ỨNG DỤNG VIỄN THÁM THÀNH lập bản đồ LƯỢNG TRẦM TÍCH lơ LỬNG VEN BIỂN TỈNH cà MAU

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI
276 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LƯỢNG TRẦM
TÍCH LƠ LỬNG VEN BIỂN TỈNH CÀ MAU
Doãn Hà Phong, Trần Thục, Nguyễn Thị Minh Hằng
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

Những năm gần đây, ven biển khu vực tỉnh Cà Mau thường xảy ra quá trình bồi tụ,
xói lở mạnh và phức tạp. Một trong số các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bồi tụ, xói lở bờ
biển khu vực tỉnh Cà Mau là quá trình vận chuyển trầm tích. Bài báo nghiên cứu sử dụng
ảnh viễn thám MODIS tổ hợp 8 ngày năm 2012 để thành lập bản đồ lượng trầm tích lơ lửng
ven biển Cà Mau, tại những thời điểm xác định với độ phủ rộng. Kết quả nghiên cứu bước
đầu được sử dụng để theo dõi, đánh giá quá trình vận chuyển trầm tích ven bờ khu vực tỉnh
Cà Mau. Việc kết hợp các số liệu này với các kết quả thực đo, mô hình hóa sẽ bổ sung đầy
đủ về nguyên nhân xói lở,bồi tụ và cơ chế động lực học ven bờ biển khu vực Cà Mau.

1. Mở đầu
Xói lở, bồi tụ dải ven biển là một quá trình tự nhiên phức tạp, là hệ quả tương
tác giữa rất nhiều yếu tố. Về bản chất nguồn gốc, xói lở bồi tụ bờ biển có hai dạng cơ
bản: Thứ nhất, do bồi tích thiếu hụt khi lượng di chuyển đến nhỏ hơn lượng di
chuyển đi và cơ chế di chuyển thường là dọc bờ; thứ hai, do phân bố lại bồi tích để
tạo nên cân bằng trắc diện mới, thường là do di chuyển ngang phân tán bồi tích từ bờ
ra phía ngoài sườn bờ ngầm [2].Việc đánh giá xác định nguyên nhân xói lở, bồi tụ
phải xem xét đầy đủ trên các phương diện như sự vận chuyển trầm tích dưới tác động
của sóng, gió và dòng triều; các tác động của con người trong phạm vi dọc bờ biển
theo không gian cũng như thời gian. Tuy nhiên để đánh giá các quá trình này ở quy
mô rộng gặp rất nhiều khó khăn. Kết hợp các kỹ thuật viễn thám để thu nhận thông
tin dữ liệu phổ từ xa có thể giảm bớt các khó khăn này.
Nhiều bộ cảm biến đã được phát triển cho các ứng dụng xác định màu sắc khác

nhau của đại dương (bao gồm đánh giá độ đục của nước) như AVHRR, SeaWiFS,
MODIS, IKONOS, Landsat TM và ETM +. Dữ liệu ảnh MODIS cung cấp độ phân
giải thời gian 1 ngày cho các mục đích giám sát, tuy nhiên, độ nhạy quang phổ của
cảm biến giảm khi độ phân giải không gian tăng [3]. Trong trường hợp 2 tín hiệu thu
được là rất cao phụ thuộc vào tổng lượng trầm tích lơ lửng (Total suspended
sediment -TSS), đặc biệt là với các bước sóng lớn hơn 500 nm. Vì vậy ảnh MODIS
kênh 1 (độ phân giải 250 m) với dải phổ nằm trong khoảng từ 620 đến 670 nm có thể
ước tính được TSS. Mặc dù kênh này ban đầu được tạo ra cho các ứng dụng trên mặt
đất, tuy nhiên cũng có thể sử dụng kênh này để nghiên cứu chất lượng nước tại các
vùng nước ven biển và các cửa sông. Nhiều ứng dụng của các thuật toán đánh giá
màu sắc đại dương ước tính các thành phần trong nước thường bị hạn chế và hiện
nay không có sự thống nhất trong sử dụng viễn thám dựa trên mô hình để ước tính
TSS. Bài báo này sử dụng phương pháp điều chỉnh khí quyển có sẵn trong bộ phần
mềm phân tích hình ảnh ENVI (Dark Subtract). Bài báo tập trung vào việc sử dụng
thuật toán cụ thể để ước tính TSS dựa trên phản xạ kênh 1 MODIS.

