết tích đá bazan (An Khê, Kon Chro, ) hoặc các loại đá bị vùi lấp ở dưới đã lộ trên mặt đất (các vùng rìa cao nguyên bazan) Đá bazan là loại magma bazơ tạo nên 2 cao nguyên rộng lớn: cao nguyên Pleiku và cao nguyên Kon Hà Nừng Đá bazan khi phong hoá tạo nên các loại đất đỏ bazan, tầng đất dày có tỷ lệ sét cao, tỷ lệ sét phân tán trong nước thấp, chịu xói mòn tốt, kết cấu đoàn lạp, tính chất lý học đất rất tốt

Đá magma axit phân bố ở địa hình núi và gò đồi thường gặp ở Chư Pah, Chư Prông, Đức Cơ, KBang, Mang Yang, Kông Chro, Ayun Pa, Krông Pa, khi phong hoá tạo thành đất có màu sáng thành phần cơ giới thô do có tỷ lệ SiO2 cao, tầng đất mỏng

Đá phiến sét và biến chất phân bố ở địa hình núi và gò đồi, thường gặp ở KBang, Ayun Pa, Krông Pa, khi phong hoá cho tầng đất khá dày, thành phần cơ giới trung bình

Đá cát kết, đá bột kết gặp ở vùng phía nam Chư Prông, Ayun Pa, Krông Pa, An Khê, khi phong hoá tạo thành đất có thành phần cơ giới nhẹ, màu sáng Thành tạo phù

sa phân bố ở ven sông Ba, sông Iayun và ở một số suối lớn, tạo nên các loại đất phù sa

Khu vực Tây Nghệ An – Nậm Cắn

Khu vực nghiên cứu gồm các hệ tầng địa chất sau: Hệ tầng Sông Cả (O3-S1sc),

hệ tầng Huổi Nhị (S2-D1hn), hệ tầng Nậm Tầm (D1-2nt), hệ tầng Nậm Cắn (D2

g-10

D3frnk), hệ tầng Cát Đằng ( D3fmcd), Hệ tầng La Khê (C1lk), Hệ tầng Bắc Sơn (C-Pbs)

và Hệ tầng Đồng Đỏ (J1-2hc) (Hình 1.5) Khu vực có hoạt động kiến tạo phức tạp, nằm

dọc theo đới đứt gãy Rào Nậy – Sông Cả, thuộc phụ đới cấu trúc Hoành Sơn và phụ đới Sông Cả của hệ uốn nếp địa máng Việt Lào Đứt gãy Sông Cả là đới đứt gãy sâu

có quy mô lớn, phát triển theo phương Tây Bắc – Đông Nam Dọc theo đứt gãy các đá

bị cà nát mạnh mẽ, đới cà nát rộng gần 100 m, bị limonit hóa và có nhiều mặt trượt độ dốc lớn đến thẳng đứng Về mặt địa mạo phía Bắc đứt gãy Sông Cả thành tạo các bồn trũng được lấp đầy bởi trầm tích Neogen (N), ĐệTứ (Q) Hiện nay đây là đới đứt gãy đang hoạt động khá mạnh, biểu hiện qua hàng loạt chấn tâm động đất dọc đứt gãy; đồng thời các đoạn đường Quốc lộ 7 chạy dọc đới dập vỡ nứt nẻ xung yếu đứt gãy thường xuyên bị trượt lở, đổ lở mạnh mẽ

Hình 1.5 Bản đồ địa chất xã Nậm Cắn

11

d) Khí hậu

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Bắc Tây Nguyên là một trong ba tiểu vùng khí hậu của Tây Nguyên, thuộc vùng khí hậu cao nguyên nhiệt đới gió mùa Nhiê ̣t đô ̣ trung bình trong năm dao đô ̣ng trong khoảng 22 – 25 °C, biên đô ̣ nhiê ̣t đô ̣ dao đô ̣ng trong ngày 8 – 10 °C

Khí hậu chia làm hai mùa rõ rê ̣t là mùa mưa và mùa khô Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, khí hậu khắc nghiệt, khoảng đầu mùa nhiệt độ thấp (tháng 1 nhiệt độ trung bình 16 – 18 oC), nhưng cuối mùa nhiệt độ lên cao (tháng 4 nhiệt độ trung bình 24 – 28 oC), lượng mưa trong các tháng mùa khô rất thấp và tháng 3 lượng mưa thấp nhất (Hình 1.6) Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, khí hậu mát mẻ, ổn định, nhiệt độ trung bình hàng tháng khoảng 21 – 25 oC, hầu hết lượng mưa trong năm tập trung trong mùa này, đỉnh mưa thường xuất hiện vào tháng 8 – 9

Hình 1.6 Sơ đồ phân bố lƣợng mƣa và nhiệt độ Việt Nam [21]

12

Hàng năm, lươ ̣ng mưa trung bình khoảng 2.121 mm, lượng mưa năm cao nhất 2.260 mm, năm thấp nhất 1.234 mm, tháng có lượng mưa cao nhất là tháng 8 đối với Kon Tum Trong năm có hai mùa gió: mùa mưa hướng gió thịnh hành là Tây Nam và Tây, chiếm 40 – 55 % tần suất và mùa khô hướng gió thịnh hành là Đông Bắc chiếm

70 % tần suất Tốc độ gió bình quân mùa là 3,0 m/s, vận tốc gió nhỏ nhất 1 m/s, lớn nhất là 14 m/s Gió mạnh vào mùa khô

Độ ẩm trung bình hàng n ăm dao đô ̣ng trong khoảng 78 – 87 % Độ ẩm không khí tháng cao nhất là tháng 8 - 9 (khoảng 90 %), tháng thấp nhất là tháng 3 (khoảng 66

%) Số giờ nắng trong năm là 2.200 giờ

Khu vực Tây Nghệ An – Nậm Cắn

Xã Nậm Cắn nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có sự chênh lệch cao giữa mùa đông và mùa hè Vào mùa đông nhiệt độ thấp nhất là 11 oC (tháng 2) và cao nhất là 39 oC (tháng 4) Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 24,5 oC, có sự chênh lệch nhiệt độ ngày đêm lớn khoảng 5 – 7 oC Mùa hè có nhiệt độ cao, mùa đông rét buốt có nhiều sương muối Mùa mưa ở Nậm Cắn bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10 với tổng lượng mưa bình quân khoảng 2076 mm/năm [16] Nậm Cắn chịu ảnh hưởng của gió phơn Tây Nam (gió Lào) xuất hiện từ tháng 4 đến tháng 8, gây khô, nóng ở một số vùng địa hình tương đối thấp trong xã Trên địa bàn xã Nậm Cắn, có hệ thống sông suối thuộc lưu vực sông Cả và các dòng suối gồm: suối Nậm Cắn, suối Huổi Pốc, suối Khe Cắt, suối Pốc, suối Huôi Cang, suối Huôi Heo [36]

