Đánh giá độ mặn trên hệ thống thủy nông và biến động sử dụng đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại huyện giao thủy, tỉnh nam định
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.55 MB, 100 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC
NGUYỄN THỊ LAN ANH
ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI ĐỘ MẶN TRÊN HỆ THỐNG
THỦY NÔNG VÀ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
TẠI GIAO THỦY, TỈNH NAM ĐỊNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
HÀ NỘI – 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC
NGUYỄN THỊ LAN ANH
ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI ĐỘ MẶN TRÊN HỆ THỐNG
THỦY NÔNG VÀ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
TẠI GIAO THỦY, TỈNH NAM ĐỊNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Phạm Văn Cự
HÀ NỘI – 2016
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2016
Tác giả
Nguyễn Thị Lan Anh
LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng gửi
lời cảm ơn tới:
Hội đồng khoa Sau đại học- đại học Quốc gia
PGS.TS. Phạm Văn Cự, ngƣời thầy trực tiếp hƣớng dẫn khoa học, tận
tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn.
Thầy Cô trong khoa đã trang bị những kiến thức quý báu và giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại khoa Sau đại học.
Các bạn đã đồng hành cùng tôi trong học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2016
TÁC GIẢ
Nguyễn Thị Lan Anh
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CN-TTCN:
Công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp
CTTL:
Công trình thủy lợi
ĐX:
Đông Xuân
GIS:
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)
HTX:
Hợp tác xã
LSWI:
Chỉ số nƣớc (Land Surface Water Index)
MTNN:
Môi trƣờng nông nghiệp
NDVI:
Chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index)
NTTS:
Nuôi trồng thủy sản
TNHH:
Trách nhiệm hữu hạn
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN .................................................................................. 4
1.1. Tổng quan về độ mặn, xâm nhập mặn ................................................. 4
1.1.1. Tổng quan xâm nhập mặn ............................................................. 4
1.1.2. Mối liên hệ giữa mặn và cơ cấu cây trồng .................................... 5
1.1.3. Các nghiên cứu xâm nhập mặn trong nƣớc và thế giới ................. 6
1.2. Tổng quan về ứng dụng viễn thám và gis trong nghiên cứu biến
động sử dụng đất và đánh giá xâm nhập mặn ................................... 8
1.2.1. Ứng dụng Viễn Thám và GIS trong nghiên cứu Biến động sử
dụng đất.................................................................................................... 8
1.2.2. Các ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xâm nhập
mặn .......................................................................................................... 9
1.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ..................................................... 12
1.3.1. Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Nam Định.... 12
1.3.2. Thực trạng sử dụng đất Tỉnh Nam Định...................................... 15
1.3.3. Biến đổi khí hậu tại Nam Định trong 20 năm (1990 – 2010) 15
1.3.4. Biểu hiện Biến đổi khí hậu khu vực huyện Giao Thủy..……….15
Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 18
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 18
2. 2. Dữ liệu viễn thám và phân loại ảnh vệ tinh bằng phƣơng pháp phân loại
dựa trên đối tƣợng
2.2.1. Dữ liệu viễn thám sử dụng trong đề tài ....................................... 18
2.2.2. Phân loại ảnh viễn thám bằng phƣơng pháp phân loại dựa trên đối
tƣợng ...................................................................................................... 19
2.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu biến đổi độ mặn .................................. 36
Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 40
3.1. Kết quả đánh giá biến đổi độ mặn ..................................................... 40
3.1.1. Kết quả đánh giá biến đổi độ mặn trên sông ............................... 40
vii
3.1.2. Kết quả đánh giá biến đổi độ mặn trên hệ thống kênh nội đồng ................ 50
3.1.3. Kết quả thành lập bản đồ hệ thống công trình thủy lợi huyện Giao
Thủy ....................................................................................................... 57
3.2. Kết quả đánh giá biến động sử dụng đất ........................................... 59
3.2.1. Kết quả phân loại ảnh viễn thám và thành lập bản đồ hiện trạng
