SỰ BIẾN ðỘNG TÀI NGUYÊN RỪNG NGẬP MẶN DO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ðỔI CƠ CẤU SẢN XUẤT KHU VỰC GIAO THỦY-NAM ðỊNH
ðiều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
1.1.1 Vị trớ ủịa lý và ủiều kiện tự nhiờn
Huyện Giao Thủy, một trong ba huyện ven biển của tỉnh Nam Định, nằm trong khu vực đồng bằng phẳng của hành lang trọng điểm vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng Huyện có hai cửa sông lớn là cửa Ba Lạt và Hà Lạn, tọa lạc ở phía đông nam tỉnh Nam Định với tọa độ địa lý từ 20˚10' đến 20˚21' vĩ độ Bắc và từ 106˚21' đến 106˚35' kinh độ Đông Giao Thủy cách thành phố Nam Định khoảng 45 km, với các trục giao thông chính là quốc lộ 21 và các tỉnh lộ 489, 481.
Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu
Phắa đông - Bắc giáp với tỉnh Thái Bình
Phía Tây Bắc giáp với huyện Xuân Trường
Phía Tây giáp với huyện Hải Hậu
Phắa Nam - đông Nam giáp với biển đông
Diện tích tự nhiên của huyện Giao Thuỷ là 23.206,58 ha, chiếm 14,17% tổng diện tích tỉnh, đứng thứ ba sau Nghĩa Hưng và Ý Yên Huyện có 20 xã và 2 thị trấn, trong đó có 9 xã ven biển, với hệ thống giao thông thuỷ và bộ phát triển mạnh mẽ, hỗ trợ cho kinh tế - xã hội và khoa học - kỹ thuật Địa hình tương đối bằng phẳng, có xu hướng thấp dần từ Bắc xuống Nam, chia thành hai vùng chính: vùng nội đồng và vùng bồi ven biển Đất đai màu mỡ tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển nông nghiệp, đặc biệt là trồng trọt Với 32 km bờ biển và ngư trường rộng lớn, Giao Thuỷ có tiềm năng lớn cho ngành thuỷ sản và du lịch Địa tầng khu vực khảo sát thuộc vùng có cấu trúc địa chất đơn giản, bao gồm các trầm tích sông, hồ, đầm lầy và trầm tích biển.
Khí hậu huyện Giao Thuỷ mang đặc trưng của khí hậu miền Bắc với mùa hè nóng ẩm và mùa đông lạnh, có bốn mùa rõ rệt Nhiệt độ trung bình mùa hè đạt 27.8˚C, trong khi mùa đông là 19.5˚C Năm 2008, nhiệt độ trung bình năm ghi nhận là 24.2˚C, với tháng 7 là tháng nóng nhất và tháng Giêng là tháng lạnh nhất Mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 10, và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, với lượng mưa trung bình khá lớn.
Khu vực có lượng mưa hàng năm dao động từ 400mm đến 1800mm, với khoảng 143 ngày mưa trong năm, đặc biệt tháng 9 có lượng mưa trung bình cao nhất Độ ẩm trung bình năm 2008 đạt 82%, trong đó tháng 3 có độ ẩm cao nhất là 92%, còn tháng 11 có độ ẩm thấp nhất là 73% Về gió, khu vực này chủ yếu chịu ảnh hưởng của gió mùa, với gió đông nam vào mùa hè và gió bắc - đông bắc vào mùa đông Tốc độ gió trung bình năm là 1,8 m/s, đạt 2 m/s trong tháng 7 (tháng nóng nhất) và giảm xuống 1,7 m/s trong tháng 12 (tháng lạnh nhất) Huyện Giao Thủy được bao bọc bởi hai sông chính, tạo nên đặc điểm thủy văn phong phú.
Huyện Giao Thuỷ có bờ biển dài khoảng 32 km và hàng năm mở rộng ra biển khoảng 200 ha nhờ bồi đắp phù sa từ hai cửa sông lớn Ba Lạt và Hà Lạn Sông Hồng, là ranh giới tự nhiên giữa tỉnh Nam Định và Thái Bình, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam và đổ ra biển tại cửa Ba Lạt Mực nước sông Hồng thay đổi theo mùa, cao nhất vào tháng 8 đạt 481 cm và thấp nhất vào tháng 4 chỉ còn 10 cm Ngoài ra, còn có hệ thống sông nhỏ và kênh tưới tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp Sông Sò cũng là ranh giới tự nhiên giữa huyện Xuân Trường, Giao Thuỷ và Hải Hậu, bắt nguồn từ sông Hồng và chảy ra cửa Hà Lạn Mạng lưới giao thông đường thuỷ tại huyện Giao Thuỷ rất phát triển.
Hệ thống sông ngòi của huyện có đặc điểm nhật triều, với mạng lưới sông ngũi, kờnh mương giúp cải thiện quá trình thau chua và rửa mặn trên ruộng Dòng chảy của sông Hồng kết hợp với chế độ triều cường đã bồi tụ vùng cửa sông, tạo nên các bãi bồi lớn như Cồn Lu và Cồn Ngạn.
1.1.1.4 Tài nguyên thiên nhiên a Tài nguyờn ủất ðất của huyện là vựng ủất trẻ dược hỡnh thành do sự bồi lắng của sụng Hồng nờn rất màu mỡ ðất 2 lỳa ủó cho năng xuất lỳa trờn 130 tạ/ ha/ năm, vựng ủất ngập mặn trải qua nhiếu thập kỷ ủó cú diện tớch trờn 6000 ha là ủất phự sa bồi ủó ủưa vào trồng rừng phũng hộ và nuụi trồng thuỷ sản trờn 50% diện tớch, trong ủú nuụi trồng thuỷ sản 2085 ha và ủó cho sản lượng 4.400 tấn thuỷ sản (năm 2007) Một số diện tớch hiện ủang trồng lỳa ven ủờ sụng Sũ và ủờ biển cú thể chuyển ủổi sang nuụi trồng thuỷ sản cho giá trị kinh tế cao
Bảng 1.1 Quỹ ủất huyện Giao Thủy-Nam ðịnh năm 2010
Loại ủất Diện tớch(ha) Tỉ lệ % ðất nông nghiệp 9778.31 41.04 ðất lâm nghiệp 2482.60 10.42 ðất chuyên dùng 2768.56 11.62 ðất ở 1169.64 4.91 ðất chưa sử dụng 1156.08 4.85
Huyện Giao Thủy, Nam Định, sở hữu nguồn tài nguyên nước phong phú, bao gồm nước mặt từ hệ thống sông Hồng và sông Sũ, cung cấp đủ nước tưới cho các loại cây trồng Ngoài ra, lượng mưa trung bình từ 1800 đến 2500 mm hàng năm không chỉ đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt cho cư dân mà còn giúp thau chua, rửa mặn cho đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp.
Huyện Giao Thủy, Nam Định, năm 2010, có nguồn nước mặn phục vụ cho sản xuất muối và nước ngầm phục vụ sinh hoạt Vùng bãi bồi ven biển Cồn Lu, Cồn Ngạn sở hữu hơn 2000 ha rừng ngập mặn, được công nhận là khu bảo tồn thiên nhiên theo Công ước Quốc tế Ramsar Khu vực này hiện là vườn Quốc Gia, là nơi trú ngụ của hơn 100 loài chim, trong đó có 6 loài hiếm, được coi là “Ga chim Quốc tế” lớn ở Đông Nam Á Tuy nhiên, theo điều tra của Tổng cục Địa chất, khoáng sản tại huyện Giao Thủy lại nghèo nàn về trữ lượng và chủng loại.
+ Khoáng sản: Sa khoáng Titan (ilmenit) tập trung chủ yếu ở 2 cửa biển Ba Lạt, Hà Lạn ủó và ủang ủược ủầu tư khai thỏc
Các nguyên liệu sỏi hiện nay đang được nghiên cứu sơ bộ, tuy nhiên vẫn chưa có đánh giá chính xác về quy mô, trữ lượng và chất lượng Chủ yếu, sỏi được sử dụng để sản xuất gạch, ngói và nằm rải rác tại các bãi bồi ven sông Hồng và sông Sò, đặc biệt tại các khu vực như thị trấn Ngô Đồng, Giao Thịnh, và Hồng Thuận.
Cát xây dựng chủ yếu tập trung ở lòng sông Hồng với trữ lượng không ổn định, hàng năm khoảng 100.000 m³ cát được bồi lắng tự nhiên Thủy - hải sản là tiềm năng phát triển mạnh nhất của huyện, với sự đa dạng và phong phú của các loài thủy sản Khu vực này còn được thiên nhiên ưu ái với hệ thực vật đa dạng tại vườn quốc gia Xuân Thủy, nơi có hơn 100 loài được tổ chức quốc tế Ramsar công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới.