e) Tài nguyên rừng

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Đến năm 2015, diê ̣n tích đất lâm nghiê ̣p của khu vực Bắc Tây Nguyên là 604.402,50 ha, chiếm 62,32 % diê ̣n tích tự nhiên [31, 34] Trong đó, Kon Tum có các kiểu rừng chính sau: Rừng kín nhiê ̣t đới hỗn hợp cây và lá rộng, đây là kiểu rừng điển hình của rừng tỉnh Kon Tum , phân bố chủ yếu trên đô ̣ cao 500 m, có ở hầu hết huyện , thị trong tỉnh ; Rừng lá ẩm nhiê ̣t đới : có hầu hết trong tỉnh và thường phân bố ở ven sông; Rừng kín á nh iê ̣t đới: phân bố ở vùng núi cao ; Rừng thưa khô cây ho ̣ dầu (rừng khô ̣p): phân bố chủ yếu ở huyê ̣n Ngo ̣c Hồi , huyê ̣n Đăk Glei (dọc theo biên giớ i Viê ̣t Nam, Lào, Campuchia) Nhìn chung , thảm thực vật ở Kon Tum đa dạng , thể hiê ̣n nhiều loa ̣i rừng khác nhau trong nền cảnh chung của đới rừng nhiê ̣t đới gió mùa , có 3 đai cao, thấp khác nhau : 600 m trở xuống , 600 - 1.600 m và trên 1.600 m Hiê ̣n nay, nổi trô ̣i nhất vẫn là rừng râ ̣m , trong rừng râ ̣m có quần hợp chủ đa ̣o là thông hai lá , dẻ,

re, pơmu, đỗ quyên, chua, ở độ cao 1.500 - 1.800 m chủ yếu là thông ba lá , chua, dẻ,

13

re, kháo, chẹc, Trong những năm gần đây, diê ̣n tích rừng của Kon Tum bi ̣ thu he ̣p do chiến tranh, khai thác gỗ lâ ̣u và các sản phẩm khác của rừng Nhưng nhìn chung, Kon Tum vẫn là tỉnh có nhiều rừng gỗ quý và có giá tri ̣ kinh tế cao Rừng của tỉnh Gia Lai liên quan mật thiết với những đặc trưng địa lý tự nhiên và quá trình diễn biến tài nguyên rừng, thảm rừng của vùng Tây Nguyên Nằm trong vùng có điều kiện khí hậu, địa hình, đất đai nhiều thuận lợi, nên thảm thực vật ở đây phát triển rất đa dạng và phong phú, bao gồm nhiều loại khác nhau:

- Thảm thực vật rừng: rừng tự nhiên ở Gia Lai chiếm khoảng 78,3 % diện tích đất lâm nghiệp, có nhiều loại cây quý hiếm, gỗ tốt như: sao, giáng hương, gội, trắc, kiền kiền, bằng lăng, chò sót…Rừng Gia Lai phát triển chủ yếu trên địa hình núi cao, các khe suối và hợp thuỷ có nhiều tầng và nhiều loại độ che phủ tốt, tầng thảm mục dày, đất tơi xốp Loại rừng này có diện tích rất lớn, đây là nguồn tài nguyên quý không chỉ riêng của tỉnh, của vùng Tây Nguyên nói chung mà của cả nước

- Rừng non tái sinh và cây bụi phân bố ở khắp các vùng trên địa bàn tỉnh, trên các dạng địa hình và các loại đất khác nhau với thảm thực vật chủ yếu là cây họ dầu,

họ đậu, họ xoan, họ dẻ…ngoài ra còn có thảm cỏ tự nhiên, thực vật trồng và nhiều loại cây lương thực khác

f) Tài nguyên khoáng sản

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Bắc Tây Nguyên nằm trên khối nâng Kon Tum, vì vậy rất đa dạng về cấu trúc

đi ̣a chất và khoáng sản Qua khảo sát của các cơ quan chuyên môn , hiê ̣n nay , Kon Tum nói riêng và Bắc Tây Nguyên nói chung đang chú tro ̣ng đến mô ̣t số loa ̣i khoáng sản sau:

- Nhóm khoáng sản phu ̣c vu ̣ sản xuất vâ ̣t liê ̣u xây dựng : nhóm này rất đa dạng , bao gồm: sét (gạch ngói), cát xây dựng, cuô ̣i sỏi, đá hoa, đá vôi, đá granít, puzơlan,

- Nhóm khoáng sản vật liệu cách âm , cách nhiệt và xử lý môi trường , bao gồm diatomit, bentonit, chủ yếu tập trung ở thị xã Kon Tum

- Nhóm khoáng sản vật liệu chịu lửa : gồm có silimanit , dolomit, quazit tâ ̣p trung chủ yếu ở các huyê ̣n Đăk Glei , Đăk Hà, Ngọc Hồi

- Nhóm khoáng sản cháy : gồm có tha n bùn , tâ ̣p trung chủ yếu ở thi ̣ xã Kon Tum, huyê ̣n Đăk Hà, huyê ̣n Đăk Tô

14

- Nhóm khoáng sản kim loại đen , kim loa ̣i màu, kim loa ̣i hiếm: gồm có mangan

ở Đăk Hà ; thiếc, molipden, vonfram, uran, thori, tâ ̣p trung chủ yếu ở Đăk Tô , Đăk Glei, Ngọc Hồi, Konplong; bauxit tâ ̣p trung chủ yếu ở Konplong

- Nhóm khoáng sản đá quý : gồm có rubi, saphia, opalcalcedon tâ ̣p trung ở Đăk

Tô, Konplong

- Quặng bôxít: 2 mỏ có trữ lượng lớn là Kon Hà Nừng (C2: 210,5 triệu tấn với hàm lượng Al2O3: 33,76 - 51,75 %; SiO2: 14,04 %) và Đức Cơ Ngoài ra còn có các điểm khoáng hoá bôxít ở Thanh Giao, Lệ Thanh, Lệ Cần, Bàu Cạn và PleiMe

- Vàng: phát hiện trên 73 điểm, trong đó có 66 điểm quặng hoá gốc và 6 điểm

sa khoáng, các vùng có triển vọng là: Kông Chro, Ia Mơ, Krông Pa, Ayun pa Các khoáng sản kim loại khác: mỏ sắt ở An Phú – Tp Pleiku, kẽm ở An Trung – Kông Chro

- Đá granit thuộc dạng xâm nhập phân bố ở 8 điểm với trữ lượng lớn, trong đó

có 2 mỏ đá ở Bắc Biển Hồ - thị trấn Phú Hoà và mỏ đá Chư Sê là có trữ lượng lớn

Ngoài ra còn có đá vôi, đất sét, cát xây dựng, các khoáng sản làm vật liệu….Nhìn chung, tài nguyên khoáng sản của tỉnh rất đa dạng và phong phú, thuận lợi cho phát triển một số ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng

g) Tài nguyên nước

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Nguồn nước mă ̣t chủ yếu là sông , suối bắt nguồn từ phía bắc và đông bắc của tỉnh Kon Tum, thường có lòng dốc, thung lũng he ̣p, nước chảy xiết, bao gồm: Sông Sê San do 2 nhánh chính là Pô Kô và Đăk Bla hợp thành , Nhánh Pô Kô dài 121 km, bắt nguồn từ phía nam của khối núi Ngo ̣c Linh , chảy theo hướng bắc – nam; Nhánh Đăk Bla dài 144 km bắt nguồn từ dãy núi Ngo ̣c Krinh Ngoài ra còn có các sông , suối khác như: phía đông bắc tỉnh là đầu nguồn của sông Trà Khúc và phía bắc của tỉnh là đầu nguồn của 2 con sông Thu Bồn và Vu Gia , sông Sa Thầy bắt nguồn từ đỉnh núi Ngo ̣c Rinh Rua, chảy theo hướng bắc - nam, gần như song song với biên giới Campuchia, đổ vào dòng Sê San

