Một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự thay đổi đó là sự ph át triển của lớp phủ rừng và đê theo dõi sự biên động đó có thể dùng chi sô NDVI tách chiết từ thông tin viễn th[r]
Trang 1Bước ĐẨU NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG CỦA CHỈ số THỰC VẬT TỚI CÂN BẰNG NƯỚC Lưu vực SÔNG PHÓ ĐÁY
N g u y ễ n N gọc T h ạ c h
Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội
1 Đ ặ t v â n đ ể
Điểu tiế t nước là m ột vấn đề cần được đặc biệt quan tâm trong nghiên cứ u cân bằng nước của m ột h iu vực Vấn để n ày đã dược đề cập đến trong nhiều công trìn h khoa học [1,2,3,4] Trong các yếu tô của m ặt đệm thì thảm thực v ậ t là m ột thông sô’ h ế t sức quan trọng, có vai trò điều chinh theo thòi gian trong năm giữa các hợp phần: lượng bốc hơi, lượng nưóc bổ su n g cho dòng ngầm và lượng dòng chày m ặt v ề lý thuyết, k h i thảm rừng phát triển tôt th ì lượng dòng chảy m ùa kiệt sẽ tăng lên và dòng chày m ặt vào m ùa lũ sẽ giám
đi, nghĩa là khả nàng lũ lụt sẽ giảm đi Đế theo dõi biến động của lớp phủ rừng, có nhiều phuơng pháp nghiên cứu, trong đó viễn thám là một phương pháp hết sức có hiệu quả Với m ột lưu vực sông nhỏ, k h ả n ăn g điểu tiế t nước sẽ được căn cứ chủ yêu vào lưu hrợng nước vào m ùa kiệt trong môi liên quan đến các thông sô’ m ặt đệm [4] C hỉ s ố thực vật (Norm alized Difference Vegetation Index - NDVI) được khai thác từ tií liệu viễn thám có mối quan hệ tuyến tín h với độ che phú của rừng tự nhiên [5] Nó có th ể đuợc sử dụng làm chí số dể tín h toán khã năn g điều tiế t nước trong m ột lưu vực sông nhó Khi đó, nếu tại các khu vực rừ ng đầu nguồn có chỉ sô’ NDV1 cao thì khá n ăng điểu tiế t nước vẫn đảm bão tốt ngay cả khi lượng rmía thấp
2 K h u v ự c n g h i ê n c ử u
Sông Phó Đáy là m ột sông nhỏ b ắ t nguồn từ núi Bạch Thông (Bấc Cạn), cháy qua hai huyện Sơn Dương (tinh T uyên Quang) và Lặp Thạch (tinh Vĩnh Phúc), gặp sông Lô và sóng Hồng ở Việt T rì (hình 1) Kết q u ả đo đạc và tính toán cho th ấy các t hông số của lưu vực n hư sau: chiều dài sông 124km, chiểu dài lưu vực 99km, diện tích hứng ruíóc 1190km2, trong dó phần diện tích có khả năn g cung cấp nước cho m ùa kiệt là 1141 k m -(phần đá vôi là 42km 2),
độ cao bình quân lưu vực 24 mét., độ dốc bình qu ân lưu vực 15%, chiểu rộng b ình q uân lưu vực 23km, hệ số p h á t triển dường p hân nưỏc 2,19, hệ số đôì xứng 0,04 hệ sô' uốn khúc 1,52, mặt dộ lưới sông l,2 5 k m /k n r Khu vực đầu nguồn sông Phó Đáv là vùng "An toàn khu"
trong kháng chiến chông Pháp, có nhiều di tích Cách m ạng T rong khu vực có đồng bào của nhiều dân tộc sinh sống với sô đông là Tày Nùng, Dao, Kinh Dọc theo lưu vực, n hân dân canh tác nông lâm nghiệp n hư trồng lúa, hoa m àu, chè, mía, cây ă n quả, nuôi cá nước ngọt
và trồng rừng
Diện tích hứng nước của lưu vực sông bao gồm p h ần ph ía Nam của n ú i Bạch Thông (tinh Bắc Cạn), sườn phía Tâv của núi Tam Đào và sườn phía Đông của núi S áng Sơn (tinh Vĩnh Phúc) Độ dốc của hai sườn lưu vực khá lớn: sườn phía n ú i Tam Đào độ dốc lớn hơn lén tới 45" (hình 2a) Lốp vỏ phong hoá có dộ dày lớn nhưng không đồng đểu: n h iều nơi độ dày