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 277

2. Khu vực nghiên cứu
Tỉnh Cà Mau thuộc đồng bằng trũng thấp phía tây nam đồng bằng châu thổ
sông Cửu Long nằm trong tọa độ từ 8º30’ đến 9º10’ vĩ Bắc và 104º80’ đến 105º5’
kinh Đông. Cà Mau tiếp giáp với biển Đông ở 3 phía đông, nam và tây. Hệ thống
sông chính gồm sông Cửa Lớn nối liền bờ đông và bờ tây, sông Bảy Háp và Rạch
Gốc chảy theo hướng tây nam – đông bắc, kênh rạch khu vực Cà Mau chảy theo
hướng tây bắc thông ra bờ tây và tây đông thông ra bờ đông của biển Đông. Bờ biển
tỉnh Cà Mau dài khoảng 297 km được chia thành hai đoạn, đoạn bờ đông từ cửa sông
Gành Hào đến Xóm Mũi dài khoảng 122 km và đoạn bờ tây từ Xóm Mũi đến rạch
Tiểu Dừa huyện U Minh dài khoảng 175 km. Phần lớn bờ đông có hướng đông bắc –

tây nam, đoạn từ cửa sông Rạch Gốc đến Xóm Mũi có hướng gần như đông – tây.
Bờ tây có hướng bắc – nam, riêng đoạn bờ biển từ Xóm Mũi đến nam cửa sông Bảy
Háp có hướng đông bắc – tây nam.
Đoạn bờ biển ở khu vực đông bắc
tỉnh Cà Mau đặc trưng bởi chế độ bán nhật
triều biển Đông, càng về phía tây nam đến
mũi Cà Mau thì chế độ nhật triều ưu thế và
ở bờ tây đặc trưng bởi chế độ nhật triều
không đều, riêng khu vực mũi Cà Mau là
nơi chịu ảnh hưởng của hai chế độ triều.
Chế độ gió mùa đông bắc và tây nam đóng
vai trò quan trọng trong thành tạo và phát
triển bờ biển tỉnh Cà Mau [1].
Rìa đồng bằng châu thổ vùng Cà
Mau được hình thành nhờ quá trình bồi
đắp của vật liệu trầm tích mịn hạt từ hệ
thống sông Cửu Long dưới tác động của
gió mùa đông bắc và dòng chảy ven bờ.
Ngoài ra, khu vực tỉnh Cà Mau còn chịu
tác động của động lực sông, triều và sóng
cùng với các tác động nhân sinh diễn ra
ngày một gia tăng khiến đường bờ biển và
cửa sông xảy ra nhiều biến động khá phức
tạp. Tùy thuộc vào nguồn cung cấp vật
liệu, cán cân lắng đọng trầm tích và động
lực môi trường mà diễn ra quá trình bồi tụ
hay xói mòn bờ.

Hình 1. Khu vực tỉnh Cà Mau
3. Phương pháp

Mối liên hệ giữa TSS (mg/l) và Rrs ở 645 nm cho thấy phạm vi quang phổ này
phù hợp để ước tính TSS ở vùng biển Cà Mau. Tuy nhiên, sự thay đổi ẩn số lớn đã
được phát hiện có thể giảm bớt bằng cách kết hợp thêm nhiều quan sát. Phương trình
tuyến tính đã được xác định để thiết lập mối quan hệ giữa TSS (mg/l) và Rrs ở 645
nm vì sự xuất hiện của giá trị cực hạn. Dựa trên các phân tích này, các thuật toán sau
đây đã được thực hiện và thử nghiệm [3]:

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI
278 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường


1481.3)0089.0)1(*5157.0(*63.602 += MODISbandTSS
(1)

1481.3)0036.0)1(*3043.0(*63.602 += MODISbandTSS
(2)

