NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÙNG BIỂN CÀ MAU, VIỆT NAM TỪ TƯ LIỆU VIỄN THÁM đa THỜI GIAN

Trước tìnhhình trên, việc nghiên cứu, đánh giá biến động đường bờ ở vùng ven biển CàMau là cần thiết, cung cấp thông tin và cơ sở khoa học giúp các nhà quản lýđưa ra các biện pháp nhằm

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI T RƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÙNG BIỂN CÀ MAU, VIỆT NAM TỪ TƯ LIỆU

VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

NGỤY MINH HIỂN

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BIỂN ĐỘNG ĐƯỜNG

BỜ VÙNG BIỂN CÀ MAU, VIỆT NAM TỪ

TƯ LIỆU VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN

NGỤY MINH HIỂN

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

MÃ SỐ: 62.44.02.24

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS.TRỊNH LÊ HÙNG

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS.Trịnh Lê Hùng

Cán bộ hướng dẫn phụ:

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS.Trần Thanh Tùng

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS.Nguyễn Kiên Dũng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 27 tháng 09 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.

Hà Nội, ngày……tháng……năm 2017

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Ngụy Minh Hiển

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Lê Hùng – người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Khí tượng – Thủy văn cùng tập thể các thầy cô giáo trong trường Đại học Tài nguyên và Môi trường

Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình em học tập tại trường Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến ban lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu

và Chuyển giao Công Nghệ Viễn Thám, Cục Viễn Thám quốc gia, các cán bộ phòng Ứng dụng Công nghệ Viễn Thám đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện

để tôi hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn luôn động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Hà Nội, ngày……tháng……năm 2017

Ngụy Minh Hiển

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ 5

1.1 Biến động đường bờ ở Việt Nam 5

1.1.1 Một số khái niệm 5

1.1.2 Biến động đường bờ ở một số khu vực phía Nam, Việt Nam 7

1.1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu 14

1.2 Các phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ từ tư liệu viễn thám 20 1.2.1 Phương pháp tổ hợp màu 20

1.2.2 Phương pháp phân ngưỡng 21

1.2.3 Phương pháp tỉ lệ ảnh 23

1.3 Tổng quan về tình hình ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ 25

1.3.1 Trên thế giới 25

1.3.2 Trong nước 28

1.4 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ từ tư liệu viễn thám đa thời gian 36

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÙNG BIỂN CÀ MAU TỪ TƯ LIỆU VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN 40

2.1 Tư liệu ảnh vệ tinh Landsat 40

2.1.1 Đă ̣c điểm ảnh vệ tinh Landsat 40

2.1.2 Đă ̣c điểm tư liệu sử dụng trong nghiên cứu 43

2.2 Cơ sở khoa học phương pháp xác định thông tin đường bờ từ tư liệu

ảnh vệ tinh đa thời gian 46

2.2.1 Tương tác năng lượng bức xạ điện từ và các đối tượng tự nhiên 46

2.2.2 Đă ̣c trưng phản xạ phổ của nước và các đối tượng tự nhiên 48

2.3 Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Landsat trong chiết tách thông tin đường bờ 53

2.3.1 Xác định phản xạ phổ bề mă ̣t 53

2.3.2 Xác định ảnh tỉ lệ 58

2.3.3 Xác định thông tin đường bờ 59

CHƯƠNG III: NGUYÊN NHÂN VÀ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ KHU VỰC VEN BIỂN CÀ MAU 61

3.1 Nguyên nhân biến động đường bờ 61

3.1.1 Nguyên nhân sạt lở 61

3.1.2 Nguyên nhân bồi tụ cửa sông, bờ biển 65

3.2 Kết quả chiết tách thông tin nước – đất liền 66

3.3 Đánh giá tình hình sạt lở và bồi tụ bờ biển các huyện tỉnh Cà Mau 71

3.4 Bồi tụ vùng cửa sông ở Cà Mau 76

3.5 Đánh giá, kiểm nghiệm kết quả xác định biến động đường bờ 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Biến động đường bờ ở khu vực bờ biển phía Nam, Việt Nam [9] 8

Bảng 2.1: Các thế hệ vệ tinh trong chương trình LANDSAT 40

Bảng 2.2: Đă ̣c điểm ảnh vệ tinh LANDSAT 5 TM 41

Bảng 2.3: Đă ̣c điểm ảnh vệ tinh LANDSAT 7 ETM+ 42

Bảng 2.4: Đă ̣c điểm các kênh phổ ảnh LANDSAT 8 43

Bảng 2.5: Độ thấu quang của nước phụ thuộc bước sóng [20] 48

Bảng 2.6: Giá trị hệ số Lmax, Lmin đối với các kênh ảnh LANDSAT 5 TM [36] 54

Bảng 2.7: Giá trị hệ số Lmax, Lmin đối với các kênh ảnh LANDSAT 7 ETM+ Low gain [36] 54

Bảng 2.8: Giá trị hệ số Lmax, Lmin đối với các kênh ảnh LANDSAT 7 ETM+ High gain [36] 55

Bảng 2.9: Giá trị M L , A L đối với ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 8 [36] 56 Bảng 2.10: Giá trị ESUNλ đối với các kênh phổ ảnh LANDSAT 5 TM [36] 57 Bảng 2.11: Giá trị ESUNλ đối với các kênh phổ ảnh LANDSAT 7 ETM+ [36] 57

Bảng 3.1: Diện tích sạt lở và bồi tụ qua từng giai đoạn từ 2001 – 2017 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Diễn biến đường bờ đoạn từ Vàm Láng (cửa Soài Rạp) đến

Kiểng Phước (trái) và ảnh chụp biển xâm thực tại Kiểng Phước (phải) [6] 10

Hình 1.2: Tổ hợp màu RGB=543 ảnh Landsat khu vực ven biển Cà Mau 21

Hình 1.3: Ảnh LANDSAT 7 kênh 4 (a), kênh 1 (b) và ảnh sau khi xử lý ngưỡng (c) khu vực hồ núi Cốc (04/11/2000) [10] 22

Hình 1.4: Ví dụ chỉ số MNDWI khu vực nội thành Hà Nội 24

Hình 1.5: Ảnh vệ tinh Spot khu vực bờ sông Amazon (Nam Mỹ) [30] 26

Hình 1.6: Biến động đường bờ giai đoạn 1989 – 2001 trong nghiên cứu của Alesheikh [21] 27

Hình 1.7: Ảnh Landsat 7 ETM+ ngày 17/02/2002 khu vực ven biển Cà Mau [3] 30

Hình 1.8: Ảnh vệ tinh đa thời gian khu vực cửa Tư Hiền, Thừa Thiên Huế [5] 31

Hình 1.9: Biến động đường bờ khu vực Hàm Tiến, Phan Thiết [12] 32

Hình 1.10: Kết quả xác định biến động đường bờ hồ Núi Cốc giai đoạn 1993 – 2007 33

Hình 1.11: Biến động bãi bồi khu vực Cửa Đáy giai đoạn 1966 – 2011 [2] 34 Hình 1.12: Quá trình xói lở, bồi tụ khu vực Ngọc Hiển từ ảnh vệ tinh Landsat giai đoạn 1995 – 2000, 2000 – 2005, 2005 – 2010 (từ trái sang) [3]34 Hình 1.13: Chiết tách thông tin đường bờ khu vực Cửa Đại tư liệu ảnh Landsat đa thời gian [18] 35

Hình 1.14: Mô hình xây dựng bản đồ đường bờ theo phương pháp tỉ số ảnh Alesheikh 37

Hình 2.1: Ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ ngày 16 – 01 – 2001 44