Nguồn nước ngầm : nguồn nước ngầm ở tỉnh Kon Tum có tiềm năng và trữ lươ ̣ng công nghiê ̣p cấp C 2: 100 nghìn m3/ngày, đă ̣c biê ̣t ở đô ̣ sâu 60 - 300 m có trữ lươ ̣ng tương đối lớn Ngoài ra , huyện Đăk Tô , Kon Plông còn có 9 điểm có nước khoáng nóng, có khả năng khai thác, sử du ̣ng làm nước giải khát và chữa bê ̣nh [9]

15

Sông, suối trên địa bàn tỉnh Gia Lai thuộc 03 sông lớn là: sông Ba, sông Sê San

và sông Xrê-pốc Ngoài ra, thượng nguồn sông Kôn và sông Kỳ Lộ cũng bắt nguồn từ phần phía Đông của tỉnh Gia Lai

Sông Ba bắt nguồn từ vùng núi Kon Plông chảy qua các huyện K'Bang, An Khê, Kon Chro, đến Đông Bắc thị trấn Ayun Pa gặp nhánh Iayun hợp lại và xuôi về tỉnh Phú Yên Sông, có diện tích lưu vực 1283 km2 Về mùa lũ có lưu lượng nước 94,5

m3/s, mức nước có thể dâng tới 7 - 9 m, vào mùa kiệt lưu lượng nước chỉ khoảng 5 - 8

m3/s (tại An Khê) Do bắt nguồn từ vùng núi cao qua nhiều dạng địa hình có cấu tạo địa chất phức tạp, lòng sông sâu, dốc, sản phẩm phù sa thô, tạo nên dải đất phù sa hẹp vài chục mét ven sông ở khu vực An Khê, đến vùng hạ lưu (huyện Ayun Pa và Krông Pa) tạo thành dải đất phù sa khá lớn, sản phẩm phù sa mịn hơn Sông Ba và nhánh sông Iayun là nguồn cung cấp nước mặt cho sản xuất và sinh hoạt của nhân dân trong vùng Nhiều công trình thuỷ điện nhỏ, thuỷ lợi lớn đã được xây dựng, nhất là hồ Ayun

Hạ có khả năng tưới cho 9.000 - 9.500 ha lúa 2 vụ và nhiều cây hoa màu khác Sông

Sê San là ranh giới tự nhiên giữa 2 tỉnh Gia Lai và Kon Tum ở phía Tây Bắc tỉnh Gia Lai, có các nhánh suối của huyện MangYang, K'Bang, Chư Pah, Ia Grai đổ vào Hai bên triền sông là những dải núi cao sườn dốc làm hạn chế rất nhiều đến khả năng bồi đắp sản phẩm phù sa Do có sự chênh lệch độ cao lớn, lòng sông dốc nên có nhiều tiềm năng về thuỷ điện, thuỷ lợi Một số nơi đã và đang được xây dựng như thuỷ điện (Ryninh Ialy, Iakha ) và thuỷ lợi ( Ia Hrung, Ianăng, Biển Hồ )

Ngoài hệ thống sông Ba và Sê San, phía tây tỉnh Gia Lai còn có hệ thống sông Sêrêpôk, gồm các suối ở huyện Chưprông, Đức Cơ, Chư Sê như Ia Lốp, Ia Hleo, Ia Krel chảy về phía Tây, đổ vào sông Sêrêpôk của Cam Pu Chia Diện tích lưu vực khoảng 1.145 km2 ở đây cũng có tiềm năng lớn về thuỷ điện, thuỷ lợi, có các công trình đã xây dựng như thuỷ điện Iađrăng II, Iakrel thuỷ lợi Hoàng Ân

h) Tài nguyên đất

Đất là hợp phần phụ thuộc rất nhiều vào các quá trình tự nhiên cùng với những

thành phần khác như đá mẹ, địa hình và thảm thực vật [20]

Khu vực Bắc Tây Nguyên

Tài nguyên đất của tỉnh Kon Tum được chia thành 5 nhóm là nhóm đất phù sa , nhóm đất xám , nhóm đất vàng , nhóm đất mùn vàng trên núi , và nhóm đất thung lũng với 16 loại đơn vị đất (Bảng 1.1)

Tài nguyên đất tỉnh Kon Tum khá phong phú, bao gồm các loại đất từ vùng trũng ven sông tới khu vực núi cao Toàn tình có 5 nhóm đất chính với 16 đơn vị phân

16

loại Nhóm đất đỏ vàng có diện tích khá lớn 579.788 ha chiếm trên 60 % tổng DTTN, tiếp theo là nhóm đất mùn vàng đỏ trên núi có diện tích 343.228 ha chiếm 35,70 % DTTN Nhóm đất phù sa có diện tích 16.663 ha chiếm 1,735 DTTN, nhóm đất xám có diện tích ít 5.066 ha chiếm 0,53 % DTTN, đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ có diện tích nhỏ 1.679 ha chiếm 0,17 % DTTN [31]

Bảng 1.1 Diện tích và phân bố chủ yếu các loại đất chính ở Kon Tum [5, 20]

STT Tên loại đất Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) Phân bố chủ yếu

5 Đất đỏ vàng trên đá magma axít 91.054,11 9,47 Sa Thầy, Ngọc Hồi, Kon Plong

6 Đất đỏ vàng trên đá biến chất 179.701,22 18,70 Thầy, Ngọc Hồi, Đắc Glei Đắc Hà, Kon Plong, Sa

13 Đất nâu đỏ trên đá bazan 15.420,45 1,60 Kon Plong, TX Kon Tum, Sa Thầy

14 Đất đỏ vàng, vàng đỏ trong thung lũng 114.531,84 11,91 Sa Thầy, Kon Plong, Đắc Tô, Đắc Glei

15 Đất trên phù sa cổ và phù sa không được bồi 67.347,06 7,00 TX Kon Tum, Sa Thầy, Đắc Hà

16 Đất phù sa được bồi hàng năm 40.124,96 4,17 TX Kon Tum, Kon Plong, Đắc Tô, Đắc Hà

Tỉnh Gia Lai gồm 10 nhóm đất với 29 đơn vị đất (Bảng 1.2), trong đó nhóm đất

có diện tích lớn nhất là nhóm đất đỏ vàng, đất phù sa và đất xám Nhóm đất phù sa có

17

5 đơn vị đất, diện tích 56.076 ha, nhóm đất xám có 4 đơn vị đất, diện tích 345.399 ha, nhóm đất đen có 3 đơn vị đất với 27.527 ha, nhóm đất đỏ vàng có 9 đơn vị đất, diện tích 756.711 ha, nhóm đất mùn vàng đỏ trên núi có 3 đơn vị với 180.433 ha, đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ diện tích 14.631 ha và nhóm đất xói mòn trơ sỏi đá có 143.971 ha [4]

Bảng 1.2 Diện tích và phân bố chủ yếu các loại đất chính ở Gia Lai [4]

STT Tên loại đất

Diện tích (ha)