1.1.2 ðiều kiện kinh tế - xã hội huyện Giao Thủy
1.1.2.1 Tăng trưởng kinh tế và chuyển dịch cơ cấu kinh tế a Tăng trưởng kinh tế ðời sống nhõn dõn trong những năm qua tăng nhanh, thu nhập bỡnh quõn ủầu người những năm gần ủõy cú nhiều thay ủổi lớn, thu nhập bỡnh quõn ủầu người năm
Năm 2008, thu nhập bình quân đầu người đạt 5,914 triệu đồng Trong những năm qua, bên cạnh việc phát triển công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, huyện đã chú trọng mở rộng các khu du lịch và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Kinh tế huyện tiếp tục có tốc độ tăng trưởng khả quan, với sự chuyển biến tích cực trong cơ cấu kinh tế, cơ cấu cây trồng và vật nuôi trên địa bàn.
Năm 2008, huyện đạt tốc độ tăng trưởng GDP 12%, với tổng nguồn vốn đầu tư phát triển lên tới 259 tỷ đồng, tăng 9,3% so với năm 2007 Tỷ lệ hộ nghèo theo tiêu chí mới giảm xuống còn 7,5%, đồng thời tạo ra 4.000 việc làm mới, trong đó tỷ lệ lao động qua đào tạo đạt 35%.
Trong những năm từ 1995 - 2009, nền kinh tế của huyện vẫn duy trỡ ủược khả năng tăng trưởng khỏ nhanh và tương ủối bền vững Cơ cấu ngành nụng nghiệp
- thuỷ sản năm 1995 chiếm 53,24%, năm 2000 tăng lên 54,36%, năm 2005 chiếm 52,24 ủến năm 2009 giảm xuống cũn 48,68%
Công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, xây dựng tăng nhanh, năm 1995 chiếm 7,54%, năm 2000 tăng lờn 9,46%; ủến năm 2005 tăng lờn 13,19%; 2009 tăng lờn chiếm 13,62%
Ngành dịch vụ trờn ủịa bàn huyện trong những năm vừa qua cú xu hướng tăng nhanh, cơ cấu ngành dịch vụ năm 1995 là 35,74%; 2000 là 36,18% ủến năm
Bảng 1.2 Cơ cấu kinh tế huyện Giao Thủy từ năm 1995-2009
(Nguồn: Phòng thống kê huyện)
1.1.3 Thực trạng phát triển các ngành kinh tế
1.1.3.1 Ngành kinh tế nông nghiệp - thủy sản a Về thuỷ - hải sản: Tổng sản lượng thuỷ hải sản ủạt 21.800 tấn, tăng 20,9% so với năm 2007 và ủạt 102,3% kế hoạch, trong ủú khai thỏc 7.800 tấn, nuụi trồng 14.000 tấn Toàn huyện sản xuất ủược 94 triệu tấn tụm giống cỏc loại, ủạt 78,3% kế hoạch; 2,52 triệu cua biển; 3,5 vạn cá bống bớp, khai thác 700 tấn ngao giống tự nhiên, duy trì ủa dạng sinh thỏi Vườn Quốc gia Xuõn Thuỷ
Tổng quan về sự biến ủộng tài nguyờn rừng ngập mặn do quỏ trỡnh chuyển ủổi cơ cấu sản xuất trên thế giới và ở Việt Nam
Rừng ngập mặn chiếm khoảng 75% bờ biển của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, với tổng diện tích toàn cầu lên tới 15,5 triệu ha Khu vực Ấn Độ - Thái Bình Dương là nơi có rừng ngập mặn phong phú nhất, với khoảng 6,9 triệu ha Bănglađesh sở hữu vùng rừng ngập mặn lớn nhất thế giới, rộng khoảng 600.000 ha Những khu rừng này không chỉ là nơi sinh sống của hàng triệu người, mà còn là nguồn sống thiết yếu cho nhiều cộng đồng nghèo phụ thuộc vào tài nguyên tự nhiên của chúng.
Trong vài thập kỷ qua, rừng ngập mặn đã bị tàn phá nghiêm trọng do khai thác quá mức và chuyển đổi mục đích sử dụng Từ năm 1900, khoảng 50% diện tích rừng ngập mặn toàn cầu đã bị mất, trong đó 35% diễn ra chỉ trong hai thập kỷ qua Sự suy giảm này là kết quả của áp lực tự nhiên và hoạt động của con người, đe dọa đến các cộng đồng dân cư ven biển trên toàn thế giới Hoạt động của con người là nguyên nhân chính gây ra sự suy thoái và tổn thất cho hệ sinh thái rừng ngập mặn toàn cầu.
Rừng ngập mặn (RNM) là một hệ sinh thái quan trọng, ảnh hưởng lớn đến khí hậu vùng ven biển nhiệt đới và cận nhiệt đới, cung cấp nhiều nguồn tài nguyên quý giá như gỗ và cá, đồng thời đóng vai trò thiết yếu trong việc hấp thu khí cacbonic, điều hướng sông ven biển và phòng chống xói mòn Đông Nam Á chiếm 1/3 tổng diện tích RNM toàn cầu, với sự phong phú và đa dạng về chủng loại, chủ yếu tập trung ở Thái Lan và Indonesia Tuy nhiên, RNM đang ngày càng khan hiếm do tác động tiêu cực của sự phát triển kinh tế Từ năm 1961 đến 1986, diện tích RNM của Thái Lan đã giảm một nửa, chủ yếu do chuyển đổi mục đích sử dụng sang nuôi trồng thủy sản (64,3%), phát triển đô thị (26,3%), làm muối (6,2%) và khai thác mỏ thiếc (3,2%) Đến năm 1992, diện tích RNM còn lại chỉ còn 1652 km², chủ yếu tập trung ở miền Nam Thái Lan.
Nhiều khu vực ven biển đang phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng từ việc phát triển đô thị và công nghiệp, dẫn đến việc mất hơn 50% diện tích rừng ngập mặn do các hoạt động của con người Rừng ngập mặn bị khai thác quá mức hoặc chuyển đổi sang các mục đích sử dụng khác như nuôi trồng thủy sản, làm muối, và xây dựng hạ tầng Diện tích rừng ngập mặn đã giảm từ 20% đến 75% tại nhiều quốc gia châu Á và vùng biển Caribê Ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương, tốc độ suy giảm rừng ngập mặn ước tính khoảng 1% mỗi năm, trong đó nuôi trồng thủy sản được xác định là nguyên nhân chính gây mất rừng ngập mặn, đặc biệt ở Đông Nam Á Chẳng hạn, từ năm 1951 đến 1988, khoảng một nửa trong số 279.000 ha rừng ngập mặn tại Philippines đã bị mất do chuyển đổi sang ao nuôi tôm, với 95% ao nuôi trước đây là rừng ngập mặn Sự chuyển đổi mục đích sử dụng này đã gây suy thoái nghiêm trọng cho hệ sinh thái ven biển, ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của cư dân và tác động đến biến đổi khí hậu toàn cầu.
Từ những năm 60 của thế kỷ 20, sự xuất hiện của vệ tinh nhân tạo đã thúc đẩy kĩ thuật không gian phát triển mạnh mẽ, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học hiện đại Kỹ thuật thám trắc bằng vệ tinh đã hình thành hệ thống quan trắc toàn cầu, mở rộng phạm vi và nội dung quan sát Công nghệ viễn thám cung cấp dữ liệu cho nhiều lĩnh vực như thiên văn, khí tượng, địa chất, địa lý, hải dương, nông nghiệp, lâm nghiệp, quân sự, thông tin, hàng không và vũ trụ Tại Mỹ, các ảnh vệ tinh như Modis, Aster, Landsat, Ikonos và SPOT được sử dụng để phân tích và mô hình hóa trong quản lý tài nguyên môi trường Ở Thái Lan, ảnh vệ tinh Landsat TM/MSS được áp dụng để nghiên cứu biến đổi diện tích tài nguyên môi trường qua các năm, trong khi Malaysia sử dụng Landsat 7 ETM+ để giám sát biến động tài nguyên môi trường Ngoài ra, phân tích dữ liệu ảnh IRS 1C LISS3 từ ngày 8/3/1999 khu vực Đông Bắc Ấn Độ đã được thực hiện để lập bản đồ sử dụng đất và bản đồ tài nguyên môi trường thông qua phương pháp phân loại có kiểm định kết hợp với phân tích mối quan hệ giữa chỉ số thực vật và các tham số thống kê.