Hình 2.2: Ảnh vệ tinh Landsat 5 TM ngày 24 – 12 – 2006 45

Hình 2.3: Ảnh vệ tinh Landsat 5 TM ngày 14 – 01 – 2009 45

Hình 2.4: Ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI ngày 20 – 01 – 2017 46

Hình 2.5: Phản xạ toàn phần (a), phản xạ một phần (b) 47

Hình 2.6: Đă ̣c trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên [14] 48

Hình 2.7: Khả năng thấu quang của một số loại nước [14] 49

Hình 2.8: Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật 51 Hình 2.9: Khả năng phản xạ phổ phụ thuộc độ ẩm của đất 52

Hình 3.1: Ảnh tỉ lệ band2/band4 (ảnh trái) và band2/band5 (ảnh phải) ảnh Landsat ETM+ năm 2001 67

Hình 3.2: Ảnh tỉ lệ band2/band4 (ảnh trái) và band2/band5 (ảnh phải) ảnh Landsat TM năm 2006 68

Hình 3.3: Ảnh tỉ lệ band2/band4 (ảnh trái) và band2/band5 (ảnh phải) ảnh Landsat TM năm 2009 68

Hình 3.4: Ảnh tỉ lệ band3/band5 (ảnh trái) và band3/band6 (ảnh phải) ảnh Landsat 8 OLI năm 2017 69

Hình 3.5: Kết quả tính phân ngưỡng và ảnh tỉ số đối với ảnh LANDSAT 7 ETM+ năm 2006 69

Hình 3.6: Kết quả tính phân ngưỡng và ảnh tỉ số đối với ảnh LANDSAT 8 năm 2017 70

Hình 3.7: Kết quả chiết tách thông tin đường bờ các năm 2001, 2006, 2009, 2017 từ ảnh vệ tinh Landsat 70

Hình 3.8: Kết quả chồng xếp đường bờ các năm 2001, 2006, 2009 và 2017 71 Hình 3.9: Bản đồ tình hình biến động đường bờ ven biển tỉnh Cà Mau giai đoạn 2001 – 2006 72

Hình 3.10: Bản đồ tình hình biến động đường bờ ven biển tỉnh Cà Mau giai đoạn 2006 – 2009 73

Hình 3.11: Bản đồ tình hình biến động đường bờ ven biển tỉnh Cà Mau giai đoạn 2009 – 2017 74

Hình 3.12: Bản đồ tình hình biến động đường bờ ven biển tỉnh Cà Mau giai đoạn 2001 – 2017 75Hình 3.13: Bồi tụ vùng cửa sông, ven biển Cà Mau giai đoạn 2001 – 2017 77 Hình 3.13: Xói lở khu vực ven biển huyện Ngọc Hiển nhìn từ ảnh vệ tinh Google Earth 2017 79Hình 3.14: Xói lở khu vực bờ biển huyện Trần Văn Thời nhìn từ ảnh vệ tinh Google Earth năm 2017 79Hình 3.15: Bồi tụ khu vực ven biển, cửa sông huyện Năm Căn nhìn từ ảnh

vệ tinh Google Earth năm 2017 80Hình 3.16: Bồi tụ khu vực cửa sông, ven biển huyện Ngọc Hiển nhìn từ ảnh vệ tinh Google Earth năm 2017 80

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MNDWI Chỉ số khác biệt nước điều chỉnh

Cà Mau là tỉnh duy nhất của cả nước có ba mă ̣t Đông – Tây – Nam giápbiển với chiều dài bờ biển 254 km, chiếm 34.5% chiều dài bờ biển toàn vùngĐBSCL, 7.8% bờ biển cả nước Trong những năm qua, do ảnh hưởng củabiến đổi khí hậu và các nguyên nhân khác, đường bờ biển khu vực Cà Mau cónhững diễn biến hết sức phức tạp, trong đó có cả xói lở và bồi tụ Trước tìnhhình trên, việc nghiên cứu, đánh giá biến động đường bờ ở vùng ven biển CàMau là cần thiết, cung cấp thông tin và cơ sở khoa học giúp các nhà quản lýđưa ra các biện pháp nhằm giám sát và bảo vệ môi trường sinh thái ven biển.

Cho đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu sự biến động đường bờvới nhiều phương pháp khác nhau Những phương pháp nghiên cứu truyềnthống dựa trên kết quả điều tra, thăm dò thực địa thường không giải quyếtđược bài toán ở quy mô rộng lớn cũng như tốn kém về sức người, sức của.Những nghiên cứu trong và ngoài nước trong đánh giá biến động đường bờcho thấy, phương pháp sử dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian để thànhlập bản đồ hiện trạng đường bờ có hiệu quả lớn Với ưu điểm là diện tích phủrộng, dữ liệu ảnh phong phú, thời gian chụp lă ̣p lại tại một khu vực có thểtrong vài ngày, không tốn nhiều thời gian, công sức cũng như chi phí so vớicác phương pháp khác, công nghệ viễn thám có thể được sử dụng hiệu quả

trong xây dựng bản đồ hiện trạng đường bờ Trong đề tài luận văn này, tác giảnghiên cứu, phân tích một số phương pháp tách ranh giới nước – đất liền sửdụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình Landsat nhưphương pháp tổ hợp màu, phương pháp phân ngưỡng và phương pháp tỉ sốảnh, đồng thời lựa chọn phương pháp tách ranh giới nước – đất liền phục vụđánh giá biến động đường bờ khu vực ven biển tỉnh Cà Mau.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận văn nhằm lựa chọn phương pháp

và đánh giá những biến động đường bờ vùng biển Cà Mau từ tư liệu ảnh vệtinh Landsat đa thời gian

Sản phẩm dự kiến:

 Bản đồ biến động đường bờ vùng biển Cà Mau, Việt Nam giai đoạn

2001 – 2017;

 Báo cáo tổng kết

3 Nội dung nghiên cứu

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

 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu;

 Thu thập, tiền xử lý ảnh vệ tinh Landsat giai đoạn 2001 – 2017 gồm

04 cảnh ảnh: 16/01/2001 (Landsat 7 ETM+), 24/12/2006 (Landsat 5 TM),14/01/2009 (Landsat 5 TM), 20/01/2017 (Landsat 8 OLI);

 Nghiên cứu cơ sở khoa học và lựa chọn phương pháp chiết tách thôngtin ranh giới nước – đất liền từ tư liệu ảnh viễn thám quang học;

 Thử nghiệm chiết tách thông tin ranh giới nước – đất liền phục vụcông tác đánh giá biến động đường bờ khu vực ven biển Cà Mau từ tư liệuảnh vệ tinh Landsat;

 Đánh giá biến động đường bờ khu vực ven biển tỉnh Cà Mau giaiđoạn 2001 – 2017 từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat;

 Kết luận và kiến nghị

4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu trong luận văn: Vùng biển Cà Mau

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích, tổng hợp: tổng hợp, phân tích các nghiên

cứu trong và ngoài nước trong đánh giá biến động đường bờ từ tư liệu viễnthám đa thời gian, trong đó có ảnh vệ tinh Landsat;

Phương pháp kế thừa: phân tích, lựa chọn và áp dụng có sáng tạo

phương pháp chiết tách thông tin ranh giới nước – đất liền từ tư liệu ảnh vệtinh quang học Landsat, phục vụ công tác đánh giá biến động đường bờ khuvực ven biển tỉnh Cà Mau, Việt Nam

Phương pháp viễn thám: phương pháp xử lý ảnh vệ tinh (tỉ số ảnh, tổ

hợp màu, phương pháp xác định phản xạ bề mă ̣t…) phục vụ đánh giá biếnđộng đường bờ;

