Ứng Dụng Công Nghệ Địa Không Gian Gis Rs Gps Theo Dõi Biến Động Rừng Ngập Mặn Khu Vực Ven Biển Tỉnh Quảng Ninh Giai Đoạn 2010 2019

`

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN BÁ HÀ

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN (GIS-RS-GPS)

THEO DÕI BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC VEN

BIỂN TỈNH QUẢNG NINH GIAI ĐOẠN 2010 – 2019

CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG

MÃ NGÀNH: 8620211

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. NGUYỄN HẢI HÒA

Hà Nội - 2021

i

LỜI CẢM ƠN

Đề tài thực hiện dưới sự hỗ trợ của Quỹ Phát triển Khoa học và Công

nghệ Quốc gia (NAFOSTED) mã số 105.08-2017.05.

Để hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ chuyên ngành Quản lý Tài

nguyên rừng, được sự đồng ý của Phòng Đào tạo Sau đại học, Trường Đại

học Lâm nghiệp, tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài tốt nghiệp: "Ứng

dụng công nghệ địa không gian (GIS- RS-GPS) theo dõi biến động rừng

ngập mặn khu vực ven biển tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2010 - 2019".

Sau một thời gian tiến hành nghiên cứu và thực hiện đề tài tốt nghiệp

đến nay bản luận văn đã được hoàn thành. Cho phép tôi được bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Quản lý Tài

nguyên Rừng, các thầy, cô giáo trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt thời

gian học tập và nghiên cứu. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn trân thành tới

PGS.TS. Nguyễn Hải Hòa - người thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo

giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn trân thành đến Ban lãnh đạo các cơ quan

đơn vị: Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Quảng Ninh, Chi cục Kiểm lâm tỉnh

Quảng Ninh, huyện Vân Đồn, TP Hạ Long và TP Cẩm Phả, Ủy ban nhân dân

các xã trong khu vực nghiên cứu và các cán bộ, các đồng chí, đồng nghiệp,

bạn bè và người dân trong khu vực nghiên cứu đã tạo mọi kiện thuận lợi để

giúp đỡ tôi hoàn thành được bản luận văn này. Mặc dù bản thân đã hết sức cố

gắng, song do thời gian hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu

sót. Vì vậy, rất vui lòng nhận được những góp ý, bổ sung của thầy cô và bạn

bè để bản luận văn được hoàn chỉnh hơn.

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2021

Tác giả

Nguyễn Bá Hà

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng

tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu của luận án là trung thực và có nguồn

gốc rõ ràng.

Hà Nội, ngày 02 tháng 5 năm 2021

Tác giả

Nguyễn Bá Hà

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .........................................................................................i

LỜI CAM ĐOAN.................................................................................. ii

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

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................vi

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

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

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

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

1.1. Vấn đề chung ..............................................................................3

1.1.1. Công nghệ địa không gian ....................................................3

1.1.2. Công nghệ viễn thám (RS) ....................................................5

1.1.3. Hệ thống thông tin địa lý (GIS).............................................6

1.2. Ứng dụng viễn thám và GIS trên thế giới và ở Việt Nam............8

1.2.1. Ứng dụng viễn thám và GIS trên thế giới ..............................8

1.2.2. Ứng dụng viễn thám và GIS ở Việt Nam................................9

1.3. Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá RNM trên thế

giới và ở Việt Nam ................................................................................11

1.3.1. Trên thế giới.......................................................................11

1.3.2. Tại Việt Nam ......................................................................13

Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................14

2.1. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................14

2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................14

2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................14

2.2. Đối tượng điều tra khảo sát .......................................................14

2.3. Phạm vi nghiên cứu...................................................................15

2.3.1. Phạm vi không gian ............................................................15

iv

2.3.2. Phạm vi về thời gian ...........................................................15

2.3.3. Phạm vi nội dung................................................................15

2.4. Nội dung nghiên cứu .................................................................15

2.4.1. Đánh giá hiện trạng rừng và đất rừng ngập mặn tại khu vực

nghiên cứu giai đoạn 2010 – 2019 .........................................................15

2.4.2. Đánh giá biến động tài nguyên rừng và đất rừng ngập mặn

giai đoạn 2010 – 2019 ...........................................................................15

2.4.3. Xác định các nguyên nhân gây ra sự thay đổi diện tích rừng

và đất ngập mặn ....................................................................................15

2.4.4. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý rừng và đất

ngập mặn tại khu vực nghiên cứu...........................................................16

2.5. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................16

2.5.1. Phương pháp luận ..............................................................16

2.5.2. Phương pháp nghiên cứu chi tiết ........................................18

2.5.3. Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp .................................19

2.5.4. Phương pháp viễn thám ......................................................20

Chương 3. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI

KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................................32

3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên......................................................32