Tỷ lệ (%) Phân bố chủ yếu

Chư Sê, Chư Prông

Ayun Đất phù sa không được bồi chua 21.80 1,40 Ayun Pa, Ia Pa, Krông Pa

Đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng 1.92 0,12 Đak Pơ, Ayun Pa, Ia Pa

tích nhỏ

Đất xám trên đá magma axit và đá

Kông, Chro, Krông Pa, K'Bang, Đak Pơ, Ia Pa

Đất xám bạc màu trên đá magma axit và đá cát 75.16 4,85 Chư Prông, Ayun Pa

7 Nhóm đất đỏ vàng 756.82 48,84 K'Bang, Ia Grai, Chư Prông, Chư Păh, Chư Sê Đất nâu tím trên đá bazan 88.22 56,96 K'Bang, Đak Đoa, Ia Grai, Chư Sê

Grai, Đak Đoa

Đất đỏ vàng trên đá sét và biến chất 49.00 3,16 K'Bang, Krông Pa, Chư

18

STT Tên loại đất Diện tích

(ha)

Tỷ lệ (%) Phân bố chủ yếu

Prông Đất đỏ vàng trên đá magma axit 314.94 20,33 Chư păh, Ia Grai, Kông

Chro, K'Bang

Đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa

Đất mùn đỏ vàng trên đá sét và biến chất 2.93 0,19 K'Bang, Mang Yang, Ia Pa Đất mùn vàng đỏ trên đá magma axit 147.35 9,51 K'Bang, Mang Yang, Ia Pa

Trong khu vực xã Nậm Cắn có các loại đất sau:

- Đất feralit vàng đỏ phát triển trên đá cát kết: phân bố trên các núi, đồi cao từ

170 - 200 m ở khu vực dọc quốc lộ 7, bản Noọng Dẻ, Pa Ca và Huồi Pốc Tầng đất từ trung bình đến mỏng, đất có màu vàng đến vàng đỏ, lớp trên bị rửa trôi mạnh, có màu xám hồng Kết cấu đất rời rạc, thấm nước nhanh, dễ bị bào mòn Đất chua, ít bùn, có khả năng trao đổi đất thấp, chất dinh dưỡng nghèo

- Đất feralit vàng đỏ phát triển trên đá vôi được hình thành do sự hoà tan và gội rửa đá vôi, chủ yếu là cacbonate canxi, tạo thành những dải đất ở dưới chân lèn đá vôi Đất có màu đỏ vàng, đỏ nâu, có kết cấu tốt nên thấm nước nhanh

- Đất feralit vàng đỏ phát triển trên đá phiến sét phân bố ở độ cao 200 - 1000 m,

có thành phần cơ giới thịt nặng màu phớt tím, độ dốc từ 20 – 30o, đất chua, độ ẩm cao

- Đất feralit mùn vàng trên núi phân bố ở vùng núi cao 1.000 - 1.700 m, đất có tỷ

lệ mùn cao, trên mặt có lớp xác thực vật độ phân giải kém Do đất ẩm nên có màu vàng thẫm, lớp trên có màu sẫm hơn Hầu hết đất phát triển trên đá mẹ phiến thạch sét, phiến thạch mica, xen kẽ ít đá vôi Địa hình hiểm trở, phần lớn có độ dốc lớn, có nơi 60 – 70o

1.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

a) Khu vực Bắc Tây Nguyên

Đến năm 2014, dân số toàn tỉnh Kon Tum là 484,215 nghìn người, dân số thành thị chiếm 35 %, dân số nông thôn chiếm 65 %, với mật độ trung bình 41 người/km2, tỷ

lê ̣ tăng dân số tự nhiên còn 1,9 % Quy mô dân số của tỉnh Gia Lai năm 2014 đạt 1.377.819 người, trong đó đồng bào các dân tộc thiểu số chiếm tỷ lệ 44,5 %; tỷ lệ tăng

tự nhiên 13,78 ‰ [10] Kon Tum có 22 dân tô ̣c cùng sinh sống, trong đó dân tô ̣c thiểu số chiếm trên 53%, có 6 dân tộc ít người sinh sống lâu đời bao gồm : Xơ Đăng, Bana, Giẻ-Triêng, Gia Rai, Brâu và Rơ Măm, Ngoài ra còn các tộc người từ các tỉnh di cư vào sinh sống trên địa bàn có dân số 16.598 người, cư trú rải rác ở nhiều địa phương trong tỉnh [9] Kon Tum là một vùng đất đậm đặc về văn hóa dân gian truyền thống của đồng bào các dân tộc thiểu số

Tình hình kinh tế - xã hội 6 tháng đầu năm 2018 trên địa bàn tỉnh Kon Tum nhìn chung phát triển ổn định Sản xuất nông, lâm nghiệp, thủy sản được đảm bảo theo đúng lịch thời vụ; sản xuất công nghiệp tiếp tục tăng trưởng; hoạt động thương mại phát triển

ổn định; công tác an sinh xã hội được bảo đảm; trật tự, an toàn xã hội được giữ vững Ước tính Tổng sản phẩm trên địa bàn (GRDP) 6 tháng đầu năm 2018 theo giá so sánh

2010 tăng 7,90 % so với 6 tháng đầu năm 2017 Thu ngân sách Nhà nước trên địa bàn

20

tỉnh 6 tháng đầu năm ước đạt 1.172.000 triệu đồng, đạt 53,50 % dự toán và tăng 6,27 %

so với cùng kỳ năm trước Chi ngân sách địa phương 6 tháng đầu năm ước đạt 3.096.000 triệu đồng, đạt 36,55 % kế hoạch và tăng 29,21 % so với cùng kỳ năm trước Ước tính chỉ số sản xuất công nghiệp 6 tháng đầu năm 2018 tăng 14,34 % so cùng kỳ năm trước Chỉ số giá tiêu dùng (CPI) bình quân 6 tháng đầu năm tăng 2,47 % so với cùng kỳ năm trước Ước tính tốc độ tăng tổng sản phẩm (GRDP) 6 tháng đầu năm 2018 tỉnh Kon Tum là 7,90 %, trong đó: khu vực Nông, lâm nghiệp và thuỷ sản tăng 6,34 %, khu vực Công nghiệp - Xây dựng tăng 12,06 % và khu vực Dịch vụ tăng 6,88 % [29]

Tổng sản phẩm trong nước (GDP) 6 tháng đầu năm 2018 của tỉnh Gia Lai ước tính tăng 7,08 % so với cùng kỳ năm trước (Quý I tăng 7,45 %; quý II tăng 6,79 %), là mức tăng cao nhất của 6 tháng kể từ năm 2011 trở về đây Trong mức tăng trưởng của toàn nền kinh tế, khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản tăng 3,93 %, đóng góp 9,7 % vào mức tăng trưởng chung; khu vực công nghiệp và xây dựng tăng 9,07 %, đóng góp 48,9 %; khu vực dịch vụ tăng 6,90 %, đóng góp 41,4 % Khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản đạt mức tăng trưởng 6 tháng năm nay cao nhất trong giai đoạn 2012 - 2018, trong đó ngành nông nghiệp tiếp tục khẳng định xu hướng phục hồi rõ nét khi đạt mức tăng 3,28 %, đóng góp 0,45 điểm phần trăm vào tốc độ tăng của tổng giá trị tăng thêm toàn nền kinh tế; ngành thủy sản đạt kết quả khá tốt với mức tăng 6,41 %, cũng là mức tăng trưởng cao nhất 8 năm qua, đóng góp 0,21 điểm phần trăm; ngành lâm nghiệp tăng 5,12 %, cao hơn mức tăng 4,31 % của cùng kỳ năm trước nhưng chiếm tỷ trọng thấp nên đóng góp 0,04 điểm phần trăm Về cơ cấu nền kinh tế 6 tháng đầu năm, khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm tỷ trọng 14,15 % GDP; khu vực công nghiệp