Một dự án thiên về nghiên cứu công nghệ trong quản lý RNM của Mỹ năm
Năm 2003, COCATRAM đã đề cập đến nhiều vấn đề quan trọng liên quan đến hiện trạng tài nguyên nước mặn (RNM) và các yếu tố kinh tế xã hội ảnh hưởng đến sự phát triển của RNM Bên cạnh đó, bài viết cũng nêu ra các phương án kỹ thuật môi trường phù hợp trong quản lý RNM tại khu vực Mỹ Latinh và Caribe.
Nghiên cứu toàn cầu đã chỉ ra tầm quan trọng của việc bảo vệ RNM, cho thấy rằng loại dữ liệu vệ tinh được sử dụng phụ thuộc vào quy mô và mục đích nghiên cứu Các dữ liệu vệ tinh có độ phân giải cao như IKONOS và Quickbird cung cấp thông tin chi tiết, trong khi các dữ liệu với độ phân giải thấp hơn như SPOT và Landsat cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.
Việt Nam có bờ biển dài 3.260 km, nằm trong vùng nhiệt đới, hàng năm phải đối mặt với nhiều cơn bão và triều cường gây thiệt hại lớn Trước đây, các dải rừng ngập mặn tự nhiên và rừng trồng ven biển đã giúp bảo vệ tính mạng và tài sản của người dân khỏi thiên tai Tuy nhiên, trong những năm qua, việc phá rừng nội địa gia tăng đã tạo điều kiện cho lũ lụt, sạt lở đất xảy ra ở nhiều nơi Bên cạnh đó, nạn phá rừng ngập mặn để phát triển nuôi trồng thủy sản, khu công nghiệp, và du lịch đã dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng diện tích rừng ngập mặn, từ 408.500 ha vào năm 1943 xuống mức thấp hơn sau 40 năm.
Từ năm 1983 đến năm 2000, diện tích rừng ngập mặn giảm mạnh, chỉ còn khoảng 42% so với năm 1983, tương đương 171.000ha Trong khi đó, diện tích nuôi tôm ở vùng đồng bằng sông Cửu Long lại tăng đáng kể, lên tới 3.500% trong khoảng thời gian này Việc phá rừng ngập mặn để phát triển nuôi tôm đã diễn ra mạnh mẽ trong 10 năm tiếp theo.
Trong 63 năm qua, diện tích rừng ngập mặn (RNM) tại Việt Nam đã giảm 198.760 ha, tương đương 49% tổng diện tích RNM năm 1943 Đến năm 2006, diện tích RNM chỉ còn 51% so với năm 1943, cho thấy tốc độ mất rừng ngập mặn ở Việt Nam rất cao, khoảng 3.100 ha mỗi năm.
Bảng 1.3 Diện tích rừng ngập mặn Việt Nam qua các năm
(Trích nguồn Bộ Tài nguyên và Môi trường 2006)
Hiện nay, trong tổng diện tích 65.963 ha rừng ngập mặn, khoảng 32.870 ha đã bị suy thoái, không còn khả năng bảo vệ chức năng phòng hộ Trong số 209.740 ha rừng, chỉ có khoảng 152.000 ha rừng trồng (chiếm 72,5% tổng diện tích rừng ngập mặn của cả nước) với chất lượng kém về mật độ, chiều cao, đường kính, thành phần loài và trữ lượng Điều này dẫn đến giá trị phòng hộ và kinh tế rất thấp, gây ra tình trạng sụt lở bờ biển, cửa sông diễn ra nghiêm trọng trong những năm qua Ước tính thiệt hại hàng năm do bão gây ra từ 1.767 tỉ đến 5.098 tỉ đồng, trong đó năm 2006 thiệt hại lên đến 18.700 tỉ đồng.
Chính phủ Việt Nam đã nhận thức rõ tầm quan trọng của rừng ngập mặn đối với tài nguyên thiên nhiên, kinh tế và xã hội, do đó đã chú trọng đến việc trồng lại rừng ngập mặn ngay sau khi thống nhất đất nước Một trong những nỗ lực nổi bật là phục hồi rừng ngập mặn tại Cần Giờ, thuộc huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh.
Từ một vùng rừng ngập mặn trù phú với diện tích gần 40.000ha vào những năm
Năm 1940, do bị phỏ hủy bằng thuốc diệt cỏ và chất làm rụng lá trong chiến tranh, diện tích rừng ngập mặn (RNM) đã trở thành một vùng đất hoang với 35.000 ha, trong đó 4.500 ha chỉ toàn cỏ dương xỉ (Acrostichum) (Dao P.T.A 2000) Đến năm 1989, Việt Nam trở thành thành viên thứ 50 trên thế giới và là quốc gia đầu tiên ở Đông Nam Á ký Công ước quốc tế về các vùng đất ngập nước (Công ước Ramsar) Nhiều công trình nghiên cứu về RNM đã được thực hiện, như nghiên cứu của Vũ Đình Thảo về khả năng sử dụng ảnh vệ tinh để lập bản đồ phân bố các loại hình đất ngập nước ở Việt Nam Nhóm nghiên cứu của Lê Xuân Tuấn, Munekage Yukihiro, Quan Thị Quỳnh Dao, Nguyễn Hữu Thọ, Phan Thị Anh Đào (2002) đã chỉ ra ba vấn đề quan trọng: chất lượng môi trường trong khu vực RNM bị ảnh hưởng bởi sự phát triển kinh tế xã hội, việc sử dụng RNM, và vấn đề quản lý môi trường phù hợp Đồng thời, các tác giả Martin Bessland, Ferdinand Bonn và Phạm Văn Cự đã sử dụng phương pháp viễn thám và phân tích không gian GIS để chứng minh tác động của rừng ngập mặn đối với sự thay đổi RNM trong giai đoạn 1986-2001 Tương tự, nghiên cứu của Phạm Thị Thanh Hiền, Martin Bessland, Ferdinand Bonn, Kalifa Goita, Jean-Marie Dubois và Phạm Văn Cự đã đánh giá mối quan hệ giữa sự biến đổi lớp phủ (chỉ trọng đến RNM) với các rừng ngập mặn ở hai huyện Giao Thủy (Nam Định) và Tiền Hải (Thái Bình) bằng cách sử dụng tư liệu ảnh Landsat.
Vai trũ của rừng ngập mặn ủối với mụi trường và hệ sinh thỏi miền biển…
1.3.1 Khái niệm về thực vật ngập mặn, rừng ngập mặn
Cú rất nhiều quan ủiểm về rừng ngập mặn (RNM), sau ủõy là 2 khỏi niệm phự hợp nhất trong ủiều kiện của Việt Nam
Thực vật ngập mặn (Mangroves) là loại thực vật sinh trưởng trong vùng triều lên triều xuống, có khả năng thích nghi cao với môi trường nước biển Chúng phát triển mạnh mẽ ở những khu vực có điều kiện khắc nghiệt, thể hiện sự sống bền bỉ và độc đáo của hệ sinh thái này (Peter J, 1999).
Rừng ngập mặn (RNM) là một trong những loại rừng quý hiếm trên thế giới, thường xuất hiện dọc theo bờ biển nhiệt đới và cận nhiệt đới RNM là hệ sinh thái ngập nước, bao gồm cây ngập mặn và động vật có khả năng sống trong điều kiện khu vực bị ngập nước biển Theo Dr Peter J Bryant, RNM được chia thành hai loại chính.
- RNM ven biển – tỡm thấy ở giữa ủại dương và ủất liền trong ủiều kiện mặn
- RNM ven sụng – thấy ở dọc bờ sụng trong ủiều kiện nước ngọt
Cây ngập mặn (CNM) phát triển ở khu vực chuyển tiếp giữa môi trường biển và đất liền, và sự tồn tại cũng như phân bố của chúng chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố sinh thái Tuy nhiên, hiện chưa có sự đồng thuận về vai trò và mức độ tác động của từng yếu tố này Một thách thức lớn là các loài CNM có khả năng thích nghi rất rộng với điều kiện khí hậu, đất, nước và độ mặn Do đó, việc dựa vào một khu vực phân bố cụ thể để đánh giá tác động của môi trường có thể không áp dụng được cho các vùng khác hoặc không thể suy ra tính chất chung cho thảm thực vật này (Phan Nguyên Hồng, 1999).
1.3.2 Khái quát về thành phần và sự phân bố của hệ thực vật trong vùng rừng ngập mặn Giao Thủy-Nam ðịnh
1.3.2.1 Phõn bố ủịa lý và diễn thế quần xó cõy ngập mặn vựng ven biển Việt Nam
Dựa vào yếu tố địa lý, khảo sát thực địa và một phần kết quả ảnh viễn thám, P.N.Hồng (1991, 1993) đã chia rừng ngập mặn (RNM) Việt Nam thành 4 khu vực và 12 tiểu khu.