3.1.1. Thành phố Hạ Long..............................................................32

3.1.2. Thành Phố Cẩm Phả.............................................................35

3.1.3. Huyện Vân Đồn ....................................................................38

3.2. Đặc điểm điều kiện kinh tế xã hội .............................................40

3.2.1. Thành phố Hạ Long..............................................................40

3.2.2. Thành phố Cẩm Phả .............................................................42

3.3.2. Thành phố Cẩm Phả .............................................................50

3.3.3. Huyện Vân Đồn ....................................................................51

Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...................54

v

4.1. Hiện trạng rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu giai đoạn 2010-

2019 ......................................................................................................54

4.1.1. Xây dựng khóa giải đoán ảnh viễn thám..............................54

4.1.2. Thực hiện giải đoán ảnh viễn thám theo mẫu khóa giải đoán ......59

4.1.3. Thành lập bản đồ hiện trạng rừng giai đoạn năm 2010 đến

năm 2019...............................................................................................63

4.2. Biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2010 đến năm 2019 ......69

4.2.1. Cơ sở thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn ..............69

4.2.2. Kết quả thành lập bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn.....71

4.3. Xác định các nguyên nhân biến động rừng ngập 5 giai đoạn nghiên cứu 77

4.4. Giải pháp quản lý sử dụng rừng và đất rừng ngập mặn hợp lý....80

4.4.1. Tăng cường công tác quản lý rừng ngập mặn có sự tham gia

của các bên liên quan ............................................................................80

4.4.2. Thực hiện các giải pháp về kỹ thuật để nâng cao hiệu quả và

chất lượng rừng ngập mặn.....................................................................80

4.4.3. Thực hiện các giải pháp về kinh tế xã hội ...........................83

KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ .....................................85

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................88

PHỤ LỤC

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT

TẮT

NGHĨA TIẾNG ANH NGHĨA TIẾNG VIỆT

DC Residential Dân cư

DKH Other land Đất khác

DT Vacant land Đất trống

GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin Địa

lý

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn

cầu

KNTTS Aquaculture zones Khu nuôi trồng thủy sản

MN Water surface Mặt nước

NDVI Normalized Difference

Vegetation Index.

Chỉ số khác biệt thực

vật

RNM Mangroves Rừng ngập mặn

RT Plantation forest Rừng trồng

RTN Natural forest Rừng tự nhiên

UTM Universal trasverse mercator Hệ toạ độ chuyển đổi

của Mỹ

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Dữ liệu ảnh Landsat được sử dụng trong nghiên cứu..............20

Bảng 2.2. Khoá giải đoán các đối tượng trên ảnh vệ tinh........................26

Bảng 2.3. Bảng mã hóa các đối tượng để thực hiện tính toán biến động. 29

Bảng 4.1. Khóa giải đoán ảnh tổ hợp màu tự nhiên. ...............................56

Bảng 4.2: Phân loại để đánh giá chất lượng. ..........................................58

Bảng 4.3: Ma trận sai số các trạng thái giải đoán ...................................61

Bảng 4.4. Khóa giải đoán NDVI khu vực nghiên cứu.............................62

Bảng 4.5. Diện tích các đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2010. .........63

Bảng 4.6: Diện tích các đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2013. .........65

Bảng 4.7. Diện tích các đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2015. .........66

Bảng 4.8: Diện tích các đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2017. .........67

Bảng 4.9: Diện tích các đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2019. .........68

Bảng 4.10. Diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu giai đoạn 2010-

2019 (ha). ..............................................................................................69

Bảng 4.11. Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2010 – 2013. .72

Bảng 4.12: Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2013 – 2015..73

Bảng 4.13. Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2015 – 2017. .74

Bảng 4.14: Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2017 – 2019..75

Bảng 4.15: Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2010 – 2019..77

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Công nghệ địa không gian. .......................................................3

Hình 1.2. Thành phần cơ bản của hệ thống định vị toàn cầu.....................4

Hình: 1.3: Sơ đồ thu thập thông tin viễn thám..........................................5

Hình: 2.1. Tổng quan phương pháp xử lý, giải đoán ảnh viễn thám. .......19

Hình 2.2. Phân bố không gian khoá giải đoán các đối tượng. .................25

Hình 2.3. Công cụ Polygon to Raster. ....................................................29

Hình 2.4: Công cụ Reclassify mã hóa các trạng thái đối tượng...............30

Hình 2.5 Bảng tính diện tích các trạng thái thay đổi rừng......................31

Hình 4.1. Công cụ chọn mẫu khóa trong eCognition. .............................55

Hình 4.2. Cửa sổ Signature Separability. ...............................................58

Hình 4.3. Khác biệt các đối tượng mẫu khóa..........................................58