)1481.30007.0(*63.602
1*755.47
+=
MODISband
eTSS
(3)
So với toàn khu vực phương trình (3) sẽ được sử dụng để ước tính TSS, vì
phương trình (3) sẽ biểu diễn tốt hơn ở nồng độ TSS thấp, với nồng độ cao hơn
phương trình 3 có xu hướng đánh giá thấp tham số TSS này. Những hạn chế của các
thuật toán có thể do nhiều yếu tố khác nhau: (i) dữ liệu đặc trưng bị giới hạn bởi nồng
độ TSS cao, (ii) MODIS kênh 1 không có khả năng phát hiện tín hiệu TSS dưới điều
kiện nồng độ thấp, (iii) các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển không thích hợp, (iv)
do ảnh hưởng của đáy biển tới tín hiệu. Một vấn đề khác có thể ảnh hưởng đến kết

quả là hiện tượng điểm ảnh bị ảnh hưởng bởi mây, đây là một vấn đề phổ biến và ảnh
hưởng lớn đối với thông tin từ các ảnh vệ tinh quang học. Có thể giảm bớt hiện tượng
này bằng cách sử dụng các ảnh có độ phân giải không gian cao hơn. Tuy nhiên, sự
lựa chọn này bị giới hạn bởi công nghệ thu nhận của các cảm biến màu sắc đại dương
hiện tại.
Ảnh MODIS thu nhận trong cùng một ngày là những sản phẩm của NASA –
LAADS. Ảnh được lựa chọn bao gồm các giá trị phản xạ và phát xạ của MODIS/
Terra kênh 1. Tất cả các ảnh này được xử lý bằng cách sử dụng chương trình ENVI:
MODIS Georeference (thiết lập mối quan hệ giữa tọa độ bản đồ và tọa độ Trái đất
thực) và Dark Subtract (Trừ đối tượng đen). Hệ thống tham chiếu không gian được
định nghĩa là UTM WGS84 cho khu vực Cà Mau. Hiệu chỉnh khí quyển trừ đối tượng
đen bao gồm việc lựa chọn và trừ các giá trị tối nhất với tất cả dữ liệu kênh 1. Giá trị
này được xác định bằng tay trong mỗi hình ảnh và sau đó được xác định trong các tùy
chọn "User Value" của chương trình.
4. Kết quả
Hình 2a, 2b, 2c, 2d và 2e là các ước tính hàm lượng TSS được xác định từ ảnh
MODIS. Trong đó hình 2a, 2b, 2e lần lượt là các ước tính hàm lượng TSS được chiết
tách từ ảnh MODIS thu nhận ngày 1/1/2012, ngày 14/4/2012 và ngày 18/12/2012 là
thời điểm mùa khô ở khu vực Cà Mau. Hình 2c, 2d là các ước tính hàm lượng TSS
được chiết tách từ ảnh MODIS thu nhận ngày 5/9/2012 và ngày 31/10/2012 là thời
điểm mùa mưa ở khu vực Cà Mau.


Hình 2a. Ước tính hàm lượng TSS từ ảnh
MODIS ngày 1/1/2012

Hình 2b. Ước tính hàm lượng TSS từ ảnh
MODIS ngày 14/4/2012

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 279


Hình 2c. Ước tính hàm lượng TSS từ ảnh
MODIS ngày 5/9/2012

Hình 2d. Ước tính hàm lượng TSS từ ảnh
MODIS ngày 31/10/2012
.
Hình 2e. Ước tính hàm lượng TSS từ ảnh MODIS ngày 18/12/2012
Các ước tính hàm lượng TSS được sử dụng để thành lập bản đồ lượng trầm
tích

lơ lửng ven biển Cà Mau (Hình 3a, 3b, 3c, 3d, 3e).

Hình 3a. Bản đồ tổng lượng trầm tích lơ
lửng từ ngày 1 đến ngày 8 năm 2012

Hình 3b. Bản đồ tổng lượng trầm tích lơ
lửng từ ngày 105 đến ngày 112 năm 2012

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI
280 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường


Hình 3c. Bản đồ tổng lượng trầm tích lơ
lửng từ ngày 249 đến ngày 256 năm 2012

Hình 3d. Bản đồ tổng lượng trầm tích lơ

lửng từ ngày 305 đến ngày 312 năm 2012

Hình 3e. Bản đồ tổng lượng trầm tích lơ lửng từ ngày 353 đến ngày 360 năm 2012
Có thể thấy hàm lượng trầm tích lơ lửng vào mùa khô (tháng 1 và tháng 12)
đạt khá cao, đây là thời kỳ gió mùa đông bắc mạnh, hàm lượng cao nhất đạt 45 mg/l.
Đoạn bồi tụ từ Xóm Mũi tới sông Cửa Lớn có hàm lượng phân bố đều trong năm.
Hàm lượng trầm tích lơ lửng vào mùa mưa (tháng 8 và tháng 10) dao động trong
khoảng 25 – 35 mg/l. Riêng tháng chuyển mùa là tháng 4 thì hàm lượng trầm tích lơ
lửng chỉ đạt khoảng 10 – 20 mg/l, cá biệt có đoạn đạt 30 mg/l tại vùng gần Gành Hào.
Các trầm tích (chủ yếu là cát) khi được vận chuyển đến gần khu vực cửa Gành Hào
được các dòng chảy ven bờ khu vực này có hướng ngang bờ đưa ra xa hơn tích tụ
đáng kể trên phần sườn châu thổ.
Về xu hướng quá trình vận chuyển trầm tích dọc bờ chiếm ưu thế về phía tây
nam, khi vượt qua Mũi Cà Mau dòng chảy ven bờ vận chuyển trầm tích theo hướng
tây bắc dọc theo bờ tây bán đảo Cà Mau. Tâm tích tụ trầm tích là khu vực xung quanh
bán đảo Cà Mau (từ cửa Bồ Đề đến khu vực cửa sông Cửa Lớn). Đối với vùng bờ bồi
tụ thì điểm chung trong cơ chế là phải có nguồn cung cấp vật liệu bồi tụ (hệ thống
sông Gành Hào, Bảy Háp và các kênh đưa nước từ sông Hậu xuống…) tùy thuộc vào

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 281

loại vật liệu mà các tác nhân tham gia vào cơ chế bồi có khác nhau, nhưng cùng theo
một phương thức là lấn ra biển.
5. Kết luận
Sử dụng ảnh viễn thám MODIS chu kỳ 8 ngày năm 2012 là phương thức hiệu
quả để xác định lượng trầm tích lơ lửng ven biển Cà Mau tại những thời điểm xác
định với độ phủ rộng. Kết quả nghiên cứu thể hiện hàm lượng trầm tích lơ lửng ven
biển khu vực Cà Mau biến đổi rõ rệt theo 2 mùa chính (mùa mưa và mùa khô).

Từ các số liệu ước tính nồng độ trầm tích lơ lửng có thể kết hợp với các kết quả
thực đo, mô hình hóa để bổ sung thêm cơ chế động lực học ven bờ giúp lãnh đạo địa
phương đề ra các giải pháp hữu ích trong việc xây dựng các tuyến đê kè ven biển tỉnh
Cà Mau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Nguyễn Văn Lập, Tạ Thi Kim Oanh (2012). Đặc điểm trầm tích bãi triều và thay

đổi đường bờ biển khu vực ven biển tỉnh Cà Mau, châu thổ sông Cửu Long-
Tạp

chí Các Khoa học về Trái đất.
2.

Nguyễn Trung Thành, Nguyễn Hồng Lân, Phùng Văn Phách, Dư Văn Toán,
Bùi

Việt Dũng, Daniel Unverricht, Karl Statteger (2011). Xu hướng vận chuyển
tích tụ

trầm tích trên phần châu thổ ngầm ven bờ biển đồng bằng sông Mê Kông-
Tạp chí

Các Khoa học về Trái đất.
3.

Vilmaliz Rodríguez-Guzmán and Fernando Gilbes-Santaella (2009). Using
MODIS

250 m Imagery to Estimate Total Suspended Sediment in a Tropical Open
Bay.



APPLICATION OF REMOTE SENSING TO ESTABLISH FOR
SUSPENDED SEDIMENT MAPPING IN CA MAU PROVINCE
Doan Ha Phong, Tran Thuc, Nguyen Minh Hang
Viet Nam Institute of Meteorology, Hydrology and Environment

In recent years, the coastal areas of Ca Mau have experienced severity and
complicaty of deposition and erosion process. One of the factors affecting the process of
accretion, erosion of coastal areas is sediment’s transport. The study uses MODIS 8 day
composite images in 2012 for mapping of coastal sediments suspended in Ca Mau, at the
specified times and wide coverage. The initial research results are used for monitoring and
evaluation processes of coastal sediment transport Ca Mau region. Combining these data
with in-situ measurement and modeling will fully complement the causes of deposition–
erosion process and dynamics of inshore coastal areas of Ca Mau.