Phương pháp GIS: chồng xếp các kết quả đường bờ giai đoạn 2001 –

2017 phục vụ xây dựng bản đồ biến động đường bờ từ tư liệu ảnh vệ tinh

Chương III: Nguyên nhân và đánh giá biến động đường bờ khu vực venbiển Cà Mau.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ

1.1 Biến động đường bờ ở Việt Nam

1.1.1 Một số khái niệm

Bờ (shore) là đới nằm giữa mép nước lúc thủy triều thấp và giới hạntrên của tác động sóng có hiệu quả, thông thường được mở rộng đến chânvách biển Nó bao gồm bờ trước (foreshore) được lộ ra lúc thủy triều thấp và

bị ngập tại lúc thủy triều cao, và bờ sau (backshore) được mở rộng về phía lụcđịa kể từ giới hạn thủy triều cao bình thường, nhưng vẫn bị ngập khi thủytriều đă ̣c biệt cao hoă ̣c do sóng lớn khi có bão [17]

Đường bờ ngoài (shoreline) là mép nước chuẩn dịch chuyển ra vào theothủy triều lên xuống

Đường bờ trong (coatsline) chỉ ra lục địa ở mức thủy triều cao sóc hoă ̣crìa phía biển của các cồn cát hoă ̣c vùng đất khô

Bãi biển (beach) là một tích tụ trầm tích bở rời, như cát, cuội sỏi hoă ̣ctảng, đôi khi nằm tại bờ sau, nhưng thường mở rộng qua cả bờ nước Một sốbãi mở rộng xuống dưới tới mực thủy triều thấp trên các bãi cuội bãi đáthường được mài mòn tốt

Bờ biển (coast) là một đới có chiều rộng thay đổi bao gồm bờ (shore)

và đới gần bờ được kéo ra phía ngoài ít nhất tới đường sóng vỡ và được mởrộng về phía lục địa tới giới hạn thâm nhập ảnh hưởng của biển: đỉnh váchbiển, đỉnh cửa sông (estuary) có thủy triều, hoă ̣c vùng đất nhô cao phía sauvùng đất thấp ven bờ, hoă ̣c cồn cát, đầm phá và đầm lầy Bởi thế, bờ là đới,

mà ở đó lục địa, biển và không khí (thạch quyển, thủy quyển và khí quyển)

gă ̣p nhau và tương tác với nhau Nó là đối tượng cho một loạt các quá trình,bao gồm chuyển động kiến tạo (nâng lên hạ xuống) của rìa lục địa, nhữngthay đổi về mực nước biển, ảnh hưởng của thủy triều, sóng và dòng chảy

trong biển, cũng như sự thay đổi về nhiệt độ, áp suất và tác động gió trong khíquyển Một số bờ biển được tạo ra chủ yếu bởi xói lở, và một số bờ khác lạibởi tích tụ [12, 17].

Biến động đường bờ đó là sự thay đổi vị trí đường bờ theo không gian

và thời gian Có hai dạng một là biến đổi đường bờ do quá trình tích tụ: hiệntượng đường bờ biển lấn dần ra phía biển Còn quá trình xói lở: hiện tượngđường bờ biển lấn dần về phía lục địa và có hai hiện tượng xói lở: xói lở bãi

và xói lở đường bờ

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

Biến động địa hình bờ biển, đă ̣c biệt là do xói lở bờ, có tác động rất lớnđến các cộng đồng dân cư và các hệ sinh thái ven bờ trên toàn thế giới.Nghiên cứu biến động địa hình bờ biển, thực chất, là nghiên cứu các quá trìnhđịa mạo bờ nhằm tìm ra những đă ̣c điểm hình thái và động lực hiện nay, lịch

sử tiến hóa trong quá khứ và dự báo xu hướng phát triển của nó trong tươnglai Cũng như trên đất liền, hoạt động của các quá trình địa mạo ở bờ biểnđược biểu hiện cụ thể ở sự hình thành một dạng địa hình nào đó (quá trình xâydựng - tích tụ) hoă ̣c ở sự phá hủy một thành tạo địa hình khác (quá trình pháhủy - xói lở) dưới tác động của rất nhiều nhân tố động lực khác nhau từ phíabiển cũng như từ phía lục địa, cả các nhân tố tự nhiên cũng như các tác động

của con người Xói lở và bồi tụ là hai mă ̣t đối lập trong một quá trình địa mạogây nên tình trạng biến đổi hình thái bờ biển.

Trong mấy chục năm gần đây, trên khắp thế giới, hiện tượng xói lở bờbiển đã trở thành vấn đề rất nghiêm trọng và chiếm ưu thế hơn hẳn so với bồi

tụ và được các quốc gia có biển, các tổ chức khoa học và nhiều nhà khoa họcquan tâm Ngày nay, nhiều nước, nhiều nhà quản lý, nhà hoạch định chínhsách, nhà khoa học đều thừa nhận rằng, các kết quả nghiên cứu biến động địahình (nghĩa là các quá trình địa mạo) cả trên đất liền cũng như ở bờ biển làmột trong những nguồn tài liệu quan trọng để xây dưng quy hoạch phát triển

và quản lý môi trường đới bờ biển [12, 17]

1.1.2 Biến động đường bờ ở một số khu vực phía Nam, Việt Nam

Thiên tai xảy ra ở nước ta nói chung và dải ven biển cửa sông nói riêngtrong vài thập niên qua, ngày một gia tăng cả tần suất lẫn cường độ Dải venbiển cửa sông Việt Nam là dải đất hẹp trải dài trên 3260 km với hàng trămcửa sông lớn nhỏ, trung bình cứ 20 km bờ biển có 1 cửa sông đổ ra biển Đây

là vùng đất mới, có vị trí địa lý đă ̣c biệt, đa dạng và phong phú và tài nguyên,môi trường rất nhạy cảm và biến động mạnh Mă ̣c dù chỉ chiếm dưới 15%diện tích tự nhiên, song dải ven biển cửa sông nước ta là nơi tập trung nhữngcông trình dân cư với mật độ dân số cao (gấp gần 1,5 lần mật độ dân số cảnước); các công trình dân sinh kinh tế quan trọng như cảng biển, các đô thịvừa và lớn, là nơi tập trung nhiều nguồn lực phát triển của đất nước (lãnh thổcủa 3 vùng phát triển kinh tế trọng điểm Bắc, Trung, Nam và 24 trong tổng số

58 khu công nghiệp đã được cấp phép xây dựng) Người dân sống ở dải venbiển cửa sông luôn phải đối mă ̣t với thiên tai, bao gồm bão lũ, nước dâng, xói

lở, bồi tụ, cát bay, cát chảy, sa bồi thuỷ phá [15]

Dải ven biển Nam Bộ từ tp Hồ Chí Minh đến Kiên Giang với chiều dài

bờ biển khoảng 774 km, là vùng đất đa dạng về sinh học, với nhiều ngành

nghề phát triển như: nông nghiệp, thủy sản, lâm nghiệp, diêm nghiệp và dulịch…Đây là vùng đất có nhiều tiềm năng và điều kiện thuận lợi cho việc pháttriển kinh tế - xã hội Qua điều tra, thống kê các tài liệu lịch sử, tổng hợp kếtquả của các nghiên cứu, cho thấy biến động hình thái dải ven biển khu vựcnày hết sức phức tạp [9].