và xây dựng chiếm 33,78 %; khu vực dịch vụ chiếm 41,82 %; thuế sản phẩm trừ trợ cấp sản phẩm chiếm 10,25 % (cơ cấu tương ứng của cùng kỳ năm 2017 là: 15,06 %; 32,75 %; 41,82 %; 10,37 %) [28]

b) Khu vực Tây Nghệ An – Nậm Cắn

Tại thời điểm khảo sát tháng 4/2018 tổng số hộ của xã là 840, tổng số khẩu là

4148 người thuộc 4 dân tộc Thái, Mông, Khơ Mú và Kinh cùng sinh sống Trong đó, người Mông chiếm khoảng 69,9%, Khơ Mú 15,4%, Thái 14% và Kinh 0,7% Kinh tế của xã Nậm Cắn dựa chủ yếu vào nông – lâm nghiệp và chăn nuôi Thu nhập bình quân đầu người 15.215.000 đồng/người/năm Năm 2016, tổng số hộ nghèo có 485 hộ với 2254 khẩu, chiếm tỷ lệ 58,9%, hộ cận nghèo 117 hộ với 785 khẩu chiếm tỷ lệ 14,2% Tổng thu ngân sách trên địa bàn trong năm 2017 là 5.882.602.366 đồng

Hiện nay trên địa bàn xã đã có 2 bản được chọn làm điểm xây dựng nông thôn mới là bàn Khánh Thành và Noọng Dẻ và đã đạt được 8/19 tiêu chí Trong số 6 bản

21

của xã, bản Huồi Pốc là bản của người Mông ở độ cao cao nhất và cách xa trung tâm

xã nhất Cuộc sống của đồng bảo bản Huồi Pốc vẫn chủ yếu là tự cung, tự cấp Các nguồn thu nhập chính vẫn là từ nương rẫy, săn bắn và chăn nuôi Phần lớn các hộ gia đình vẫn trồng lúa, ngô, chăn nuôi gà, ngan và lợn để phục vụ nhu cầu gia đình Các sản phẩm nông nghiệp như lúa, ngô ngoài nhu cầu sử dụng cho gia đình còn một phần dành cho chăn nuôi Các hộ gia đình nuôi lợn và gia cầm chỉ để làm thực phẩm mỗi khi gia đình có việc quan trọng Giao thương hàng hóa của người dân trong bản với bên ngoài chỉ là bán bò và một số loại lâm sản

1.1.3 Hiện trạng sử dụng đất

a) Khu vực Bắc Tây Nguyên

Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của tỉnh Kon Tum

Năm 2015, DTTN của tỉnh Kon Tum là 968.049,38 ha (Bảng 1.3) Trong đó, đất nông nghiệp có diện tích là 876.849,71 ha, chiếm 90,58 % DTTN, đất phi nông nghiệp với diện tích là 50.022,20 ha chiếm 5,17 % DTTN và đất chưa sử dụng là 41.177,47 ha (4,25 % DTTN) Trong nhóm đất nông nghiệp thì đất lâm nghiệp chiếm diện tích lớn nhất là 611.832,36 ha tương đương với 63,20 % DTTN

Bảng 1.3 Hiện trạng sử dụng đất của Kon Tum và Gia Lai năm 2015 [31, 34]

STT Chỉ tiêu sử dụng đất

Kon Tum Gia Lai

Diện tích (ha) Cơ cấu (%) Diện tích (ha) Cơ cấu (%)

22

Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của tỉnh Gia Lai

Năm 2015, DTTN của tỉnh Gia Lai là 1.551.099 ha (Bảng 1.3) Trong đó, đất nông nghiệp có diện tích là 1.391.631,18 ha, chiếm 89,72 % DTTN, bình quân 1,43 ha/người, cao hơn 4,93 lần so với mức bình quân của cả nước (cả nước là 0,29 ha/người) Đất trồng lúa: hiện có 62.819 ha, chiếm 4,05 % DTTN của tỉnh, trong đó đất chuyên trồng lúa nước 35.488 ha, đất trồng lúa còn lại là 25.315 ha và đất trồng lúa nương 2.017 ha Đất trồng cây lâu năm có 259.224 ha, chiếm 16,68 % DTTN và 19,24

% diện tích đất nông nghiệp của tỉnh; hiện có 102.640 ha cây cao su, 79.731 ha cây cà phê, 17.177 ha cây điều, 14.505 ha cây tiêu Đất lâm nghiệp có 588.048 ha, chiếm 37,91 % DTTN, trong đó có 118.462 ha rừng phòng hộ, 54.281 ha rừng đặc dụng và 415.304 ha rừng sản xuất

Đất phi nông nghiệp với diện tích là 97.757,80 ha chiếm 6,30 % DTTN và đất chưa sử dụng với 61.709,56 ha (3,98 % DTTN), chủ yếu là đất đồi núi chưa sử dụng phân bố nhiều trên địa bàn các huyện Chư Păh, Đăk Đoa, Ia Grai, Kông Chro

Các kết quả nghiên cứu trong chương trình Tây Nguyên II và KC.08 [35] cho thấy, tài nguyên đất ở Tây Nguyên chịu tác động sâu sắc của những quá trình thoái hóa

do các tác động của tự nhiên và hoạt động của con người Dưới tác động của các áp lực gia tăng dân số, mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội và biến đổi khí hậu, xu thế thoái hóa đất và hoang mạc hóa ở Tây Nguyên được cảnh báo sẽ mở rộng về diện tích

và gia tăng cường độ Đặc biệt, là gia tăng quá trình xói mòn, rửa trôi bề mặt và thoái hóa hóa học do mở rộng diện tích đất sản xuất nông nghiệp, chuyển đổi đất lâm nghiệp sang đất sản xuất nông nghiệp, thâm canh cây công nghiệp dài ngày và canh tác nương rẫy thiếu các biện pháp bảo vệ đất Hậu quả dẫn đến suy giảm mạnh các chất dinh dưỡng và độ phì nhiêu của đất, làm mất khả năng sản xuất của đất Đây là một nguy cơ hiện hữu đối với nguồn tài nguyên đất - tư liệu sản xuất đặc biệt không gì thay thế đối với vùng Tây Nguyên, đi ngược lại mục tiêu phát triển bền vững kinh tế - xã hội Như vậy tình trạng thoái hóa đất ngày càng diễn ra nghiêm trọng hơn ở khu vực Tây Nguyên nói chung và khu vực Bắc Tây Nguyên nói riêng trong những năm gần đây

Tổng số hộ của xã là 840, tổng số khẩu là 4148 người thuộc 4 dân tộc Thái, Mông, Khơ Mú và Kinh cùng sinh sống Trong đó, người Mông chiếm khoảng 69,9 %, Khơ Mú 15,4 %, Thái 14 % và Kinh 0,7 %

b) Khu vực Tây Nghệ An

Theo số kiệu kiểm kê tính đến ngày 31/12/2016, toàn huyện Kỳ Sơn có 180.649,85 ha đất lâm nghiệp, chiếm 86,53 % DTTN (Bảng 1.4) Trong đó: rừng sản

23

xuất có 72.156,23 ha chiếm 34,56 % DTTN, rừng phòng hộ có 108.493,62 ha chiếm 51,96 % tổng DTTN [33]