Trang 2d ạt tỏi 30m, song có những nơi đá gốc vẫn lộ ra Khu vực có đá vôi chiếm diện tích không lớn (42km2) song p h ần lớn đểu được thám thực vật che phủ, ỏ các khu vực nền đá gôc không phái ílá vôi (đá granit, đã phiến sét, bột kết) đều bị phân hoá m ạnh và được che phủ bởi rừng khá tốt Ở các đỏi sinh thủy rừ ng đểu là rừng nhiệt đới lá rộng thường xanh m ưa mùa Phần chuyển tiếp và ph ần th ấp cúa lưu vực là những dài đồi hình bát úp ph ân bô theo hướng tâ y bắc - đông nam được trồng bạch dàn, keo ta i tượng và chè ở p hần th ấp là các vùng trồng cây công nghiệp ngán ngày n hư ngô, đậu và trồng lúa Đây cũng là vùng hay
bị ngập do lũ và lụt (hình 2)
Trang 3BẢN ĐÓ Đ ộ DỐC BÀN Đ ổ NG Ậ P LỤT NĂM 2002
Hình 2. B àn đồ độ dổc và bản đổ ngập lụ t lưu vực sông Phó Đáy
Lưu vực sông Phó Đáy có diện tích khoảng 119.000 ha, có cơ ch ế điểu tiết nước độc lập ơ p hần h ạ lưu, đ ập và trạm bơm Liễn Sơn là một còng trìn h th u ỷ lợi q u an trọng của tỉnh Vĩnh Phúc Hoạt động của công trìn h này hoàn toàn p hụ thuộc vào lư u lượng dòng chảy của sông Phó Đáy Công trìn h được xây dựng từ thòi P háp thuộc và đến nay vẫn hoạt, động tô't, bao gồm một đập dâng, hai k ênh dẫn và hệ thống 6 cửa đóng mở để đảm bào tưới cho 17.000 ha đ ấ t nông nghiệp của các huyện Vĩnh Tuòng, Yên Lạc, Lập Thạch, Tam Dương, Bình Xuyên thuộc tìn h Vĩnh Phúc Đập được xây dựng với đáy ờ dộ cao 14m và đinh đập ò độ cao 21,7m Hệ thống cửa đóng mở dể lấy nước vào kên h có lưu lượng dao dộng từ 3,5 đến 19,lm 3/s (sô'liệu do trạm đo th ủ y văn tại đặp Liễn Sơn cung cấp) Khi nước hạ thấp dưới mức 15m th ì cống không ho ạt động được Các sô” liệu đo đạc của trạ m sẽ là m ột cơ sở quan trọng để tín h toán cân bằng nước của lưu vực
3 K ết q u ả n g h i ê n c ử u v a i t r ò c ủ a t h ả m th ự c v ậ t đ ô i vớ i s ự đ i ể u t i ế t n ư ớ c c ù a lưu
v ự c s ô n g P h ó Đ áy
Các sô’ liệu đo của trạ m Liễn Sơn về biến đổi của lưu lượng nước giữa các th án g trong một nảm như sau:
Theo nh ữ n g số liệu q uan trắc thì lượng rmía tru n g bình n h iều năm là 1602mm (hình 3), trong những nãm gần đây có xu t h ế giám đi: năm 2002 lượng m ưa tru n g bình năm chì còn 1022mm Tuy nhiên, lưu lượng của dòng sông vào m ùa kiệt v ẫn dược d uy trì ở mức Q=350m3/s, với hiu lượng dó cống mở nước vẫn hoạt, động được ở ch ế dộ 7,6m:1/s, đám bảo đủ tưỏi cho ra u m àu vụ đông Tuy nhiên, nếu để tưới lúa thì lượng nước của đập Liễn Sơn chỉ
Trang 4Sự duy trì ó mức độ khá của lưu lượng nước vào m ùa kiệt là m ột xu th ế tích cực Một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự thay đổi đó là sự ph át triển của lớp phủ rừng
và đê theo dõi sự biên động đó có thể dùng chi sô NDVI tách chiết từ thông tin viễn thám
Chỉ sô'thực vật (Normalized Difference Vegetation Index ■ NDVI) là chỉ số khai thác từ
c ác b ăng (band) phổ trong viễn thám , được tính theo còng thức:
NDy , * Ẽ ă i z m