Bảng 1.1: Biến động đường bờ ở khu vực bờ biển phía Nam, Việt Nam [9]

STT Xã Huyện Tỉnh Chiều dài (m) Diện tích (m 2 )

24 Tân Thuận Đầm Dơi Cà Mau 1100 540000

Ở một số đoạn bờ biển như: bờ biển Gò Công tỉnh Tiền Giang, ThạnhPhú tỉnh Bến Tre, Hiệp Thạnh tỉnh Trà Vinh, Vĩnh Châu tỉnh Sóc Trăng,Gành Hào tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau, xói lở diễn ra khá nghiêm trọng, đe dọatrực tiếp đến sự an toàn của các tuyến đê biển vốn được xem là lá chắn hữuhiệu trước những tác động bất lợi từ biển (bảng 1.1)

Căn cứ vào vị trí địa lý, đơn vị hành chính, có thể phân chia thànhđường bờ biển thành các khu vực như sau [9]:

Khu vực ven biển huyện Cần Giờ, Tp Hồ Chí Minh:

Trong khoảng thời gian từ 1965÷1989, diễn biến bờ biển Cần Giờ diễn

ra xói lở bồi tụ xen kẽ, riêng khu vực mũi Đông Hoà (phía tây), mũi Cần Giờ(phía đông) bị xói lở mạnh với tốc độ xói lở đạt khoảng 10÷20 m/năm Saukhi hệ thống công trình đập mỏ hàn và kè chắn sóng, gây bồi được xây dựngnăm 1995, xói lở bờ biển nơi đây về cơ bản đã được khống chế Đây là mộttrong số ít các công trình bảo vệ bờ biển xây dựng trong những năm qua đạtmục tiêu chống xói lở tốt, tuy vậy việc trồng lại rừng ngập mă ̣n chưa đạt hiệuquả cao

Khu vực bờ biển huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang

Đoạn bờ biển này được giới hạn bởi hai cửa sông Soài Rạp và cửa Tiểucó tổng chiều dài khoảng 17 km Trong khoảng thời gian từ năm 1965÷2010hiện tượng xói lở xảy ra trên hầu hết đoạn bờ biển này, tốc độ xói lở khoảng10÷30 m/năm tùy theo vị trí, theo thời gian mức độ xói lở ngày càng nhanhhơn Hệ quả là rừng phòng hộ trước tuyến đê biển đã bị thu hẹp dần, cho đếnnăm 2000 thì đã có trên 3 km thuộc khu vực xã Tân Thành rừng đã hoàn toànbiến mất, biển đã xâm thực vào đến tận chân đê.

Những năm gần đây, tuyến đê xung yếu không có rừng phòng hộ phảiđương đầu trực diện với biển liên tục dài thêm ra, xuất hiện ở những vị trí mớinhư tại xã Tân Điền, Kiển Phước, tuyến đê biển ngày càng mất an toàn Trongkhu vực này, chỉ có khoảng 1500 m bờ biển giáp cửa Tiểu là được bồi tụ vớitốc độ trung bình khoảng 10÷15 m/năm [9]

Hình 1.1: Diễn biến đường bờ đoạn từ Vàm Láng (cửa Soài Rạp) đến Kiểng Phước (trái) và ảnh chụp biển xâm thực tại Kiểng Phước (phải) [6]

Khu vực bờ biển huyện Tân Phú Đông, tỉnh Tiền Giang

Ngược lại với xu thế diễn biến của bờ biển khu vực Gò Công nói trên,đoạn bờ biển nằm giữa sông Cửa Tiểu và Cửa Đại được bồi tụ rất mạnh, tốc

độ bồi tụ trung bình vào khoảng trên 100 m/năm, tính từ năm 1965÷1989 bờ

đã được bồi ra khoảng hơn 3 km Từ năm 1989 đến nay đã xuất hiện cồn nổi

phía cửa Tiểu cách đường bờ cũ khoảng 2.7 km và liên tục phát triển về phía

bờ, đến thời điểm hiện tại cồn nổi gần nối liền với cù lao Tân Phú Đông [9]

Khu vực bờ biển thuộc các huyện Bình Đại và Ba Tri, tỉnh Bến Tre

Đoạn bờ biển nằm kẹp giữa các cửa sông cửa Đại và cửa Hàm Luông,

bị chia cắt bởi cửa sông Ba Lai Nhìn chung đoạn bờ biển này không bị xâmthực ngọai trừ đoạn bờ gần cửa Đại, còn lại hầu hết dọc bờ biển được hìnhthành khá nhiều bãi bồi, trong đó khu vực cửa Ba Lai có tốc độ bồi mạnhnhất

Từ năm 1965÷1989, khoảng 4 km bờ biển từ cửa Đại đến cửa sôngCống Bé bị xói lở mạnh, tốc độ xói lớn nhất khoảng 20 m/năm Tốc độ xâmthực khu vực này đã gia tăng lên khoảng 25 m/năm trong giai đoạn từ 1989đến nay

Đoạn bờ từ cửa sông Cống Bé đến cửa Hàm Luông chủ yếu là bồi tụ,

đă ̣c biệt khu vực bờ nam cửa Ba Lai, tính từ năm 1965÷1989 tại khu vực này

bờ biển đã được bồi ra khoảng 1,2 km, tốc độ lấn biển khoảng 50 m/năm Từnăm 1989 đến nay thì hoạt động xói bồi diễn ra xen kẽ tuy nhiên quá trình bồi

tụ vẫn chiếm ưu thế, xói lở chỉ diễn ra ở một vài vị trí với tốc độ khoảng 5÷7m/năm [9]

Khu vực bờ biển tỉnh Trà Vinh

Nằm giữa cửa sông Cổ Chiên và cửa Định An (Sông Hậu), dải ven biểntỉnh Trà Vinh có dạng hình cung với chiều dài trên 50 km Đây là vùng ngập

mă ̣n thường xuyên với nhiều sông rạch đổ ra biển tạo ưu thế lớn trong việcnuôi trồng thủy sản và phát triển rừng ngập mă ̣n của địa phương

Đoạn bờ từ cửa Cung Hầu đến ấp Dân Thành, huyện Duyên Hải dàikhoảng 25 km thường xuyên bị biển xâm thực Từ năm 1965÷1989 biển đãlấn vào đất liền khoảng hơn 200 m, trong đó có hai khu vực sạt lở mạnh là bờbiển Hiệp Thạnh dài khoảng 4 km bị sạt lở với tốc độ 8÷10 m/năm, và khu

vực bờ biển Nhà Mát, cách cửa Cung Hầu khoảng 8 km, bị sạt lở với tốc độkhoảng 15÷20 m/năm Trong giai đoạn 1989÷2001, đoạn bờ này tiếp tục bịsạt lở, tốc độ dịch chuyển đường bờ khoảng 10 m/năm, trong đó khu vực bờbiển Hiệp Thạnh có tốc độ sạt lở mạnh hơn rất nhiều so với giai đoạn trước,vào khoảng hơn 20 m/năm.