sử dụng đất ............................................................................................. 59
3.2.2. Bản đồ biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy ........................ 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................ 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 84
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp năm 2000, 2005 và 2010 15
Bảng 2.1. Thông tin ảnh viễn thám sử dụng trong đề tài .....................................18
Bảng 2.3. Bảng ma trận sai số năm 2010 .............................................................31
Bảng 3.1. Độ mặn trung bình các tháng có mặn tại các cống năm 1989 .............40
Bảng 3.2. Độ mặn trung bình các tháng có mặn tại các cống năm 1995 .............40
Bảng 3.3. Độ mặn trung bình các tháng có mặn tại các cống năm 2003 .............41
Bảng 3.4. Độ mặn trung bình các tháng có mặn tại các cống năm 2007 .............41
Bảng 3.5. Độ mặn trung bình các tháng có mặn tại các cống năm 2010 .............41
Bảng 3.6. Độ mặn trung bình các tháng có mặn tại các cống năm 2012 .............42
Bảng 3.7. Độ mặn trung bình năm tại các cống từ năm 1989 đến 2012 ..............47
Bảng 3.8. Độ mặn trung bình thời điểm lấy nƣớc các tháng trong năm 1989 .....51
Bảng 3.9. Độ mặn trung bình thời điểm lấy nƣớc các tháng trong năm 1995 .....51
Bảng 3.10. Độ mặn trung bình thời điểm lấy nƣớc các tháng trong năm 2003 ..52
Bảng 3.11. Độ mặn trung bình thời điểm lấy nƣớc các tháng trong năm 2007 ..53
Bảng 3.12. Độ mặn trung bình thời điểm lấy nƣớc các tháng trong năm 2010 ..54
Bảng 3.13. Độ mặn trung bình thời điểm lấy nƣớc các tháng trong năm 2012 ..55
Bảng 3.14. Thống kê phân loại lớp phủ mặt đất các năm từ 1989 đến 2010 ......65
Bảng 3.15. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 1989-1995 ........................75
Bảng 3.16. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 1995-2003 ........................76
Bảng 3.17. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 2003-2007 ........................77
Bảng 3.18. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 2007-2010 ........................78
Bảng 3.19. Giá trị tăng thêm của các loại hình sử dụng đất qua các giai đoạn ..80
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên cơ bản ........................20
Hình 2.2. Sơ đồ phân cấp bậc các đối tƣợng trên ảnh..........................................22
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình phân loại ảnh ..............................................................23
Hình 2.4. Các ảnh vệ tinh sử dụng trong luận văn ...............................................24
Hình 2.5. Quá trình phân loại ảnh khu vực Giao Thủy ........................................26
Hình 2.10. Xây dựng bản đồ hiện trạng từ ảnh phân loại ....................................32
Hình 2.11. Các phƣơng pháp đánh giá biến động ................................................33
Hình 2.12. Quy trình đánh giá biến động huyện Giao Thủy ................................34
Hình 2.13. Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất............................................35
Hình 2.14. Máy đo mặn........................................................................................36
Hình 2.15. Bản đồ hiện trạng hệ thống CTTL do công ty khai thác CTTL Xuân
Thủy – tỉnh Nam Định quản lý ............................................................................37
Hình 2.16. Quá trình chọn lọc số liệu xử lý .........................................................38
Hình 2.17. Sơ đồ thành lập bản đồ hệ thông CTTL huyện Giao Thủy ................39
Hình 3.1. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 1989 .....................................................................................................43
Hình 3.2. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 1995 .....................................................................................................43
Hình 3.3. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 2003 .....................................................................................................44
Hình 3.4. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 2007 .....................................................................................................44
Hình 3.5. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 2010 .....................................................................................................45