DN2 + DN, Trong đó: DN! là giá trị p hản xạ phổ ờ băng đò,
DNg là giá trị p hản xạ phổ ỏ băng cận bồng ngoại
Luu luọng (mỉ/giày/
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Iháng
Hình 3. Diễn biến lưu lượng nước sông các năm 1990 và 2000 đo tại trạm Liễn Sơn Giá trị NDVI dao động từ -1 đến +1, giá trị đó liên q uan đến sinh khối của thực vật Khi NDVI=+1, sinh khối được coi là có giá trị cực đại Trong xử lý GIS, người ta thường biến đổi ả n h NDVI th à n h ch ế độ 8 bit bằng cách biến đổi: NDVIBI =N D V Ixl28 để dễ sử dụng trong tín h toán các lốp thông tin ở chê độ 8 bit
Nguồn tư liệu sử dụng:
- Ành L an d sa t - TM chụp th áng 1/1990 (hình 4);
- Ành L an d sa t - TM chụp th án g 1/2000 (h ìn h 5)
Kết quả tính toán bằng các p hần mềm ILWIS 3.1 và IDRISI 32 cho th ấy (hình 4 và 5): Năm 1990, diện tích các k hu vực có chỉ số NDVI > 0,3 chiếm 42000 h a (32% tổng diện tích lưu vực) Đó là những vùng rừng được bảo vệ tô t ở huyện Sơn Dương và m ột p hần ỏ sườn núi T am Đảo Các khu vực có chỉ s ố NDVI < 0,3 là những vùng rừ ng đã bị c h ặ t phá nhiều ỏ sườn n ú i Tam Đảo và các vùng đồi thuộc phía bắc huyện Lập Thạch
Trang 5Đến năm 2000, các k hu vực có chỉ sô' NDVI > 0,3 chỉ chiếm 38000 ha (28% diện tích lưu vực), giảm khoảng 4% so với năm 1990 Đây là những khu vực rừ ng đ ả dược phục hồi tốt
ỏ sườn núi Tam Đào và n ú i Sáng Sơn, song so vối rừ ng nguyên th u ỷ th ì sinh khối vẫn bị suy giảm đ áng kể Thực t ế khi kiềm t r a thực địa cho th ấy rừ ng trồng ỏ đây ch ủ yếu vẫn là bạch đàn, mặc dù phát triển khá tốt song m ật dộ khá thưa với trà n g cây bụi
Hình 4. Ánh vệ tin h LANDSAT - TM và án h NDVI th á n g 1 nàm 1990
Hình 5. Ảnh vệ tin h LANDSAT - TM và á n h NDVI th á n g 1 năm 2000 Khi xét về quan hệ giũa chi số thực v ật và lưu lượng nitóc trong m ùa kiệt ta có dường cong tuyên tín h , quan hệ đó cụ th ê nhií sau:
Q. = ọ,hX NDVI.X —
Trang 6T rong đó: Qk là lư u lư ợ ng nước m ù a k iệ t;
Q„, là g iá t r ị lư u lư ợ n g n ư ớ c t r u n g b ì n h n h iề u n ă m ;
ND VỈ,I, là c h ỉ s ố th ự c v ậ t t r u n g b ì n h c ủ a d iệ n tíc h đ iề u t i ế t nước;
S ' l à d iệ n tíc h c ó N D V I > 0 ,3 ;
s là d iệ n tíc h c ó k h ả n à n g đ iề u t i ế t nước c ù a lư u v ự c ( k m 2)
T h e o c ô n g th ứ c t r ê n , lư u vự c s ô n g có k h ả n ă n g tạ o lư ợ n g nư ớ c v à o m ù a k i ệ t ỏ s ô n g
P h ó Đ á y là 3 5 0 m 3/s L ư u lư ợ n g n à y t ạ m đ ủ đ ể m ỏ c ố n g v à o m ù a k h ô (lư u lư ợ n g t ạ i cử a c ố n g
là 7,6 n v'/s)
T ừ c ô n g th ử c t í n h to á n ỏ t r ê n , t a c ó t h ể r ú t r a q u a n h ệ g iữ a lư u lư ợ n g n ư â c m ù a k iệ t
Qt ( m :,/sec) v à c h i s ố N D V I n h ư sau:
Qt = N D V Ilhx k
Đ â y là q u a n h ệ tu y ế n t í n h (đ ư ò n g th ẳ n g ) G ó c dô c c ủ a đ ư ò n g t h ă n g xá c đ ịn h bở i h ệ s ố
k v à p h ụ th u ộ c v à o cá c th a m sô c ủ a lư u vự c n h ít t ỳ lệ d iệ n tí c h có c h i sô N D V I > 0 3 , lư u
lư ợ n g d ò n g c h ả y n h iề u n ă m Đ ố i v ố i lư u vự c s ô n g P h ó Đ á y k = GSG.SmVsec.