Đoạn bờ từ ấp Dân Thành đến cửa Định An chủ yếu được bồi tụ, tốc độbồi lớn nhất tại khu vực bờ bắc cửa Định An khoảng 40m/năm Bên cạnh đócó một vài vị trí bị xói lở với mức độ nhẹ vào khoảng 3÷5 m/năm Riêng tại

vị trí bờ bắc cửa Định An dài khoảng hơn 2 km được bồi khá mạnh với tốc độkhoảng 50 m/năm [9]

Khu vực bờ biển tỉnh Sóc Trăng

Bờ biển tương đối thẳng, quá trình diễn biến đường bờ khá phức tạp,xói bồi xen kẽ nhau Từ năm 1965÷1989, đoạn có sự biến động đường bờmạnh nhất là từ cửa Mỹ Thanh kéo dài về phía nam khoảng 17 km, vị trí bồilớn nhất vào khoảng 1.300 m, vị trí lở lớn nhất khoảng 400 m Ở đoạn bờ kếtiếp thuộc xã Vĩnh Bình dài khoảng 20 km, hiện tượng bồi lấp là chủ yếunhưng với tốc độ chậm chỉ khoảng 5 m/năm, riêng đoạn bờ thuộc ấp BiểnTrên thị trấn Vĩnh Châu dài khoảng 1,5 km được bồi lấp với tốc độ bồi vàokhoảng 15 m/năm Đoạn bờ kế tiếp cho đến giáp ranh Bạc Liêu chủ yếu bịbiển xâm thực, với chỗ xói lớn nhất là 320 m, tốc độ vào khoảng hơn 10m/năm

Trong giai đoạn 1989÷2008, đoạn bờ từ thị trấn Vĩnh Châu đến giápranh tỉnh Bạc Liêu lại bị xói lở, với tốc độ khoảng 10m/năm, đường bờ bịbiển lấn vào khoảng 250 m [9]

Khu vực bờ biển tỉnh Bạc Liêu

Với chiều dài khoảng 56 km, dải ven biển tỉnh Bạc Liêu có cao độ phổbiến từ 1,0÷1,5 m, ven bờ có các giồng cát cao độ từ 1,5÷3,0 m Nhìn chung

đường bờ biển ở Bạc Liêu trong giai đoạn từ năm 1965÷2008 có xu thế bồilấn ra biển, ngoại trừ hai khu vực bị xói lở là đoạn bờ giáp ranh tỉnh SócTrăng dài khoảng 6km, và đoạn bờ khu vực cửa sông Gành Hào (giáp ranhtỉnh Cà Mau) dài khoảng 9 km [9].

Khu vực bờ biển tỉnh Cà Mau

Dải ven biển tỉnh Cà Mau có chiều dài khoảng 254 km được chia làm 2đoạn Đoạn từ sông Gành Hào đến mũi Cà Mau dài khoảng 100 km giáp biểnĐông, đường bờ có dạng hình răng cưa Từ năm 1965 đến nay nhìn chungđoạn bờ nay thường bị xói lở, trong đó đáng chú ý là đoạn bờ từ cửa sôngĐầm Dơi đến cửa Rạch Gốc dài khoảng 40 km có tốc độ dịch chuyển đường

bờ khá mạnh khoảng 35 m/năm, từ năm 1965÷2008 đường bờ biển đoạn này

đã bị biển lấn vào khoảng 1,4 km

Đoạn bờ từ Mũi Cà Mau đến rạch Tiểu Dừa dài khoảng 154 km pháibiển Tây, hoạt động xói bồi trong giai đoạn 1965÷2001 diễn ra xen kẽ Tuynhiên hoạt động bồi tụ chiếm ưu thế, xói lở diễn ra chủ yếu tại vị trí các cửasông Khu vực có tốc độ bồi tụ mạnh nhất là mũi Cà Mau, từ năm 1965÷2001mũi Cà Mau được bồi ra khoảng 3 km, tốc độ bồi bình quân khoảng 80m/năm [9]

Khu vực bờ biển tỉnh Kiên Giang

Dải bờ biển Kiên Giang chịu ảnh hưởng của thủy triều biển Tây vàvịnh Thái Lan Chế độ thủy hải văn biển Tây tạo ra hình thái dải ven biểnKiên Giang khá ổn định và có xu thế bồi lắng là chính Tính từ năm1965÷2008 bờ biển Kiên Giang được bồi lấp từ 5÷10 m/năm, trong đó vị tríbồi lớn nhất là đoạn bờ khu vực giáp ranh giữa huyện An Minh và An Biên,trong vòng 43 năm (1965÷2008) ở khu vực này đã được bồi ra khoảng 2 km,tốc độ bồi gần 50 m/năm Tuy nhiên, trong những năm gần đây đã xảy ra tìnhtrạng xói lở bờ biển uy hiếp đến sự an toàn của tuyến đê biển ở một số khu

vực như: khu vực mũi Rảnh thuộc bờ Nam sông Cái Lớn biển lấn vào khoảng

200 m, khu vực Vàm Rầy huyện Hòn Đất biển đã tiến vào đất liền khoảnghơn 200 m gây sạt lở mái đê trong khoảng từ năm 2001÷2008 [9]

1.1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu

1.1.3.1 Vị trí địa lý

Cà Mau là tỉnh cực nam của Việt Nam, thuộc khu vực ĐBSCL, đượctái lập ngày 01/01/1997 Cà Mau là một vùng đất trẻ, mới được khai phákhoảng trên 300 năm, lãnh thổ gồm 2 phần [37]:

Phần đất liền: Diện tích 5.294,87 km2, xếp thứ 2 và bằng 12,97% diệntích khu vực ĐBSCL, bằng 1,58% diện tích cả nước Trong đó, diện tích đấtnuôi trồng thủy sản trên 266.735 ha, đất trồng lúa 129.204 ha, đất lâm nghiệp103.723 ha

Nằm ở 80034’ đến 90033’ vĩ độ Bắc và 104043’ đến 105025’ kinh độĐông, cách tp Hồ Chí Minh 370 km, cách thành phố Cần Thơ 180 km vềphía nam Theo đường chim bay, từ bắc tới nam dài 100 km

Phía bắc giáp tỉnh Kiên Giang, phía đông bắc giáp tỉnh Bạc Liêu, phíađông và đông nam giáp biển Đông và phía tây giáp Vịnh Thái Lan Cà Maunằm trên bán đảo, có vị trí địa lý khá đă ̣c biệt, với ba mă ̣t tiếp giáp biển Mũi

Cà Mau là nơi duy nhất trên đất liền có thể ngắm được mă ̣t trời mọc lên từ

mă ̣t biển Đông vào buổi sáng và lă ̣n xuống mă ̣t biển Tây vào buổi chiều CàMau nằm ở trung tâm vùng biển các nước Đông Nam Á nên rất thuận lợi giaolưu, hợp tác kinh tế với các nước trong khu vực

Vùng biển: Vùng biển và thềm lục địa thuộc chủ quyền và quyền tài

phán của Việt Nam do tỉnh Cà Mau quản lý có diện tích 71.000 km2 Trongđó, có đảo Hòn Khoai, Hòn Chuối, Hòn Buông và Hòn Đá Bạc [37]

Cà Mau là loại hình sinh thái đă ̣c thù, rừng sinh thái ven biển ngập mă ̣n đượcphân bố dọc ven biển với chiều dài 254 km Bên cạnh đó, Cà Mau còn có hệsinh thái rừng tràm nằm sâu trong lục địa ở các huyện U Minh, Trần VănThời, Thới Bình quy mô 35.000 ha Diện tích rừng ngập mă ̣n ở Cà Mauchiếm 77% rừng ngập mă ̣n của vùng ĐBSCL [37].

độ trung bình cao nhất trong năm là vào tháng 4, khoảng 27,60C, nhiệt độtrung bình thấp nhất vào tháng 1, khoảng 250C Biển nhiệt độ trung bình trong

1 năm là 2,70C Năm 2014, nhiệt độ thấp nhất ở đây đã xuống tới 200C (tháng1; trước đó vào tháng 12 năm 2013 đã xuống còn 180C) Nhiệt độ cao nhất là

330C khi đang trong mùa khô vào tháng 1 năm 2013 [37]

Thủy văn, sông ngòi

Cà Mau có hệ thống sông ngòi, kênh rạch chằng chịt và đan xen nhaunhư mạng nhện, chiếm 3,02% diện tích tự nhiên, trong đó có nhiều sông lớn,mực nước sâu, dẫn phù sa bồi đắp vào sâu trong đất liền như các sông: TamGiang, Gành Hào, Bảy Háp, Sông Đốc, Đầm Dơi, Cái Tàu, Trèm

Trẹm…Tổng chiều dài sông ngòi khoảng 7.000 km, rất thuận tiện cho vận tải,giao thông đường thủy.

