Nghiên Cứu Sự Thay Đổi Diện Tích Mặt Nước Ở Quảng Ninh Bằng Công Nghệ Địa Không Gian Nhằm Cung Cấp Cơ Sở Cho Công Tác Quản Lý Tài Nguyên Nước Bền Vững

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là

trung thực và chƣa sử dụng để bảo vệ luận văn của một học vị nào.

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã

đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn

gốc.

Hà Nội, Ngày 25 tháng 8 năm 2017

Học viên

Đặng Văn Thanh

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã

nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ,

động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng kính

trọng và biết ơn sâu sắc PGS. TS Phùng Văn Khoa đã tận tình hƣớng dẫn,

dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình

học tập và thực hiện đề tài.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Ban Quản lý

đào tạo, các Thầy Cô giáo, các nhà khoa học thuộc Khoa Môi trƣờng thuộc

Đại học Lâm nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập,

thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Ủy ban

nhân dân huyện Hoành Bồ đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá

trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn gia đình, ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo

mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi

hoàn thành luận văn./.

Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2017

Học viên

Đặng Văn Thanh

iii

MỤC LỤC

Trang

TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii

MỤC LỤC........................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIỆT TẮT .................................................................vi

DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................vii

DANH MỤC CÁC HÌNH..............................................................................viii

ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................... 1

Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................ 3

1.1. Khái niệm................................................................................................... 3

1.1.1 Khái niệm công nghệ địa không gian: ..................................................... 3

1.2. Tổng quan về GIS ...................................................................................... 4

1.3. Khái niệm, nguyên lý cơ bản và ứng dụng của viễn thám......................... 5

1.3.1. Khái niệm................................................................................................ 5

1.3.2. Lịch sử hình thành và xu hƣớng phát triển ............................................. 6

1.3.3. Nguyên lý cơ bản của thuật viễn thám............................................... 8

1.3.4. Ứng dụng viễn thám và GIS trên thế giới............................................. 10

1.3.5. Ứng dụng viễn thám và GIS ở Việt Nam trong quản lý tài nguyên nƣớc..... 11

1.4. Giới thiệu về phần mềm ENVI và ARCGIS............................................ 12

1.4.1. Phần mềm ENVI ................................................................................... 12

1.4.2. Phần mềm ARCGIS .............................................................................. 13

Chƣơng 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU................................................................................................ 17

2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................ 17

2.1.1. Mục tiêu chung...................................................................................... 17

iv

2.1.2. Mục tiêu cụ thể...................................................................................... 17

2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 17

2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................ 18

2.3.1. Đánh giá hiện trạng diện tích mặt nƣớc tại khu vực nghiên cứu giai

đoạn 1990 – 2015. ........................................................................................... 18

2.3.2. Dự báo xu thế biến động tài nguyên nƣớc các năm tiếp theo (10 năm

tiếp theo).......................................................................................................... 18

2.3.3. Đề xuất một số giải pháp quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên nƣớc tại

khu vực nghiên cứu......................................................................................... 18

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 18

2.4.1. Phƣơng pháp ế thừa tài liệu................................................................. 19

2.4.2. Phƣơng pháp xử lý ảnh vệ tinh ............................................................. 19

2.5. Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh...................................................................... 26

2.5.1. Tăng cƣờng độ phân giải....................................................................... 26

2.5.2. Tăng cƣờng độ tƣơng phản của ảnh...................................................... 27

2.6. Phƣơng pháp xây dựng khóa giải đoán.................................................... 28

2.7. Phƣơng pháp giải đoán............................................................................. 29

2.7.1. Phƣơng pháp giải đoán ảnh bằng mắt:.................................................. 29

2.7.2. Phân loại có kiểm định.......................................................................... 31

2.8. Phƣơng pháp thành lập bản đồ hiện trạng mặt nƣớc ............................... 33

Chƣơng 3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU....................................... 36

3.1. Điều kiện tự nhiên.................................................................................... 36

3.1.1. Vị trí địa lý - kinh tế.............................................................................. 36

3.1.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo .................................................................. 37