Bảng 1.4 Hiện trạng sử dụng đất năm 2016 của huyện Kỳ Sơn, tỉnh Nghệ An

STT Chỉ tiêu sử dụng đất Hiện trạng năm 2016

Diện tích (ha) Cơ cấu (%)

Hình 1.11 Bản đồ kế hoạch sử dụng đất kỳ cuối (2016-2020) tỉnh Nghệ An

đá khác nhau và đất mùn đỏ vàng với diện tích lớn so với DTTN của cả hai vùng Như vậy, dựa trên điều kiện khí hậu và đặc điểm đất đá học viên tiến hành nghiên cứu tính toán độ ẩm của đất tại khu vực Bắc Tây Nguyên và kiểm chứng kết quả tại khu vực Tây Nghệ An

Hình 1.12 Các loại đất chính trong khu vực hệ thống sông Mê Kông theo bảng phân loại của FAO/UNESCO [62] cho thấy khu vực Bắc Tây Nguyên và khu vực Nậm Cắn (khu vực trong ô

vuông màu đỏ) có cùng nhóm đất đỏ vàng (ferric acrisols)

25

1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

1.2.1 Ứng dụng công nghệ viễn thám tính toán độ ẩm đất

Những tiến bộ trong công nghệ viễn thám về sự phát triển chức năng bộ cảm và

độ phân giải hình ảnh theo không gian và thời gian đã mang lại nhiều kỹ thuật để tính toán các tính chất của đất như độ ẩm (Soil Moisture – SM), hàm lượng hữu cơ, thành phần cơ giới, Sự phát triển về kỹ thuật quan sát trái đất có thể ghi nhận được các thông tin về bề mặt đất (độ sâu từ 0 – 5 cm) bằng phổ phản xạ điện từ Ở tần số thấp trong tần số từ 1 - 5 GHz, sóng siêu cao tần có thể phát hiện ra những thay đổi của đất

Độ ẩm của đất thể hiện đặc điểm chu trình nước và trao đổi năng lượng giữa mặt đất và không khí, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh thái môi trường Thông tin về độ

ẩm của đất đóng vai trò quan trọng trong dự đoán thiên tai (lũ lụt và hạn hán), giám sát

sự thay đổi môi trường (bão cát và xói mòn) và ứng dụng trong thủy văn [36, 80, 83] Việc đo chính xác độ ẩm của đất tại vị trí xác định cần chi phí cao do lặp lại quá trình lấy mẫu để phân tích những thay đổi định kỳ về độ ẩm của đất Hơn nữa, tính toán độ

ẩm của đất theo phương pháp truyền thống cần thời gian thu thập mẫu, xử lý và có thể sai sót trong quá trình tính toán [66] Trong khi, các nghiên cứu độ ẩm của đất bằng công nghệ viễn thám dựa trên sự phản xạ của đất trong dải phổ từ 0,4 – 2,5 µm có khả năng thu thập thông tin từ nhiều mẫu đất khác nhau trên một khu vực quy mô lớn với

độ phân giải cao trong thời gian ngắn hoặc kéo dài vài năm

Bên cạnh những ưu điểm vừa nêu, ứng dụng công nghệ viễn thám vào tính toán

độ ẩm còn tồn tại một số hạn chế như bị nhiễu loạn do mây gây ra và bị nhiễu bởi các đối tượng khác trên mặt đất như nhà cửa và cây cối [36] Do đó, ứng dụng viễn thám tính toán độ ẩm của đất áp dụng hiệu quả và chính xác cao với những khu vực đất trống hoặc ít cây cối với độ sâu từ 5 cm lên đến bề mặt đất [36, 69, 80]

Ở Châu Âu, vệ tinh SMOS đã được phóng thành công và cung cấp ảnh từ năm

2009 với nhiệm vụ đo độ ẩm của đất và độ mặn của nước biển trên toàn cầu Tại Mỹ,

vệ tinh SMAP (Soil Moisture Active/Passive) [81] đã được đưa vào hoạt động năm

2015, trên vệ tinh có gắn các bộ cảm tích cực và thụ động với nhiệm vụ đo độ ẩm đất trên toàn cầu, giúp cảnh báo và phòng tránh thiên tai

1.2.2 Sử dụng ảnh vệ tinh quang học trong tính toán độ ẩm đất

a) Trên thế giới

Phương pháp sử dụng bộ cảm biến từ xa để tính độ ẩm của đất dựa trên cơ sở ảnh vệ tinh chụp và ghi nhận được tính chất bề mặt đất và thực vật – các yếu tố ảnh

26

hưởng lớn tới độ ẩm của đất [65] Cùng với phạm vi phủ sóng và thời gian thu thập ảnh rộng hơn [44], việc sử dụng cảm biến từ xa với công nghệ khác nhau đã đạt được mức độ thành công khác nhau trong phản ánh tính chất của đất [37, 42, 53] Hiện tại, viễn thám tính toán độ ẩm của đất chủ yếu dựa vào hai phương pháp là viễn thám siêu cao tần và viễn thám quang học Một số nghiên cứu sử dụng viễn thám siêu cao tần chủ động hoặc viễn thám siêu cao tần thụ động để trực tiếp tính toán hàm lượng nước trong lớp đất bề mặt [77] hoặc sử dụng viễn thám quang học, nhiệt học để gián tiếp tính toán độ ẩm của đất từ các chỉ số [38, 80, 83] Kết quả từ các nghiên cứu khác nhau cho thấy có thể áp dụng viễn thám quang học vào tính toán độ ẩm của đất [46, 77] Tính toán độ ẩm của đất dựa trên độ phát xạ hoặc phản xạ che phủ của đất

Độ ẩm của đất trong viễn thám quang học được nhiều nhà khoa học tiến hành nghiên cứu bằng cách sử dụng các tỷ số các kênh phổ phản xạ từ các dữ liệu vệ tinh đa phổ khác nhau Do các chỉ số khúc xạ của đất và nước giống nhau dẫn đến sự tán xạ ánh sáng của đất và nước khó xác định cho nên phương pháp viễn thám quang học chủ yếu dựa trên sự hấp thụ của đất [65] Dựa trên sự hấp thụ bởi các phân tử nước, phổ phản xạ của đất bị giảm khi hàm lượng nước trong đất tăng, đặc biệt thể hiện rõ ở dải sóng cận hồng ngoại và hồng ngoại sóng ngắn Đây là cơ sở lý thuyết để tính toán hàm lượng của nước trong đất từ viễn thám quang học [44] Năm 1986, Musick và Pelltier đã chỉ ra độ