Chế độ thủy triều ở khu vực tỉnh Cà Mau chịu tác động trực tiếp củachế độ bán nhật triều không đều biển Đông và chế độ bán nhật triều khôngđều ở biển Tây Biên độ triều biển Đông tương đối lớn, khoảng 300 - 350 cmvào các ngày triều cường và từ 180 - 220 cm vào các ngày triều kém

Một số sông ngòi chính:

+ Sông Cửa Lớn (Cái Lớn): dài 56 km, bắt nguồn từ sông Ông Trangchảy ra Bồ Đề Có đă ̣c điểm là khi nước lớn chảy ngang qua Năm Căn rồi đổluôn ra biển Hai bên bờ sông có nhiều cây đước, mắm, vẹt ;

+ Sông Gành Hào: dài 55km, bắt nguồn từ sông Giồng Kè (Cà Mau),chảy qua Ao Kho, Mương Điều rồi đổ ra biển Tại cửa sông sâu gần 20 m,rộng 300 m;

+ Sông Bảy Háp: dài 48 km, bắt nguồn từ kênh xáng Đội Cường, chảy

ra cửa Bảy Háp Trung bình sâu 5 – 6 mét Tại cửa sông rộng khoảng 500 m;

+ Sông Ông Đốc: dài 44 km, từ ngã ba sông Cái Tàu chảy ra VịnhThái Lan;

+ Sông Trèm Trẹm (còn gọi là sông Trẹm): dài 42 km bắt nguồn từKiên Giang chảy tới ngã ba Cái Tàu Độ sâu trung bình 3 – 4 m, chiều rộngkhoảng 80 m [37]

1.1.3.3 Tổng quan về chế độ động lực bồi – xói khu vực Cà Mau

Khu vực ven biển Cà Mau là nơi diễn ra chế độ bồi – xói hết sức phứctạp và diễn biến ngày càng nhanh, đây cũng là vấn đề được rất nhiều các nhàkhoa học quan tâm với rất nhiều các nghiên cứu, dự án đã được thực hiện trênkhu vực này

Ban đầu các nghiên cứu trên đều đưa đến nhận định chung là khu vực

bờ Đông tỉnh Cà Mau là nơi có hiện tượng bồi tụ - xói lở diễn ra rất mạnh và

phức tạp còn khu vực bờ Tây là nơi bồi tụ chiếm ưu thế Các yếu tố ảnhhưởng đến quá trình xói lở bồi tụ là: cấu tạo vùng bờ, hướng đới bờ, tác độngcủa gió, thủy triều, dòng chảy dọc bờ, sóng (trong bão) và tác động của conngười Hiện tượng xói lở chủ yếu diễn ra vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc vớinguyên nhân chủ yếu là do sóng lớn được hình thành từ gió mùa Đông Bắcthổi liên tục với cường độ mạnh trên biển Đông Trong khi đó, vào thời kỳ giómùa Tây Nam, hiện tượng xói lở diễn ra ít hơn và hiện tượng bồi tụ là chủđạo Thời kỳ gió mùa Tây Nam cũng là mùa mưa lũ, là mùa có nguồn phù satừ các sông dồi dào nhất trong năm, đồng thời hướng gió mùa này ngược vớihướng mở của đường bờ ven biển Đông nơi tập trung các cửa sông.

Nghiên cứu của Trần Trung Hành và cộng sự (2011) bằng khảo sát,thực nghiệm mô hình đã nhận định dòng hoàn lưu chảy tầng đáy cũng là mộtđộng lực quan trọng tác động đến quá trình bồi xói Do dòng chảy tầng đáy,nên khi vào gần bờ thì có xu hướng dồn phù sa tầng đáy lên bờ Chính vì đă ̣cđiểm trên của dòng hải lưu nên mũi Cà Mau cong về hướng tây Dòng chảy

về bề mă ̣t vuông góc với bờ đóng vai trò chuyển bùn cát manh tính cục bộhơn, đưa bùn cát ra xa bờ Cụ thể là các bùn cát khi được vận chuyển đến gầnkhu vực cửa Gành Hào sẽ được dòng chảy hướng ngang ở khu vực này đưa ra

xa hơn, tích tụ đáng kể trên phần sườn châu thổ Loại dòng chảy này có thểđược hình thành do sự thuận lợi về hình thể địa hình đường bờ riêng của từngkhu vực

Bên cạnh những nguyên nhân ngoại sinh đã đề cập trên, rừng ngập mă ̣ncũng có vai trò vô cùng quan trọng thúc đẩy quá trình bồi tụ Rừng ngập mă ̣ngiúp điều hòa khí hậu, hạn chế bão gió, bảo vệ đê ven biển, góp phần làmsạch môi trường do có thể làm giảm hàm lượng kim loại nă ̣ng có trong nướcthải nội địa đổ ra vùng cửa sông, ven biển, đồng thời giữ gìn sự cân bằng sinhthái tự nhiên cho những vùng đất bị ngập nước Rừng ngập mă ̣n còn có tác

dụng giảm sóng và dòng chảy, tạo điều kiện thuận lợi để bùn cát tích tụ nhanh

và nhiều hơn, đồng thời cũng làm bùn cát cố kết tốt hơn Nói cách khác, rừngngập mă ̣n giúp tiến trình bồi tụ phát triển nhanh hơn Ngược lại, quá trình bồi

tụ nhanh lại tạo điều kiện cho rừng ngập mă ̣n phát triển tốt

Tác động lớn nhất của con người lên quá trình xói lở chính là việc khaithác quá mức rừng ngập mă ̣n để nuôi trồng thủy hải sản trong những thập kỷgần đây đã làm suy thoái nghiêm trọng rừng ngập mă ̣n Hàng loạt đập thủyđiện và hồ chứa thủy lượi lớn nhỏ đã được con người xây dựng Việc xâydựng các đập này đã tác dộng trực tiếp, làm giảm đáng kể lượng bùn cát cungcấp cho biển Tuy không có các tài liệu quan trắc để phân tích so sánh, nhữngviệc xây dựng các hồ đập nói trên chắc chắn đã làm giảm đáng kể lượng phụ

sa, bùn cát cung cấp cho biển, góp phần làm xói lở bờ biển

Từ năm 1898 đến nay, vùng bờ biển Mũi Cà Mau vẫn tuân theo quyluật xói bên Đông bồi bến Tây Vùng tiếp giáp biển Đông là vùng thườngxuyên xảy ra xói lở Theo kết quả nghiên cứu của dự án “Thành lập bản đồbiến động đường bờ biển”, sóng cũng gián tiếp làm tăng xói lở bờ biển CàMau Sóng to kết hợp với gió biển hoạt động thường xuyên làm các cây vốnquen chịu mă ̣n như Đước, Mắm không thể sống sót, đất không được cây giữnên cũng xói lở theo Diện tích đất mất hàng năm do xói lở từ vài chục métđến trăm mét tùy từng năm, từng vị trí Ngược với phía đông, bên phía Tây tạimũi Cà Mau và vùng bờ biển giáp vịnh Thái Lan lại xảy ra hiện tượng bồi tụ,tốc độ bồi tùy từng năm từ vài chục mét đến trăm mét Trên các bãi bồi, tùytheo thời gian hình thành khác nhau, chủ yếu là phát triển tự nhiên từ đất liềnlấn dần theo sự hình thành của bãi