3.1.3. Khí hậu .................................................................................................. 40

3.2. Tài nguyên thiên nhiên............................................................................. 42

3.2.1. Tài nguyên đất....................................................................................... 42

v

3.2.2. Tài nguyên nƣớc.................................................................................... 42

3.2.3. Tài nguyên rừng .................................................................................... 45

3.3. Các nguồn lực điều kiện kinh tế-xã hội ................................................... 46

3.3.1. Khái quát về tình hình kinh tế của tỉnh................................................. 46

3.3.2. Nguồn nhân lực ..................................................................................... 48

Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 51

4.1. Tƣ liệu ảnh viễn thám phục vụ nghiên cứu.............................................. 51

4.2. Xử lý ảnh.................................................................................................. 54

4.2.1. Ghép ảnh ............................................................................................... 54

4.3. Tổ hợp màu .............................................................................................. 57

4.3.1.Ảnh đơn sắc............................................................................................ 57

4.3.2. Ảnh tổ hợp màu:.................................................................................... 58

4.4. Xây dựng khóa giải đoán ......................................................................... 60

4.5. Thực hiện giải đoán ảnh viễn thám theo mẫu khóa giải đoán ................. 62

4.6. Thành lập bản đồ hiện trạng diện tích mặt nƣớc giai đoạn 1990-2015 ... 63

4.7. Đánh giá biến động diện tích mặt nƣớc giai đoạn 1990 đến 2015 .......... 69

4.8. Xu hƣớng biến động diện tích mặt nƣớc giai đoạn 2015 đến năm 2025 và

giải pháp .......................................................................................................... 75

4.8.1. Xu hƣớng biến động diện tích mặt nƣớc giai đoạn 2015 đến năm 2025

......................................................................................................................... 75

4.8.2. Giải pháp quản lý và sử dụng nguồn nƣớc ........................................... 77

KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ............................................... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIỆT TẮT