Khu vực I: ven biển đông Bắc, từ mũi Ngọc - mũi đồ Sơn
Khu vực II bao gồm ven biển ủồng bằng Bắc Bộ, trải dài từ mũi Đồ Sơn đến mũi Lạch Trường Khu vực III nằm ở ven biển Trung Bộ, kéo dài từ mũi Lạch Trường đến mũi Vũng Tàu Cuối cùng, khu vực IV là ven biển Nam Bộ, từ mũi Vũng Tàu đến mũi Nải, Hà Tiên.
Huyện Giao Thủy, Nam Định, nằm trong khu vực II, do đó có sự phân bố địa lý đặc trưng và các loại cây rừng ngập mặn phong phú.
1.3.2.3 Một số ủặc ủiểm ủất ngập mặn khu vực Giao Thủy-Nam ðịnh ðất ủai toàn vựng cửa sụng Hồng núi chung ủược thành tạo từ nguồn sa bồi (phù sa bồi lắng) của toàn bộ hệ thống sông Hồng Vật chất bồi lắng bao gồm 2 loại hỡnh chủ yếu: bựn phự sa (cố kết dần trở thành lớp ủất thịt) và cỏt lắng ủọng (tớch ủọng và di ủộng do ngoại lực trở thành giồng cỏt) Mức ủộ cố kết khỏc nhau của loại ủất thịt và mức ủộ nõng cao trỡnh giồng cỏt ủó tham gia vào sự khỏc biệt chi tiết của những loại tầng ủất và phõn bố ủất Lớp phự sa ủược dũng chảy vận chuyển và bồi lắng hỡnh thành lớp thổ nhưỡng cửa sụng ven biển ủược xỏc ủịnh bởi lớp thổ nhưỡng ven châu thổ với những loại hình :
- ðất nhẹ, cát pha và thịt nhẹ, phần nhỏ cát thuần
- ðất trung bình, thịt trung bình
- ðất nặng từ thịt nặng ủến ủất sột (sột cố kết)
Những nhúm ủất chưa ổn định bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi nhật triều, sóng, dòng lũ và dòng chảy ven bờ, với cấu trúc bùn lỏng và chưa cố kết Tầng dưới dần ổn định và hình thành tầng B, trong khi tầng trên không dày quá 20 cm Rừng ngập mặn đóng vai trò quan trọng trong việc cố định lớp ủất, nâng cao cốt cao trình ven biển Lượng phù sa tại cửa Ba Lạt trung bình là 1,8 gram trong 1 lít nước, tạo điều kiện cho sự hình thành các cồn ủất bồi lắng theo hướng Tây Nam Độ pH của lớp ủất khá ổn định (từ 7,2 - 7,6) và mức độ nhiễm mặn với mật độ NH biến động từ 17,2-20 miligam trong 100 gram ủất lấy mẫu Đất bùn lỏng hay ủất ủó cố định giàu dinh dưỡng, thích hợp cho nhiều loài cây ngập mặn (Mangrove), thể hiện mối quan hệ chặt chẽ giữa thổ nhưỡng và quần thể rừng ngập nước, hình thành hệ sinh thái đặc trưng của vùng cửa sông ven biển Tại huyện Giao Thủy - Nam Định, vườn Quốc gia (VQG) Xuân Thủy là đại diện tiêu biểu cho vùng ủất ngập nước với các loại ủất cụ thể của khu vực.
Vùng lũ lụt có diện tích 7.100 ha, bao gồm 3.100 ha đất nổi và 4.100 ha đất ngập nước Trong đó, có 948 ha đất cỏ và cỏ pha, 2.152 ha đất thịt và đất sỏi Khu vực này cũng bao gồm 1.855 ha rừng ngập mặn và 93 ha rừng phi lao (chi tiết xem phụ lục).
Vựng ủệm có diện tích rộng 8.000 ha, trong đó 1.407 ha là vùng ngập nước, 6.593 ha là vùng ủất nổi, 220 ha là ủất cỏt pha, 6.373 ha là ủất thịt và sột, 1.724 ha là rừng ngập mặn, và 6 ha là rừng phi lao (chi tiết xem phụ lục).
Bảng 1.4 Thống kờ diện tớch cỏc loại ủất ủai ở VQG Xuõn Thủy ðất thịt + sét ðất cát & cát pha Tổng số
Khu vực ðất còn ngập nước thường xuyên và sông lạch
Tổng Có phi lao ðất trống
Tổng Có rừng ðất trống Tổng
( Nguồn: Quy hoạch VQG Xuân Thủy năm 2007) 1.3.2.4 ðặc ủiểm rừng ngập mặn khu vực Giao Thủy-Nam ðịnh a Số lượng và thành phần loài :
Theo kết quả ủiều tra của TS.Phan Kế Lộc & TS Nguyễn Tiến Hiệp ( Một số dẫn liệu về thực vật ở KBT XT, thỏng 9/1998) ủó phỏt hiện 95 loài
Có các ngành: Khuyết thực vật – Psilotophyta (6 loài) Thực vật hạt kín
Angiospermae có 109 loài, trong đó Thực vật hai lá mầm (Dicotyledones) chiếm 85 loài và Thực vật một lá mầm (Monocotyledones) có 34 loài Mặc dù tổng số loài khá đa dạng với 116 loài, nhưng chỉ có 42 họ và 99 chi thực vật Trong đó, 24 họ chỉ có 1 loài, 6 họ có 2 loài, 4 họ có 3 loài, 2 họ có 4 loài, và 6 họ còn lại có từ 5 loài trở lên Họ Cỏ (Poaceae) có số loài lớn nhất với 18 loài, tiếp theo là họ Cỳc (Compocitae) với 14 loài, họ Cúi (Cyperaceae) có 10 loài, và họ đậu (Leguminosae) với 8 loài Các loài cây gỗ ở rừng ngập mặn thường mọc tự nhiên theo kiểu thuần loài, dẫn đến sự nghèo nàn về thành phần loài VQG Xuân Thủy có 14 loài cây gỗ, trong đó chỉ có
6 loài tham gia vào rừng ngập mặn và rừng phi lao tập trung, ủú là cỏc loài: Mắm biển, Sú, Vẹt dù, Trang, ðước và Phi lao
Hình 1.6.b Cây RNM họ Mắm
(Avicenniaceae) Hình 1.6.c Cây RNM họ Sú
(Aegiceras corniculatum) Hình 1.6.a Cây RNM họ Bần (Sonneratia) thuộc VQG Xuân Thủy b Diện tích & phân bố của các loại rừng :
Vườn Quốc gia Xuân Thủy là nơi có khoảng 25 loài thực vật thích ứng với điều kiện sống ngập nước, tạo nên hơn 3000 ha rừng ngập mặn Ngoài ra, tại Cồn Lu, gần 100 ha rừng phi lao cũng góp phần vào hệ sinh thái đa dạng của khu vực này.
Bảng 1.5 Diện tích các loại rừng & bãi bồi ở Vườn quốc gia XuânThủy
Hạng mục Diện tớch ủầm tụm
Bãi bồi cồn cát trống Có
Tổng DT không kể ủất khỏc
Rừng ngập mặn (RNM) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên, góp phần duy trì sự cân bằng sinh thái Chúng không chỉ cung cấp môi trường sống cho nhiều loài động thực vật mà còn giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu và bảo vệ bờ biển khỏi xói mòn RNM cũng có khả năng hấp thụ carbon, từ đó cải thiện chất lượng không khí và hỗ trợ trong việc điều hòa khí hậu khu vực.
Hình 1.6.d Cây RNM họ ðước
Hình 1.6.c Cây RNM họ Chi Dà
Cây ngập mặn (CNM) là một loại tài nguyên thiên nhiên có khả năng tái tạo, đồng thời là nơi cư trú và cung cấp dinh dưỡng cho nhiều loài sinh vật khác Hệ sinh thái ngập mặn không chỉ hỗ trợ sự tồn tại và phát triển phong phú của các quần thể sinh vật cửa sông ven biển, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn đa dạng sinh học cho vùng biển ven bờ.
Rừng ngập mặn là hệ sinh thái có tính đa dạng sinh học cao nhờ vào sự chuyển tiếp giữa môi trường biển và đất liền Lượng mùn bã phong phú trong rừng cung cấp nguồn thức ăn dồi dào cho nhiều loài động vật nước, đồng thời là nơi nuôi dưỡng các loài hải sản có giá trị kinh tế như tôm biển, cua, cá bớp, sò, ngán, và ốc hương Ngoài ra, rừng ngập mặn còn là nơi cư trú và kiếm ăn của nhiều loài bò sát quý hiếm như cá sấu và kỳ nhông hoa Hệ thực vật trong rừng cũng phong phú với các loài như rỏi cỏ và khỉ đuôi dài Đặc biệt, đây là nơi làm tổ, kiếm ăn và trú ẩn của nhiều loài chim nước và chim di cư đang bị đe dọa tuyệt chủng.