Với tác động mang tính tiêu cực của hiện tượng BĐKH và nước biểndâng, vùng bán đảo Cà Mau sẽ là một trong những nơi nhạy cảm và chịunhiều tổn thương Hướng nghiên cứu mô hình hóa có tính đến yếu tố tác động

của BĐKH đã đưa ra được những dự báo biến động đường bờ ở khu vực này.Một trong số đó có thể kể đến mô hình luân chuyển khí hậu toàn cầuECHAM4 GCM với kịch bản khí hậu A2 và B2 theo IPCC và phần mềmPRECIS để chi tiết hóa dựa vào chuỗi số liệu nền 1980-2000 đề phỏng đoángiai đoạn 2030-2040 Đây là dự án hợp tác nghiên cứu giữa viện nghiên cứuBĐKH – Đại học Cần Thơ và Trung tâm SRART vùng Đông Nam Á (Đạihọc Chulalongkorn, Thái Lan) [1] Các kết quả mô hình cho thấy dải rừngngập mă ̣n ven biển sẽ bị đẩy lùi vào đất liền và giảm bớt diện tích, do vậycành trở nên mong manh hơn khi gă ̣p các yếu tố thời tiết cực đoan khác nhưgió lốc và bão tố tấn công Sự gia tăng nhiệt độ mùa khô, lượng nước giảm sútcó thể gây thêm số vụ cháy rừng làm giảm sút số lượng và số loài cây conhoang dã Hệ sinh thái nước lợ có thể bị xáo trộn do diện tích biển lũ mở rộng

về phía nam Theo nghiên cứu đó thì do BĐKH, Cà Mau sẽ phải đối mă ̣t với

lũ mà vốn trước đây không phải là mối nguy lớn đối với vùng đất này

Theo một kết quả tính toán bằng mô hình số trị của nghiên cứu quản lýbiển và hải đạo, do ảnh hưởng của nước biển dâng, tình trạng xói tăng cả vềquy mô và mức độ nghiêm trọng Các kết qủa tính toán bằng mô hình số trịcho thấy trường hợp có rừng ngập mă ̣n, sóng và dòng chảy chỉ gây xói lở ởphía ngoài rừng ngập mă ̣n Nếu mất rừng ngập mă ̣n, sóng biển sẽ gây xói lởmạnh mẽ ở bãi và chân đê Bởi vậy, việc duy trì và trồng lại rừng ngập mă ̣nven biển là giải pháp hiệu quả nhất để bảo vệ đê cũng như đường bờ cửasông, ven biển [19]

1.2 Các phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ từ tư liệu viễn thám

1.2.1 Phương pháp tổ hợp màu

Tổ hợp màu (bands combination) là một trong những phương pháp đơngiản nhất dựa trên việc tổ hợp các kênh ảnh ở các dải phổ khác nhau để tạo sựtương phản ranh giới giữa đất liền và nước

Trong phân tích, xử lý ảnh viễn thám, kỹ thuật đầu tiên được sử dụng

để tạo ranh giới đường bờ là tổ hợp màu Các phương pháp tổ hợp màu để xácđịnh đường bờ thường sử dụng kênh ảnh ở dải sóng cận hồng ngoại (NIR) vàhồng ngoại giữa (MIR) do ở các bước sóng này, năng lượng bức xạ bị nướchấp thụ rất lớn Phương pháp tổ hợp màu tốt nhất để tạo sự tương phản rõ rệtgiữa đất và nước là tổ hợp màu RGB (Red – Green – Blue) gồm 3 kênh ảnh:hồng ngoại trung bình (MIR), cận hồng ngoại (NIR), đỏ (RED) Đối với ảnhLandsat 5 TM và 7 ETM+ các kênh ảnh này tương ứng với kênh 5, kênh 4 vàkênh 2, trong khi đó với ảnh Landsat 8 sử dụng các kênh 6, kênh 5 và kênh 3.Trên tổ hợp màu này, nước tương phản rất rõ rệt với đất liền và được đă ̣ctrưng bởi màu xanh đen Mă ̣c dù rất đơn giản nhưng phương pháp tổ hợp màucũng có nhược điểm lớn là không thể tự động tách ranh giới giữa đất và nước,việc xác định đường bờ phải sử dụng phương pháp thủ công Điều này cũngảnh hưởng đến độ chính xác kết quả đánh giá biến động đường bờ do kết quảchiết tách thông tin đường bờ phụ thuộc kinh nghiệm và khả năng của người

xử lý ảnh [10]

Ví dụ về tổ hợp màu 543 đối với ảnh LANDSAT 7 ETM+ chụp ngày

16 – 01 – 2001 và 14 – 01 – 2009 khu vực ven biển Cà Mau (hình 1.2)



Hình 1.2: Tổ hợp màu RGB=543 ảnh Landsat khu vực ven biển Cà Mau

1.2.2 Phương pháp phân ngưỡng

Phương pháp phân ngưỡng (threshold) là phương pháp xử lý số phânđoạn ảnh hay tách ảnh làm hai lớp tách biệt nhau bởi một giá trị ngưỡng(threshold) cho trước Đây là kĩ thuật xử lý đơn giản và được sử dụng rất rộngrãi trong các phương pháp phân vùng ảnh Ảnh được xử lý chia ra một lớp cógiá trị nhỏ hơn mức độ xám của ngưỡng xác định và lớp kia có giá trị caohơn Kết quả thu được là một ảnh số với 2 giá trị khác nhau Có thể gán giá trị

0 cho một lớp ảnh (đối tượng không quan tâm) và 1 cho lớp ảnh còn lại [18]

Cơ sở toán học của phương pháp phân ngưỡng được hiểu như sau: quá

trình xử lý ngưỡng là quá trình so sánh ảnh với hàm số T = T[x, y, p(x,y), f(x,y)], ở đây f(x,y) – giá trị độ xám tại điểm (x, y); p(x, y) – hàm biểu diễn

tính chất của vùng ảnh lân cận điểm (x, y), ví dụ giá trị mức xám trung bìnhcủa vùng ảnh có tâm là (x, y);

Kết quả so sánh được tổng hợp trên ảnh g(x, y) theo quy luật sau:

tọa độ không gian (x, y) gọi là ngưỡng cục bộ Nếu ngưỡng cục bộ T phụthuộc vào p(x, y) (hay T thay đổi theo tính chất của từng vùng ảnh) thì gọi làngưỡng thích nghi [18].

Phương pháp phân vùng theo ngưỡng toàn cục (global thresholding) làphương pháp xử lý rất đơn giản khi tách ảnh thành 2 lớp với mức ngưỡng T.Mức độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc tính chất của ảnh (ví dụ:phân chia nước – đất liền, ) Cách chọn ngưỡng toàn cục dựa trên cơ sở phântích lược đồ (histogram) của ảnh bằng mắt người quan sát

Nhìn chung, phương pháp phân ngưỡng là một phương pháp đơn giản

và tỏ ra tương đối hiệu quả trong xác định ranh giới nước – đất liền do có sựtương phản khá rõ rệt giữa chúng trên ảnh vệ tinh Mă ̣c dù vậy, độ chính xáccủa kết quả tách ranh giới nước – đất liền phụ thuộc vào ngưỡng được chọncũng như kinh nghiệm, khả năng của người sử dụng Trong thực tế, phươngpháp phân ngưỡng chỉ được dùng như một bước trong các thuật toán táchranh giới nước – đất liền [19]

Hình 1.3: Ảnh LANDSAT 7 kênh 4 (a), kênh 1 (b) và ảnh sau khi xử lý

ngưỡng (c) khu vực hồ núi Cốc (04/11/2000) [10]