Viết tắt Nghĩa đầy đủ

GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT Tên bảng Trang

1.1 Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện 7

2.1 Độ phân giải của các band 27

2.2 Khoá giải đoán các đối tƣợng trên ảnh vệ tinh 33

4.1

Thông tin cơ bản về các ảnh Landsat sử dụng trong nghiên

cứu

51

4.2 Giới thiệu vệ tinh Landsat 8 52

4.3 Mẫu khóa giải đoán ảnh năm 2015 tổ hợp màu tự nhiên 61

4.4 Diện tích các đối tƣợng năm 1990 của tỉnh Quảng Ninh 64

4.5 Diện tích các đối tƣợng năm 1995 của tỉnh Quảng Ninh 65

4.6 Diện tích các đối tƣợng năm 2000 của tỉnh Quảng Ninh 66

4.8 Diện tích các đối tƣợng năm 2010 của tỉnh Quảng Ninh 68

4.9 Diện tích các đối tƣợng năm 2015của tỉnh Quảng Ninh 69

4.10

Diện tích mặt nƣớc biến động giai đoạn 1990-1995 tỉnh

Quảng Ninh

69

4.11

Diện tích mặt nƣớc biến động giai đoạn 1995-2000 tỉnh

Quảng Ninh

70

4.12

Diện tích mặt nƣớc biến động giai đoạn 2000-2005 tỉnh

Quảng Ninh

70

4.13

Diện tích mặt nƣớc biến động giai đoạn 2005-2010 tỉnh

Quảng Ninh

71

4.14

Diện tích mặt nƣớc biến động giai đoạn 2010-2015 tỉnh

Quảng Ninh

71

4.15

Diện tích mặt nƣớc biến động giai đoạn 1990-2015 tỉnh

Quảng Ninh

75

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

STT Tên hình Trang

1.1 Nguyên lý thu nhận d liệu viễn thám 8

1.2 Các thành phần trong hệ thống viễn thám 9

1.3 Khái quát phần mềm ArcGIS21 13

2.1 Cửa sổ Image Analysis 28

2.2 Giao diện phần mềm ENVI lựa chọn phân loại có kiểm định 32

2.3

Phƣơng pháp giải đoán ảnh viễn thám và thành lâp bản đồ hiện

trạng diện tích mặt nƣớc bằng ảnh Landsat

35

4.1 Tổ hợp màu 53

4.2 Gộp kênh ảnh Landsat 8 tỉnh Quảng Ninh 54

4.3 Hộp lệnh Mosaic To New Raster 55

4.4 Ảnh ghép Quảng Ninh năm 2015 55

4.5 Chồng xếp ranh giới tỉnh Quảng Ninh 56

4.6 Hộp lệnh Extract by Mask 56

4.8 ảnh đơn sắc landsat 5 tỉnh Quảng Ninh 1990 58

4.9 Anh màu tự nhiên landsat 5 tỉnh Quảng Ninh 59

4.10 Ảnh màu tự nhiên landsat 8 tỉnh Quảng Ninh 59

4.11 Bản đồ giải đoán Quảng Ninh năm 2015 63

4.12 Bản đồ hiện trạng diện tích mặt nƣớc tỉnh Quảng Ninh năm 1990 63

4.13 Bản đồ hiện trạng diện tích mặt nƣớc tỉnh Quảng Ninh năm 1995 64

4.14 Bản đồ hiện trạng diện tích mặt nƣớc tỉnh Quảng Ninh năm 2000 65

4.15 Bản đồ hiện trạng diện tích mặt nƣớc tỉnh Quảng Ninh năm 2005 66

4.16 Bản đồ hiện trạng diện tích mặt nƣớc tỉnh Quảng Ninh năm 2010 67

4.17 Bản đồ hiện trạng diện tích mặt nƣớc tỉnh Quảng Ninh năm 2015 68

4.18 Hộp lệnh Intersect chồng xếp d liệu 73

4.19 Bảng tính giá trị 74

4.20 Bản đồ biến động diện tích mặt nƣớc tỉnh Quảng Ninh 74

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nƣớc ta có địa hình đồi núi chiếm đến 3/4 diện tích lãnh thổ, tập trung

phần lớn ở vùng Đông Bắc, Tây Bắc và miền Trung, phần diện tích còn lại là

châu thổ và đồng bằng phù sa, chủ yếu là ở đồng bằng sông Hồng và đồng

bằng sông Cửu Long. Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, mặc dù

lƣợng mƣa trung bình nhiều năm trên toàn lãnh thổ vào khoảng 1.940

mm/năm nhƣng do ảnh hƣởng của địa hình đồi núi, lƣợng mƣa phân bố không

đều trên cả nƣớc và biến đổi mạnh theo thời gian đã và đang tác động lớn đến

tr lƣợng và phân bố tài nguyên nƣớc ở Việt Nam.

Tài nguyên nƣớc là các nguồn nƣớc mà con ngƣời sử dụng trong sinh

hoạt hoặc có thể sử dụng vào các mục đích hác nhau. Nƣớc đƣợc dùng trong

các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng, giải trí và môi trƣờng.

Hầu hết các hoạt động trên đều cần nƣớc ngọt.

Nh ng năm gần đây, do nhiều nguyên nhân, ở hạ lƣu hầu hết các lƣu

vực sông, tình trạng suy giảm nguồn nƣớc dẫn tới thiếu nƣớc, khan hiếm

nƣớc hông đủ cung cấp cho sinh hoạt, sản xuất đang diễn ra ngày một

thƣờng xuyên hơn, trên phạm vi rộng lớn hơn và ngày càng nghiêm trọng, gây

tác động lớn đến môi trƣờng sinh thái các dòng sông, gia tăng nguy cơ ém

bền v ng của tăng trƣởng kinhtế, xóa đói giảm nghèo và phát triển xã hội.

Thêm vào đó, tài nguyên nƣớc trên các lƣu vực sông ở Việt Nam đang bị suy

giảm và suy thoái nghiêm trọng do nhu cầu dùng nƣớc tăng cao trong sản xuất

nông nghiệp, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản, thủy điện, làng nghề và do

khả năng quản lý yếu kém. Các hệ sinh thái rừng tự nhiên duy trì nguồn sinh

thủy từ thƣợng nguồn các lƣu vực cũng bị suy giảm trên diện rộng do nạn phá

rừng, do canh tác nông, nông - nghiệp, khai khoáng và xây dựng cơ sở hạ

tầng.