Nguyờn nhõn, hậu quả của sự biến ủộng RNM Giao Thủy-Nam ðịnh
RNM vùng ven biển đang đối mặt với tình trạng suy thoái nghiêm trọng, trải qua nhiều giai đoạn khác nhau Sự biến động này chủ yếu do hai yếu tố: các yếu tố tự nhiên và các hoạt động kinh tế - xã hội, cùng với những hậu quả mà chúng gây ra Vấn đề này có thể được khái quát theo sơ đồ sau (hình 1.8).
1.4.1 Yếu tố tự nhiờn ảnh hưởng ủến biến ủộng RNM
Sóng biển, thủy triều và dòng chảy là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình bồi tụ, lắng đọng và xói lở bờ biển Trong đó, dao động mực nước thủy triều đóng vai trò then chốt trong việc điều chỉnh sự biến động của hệ sinh thái ven biển.
Khu vực thuộc chế độ "Nhật triều" có chu kỳ thủy triều khoảng 25 giờ, với biên độ thủy triều lớn, trung bình từ 150-180 cm Thủy triều cao nhất đạt 4,5 m và thấp nhất chỉ 0,03 m.
Ven biển huyện Giao Thủy, Nam Định, có hướng bờ Bắc – Nam và chịu tác động mạnh mẽ từ gió mùa đông Bắc trong mùa đông Vào mùa hè, sóng ven biển chủ yếu đến từ hướng đông nam và nam, nhờ vào vị trí khuất gió của huyện Giao Thủy Tác động của sóng biển đã dẫn đến quá trình xói lở, ảnh hưởng đến các đối tượng trong khu vực ven biển và trong rừng ngập mặn Dòng bùn cát cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Các yếu tố tự nhiên
Cỏc hoạt ủộng kinh tế - xã hội
Biến ủộng hệ sinh thái RNM
- Suy giảm ủa dạng sinh học
Hỡnh 1.8 Sơ ủồ cỏc yếu tố ảnh hưởng ủến RNM
Dũng bựn cỏt ở các hệ thống sụng, cửa sụng và biển có hoạt động bồi lắng, làm tăng diện tích bồi bồi cũng như khả năng tăng diện tích rừng ngập mặn (RNM) trên khu vực ủú Huyện Giao Thủy, Nam Định, với cửa sông Ba Lạt thuộc xã Nam Phỳ, là nơi diễn ra hiện tượng bồi tụ và xói mũn mạnh mẽ nhất, đồng thời cũng là khu vực RNM biến động mạnh nhất.
1.4.2 Cỏc hoạt ủộng kinh tế - xó hội
Trong vài chục năm qua, vựng bói triều cửa sụng Hồng thuộc huyện Giao Thuỷ đã thu hút sự quan tâm của con người nhằm khai thác nguồn lợi tự nhiên phục vụ cho quốc kế dân sinh Giai đoạn từ 1960 đến 1985 đánh dấu thời kỳ mở rộng đất đai bằng phương pháp "lấn biển", trong đó khoảng 300 ha đã được lấn biển tại xã Giao An.
Giai đoạn 1985 - 1995 đánh dấu sự chuyển mình trong chiến lược phát triển kinh tế vùng biển với phương châm "vẹt lấn biển, tụm lấn vẹt", tạo ra hàng ngàn hecta rừng ngập mặn ở vùng Bói Trong và Cồn Ngạn Hai trục đường 1 & 2 kết nối giữa Ngự Hàn và Vành Lược đã hình thành một cảnh quan mới cho nuôi trồng thủy sản quảng canh cải tiến Tuy nhiên, hàng ngàn hecta rừng ngập mặn đã bị phá để làm ao nuôi, trong khi gần 2000 hecta bãi triều không còn giữ được cảnh quan tự nhiên do bị phân chia thành nhiều ô thửa để điều tiết nước Nhà nước và địa phương đã can thiệp mạnh mẽ thông qua quy hoạch vùng nuôi, xây dựng các công trình giao thông thủy lợi, làm thay đổi bộ mặt tự nhiên khu vực bãi bồi cửa sông Hồng huyện Giao Thủy Cảnh quan hùng vĩ và hoang dã của vùng bãi triều đã nhường chỗ cho các mô hình canh tác mới, đồng thời dẫn đến sự suy giảm về số lượng và chất lượng các loài động vật hoang dã cũng như môi trường sinh thái tự nhiên.
Việc tàn phá rừng ngập mặn ở Việt Nam chủ yếu do sự phát triển nhanh chóng của nông nghiệp, khu dân cư và nuôi tôm ven biển, dẫn đến sự thu hẹp diện tích rừng Hành động lấn biển để mở rộng đất trồng lúa và các hoạt động khác đã làm giảm bồi đắp tự nhiên ven sông, ảnh hưởng đến sự ổn định của bờ biển và giảm lượng phù sa cần thiết cho các hệ sinh thái ven biển.
Trong những năm gần đây, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã thúc đẩy sự phát triển kinh tế, văn hóa và cơ sở hạ tầng ở nhiều tỉnh thành, vùng miền Tuy nhiên, sự phát triển này dẫn đến sự xuất hiện của các khu đô thị, khu sản xuất nông nghiệp, khu dân cư và khu nuôi trồng thủy sản ven biển, ven sông, khiến diện tích rừng ngập mặn ở nước ta bị thu hẹp và phá hủy nghiêm trọng Tốc độ suy giảm rừng ngập mặn trung bình khoảng 3% mỗi năm đã làm gia tăng diện tích đất hoang, xâm nhập mặn, sạt lở bờ biển và ô nhiễm môi trường, gây ra tình trạng suy thoái môi trường ngày càng nghiêm trọng.
Việc sử dụng rừng ngập mặn để phát triển đô thị, khu công nghiệp và cảng đã dẫn đến sự thu hẹp diện tích rừng ngập mặn Điều này không chỉ gây tổn hại đến nguồn tài nguyên phong phú về thực vật và hệ sinh thái rừng ngập mặn, mà còn tạo ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường như việc thải chất rắn từ sinh hoạt và công nghiệp, thải dầu và các chất ô nhiễm khác vào nước, gây chết chóc hoặc di cư cho nhiều sinh vật.
Việc xây dựng đập chắn và hồ chứa nước trên các dòng sông đã gây ra nhiều tác động tiêu cực đến hệ sinh thái tự nhiên, đặc biệt là đến các loài thủy sinh Nguồn chất dinh dưỡng tại khu vực cửa sông ven biển đã bị giảm sút, làm ảnh hưởng đến hoạt động sinh lý của thực vật và động vật, nhất là trong mùa sinh sản Sự thay đổi lưu lượng nước và tác động của gió mùa cũng đã dẫn đến tình trạng nhiễm mặn, làm biến đổi môi trường sống và phân bố của các loài hải sản Hệ thống giao thông và đường bộ lớn xuyên qua rừng ngập mặn không tính đến việc ảnh hưởng đến khả năng nhận nước triều, dẫn đến tình trạng rừng ngập mặn suy thoái và cây cối phát triển kém.
Việc thải bừa bãi chất rắn, chất lỏng từ sinh hoạt và công nghiệp, cùng với phân hóa học và thuốc trừ sâu dư thừa trong nông nghiệp, đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến rừng ngập mặn (RNM) Chính sách thu hút sự tham gia của người dân và cộng đồng địa phương trong việc bảo vệ và phát triển RNM chưa được thực hiện hiệu quả, dẫn đến diện tích RNM giảm đáng kể trong những năm qua.
Chính phủ đã quyết định bảo tồn một vùng đất ngập nước nguyên sinh, hiện là trung tâm của Vườn quốc gia Xuân Thủy Đây là một di sản thiên nhiên quý giá, không thể thay thế, nhằm bảo vệ môi trường cho các thế hệ tương lai.