1.2.3 Phương pháp tỉ lệ ảnh

Một trong các phương pháp biến đổi số học ảnh được sử dụng nhiềunhất là phương pháp tỉ số ảnh Phương pháp tỉ số ảnh cho phép thể hiệnnhững biến đổi nhỏ nhất trong đă ̣c tính phổ của các vật thể, từ đó, có thể giảiđoán một cách chính xác các đối tượng trên Phương pháp tỉ số ảnh đượcdùng để tạo các chỉ số, các chỉ số này có thể là chỉ số thực vật, chỉ số khoángsản, chỉ số biến đổi, Ưu điểm lớn nhất của việc dùng tỉ số trong nghiên cứucác đối tượng là sự đơn giản trong xử lý và kết quả giải đoán đảm bảo độchính xác mà không mất nhiều thời gian tính toán như các phương pháp cổđiển (giải đoán ảnh bằng các phương pháp thông dụng)

Cho đến nay, đã có nhiều chỉ số được các nhà khoa học trên thế giới đềxuất nhằm nghiên cứu và nâng cao độ tương phản giữa nước và các đối tượngkhác Có thể kể đến một số chỉ số như chỉ số khác biệt nước NDWI, chỉ sốkhác biệt nước điều chỉnh MNDWI, chỉ số AWEI [22, 23, 26]

Nhìn chung, các chỉ số này rất đơn giản trong tính toán và có thể ápdụng hiệu quả trong nghiên cứu mă ̣t nước Mă ̣c dù vậy, phương pháp nàycũng không cho phép tự động hóa chiết tách thông tin đường bờ từ tư liệu ảnh

vệ tinh

Ví dụ về kết quả xác định chỉ số khác biệt nước điều chính MNDWIđối với ảnh Landsat 5 TM khu vực nội thành Hà Nội được trình bày trên hình1.4, trong đó nước được đại diện bởi các pixel có màu trắng sáng, ngược lại,khu vực đất liền được thể hiện bởi các pixel có màu tối

Hình 1.4: Ví dụ chỉ số MNDWI khu vực nội thành Hà Nội

Bên cạnh các chỉ số này, một số nhà khoa học như Winasor [35],Alesheikh [21] đã phát triển các phương pháp chiết tách thông tin đường bờtrên cơ sở các ảnh tỉ lệ giữa các kênh xanh lục (green), cận hồng ngoại (nearinfrared) và hồng ngoại giữa (middle infrared) Do nước hấp thụ hầu hết nănglượng bức xạ điện từ chiếu tới trong dải sóng cận hồng ngoại và hồng ngoạigiữa, trên các ảnh tỉ lệ này, các pixel đại diện cho nước có giá trị lớn hơn 1.Trong khi đó, do các đối tượng đất liền như đất, thực vật…có khả năng phản

xạ phổ ở dải sóng cận hồng ngoại và hồng ngoại giữa cáo hơn so với bướcsóng xanh lục, trên các ảnh tỉ lệ này, các pixel đại diện cho đất liền có giá trịnhỏ hơn 1 Điều này cho phép sử dụng phương pháp phân ngưỡng để có thể

tự động hóa tách ranh giới giữa nước và đất liền

1.3 Tổng quan về tình hình ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ

1.3.1 Trên thế giới

Công nghệ viễn thám kể từ khi ra đời với những ưu điểm nổi bật so vớicác phương pháp nghiên cứu truyền thống đã được sử dụng rộng rãi và manglại hiệu quả to lớn trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, giám sát môitrường nói chung, trong theo dõi, đánh giá biến động đường bờ nói riêng Chođến nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh,trong đó bao gồm cả ảnh quang học và siêu cao tần nhằm đánh giá và giámsát biến động đường bờ các khu vực ven biển, sông, hồ

Ban đầu, các nghiên cứu thường tập trung sử dụng kết quả phân loại

mă ̣t nước từ ảnh vệ tinh đa thời gian, sau đó chồng xếp để phát hiện và đánhgiá biến động đường bờ Klemas (2009) [25] sử dụng tư liệu viễn thám, baogồm ảnh vệ tinh quang học Landsat và ảnh siêu cao tần (SAR) trong nghiêncứu tài nguyên thiên nhiên và môi trường khu vực ven bờ biển Trong nghiêncứu này, tác giả sử dụng phương pháp phân loại có giám sát kết hợp phân tíchtexture để đánh giá biến động đường bờ

Proisy et al (2003) [32] sử dụng đa nguồn tư liệu viễn thám, bao gồmảnh vệ tinh Landsat, SPOT và Radarsat nhằm nghiên cứu biến động đường bờkhu vực sông Amazon (Nam Mỹ) Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sửdụng phương pháp phân loại có giám sát ảnh vệ tinh đa thời gian, sau đóchồng xếp kết quả để phát hiện và đánh giá biến động đường bờ

Hình 1.5: Ánh vệ tinh Spot khu vực bờ sông Amazon (Nam Mỹ) [30]

Gathot Winasor [35] và một số nhà khoa học đã đưa ra phương phápxác định tự động ranh giới đất liền – nước vào năm 2001 Trong nghiên cứunày, tác giả sử dụng ba kênh ảnh Landsat TM, ETM+ bao gồm: kênh 2 (xanhlục), kênh 4 (cận hồng ngoại), kênh 5 (hồng ngoại trung bình) để lập ảnh tỉ số.Ảnh tỉ số kênh4/kênh2 được sử dụng để tách vùng bờ có thực vật, trong khiảnh tỉ số kênh5/kênh5 được sử dụng để tách vùng bờ không có thực vật Kếtquả hai ảnh tỉ số trên sẽ bổ sung cho nhau để tạo ranh giới hoàn chỉnh giữanước và đất liền Trên ảnh thu được, nước có giá trị nhỏ hơn 1, giá trị còn lạithể hiện đất liền Kết quả nhận được sẽ được vector hóa để tạo đường bờ, sauđó chồng xếp nhằm đánh giá biến động

Alesheikh (2006) [21] đã phát triển phương pháp do Winasor đề xuấtbằng cách sử dụng phân ngưỡng ở kênh giữa hồng ngoại (kênh 5) ảnhLandsat 5 TM nhằm nâng cao độ chính xác trong kết quả chiết tách thông tinđường bờ phục vụ đánh giá biến động (hình 1.6) Kết quả nghiên cứu chothấy, kênh 5 ảnh Landsat 5 TM có khả năng phân biệt tốt ranh giới nước – đấtliền, kể cả khu vực có thực vật che phủ ở đường bờ

Hình 1.6: Biến động đường bờ giai đoạn 1989 – 2001 trong nghiên cứu

của Alesheikh [21]

Để chiết tách thông tin nước mă ̣t, ngoài các phương pháp trên, một sốnhà khoa học còn đề xuất các chỉ số như chỉ số khác biệt nước NDWI(Normalized Difference Water Index) hoă ̣c chỉ số khác biệt nước điều chínhMNDWI (Modified Normalized Difference Water Index)

Chỉ số NDWI được đề xuất bởi Gao (1996) [22] trên cơ sở sử dụngphản xạ phổ tại dải sóng cận hồng ngoại và hồng ngoại sóng ngắn (SWIR).Chỉ số NDWI được xác định như sau:

Chỉ số MNDWI được xác định như sau:

Nhìn chung, các nghiên cứu trên thế giới đã minh chứng tính hiệu quả

và ưu việt của phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám đánh giá biến độngđường bờ Với diện tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn, tư liệu viễnthám trở thành công cụ mạnh phục vụ nghiên cứu, giám sát biến động khuvực ven bờ

1.3.2 Trong nước

Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài, hệ thống sông, hồ dày đă ̣c,

do vậy việc giám sát, quản lý biến động đường bờ là một vấn đề có ý nghĩahết sức quan trọng Trên thực tế, tình trạng xói lở, bồi tụ bờ biển, cửa sôngđang diễn ra khá phổ biến ở nước ta, gây ra những thiệt hại không nhỏ về kinh