Hình 4.4. Kết quả giải đoán ảnh khu vực nghiên cứu năm 2010. ............60

Hình 4.5. Công cụ tính NDVI trong phần mềm ArcGIS. ........................62

Hình 4.6. Hiện trạng rừng năm 2010 (Landsat-7 27/12/2010).................63

Hình 4.7. Hiện trạng rừng năm 2013 (Landsat-8 08/10/2013).................64

Hình 4.8. Hiện trạng rừng năm 2015 (Landsat-8 21/04/2015).................65

Hình 4.9: Hiện trạng rừng năm 2017 (Landsat-8 28/05/2017). ...............66

Hình 4.10: Hiện trạng rừng năm 2019 (Landsat-8 10/11/2019)...............67

Hình 4.11: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2010 – 2013. ................72

Hình 4.12: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2013 – 2015. ................73

Hình 4.13: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2015 – 2017. ................74

Hình 4.14: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2017 – 2019. ................75

Hình 4.15. Biến động rừng nập mặn giai đoạn 2010 – 2019. ..................76

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rừng ngập mặn là một hệ sinh thái rừng đặc biệt mà Việt Nam là một

trong những Quốc gia được thiên nhiên ban tặng. Rừng ngập mặn phân bố ở

các nước nhiệt đới, á nhiệt đới, có vai trò bảo vệ môi trường và con người.

Việt Nam, với bờ biển dài hơn 3620 km, phù sa bồi đắp nhiều tạo điều

kiện thuận lợi cho sự phát triển rừng ngập mặn kinh tế biển. Rừng ngập mặn

còn có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sống cho các loài động

thực vật và cung cấp nguồn thức ăn cho con người, bên cạnh đó rừng ngập

mặn có vai trò chắn sóng, tăng lượng bồi đắp phù sa, điều hòa không khí, là

nhân tố góp phần chống lại biến đổi khí hậu.

Hiện nay, quá trình phát triển kinh tế xã hội với tốc độ đô thị hóa diễn

ra ngày càng mạnh, cùng với tốc độ gia tăng dân số nên con người đã khai

thác và sử dụng rừng ngập mặn vào nhiều mục đích khác nhau làm cho diện

tích rừng ngập mặn ngày càng bị thu hẹp, thành phần loài thực vật và chất

lượng rừng ngày càng bị suy giảm.

Gần đây, vấn đề nuôi trồng thủy sản của nhân dân vùng ven biển đang

gặp nhiều khó khăn do tình trạng ô nhiễm môi trường tại các khu đầm và

vùng nước ven biển. Tình trạng bệnh dịch của các loài thủy sản đang ngày

càng xuất hiện với tần suất lớn hơn, các bãi bồi ngày càng bị thu hẹp, nguyên

nhân chủ yếu là do rừng ngập mặn đã bị khai thác quá mức làm giảm chức

năng bảo vệ môi trường sống, hơn nữa vấn đề nuôi trồng thủy sản đang có sự

mâu thuẫn rất lớn giữa các cộng đồng nên hiệu quả đạt thấp.

Với vị trí địa lý thành phố Hạ Long, Cẩm Phả và huyện Vân Đồn là

một trong những khu vực có diện tích rừng ngập mặn lớn của tỉnh Quảng

Ninh. Rừng ngập mặn có vai trò lớn đối với người dân địa phương: bảo vệ đê

biển, góp phần làm giảm biến đổi khí hậu, cung cấp nguồn lợi thủy sản… Tuy

nhiên, thời gian gần đây do nhiều yếu tố khách quan, chủ quan đã làm diện

2

tích rừng ngập mặn bị thay đổi đáng kể chủ yếu theo hướng tiêu cực làm cho

vai trò của rừng ngập mặn bị suy giảm đáng kể. Hệ thống cơ sở dữ liệu quản

lý rừng ngập mặn đang còn nhiều hạn chế, chủ yếu dự vào bản đồ hiệu trạng

bằng giấy và quan sát thực tế, ít có cơ sở dữ liệu lưu trữ, chưa ứng dụng được

các kỹ thuật hiện đại để theo dõi biến động tài nguyên rừng. Trong khi đó,

việc tìm kiếm giải pháp quản lý và sử dụng hiệu quả rừng ngập mặn tại địa

phương đang được các nhà khoa học, nhà quản lý và người dân địa phương

quan tâm.

Xuất phát từ cơ sở thực tiễn trên, tôi tiến hành chọn đề tài “Ứng dụng

công nghệ địa không gian (GIS-RS-GPS) theo dõi biến động rừng ngập

mặn khu vực ven biển tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2010 - 2019” nhằm đánh

giá về thực trạng diện tích, biến động tài nguyên rừng, đất bồi đắp trong 10

năm gần đây, chính sách quản lý rừng ngập mặn tại địa phương để làm sơ sở

đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng rừng ngập mặn một cách hiệu quả.