Cơ sở khoa học và phương phỏp nghiờn cứu biến ủộng RNM
1.5.1 Phương pháp luận ðể theo dừi, phõn tớch biến ủộng RNM do thay ủổi cơ cấu sản xuất phải nắm ủược cỏc nguyờn nhõn cơ bản dẫn ủến biến ủộng Phỏt hiện biến ủộng là quỏ trỡnh nhận dạng sự khỏc biệt về trạng thỏi của một ủối tượng hay hiện tượng bằng cỏch quan sỏt chỳng tại những thời ủiểm khỏc nhau Trong cỏc tư liệu Trắc ủịa-Bản ủồ dựng ủể phỏt hiện biến ủộng thỡ tư liệu viễn thỏm ủược sử dụng chủ yếu, tiền ủề cơ bản ủể sử dụng dữ liệu viễn thỏm cho việc phỏt hiện biến ủộng là những sự thay ủổi về lớp phủ phớa trờn bề mặt ủất phải ủưa ủến sự thay ủổi về giỏ trị bức xạ và những sự thay ủổi về bức xạ gõy ra bởi cỏc yếu tố khỏc như: ủiều kiện khớ quyển, gúc mặt trời, ủộ ẩm của ủất…mỗi một phương phỏp sẽ cú những ưu nhược ủiểm khỏc nhau
1.5.1.1 Phương phỏp ủo ủạc trực tiếp a Ưu ủiểm:
- Tiếp cận trực tiếp với cỏc ủối tượng cần nghiờn cứu
- Phõn loại chi tiết cỏc ủối tượng
- Kết quả thu ủược cho ủộ chớnh xỏc cao b Nhược ủiểm
- Mất nhiều thời gian và tốn kém chi phí
- Phụ thuộc vào ủiều kiện thời tiết và ủịa hỡnh do khối lượng làm ngoại nghiệp lớn
- Khụng thu ủược dữ liệu một cỏch liờn tục theo thời ủiểm cần quan trắc biến ủộng
- Khả năng tự ủộng húa thấp
- Phương phỏp này gặp nhiều hạn chế trong nghiờn cứu biến ủộng cỏc yếu tố môi trường
1.5.1.2 Phương pháp viễn thám và GIS a Ưu ủiểm:
Chọn phương pháp quan sát đối tượng nghiên cứu trên phạm vi rộng và nhận biết sự thay đổi của đối tượng tự động bằng phương pháp toán học khi xử lý ảnh.
- ðặc ủiểm ủa ủộ phõn giải, phương phỏp cho phộp nghiờn cứu biến ủộng ở nhiều tỉ lệ và trờn những phạm vi khỏc nhau
- Cú thể nghiờn cứu ở ủịa hỡnh phức tạp, trong ủiều kiện thời tiết khụng thuận lợi mà phương phỏp ủo ủạc trực tiếp khụng thực hiện ủược
- Khả năng phân tích hình ảnh nhanh, rẻ hơn rất nhiều so với phương phỏp ủo ủạc thực ủịa
Phương pháp cung cấp một tập hợp các thông tin đa dạng (Multidata) để đối chiếu và so sánh các hiện tượng có sự thay đổi lớn, như việc sử dụng đất, lớp phủ bề mặt như rừng, nông nghiệp, thủy văn và sự phát triển đô thị Tuy nhiên, phương pháp này cũng tồn tại một số nhược điểm.
- Nhiều dạng khác nhau của lớp phủ thực vật ngập mặn có thể không ủược phõn biệt trờn ảnh
Phần lớn ảnh viễn thám có thể bị ảnh hưởng bởi lỗi của vệ tinh hoặc các yếu tố bên ngoài, dẫn đến việc mất mát thông tin hoặc hình ảnh không rõ nét.
- Phương phỏp ủũi hỏi yờu cầu kĩ thuật cao, cần ủào tạo cỏn bộ cú chuyên môn khi thực hiện và dữ liệu ảnh viễn thám chưa phổ biến
1.5.2 Kết luận lựa chọn phương phỏp ủỏnh giỏ biến ủộng RNM khu vực huyện Giao Thủy-Nam ðịnh
Qua phân tích và so sánh ưu nhược điểm của hai phương pháp, tác giả quyết định lựa chọn phương pháp tích hợp các dữ liệu địa tin học trong khu vực nghiên cứu nhằm đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao trong việc đánh giá biến động lớp phủ ngập mặn trên toàn khu vực.
Trong nghiên cứu, phương pháp viễn thám được kết hợp với dữ liệu GPS để xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ khu vực Giao Thủy - Nam Định tại các thời điểm khác nhau Dữ liệu sau khi được chuyển sang hệ thống thông tin địa lý sẽ được phân tích để đánh giá sự biến động lớp phủ khu vực nghiên cứu Ngoài ra, phương pháp đối chiếu và khảo sát trực tiếp cũng được áp dụng để bổ sung thông tin cho các đối tượng mẫu, phục vụ quá trình phân loại ảnh viễn thám và kiểm tra độ chính xác của sự biến động lớp phủ.
CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG TƯ LIỆU ðỊA TIN HỌC NGHIÊN CỨU BIẾN ðỘNG TÀI NGUYÊN RỪNG NGẬP MẶN
Vai trũ và khả năng ứng dụng cỏc tư liệu ủịa tin học trong nghiờn cứu biến ủộng tài nguyên rừng ngập mặn
Trong những năm gần đây, nhu cầu thu thập và xử lý thông tin địa lý ngày càng trở nên cấp thiết do sức ép từ sự suy thoái tài nguyên và ô nhiễm môi trường Các hiện tượng thiên nhiên như lũ lụt, hạn hán, bão tố, và sóng thần xảy ra liên tục, đòi hỏi con người phải có công nghệ hiện đại để kiểm soát Địa tin học (Geomatics) là một thuật ngữ khoa học mới, kết hợp giữa Geoscience và Informatics, nhằm tích hợp các phương pháp trắc địa và bản đồ truyền thống với các kỹ thuật hiện đại như GPS, GIS, ảnh vệ tinh và kỹ thuật laze để thu thập và xử lý thông tin địa lý một cách chính xác và kịp thời.
Thuật ngữ "Geomatics" được giới thiệu tại Canada vào năm 1988 khi Hiệp hội Trắc địa và Khảo sát không gian mở rộng nhiệm vụ và lĩnh vực hoạt động Hiệp hội bao gồm các ngành khoa học như Trắc địa-Bản đồ, Viễn thám, và Hệ thống thông tin địa lý Tên mới, Hiệp hội Địa Tin Học Canada, phản ánh sự thống nhất của các thành viên trong việc nghiên cứu, chia sẻ và phổ biến thành tựu về thu thập, lưu trữ, xử lý và phân tích thông tin địa lý Mục tiêu là phục vụ cho phát triển kinh tế-xã hội bền vững, bảo đảm an ninh quốc gia và ứng phó với thiên tai.
Thuật ngữ “địa tin học” được công nhận rộng rãi bởi các nhà khoa học và chuyên gia trong lĩnh vực Trắc địa-Bản đồ trên toàn cầu, bao gồm Hoa Kỳ, Úc, Nhật Bản và nhiều quốc gia khác Nó không chỉ đơn thuần là một tên gọi mới mà còn phản ánh toàn bộ ngành khoa học-kỹ thuật hiện đại, thể hiện xu thế nghiên cứu và ứng dụng tích hợp thông tin địa lý thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, như vệ tinh, thiết bị thu trên máy bay, tàu thuyền và các thiết bị đặt trên mặt đất.
2.1.1 Khái niệm về ðịa tin học (Geomatics) ðịa tin học là ngành khoa học liờn quan ủến sự ủo ủạc, xử lý, lưu trữ, phõn tớch, truy cập và hiển thị cỏc thụng tin khụng gian, nhằm mụ tả cỏc ủặc ủiểm vật lý của trỏi ủất và mụi trường xung quanh
Tên gọi "khoa học địa không gian" xuất phát từ thuật ngữ tiếng Pháp (Science géomatique) và được quốc tế công nhận để chỉ lĩnh vực khoa học bao gồm trắc địa-bản đồ, hệ thống thông tin địa lý, trắc địa cao cấp, định vị toàn cầu, ảnh và viễn thám Ngành khoa học này được áp dụng ở nhiều lĩnh vực cần thông tin không gian như nghiên cứu môi trường, quy hoạch, công trình, hàng hải, địa chất, địa vật lý, hải dương học, quản lý và phát triển đất đai, lập bản đồ và quản lý tài nguyên thiên nhiên.
Sự tích hợp công nghệ 3S, bao gồm viễn thám, hệ thống thông tin địa lý và định vị vệ tinh, tạo ra công cụ mới phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế, văn hóa và an ninh quốc phòng của đất nước Công nghệ này thúc đẩy nhanh chóng việc số hóa công tác quy hoạch, xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ chung cho nhiều cơ quan, từ đó nâng cao hiệu quả trong việc xây dựng các hệ thống cảnh báo sớm thảm họa thiên nhiên, định kỳ đánh giá biến động các tài nguyên, quy hoạch nuôi trồng thủy sản và đánh bắt hải sản, cũng như quản lý và sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và đánh giá ảnh hưởng môi trường.