4 K ế t l u ậ n
N h ữ n g n g h iê n c ứ u bước đ ầ u c h o t h ấ y có th ể sử d ụ n g c h ỉ sô N D V I k h i g iá t r ị t r u n g
b ì n h > 0 3 đ ể x e m x é t v à đ á n h g iá k h ả n ã n g đ iể u t i ế t nu ớ c c ủ a th ả m th ự c v ậ t đ ô ì v ớ i m ộ t
lư u v ự c k h é p k í n N ế u c ó tư liệ u v iễ n t h á m th ư ờ n g x u y ê n t h ì có t h ề th e o d õ i d iễ n b iế n của
t h á m th ự c v ậ t v à đ iề u c h ỉn h k ịp th ờ i k ế h o ạ c h t r ồ n g rừ n g t r o n g lư u vự c đ ể đ ả m b ả o đ iề u
t iế t n ư ổ c tố t , c u n g c ấ p nướ c d ầ y d u c h o d iệ n tíc h c ầ n tư ớ i ó h ạ lư u
C ác k ế t q u á t í n h to á n sẽ được c h í n h x á c h ơ n k h i t í n h t h ê m m ố i q u a n h ệ v ớ i c h ì s ố
đ iíờ n g c o n g C N v à h ệ sô' đ ộ n h á m n c ủ a m ặ t đ ệ m [1 ,2 ,3 ,4 ]
* Công tr in h n à y được hoàn th à n h tro n g khuôn khô Chương tr in h nghiên cứu khoa học cơ bản g ia i đoạn 2001 - 2005, đề tà i m ã sô'74.12.02.
T À I L I Ệ U T H A M K H Ả O
1 L ư ơ n g T u ấ n A n h , M ộ t mô h in h m ô phỏ n g quá tr in h m ưa ■ dòng chảy trê n các lư u vực vừa và nhỏ m iền Bắc Việt N am , L u ậ n á n T iế n s ĩ, H à N ộ i, 1996.
2 V ũ V ă n T u ấ n , M ô h ì n h h o á d ò n g c h ả y t r o n g n h ữ n g lư u v ự c c ó h o ạ t đ ộ n g n ô n g lâ m
n g h iệ p , T ậ p san K h í tượng ■ T h ủ y văn, số 1 2 (38 4)/19 94
3 N g u y ễ n T h a n h S ơ n, Ư ng dụ n g m ô h ìn h toán th u ỷ văn p h ụ c vụ q u y hoạch lư u vực sông
T rà K húc, L u ậ n v ă n T h ạ c sỹ K h o a h ọ c, H à N ộ i, 2 0 0 3
4 N g u y ễ n V ă n T u ầ n , Đ ịa lỹ th u ỳ văn, N X B Đ ạ i học Q u ốc G ia , H à N ộ i, 20 01
5 I n d ia n S p a c e R e s e a c h O r g a n iz a tio n , Issue in w ater resources development and
Trang 7VNU JOURNAL OF SCIENCE, Nat., ScL & Tech T.xx N04AP., 2004
I N I T I A L S T U D Y O N T H E I N F L U E N C E O F
N O R M A L I Z E D D I F F E R E N C E V E G E T A T I O N I N D E X
O N W A T E R B A L A N C E A T P H O D A Y B A S I N
N g u y e n N g o c T h a c h
D epartm ent o f Geography, College o f Science, V N U
W a te r s u p p ly in g i n d r y se a so n is a v e r y in t e r e s t in g p r o b le m f o r w a t e r b a la n c in g
s tu d y in s m a ll a n d m e d iu m c a t c h m e n t a re a s T h is s tu d y c o n c e n tra te s o n e x t r a c t in g th e
N D V I v a lu e s fr o m r e m o te s e n s in g d a ta s u c h as L A N D S A T - T M o r S P O T , a n d t h e n o n
d e t e r m in in g th e c o r r e la t io n b e tw e e n v e g e t a tio n w i t h N D V I v a lu e s a n d w a t e r re c h a rg e T h e
r e s u lt o f th e s tu d y s h o w s t h a t i f t h e N D V I v a lu e o f m in im u m 3 0 % o f t h e t r a n s it e d a r e a i n
th e c a t c h m e n t e x c e e d e d 0 3 t h e n th e r e g u la t io n c a p a c ity o f v e g e t a tio n w o u ld b e s tr o n g ly
e ffe c tiv e a n d i t i s a n in d e x w h ic h c a n be s to re d in t h e d a ta s e t f o r w a t e r b a la n c e s tu d y