ẩm của đất có thể tính từ tỷ số băng phổ kênh 5 trên kênh 7 đối với ảnh Landsat TM [67] Năm 1989, Hunt và nnk đã đề xuất sử dụng những thay đổi hàm lượng nước trong lá để tính toán độ ẩm của đất [61] Hatanaka và nnk (1995) đã nhận thấy mối quan hệ vật lý giữa phản xạ phổ của kênh 5 và khả năng giữ nước theo phương trình logarit để quan trắc các độ ẩm khác nhau của đất khu vực Obihiro-shi, Nhật Bản [57] Sau đó, Chang và nnk (2001) và Liu và nkk (2003) đã tìm ra độ ẩm đất nhỏ hơn 0,25 cm3/cm3 với hệ số xác định r2 = 0,84 với sự phản xạ phổ trong dải sóng cận hồng ngoại [50, 64] Theo đó, độ ẩm của đất ở các mức độ sâu khác nhau được tính bằng cách sử dụng tỷ số kênh hồng ngoại trung (1,3 – 2,5 µm) trên cận hồng ngoại (0,7 – 1,3 µm) của ảnh Landsat 5 TM và Landsat 8 trong nghiên cứu của Welikhe và nnk năm 2017 [78] Tiếp đó, ZhiMing và nnk [83] đã phát triển mô hình quan trắc độ ẩm của đất sử dụng phổ phản xạ kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ vào năm 2007 để áp dụng cho ảnh Landsat ETM+ Năm 2008, Haubrock và nnk đã đưa ra chỉ số tính toán độ ẩm đất chiết suất từ tỷ số bước sóng 1800

và 2119 nm với hệ số tương quan r2 = 0,61 [59] Ben-Dor và nnk (2009) đã tìm ra chỉ số tính toán độ ẩm đất chiết suất từ tỷ số kênh phổ hồng ngoại sóng ngắn với bước sóng có giá trị là 1800 nm và 2100 nm có sự tương quan cao với độ ẩm đất tại khu vực nền cát và thực vật che phủ thấp [43] Theo hướng dẫn chỉ số phổ Landsat (2017), chỉ số độ ẩm

27

được tính theo tỷ lệ giữa cận hồng ngoại và hồng ngoại sóng ngắn 2 cho ảnh Landsat 8 [63] Độ ẩm của đất liên quan chặt chẽ với chỉ số nước nên Wang và nkk đã đưa ra chỉ số hạn hán đa băng (Normalized Multi-band Drought Index - NMDI) sử dụng kênh phổ với bước sóng là 1,64 µm (nhạy cảm với đất) và 2,13 µm (nhạy cảm với thực vật) để tính toán sự thay đổi độ ẩm của đất cho dữ liệu vệ tinh Modis [77, 82]

b) Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, số liệu điều tra cơ bản về độ ẩm đất chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp truyền thống, tuy có tính chính xác cao nhưng chỉ mang tính cục bộ, không có tính bao quát trên phạm vi rộng lớn Hơn nữa, độ ẩm đất có đặc tính biến đổi nhanh về không gian và thời gian cho nên việc xác định chính xác độ ẩm của đất trên diện rộng là rất khó

Trong những năm gần đây, công nghệ viễn thám đã được ứng dụng trong theo dõi giám sát độ ẩm đất Bằng phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh, ứng dụng hệ thống thông tin địa lý trong nghiên cứu độ ẩm đất đã mang lại hiệu quả về kinh tế - xã hội, quan trắc được

độ ẩm đất trên diện rộng và đặc biệt là những vùng khó tiếp cận [2] Tại Việt Nam, năm

2007 Trần Hùng đã sử dụng tư liệu MODIS thử nghiệm chỉ số mức độ khô hạn nhiệt độ - Thực vật (TVDI) để theo dõi độ ẩm đất/thực vật bề mặt và qua đó theo dõi, dữ báo hạn hán nông/lâm nghiệp cho khu vực rừng Đắc Lắc và khu vực khô hạn Bình Thuận [22] Năm 2010, Doãn Minh Chung và nnk đã sử dụng ảnh viễn thám siêu cao tần thụ động xác định độ ẩm lớp phủ thực vật che phủ [12] Năm 2013, độ ẩm đất tại khu vực đồng bằng sông Hồng đã được xây dựng từ vệ tinh MODIS và thuật toán đo độ ẩm sử dụng phổ kế siêu cao tần cho việc chuẩn hóa/kiểm định dữ liệu độ ẩm đất của vệ tinh SMAP (NASA) trong đề tài “Nghiên cứu ứng dụng viễn thám tích cực/thụ động giám sát độ ẩm vùng đồng bằng sông Hồng theo chương trình chuẩn hóa/kiểm định dữ liệu độ ẩm đất toàn cầu của NASA” [13] Nhóm tác giả Doãn Minh Chung, Võ Thị Lan Anh và nnk, 2013 đã xác định độ ẩm của đất tại vùng đồng bằng sông Hồng dựa trên nguyên tắc thu nhận các năng lượng phản xạ, phát xạ từ mặt đất – vốn mang thông tin về sự tương tác giữa năng lượng phát xạ với mặt đất sử dụng phổ kế siêu cao tần các bằng L (1.4 GHz), băng C (3.5 GHz)

và băng X (10.5 GHz) Năm 2014, tác giả Trịnh Lê Hùng đã cho thấy chỉ số khô hạn nhiệt

độ thưc vật là một công cụ hiệu quả trong việc đánh giá độ ẩm đất phục vụ công tác giám sát hạn hán trong nông – lâm nghiệp cấp khu vực [23]

1.2.3 Các công trình nghiên cứu có liên quan tại khu vực Tây Nguyên

Hạn hán là một thảm họa môi trường gây hại và ảnh hưởng tới con người nhiều hơn so với những tai biến thiên nhiên khác Theo tổ chức Khí tượng Thế giới (World

28

Meteorological Organization - WMO) và Wilhite & Glantz [80], hạn hán được phân ra

4 loại: hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thuỷ văn và hạn kinh tế xã hội Hạn hán

khí tượng (Meteorological Drought) thường được định nghĩa là sự hiếu hụt nước trong

cán cân lượng mưa, lượng bốc hơi, nhất là trong trường hợp không mưa kéo dài Hạn

hán nông nghiệp (Agricultal Drought) là sự mất cân bằng giữa hàm lượng nước thực tế

trong đất và nhu cầu nước của cây trồng Hạn nông nghiệp thực chất là hạn sinh lý được xác định bởi điều kiện nước thích nghi hoặc không thích nghi của cây trồng, của

hệ thống canh tác nông nghiệp, hay của thảm thực vật tự nhiên Hạn hán thủy văn

(Hydrological Drought) là hiện tượng các dòng chảy sông, suối thấp hơn trung bình

nhiều năm rõ rệt và mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất hạ thấp Hạn hán

kinh tế - xã hội (Soio-economic Drought) là hiện tượng nước không đủ cung cấp cho

nhu cầu của các hoạt động kinh tế xã hội

Theo tổng hợp kết quả thông kê đất đai đến ngày 1/1/2013, đất đang sử dụng vào mục đích nông nghiệp chiếm 88,29 % DTTN (4.824 nghìn ha) [1] Như vậy, hạn hán nông nghiệp có ảnh hưởng và tác động lớn tới kinh tế - xã hội ở khu vực Tây Nguyên Thông thường khô hạn xảy ra trên diện rộng trong khi đó việc quan trắc bằng các phương pháp truyền thống đang gặp khó khăn, đặc biệt ở những nước đang phát triển với những hạn chế đáng kể trong việc đầu tư cho hệ thống quan trắc, thu thập các tham số môi trường, nên khả năng dự báo với độ chính xác chưa cao, gây nhiều rủi ro trong sản xuất nông nghiệp như sự xâm nhập mặn, thiếu nước tưới và làm tăng đáng

kể khả năng cháy rừng [18] Hạn hán là một hiện tượng khắc nghiệt của thiên nhiên và thường xuyên xảy ra ở Tây Nguyên với mức độ nghiệm trọng khác nhau và ảnh hưởng tới các hoạt động kinh tế - xã hội của vùng với quy mô, mức độ và phạm vi khác nhau [18] Năm 2010, Vũ Thanh Hằng và Nguyễn Thị Trang đã phân tích hạn hán khu vực Tây Nguyên từ năm 1961 đến năm 2007 dựa trên chỉ số lượng mưa và chỉ số hạn Palmer (Palmer Drought index - PDI) [60] Nghiên cứu đã chỉ ra hạn hán khu vực Bắc Tây Nguyên có xu hướng tăng nhanh so với khu vực Trung và Nam Tây Nguyên Năm