2.1.2 Khả năng tớch hợp cỏc tư liệu ủịa tin học trong nghiờn cứu biến ủộng RNM 2.1.2.1 Khái niệm về tích hợp
Tích hợp là quá trình hợp thành một thể thống nhất, trong đó các tư liệu về tin học được kết hợp để tạo ra sự đồng nhất Mục tiêu của việc tích hợp này là không chỉ gộp các tư liệu lại với nhau mà còn tìm cách giảm thiểu những yếu điểm của từng loại tư liệu.
Tư liệu địa tin học (Geomatics data) mang lại nhiều lợi ích trong việc thành lập bản đồ, cung cấp và quản lý thông tin, nhưng cũng có những hạn chế khi được sử dụng cho các nhu cầu cụ thể Việc tích hợp tư liệu địa tin học nhằm tạo ra công nghệ cung cấp dữ liệu địa lý cần thiết cho hệ thống thông tin địa lý, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường.
2.1.2.2 Khả năng tớch hợp tư liệu ủịa tin học nghiờn cứu biến ủộng RNM ða tớch hợp cụng nghệ viễn thỏm, cụng nghệ GIS, cụng nghệ GPS ủể thu nhận và cập nhật thông tin, quản lý, tra cứu và giao diện người sử dụng phục vụ cụng tỏc nghiờn cứu biến ủộng tài nguyờn rừng ngập mặn là hướng nghiờn cứu cần thiết ủỏp ứng nhu cầu quản lý, kể cả quản lý nhà nước và ủịa phương của ngành tài nguyên và môi trường
Sự tích hợp giữa RS, GIS và GPS cho thấy cấu trúc dữ liệu tương đồng, tồn tại dưới dạng số Hai kỹ thuật này, xử lý dữ liệu không gian, có sự liên kết chặt chẽ với nhau và cho phép tạo ra bản đồ số Đặc biệt, cả hai đều áp dụng một số thuật toán xử lý dữ liệu không gian số để nâng cao hiệu quả phân tích và quản lý thông tin địa lý.
Hình 2.1 Tích hợp các dữ liệu thông tin trong GIS
Việc sử dụng tư liệu ảnh viễn thám sau phân loại giúp thể hiện sự phân bố của các đối tượng theo không gian và thời gian Kết quả xử lý ảnh viễn thám chỉ ra hiện trạng sử dụng đất tại thời điểm chụp Bằng cách sử dụng ảnh qua các thời kỳ, chúng ta có thể thành lập bản đồ chuyển đổi sử dụng đất ngập mặn trên khu vực nghiên cứu ở các thời điểm khác nhau.
GIS cho phép tích hợp kết quả phân loại hiện trạng rừng ngập mặn qua nhiều thời điểm, giúp theo dõi sự biến động một cách nhanh chóng và chính xác Hệ thống thông tin địa lý cung cấp thông tin về sự thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất theo từng thời điểm hoặc đơn vị hành chính, từ đó người sử dụng có thể giám sát quá trình biến động của rừng ngập mặn theo từng loại hình và khoảng thời gian khác nhau.
Hỡnh 2.2: Sơ ủồ quy trỡnh cụng nghệ tổng quỏt tớch hợp tư liệu ủịa tin học thành lập bản ủồ biến ủộng rừng ngập mặn
Thu nhận ảnh vệ tinh ủa thời gian Nắn chỉnh hình học
Xử lý ảnh viễn thám
Xỏc ủịnh ủiểm KC phục vụ cụng tỏc nắn ảnh ðiều vẽ ngoại nghiệp
Xỏc ủịnh vị trớ cỏc vựng mẫu phục vụ cụng tỏc phân loại ảnh viễn thám
Tích hợp các dữ liệu thông tin Thành lập bản ủồ hiện trạng lớp phủ Thành lập bản ủồ biến ủộng RNM
Tổng quan về viễn thám
Công nghệ viễn thám, một thành tựu nổi bật trong lĩnh vực khoa học vũ trụ, đã trở thành kỹ thuật phổ biến ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội và môi trường trên toàn cầu Nhu cầu sử dụng công nghệ viễn thám trong điều tra, nghiên cứu, khai thác và quản lý tài nguyên thiên nhiên ngày càng tăng, không chỉ ở cấp quốc gia mà còn trên quy mô quốc tế Những kết quả từ công nghệ viễn thám hỗ trợ các nhà khoa học và nhà hoạch định chính sách đưa ra các phương án chiến lược hiệu quả trong việc sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên cũng như môi trường Vì vậy, viễn thám và GIS hiện đang được coi là công nghệ có nhiều ưu thế nhất hiện nay.
2.2.1 Một số khái niệm về viễn thám
2.2.1.1 Khái niệm về viễn thám
Viễn thám (Remote Sensing - RS) là khoa học và kỹ thuật thu thập thông tin về đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng thông qua việc phân tích dữ liệu thu nhận từ các phương tiện không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đang nghiên cứu.
Viễn thám được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, nhưng có một điểm chung là nó là khoa học thu nhận thông tin phản ánh về vật thể mà không tiếp xúc trực tiếp với chúng Theo Vũ Anh Tuấn (2004), viễn thám là khoa học và công nghệ cho phép xác định, đo đạc, hoặc phân tích các tính chất của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự tiến bộ trong phương pháp chụp ảnh và thu thập thông tin về các đối tượng trên bề mặt trái đất Kể từ năm 1858, việc sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh đã được khởi đầu nhằm mục đích lập bản đồ địa hình Đến nay, các quốc gia đã không ngừng phát triển thiết bị và đào tạo nguồn nhân lực phục vụ cho công tác thu thập và xử lý ảnh viễn thám.
Những thành tựu đạt được trong những năm đầu thế kỷ 20 đã đóng góp quan trọng vào quy hoạch môi trường và giám sát phát triển kinh tế.
Sau ủú, việc phát triển các bộ cảm cú ủộ phân giải cao trên vệ tinh nhân tạo đã cung cấp thông tin quan trọng cho nghiên cứu lớp phủ thực vật, cấu trúc địa mạo, nhiệt độ và gió trên bề mặt đại dương Điều này đã làm cho công tác nghiên cứu trở nên thuận lợi và hiệu quả hơn trong việc khai thác và quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát biến động môi trường, nghiên cứu hệ sinh thái và thành lập bản đồ lớp phủ cũng như bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
2.2.1.2 Phân loại viễn thám a Theo bước sóng:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt
- Viễn thám siêu cao tần b Theo ủộ cao:
- Viễn thỏm mặt ủất (Ground remote sensing)
- Viễn thám hàng không (Air-born remote sensing)
- Viễn thám vũ trụ (Space remote sensing) c Theo nguồn năng lượng:
- Chủ ủộng: nguồn phỏt súng ủiện từ là cỏc thiết bị nhõn tạo, thường là cỏc mỏy phỏt ủặt trờn cỏc thiết bị bay (Radar)
- Thụ ủộng: nguồn phỏt bức xạ là mặt trời hoặc từ cỏc vật chất tự nhiờn
2.1.2.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám a Nguyên lý phản xạ ánh sáng khác nhau
Thông tin thu được từ các đối tượng trong quá trình chụp ảnh vệ tinh, bao gồm ảnh viễn thám và vệ tinh quang học, chủ yếu dựa vào sự khác biệt trong phản ứng của các đối tượng với sóng điện từ Các phản ứng này bao gồm phản xạ, hấp thụ và phân tán sóng điện từ, giúp phân tích và nhận diện các đặc điểm của đối tượng.
Súng ủiện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn thông tin chính về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể dựa trên năng lượng bức xạ tương ứng với từng bước súng xác định.
Thiết bị cảm nhận súng ủiện từ phản xạ hoặc bức xạ của vật thể được gọi là bộ cảm Bộ cảm có thể bao gồm máy chụp ảnh hoặc máy quét, trong khi phương tiện mang bộ cảm được gọi là vật mang, ví dụ như máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám được mô tả như sau:
Nguồn năng lượng chủ yếu trong viễn thám quang học là bức xạ mặt trời, trong đó năng lượng này được các vật thể phản xạ hoặc phát ra, và sau đó được bộ cảm biến trên thiết bị thu nhận.
Năng lượng súng phản xạ từ ủối tượng bao gồm hai phần chính: năng lượng phản xạ trực tiếp từ bề mặt và năng lượng tán xạ do cấu trúc bề mặt Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc vào bản chất của ủối tượng mà chỉ liên quan đến đặc tính bề mặt như độ gồ ghề và hướng Ngược lại, năng lượng tán xạ là kết quả của quá trình tương tác giữa bức xạ tới và bề dày của ủối tượng mà bức xạ có khả năng xuyên qua, và nó phụ thuộc vào cấu trúc, bản chất cũng như trạng thái của ủối tượng.
Hình 2.3 Nguyên lý phản xạ ánh sáng khác nhau
Năng lượng sóng phản xạ khi lan truyền qua khí quyển sẽ bị hấp thụ bởi các phần tử khí, tùy thuộc vào bước sóng cụ thể Bước sóng 0,5 µm mang lại lợi thế cho việc thu nhận ảnh viễn thám, trong khi bức xạ nhiệt đạt năng lượng cao nhất tại bước sóng 10 µm trong vùng cửa sổ khớ quyển Các bước sóng lớn hơn 1 mm cũng bị hấp thụ bởi khí quyển Do đó, ảnh viễn thám thường dựa vào việc đo lường năng lượng phản xạ từ ảnh quang học và vùng sóng siêu cao tần từ ảnh radar.
- Nguyờn lý bức xạ năng lượng ủiện từ
Bức xạ ủiện từ là quỏ trỡnh truyền năng lượng ủiện từ trờn cơ sở cỏc dao ủộng của ủiện trường và từ trường trong khụng gian
Bức xạ điện từ có cả tính chất sóng và tính chất hạt, được xác định bởi bước sóng λ, tần số γ và tốc độ truyền sóng C Tính chất hạt được mô tả qua photon và năng lượng E Trong viễn thám, bốn tính chất cơ bản của bức xạ điện từ là tần số, hướng lan truyền, biên độ và mặt phẳng phân cực được sử dụng để thu nhận thông tin từ các đối tượng.
Quá trình lan truyền của sóng điện từ trong môi trường vật chất tạo ra các hiện tượng như phản xạ, hấp thụ, tán xạ và bức xạ, tùy thuộc vào bước sóng Phổ của sóng điện từ trải dài từ tia gamma, tia X, tia cực tím, tia nhìn thấy, tia hồng ngoại cho đến sóng cực ngắn.
Hỡnh 2.4 Nguyờn lý truyền súng ủiện từ
Súng ủiện từ khi tác động lên bề mặt vật thể sẽ tương tác thông qua các hình thức hấp thụ, phản xạ và truyền năng lượng Tỷ lệ năng lượng ủiện từ phản xạ lại phụ thuộc vào loại chất liệu của vật thể cũng như các điều kiện tương tác.
Tổng quan về GIS
According to the Environmental System Research Institute (ESRI), a Geographic Information System (GIS) is a comprehensive system that integrates hardware, software, data, and people to collect, store, update, process, analyze, and display geographic information on the Earth's surface.
2.3.2 Cỏc thành phần của hệ thống thụng tin ủịa lý
GIS ủược kết hợp bởi năm thành phần chớnh: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp
Phần cứng là thành phần thiết yếu cho hệ thống GIS hoạt động hiệu quả Hiện nay, phần mềm GIS có thể chạy trên nhiều loại phần cứng khác nhau, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm độc lập hoặc kết nối mạng.
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và công cụ thiết yếu để lưu trữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Những chức năng chính của phần mềm GIS bao gồm việc quản lý dữ liệu không gian, phân tích địa lý và trực quan hóa thông tin, giúp người dùng hiểu rõ hơn về các yếu tố không gian trong nghiên cứu và ra quyết định.
+ Cụng cụ nhập và thao tỏc trờn cỏc thụng tin ủịa lý
+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS)
Hình 2.14 Các thành phần chính của GIS
+ Cụng cụ hỗ trợ hỏi ủỏp, phõn tớch và hiển thị ủịa lý
+ Giao diện ủồ hoạ người-mỏy (GUI) ủể truy cập cỏc cụng cụ dễ dàng
Thành phần quan trọng nhất trong hệ thống GIS chính là dữ liệu, bao gồm dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan Người sử dụng có thể tự tập hợp hoặc mua dữ liệu từ các nhà cung cấp thương mại Hệ GIS không chỉ kết hợp dữ liệu không gian với các loại dữ liệu khác mà còn có khả năng sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) để tổ chức, lưu trữ và quản lý dữ liệu hiệu quả.
Công nghệ GIS sẽ không phát huy hiệu quả nếu thiếu sự quản lý và phát triển từ con người Người sử dụng GIS bao gồm các chuyên gia kỹ thuật, nhà thiết kế và người duy trì hệ thống, cũng như những người áp dụng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
Một hệ GIS thành cụng theo khớa cạnh thiết kế và luật thương mại là ủược mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức
2.3.3 Các chức năng của GIS
Hệ thống GIS thực hiện cỏc chức năng cơ bản sau ủõy:
Trước khi dữ liệu địa lý cụ thể được sử dụng trong GIS, nó cần được chuyển đổi sang dạng số phù hợp Quá trình chuyển đổi từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu số được gọi là quá trình số hóa.
Công nghệ GIS hiện nay có khả năng tự động hóa hoàn toàn quá trình xử lý dữ liệu, đặc biệt với các đối tượng lớn, trong khi các đối tượng nhỏ hơn cần một số quy trình số hóa thủ công Hiện tại, nhiều dạng dữ liệu địa lý đã có các định dạng tương thích với GIS, cho phép thu thập từ các nhà cung cấp dữ liệu và nhập trực tiếp vào hệ thống GIS.
Trong các trường hợp dữ liệu không đồng nhất, cần phải chuyển đổi và thao tác để đảm bảo tính tương thích với hệ thống nhất định Ví dụ, thông tin địa lý có thể có giá trị biểu diễn khác nhau ở các tỷ lệ khác nhau, như hệ thống đường phố chi tiết trong file giao thông, dữ liệu dân số và mã bưu chính Để kết hợp các thông tin này, chúng cần được chuyển về cùng một tỷ lệ, có thể là mức chính xác hoặc mức chi tiết Việc chuyển đổi này có thể chỉ là tạm thời để hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ hữu ích cho việc thao tác trên dữ liệu không gian và loại bỏ dữ liệu không cần thiết.
2.3.3.3 Quản lý dữ liệu éối với những dự ỏn GIS nhỏ, cú thể lưu cỏc thụng tin ủịa lý dưới dạng cỏc file ủơn giản Tuy nhiờn, khi kớch cỡ dữ liệu trở nờn lớn hơn và số lượng người dùng cũng nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) ủể giỳp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thụng tin
Trong hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS), cấu trúc quan hệ được coi là hiệu quả nhất trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) Dữ liệu trong cấu trúc này được lưu trữ dưới dạng các bảng, với các trường thuộc tính chung được sử dụng để liên kết các bảng khác nhau Nhờ vào tính linh hoạt, cấu trúc đơn giản này đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, cả trong lĩnh vực GIS lẫn ngoài GIS.
2.3.3.4 Hỏi ủỏp và phõn tớch
Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau, yêu cầu một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý Sự chồng xếp này, hay còn gọi là liên kết không gian, có thể bao gồm việc kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế.
Hiển thị dữ liệu địa lý hiệu quả nhất qua bản đồ hoặc biểu đồ, giúp lưu giữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới để nâng cao nghệ thuật và khoa học trong ngành bản đồ Bản đồ có thể kết hợp với báo cáo, hình ảnh 3D, ảnh chụp và các dữ liệu khác từ phương tiện.
Dữ liệu là yếu tố cốt lõi của hệ thống GIS, và giá trị của nó tăng lên khi có nhiều thông tin được lưu trữ Dữ liệu trong hệ GIS được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và thu thập từ các mô hình thực tế Thông tin không gian trong hệ GIS có khả năng mô tả các "vật thể ở đâu" thông qua vị trí, đơn vị đo lường và mối quan hệ không gian Ngoài ra, nó còn có khả năng mô tả "hình dạng hiện tượng" thông qua các đặc điểm về chất lượng, số lượng và cấu trúc Cuối cùng, thông tin không gian cũng mô tả "quan hệ và tương tác" giữa các hiện tượng tự nhiên.
Các đối tượng kiểu điểm (Points) được xác định bởi cặp giá trị tọa độ Những đối tượng này, thường chứa thông tin về địa lý, chỉ bao gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm Các đối tượng kiểu điểm có đặc điểm là điểm.
Hỡnh 2.15 Chồng xếp cỏc lớp thụng tin bản ủồ
Hỡnh 2.16 Số liệu vector ủược biểu diễn dưới dạng ủiểm
+ Là toạ ủộ ủơn (x,y) + Không cần thể hiện chiều dài và diện tích
Tỷ lệ trên bản ủồ có thể lớn, với đối tượng thể hiện dưới dạng từ vựng Tuy nhiên, khi tỷ lệ trên bản ủồ nhỏ, đối tượng này có thể được thể hiện dưới dạng một điểm.