2012, Phan Thị Thanh Hằng đã đánh giá hạn hán và biến động dòng chảy, đồng thời đưa ra các yếu tố ảnh hưởng đến hạn hán như lượng nước mưa, thảm thực vật, biến đổi khí hậu và khai thác sử dụng nước [17] Tình trạng hạn hán ở Tây Nguyên cũng đã được nhóm tác giả Nguyễn Lập Dân và nkk tiến hành nghiên cứu gắn liền với kịch bản biến đổi khí hậu năm 2013, từ kịch bản khí hậu cho thấy khu vực Bắc Tây Nguyên đến năm 2020 có 3 - 5 tháng chịu ảnh hưởng của hạn hán [14] Sử dụng ảnh MODIS để đánh giá tác động của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index – NDVI) đã được Phạm Văn Mạnh nghiên

29

cứu và áp dụng cho khu vực Tây Nguyên [25] Hạn hán ở khu vực Tây Nguyên đã được tác giả Nguyễn Hữu Quyền và nkk, 2015 đánh giá dựa trên chỉ số nước bề mặt (Land Surface Water Index - LSWI) và chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật (Temperature Vegetation Dryness Index - TVDI) từ dữ liệu ảnh MODIS cho thấy khu vực Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông nằm trong phạm vi hạn nặng và hạn vừa, các tỉnh Kon Tum, Lâm Đồng mức độ hạn nhẹ hơn, nhưng đại bộ phận diện tích nằm trong mức hạn vừa trong các năm 2012, 2013 [26] Tư liệu ảnh vệ tinh đa thời được tác giả Bùi Quang Huy và nnk, 2016 sử dụng để đánh giá nhanh mức độ khô hạn khu vực Tây Nguyên và các tỉnh Nam Trung Bộ dựa trên đồ thị tương quan giữa chỉ số thực vật NDVI với nhiệt độ

bề mặt (Land Surface Temperature - LST) và chỉ số mức khô hạn TVDI [24] Theo báo cáo trên thì tình trạng khô hạn diễn biến trên diện rộng và lớn nhất là thời điểm cuối tháng 3, năm 2016 tại Tây Nguyên và tập trung ở hai tỉnh Gia Lai và Đắc Lắk Năm 2016, nhóm tác giả Nguyễn Thị Thu Hà và nnk [56] đã đánh giá hạn hán khu vực Tây Nguyên dựa trên chỉ số hạn hán NDDI (Normalized Difference Drought Index) trong những năm xảy ra hiện tượng El Niño Nghiên cứu cho thấy diện tích chịu ảnh hưởng của hạn hán nghiêm trọng lớn nhất vào tháng 3 năm 2015 chiếm 21 % diện tích khu vực Tây Nguyên và trong những năm gần đây thì diện tích chịu ảnh hưởng của hạn hán tăng nhanh lên đến 46% DTTN năm 2015

Như vậy, để đánh giá hạn hán tại khu vực Tây Nguyên ngoài các phương pháp truyền thống như quan trắc, đo đạc, tính toán hạn hán dựa trên điều kiện thời tiết khí hậu [73] thì có thể áp dụng phương pháp viễn thám nhằm đánh giá một hạn hán cách tổng thể trên diện rộng và đồng bộ

Bên cạnh nhưng nghiên cứu đánh giá hạn hán nông nghiệp thì nhóm tác giả Lê Văn Hương và Phí Thị Thu Hoàng [19] đã tiến hành đánh giá tính dễ bị tổn thương do hạn hán đối với sự phát triển kinh tế - xã hội Tây Nguyên thông qua chỉ số nhạy cảm hạn kinh tế - xã hội (Socio-economic Drought Vulnerability Index - SDI) gây ảnh hưởng tới nông nghiệp, ở đây là cây lúa Cụ thể, chỉ số SDI được tính toán dựa trên xem xét đóng góp GDP từ các lĩnh vực phi nông nghiệp, tủ lệ lao động nông nghiệp và

đa dạng cây trồng Theo đó, Đắk Lắk là tỉnh có chỉ số SDI cao nhất, tiếp đến là Đắk Nông, Lâm Đồng, thấp nhất là Kon Tum

Thông tin về độ ẩm của đất là chìa khóa quan trọng trong việc giám sát hạn hán nông nghiệp Độ ẩm của đất cung cấp bằng chứng trực tiếp về các khu vực thiếu mưa [71] Do đó, độ ẩm của đất có mối tương quan chặt chẽ với mức độ hạn hán Dựa vào

sự phát triển của công nghệ viễn thám về bộ cảm và độ phẩm giải, trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu tiến hành sử dụng độ ẩm đất để quan trắc hạn hán

30

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 THU THẬP, TỔNG HỢP TÀI LIỆU VÀ DỮ LIỆU ẢNH SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU

Các tài liệu đã thu thập, phục vụ cho luận văn bao gồm các công trình nghiên cứu trước đây, các báo cáo kinh tế - xã hội, niên giám thống kê của tỉnh Kon Tum và tỉnh Gia Lai về các loại hình sử dụng đất và dân số Từ các tài liệu này có thể tổng hợp, tính toán và phân tích sự biến động, khái quát các yếu tố ảnh hưởng đến hạn hán và tình hình

sử dụng đất như đặc điểm khí hậu (nhiệt độ, lượng mưa), hoạt động sinh hoạt (gia tăng diện tích đất ở, mật độ dân số,…) Một số nghiên cứu về ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ giám sát độ ẩm đất và áp dụng thành công giám sát độ ẩm đất để quan trắc hạn hán ở Việt Nam và trên thế giới cũng đã được thu thập

Các tài liệu thu thập được phân loại, sắp xếp theo trình tự hợp lý nhằm phục vụ hiệu quả cho nghiên cứu Tổng hợp, phân tích, đánh giá tài liệu một cách khoa học nhằm sử dụng hiệu quả nhất những thông tin đó

2.1.2 Dữ liệu ảnh vệ tinh

Vệ tinh Landsat 8 được Mỹ phóng vào vũ trụ ngày 11/02/2013 có độ phân giải không gian ở mức trung bình và hoàn toàn miễn phí có nhiều ưu điểm và triển vọng áp dụng trong việc giải đoán và xác định biến động lớp phủ thực vật ở quy mô lớn Từ quỹ đạo cách mặt đất gần 725 km, vệ tinh Landsat 8 bay vòng quanh Trái đất mất 99 phút, bao phủ toàn bộ bề mặt Trái đất trong 16 ngày và gửi về khoảng hơn 400 ảnh mỗi ngày Ảnh Landsat được thu nhận, lưu trữ và cung cấp miễn phí cho các nhà khoa học hoặc các tổ chức có quan tâm Theo thông tin cập nhật mới nhất từ Trung tâm Khoa học và Quan sát Tài nguyên Trái đất (Earth Resources Observation and Science Center - EROS) của Hội Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (US Geological Survey - USGS)

vệ tinh đang hoạt động rất tốt, không gặp trục trặc nào và nhiệm vụ của trung tâm là