Hình 3.6. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 2012 .....................................................................................................45
Hình 3.7. Xu thế biến đổi độ mặn trung bình tại các cống ..................................48
Hình 3.8. Độ mặn trung bình năm tại thời điểm đóng mở cống ..........................56
Hình 3.9. Bản đồ hệ thống công trình thủy lợi huyện Giao Thủy .......................58
Hình 3.10. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định
năm 1989 ..............................................................................................................60
Hình 3.11. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định
năm 1995 ..............................................................................................................61
Hình 3.12. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định
năm 2003 ..............................................................................................................62
Hình 3.13. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Giao Thủy – tỉnh Nam Định
năm 2007 ..............................................................................................................63
Hình 3.14. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Giao Thủy – tỉnh Nam Định
năm 2010. .............................................................................................................64
Hình 3.15. Xu thế biến động diện tích các loại hình sử dụng đất qua các năm ..66
Hình 3.16. Cơ cấu diện tích các loại hình lớp phủ qua các năm ..........................67
Hình 3.17. Bản đồ biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định giai
đoạn 1989-1995 ....................................................................................................70
Hình 3.18. Bản đồ biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định giai
đoạn 1995-2003 ....................................................................................................71
Hình 3.19. Bản đồ biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định giai
đoạn 2003-2007 ....................................................................................................72
Hình 3.20. Bản đồ biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định giai
đoạn 2007-2010Để có cái nhìn rõ nét hơn về quá trình biến động sử dụng đất,
học viên đã thành lập bản đồ biến động sử dụng đất cho thời kỳ 1989-2010. Kết
quả bản đồ biến động giai đoạn 1989-2010: ........................................................73
Hình 3.21. Bản đồ biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định giai
đoạn 1989-2010 ....................................................................................................74
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang và sẽ làm thay đổi môi trƣờng toàn cầu.
Đặc biệt các vùng đồng bằng đông dân cƣ ven biển châu Á, trong đó có Việt
Nam đƣợc dự đoán là một trong những nƣớc sẽ chịu hậu quả nặng nề nhất với
khoảng 1/6 diện tích đất đai và 1/3 dân số bị ảnh hƣởng (IPCC, 2007, Ngân
hàng thế giới 2007). Các tác động trực tiếp của sự gia tăng đáng kể mực nƣớc
biển do thủy triều cao hơn mức bình thƣờng cùng với những bất thƣờng của
thời tiết nhƣ hiện tƣơng bão lũ đã xảy ra hiện tƣợng Xâm nhập mặn. Sự xâm
nhập mặn có thể do nƣớc biển xâm nhập chủ yếu vào qua các cửa sông và
hoặc các tầng chứa nƣớc dƣới đất (Robert M.Sorensen, Richard N.Weisman
and Gerard P.Lennon, Control of Erosion, Inundation, and Salinity Intrusion
Caused by Sea Level Rise).
Xâm nhập mặn hiện nay ảnh hƣởng đến khả năng sinh trƣởng, và phát
triển của cây trồng, làm giảm tính đa dạng sinh học và gây mất cân bằng sinh
thái. Mỗi năm trên thế giới có thêm khoảng 2 triệu ha đất bị nhiễm mặn
(Ahmed Eldiery, Luis A. Garcia, Robin M.Reich, 2005, Estimating Soil
Salinity from Remote Sensing Data in Corn Fiesld).
Nam Định là một tỉnh nằm ở phía Đông Nam đồng bằng Bắc Bộ có các
cửa sông Hồng, Ninh Cơ và Đáy đổ ra Vịnh Bắc Bộ. Ngoài các thuận lợi về
tài nguyên nƣớc trên các nguồn sông này, vùng hạ lƣu thuộc tỉnh gồm các
huyện Xuân Trƣờng, Giao Thuỷ, Nghĩa Hƣng và Trực Ninh luôn đối mặt với
hiện tƣợng xâm nhập mặn vào các tháng mùa khô hàng năm..
BĐKH đã và đang có những ảnh hƣởng lớn đến Giao Thủy – Nam
Định, trong tƣơng lai cùng với sự gia tăng của mực NBD và sự thay đổi các
yếu tố khí tƣợng sẽ làm cho độ mặn nƣớc bề mặt xâm nhập sâu hơn vào khu
vực sản xuất Nông nghiệp và Nuôi trồng thủy sản.
1
Trƣớc vấn đề đó đòi hỏi địa phƣơng cần có các biện pháp để theo dõi
diễn biến xâm nhập mặn, diễn biến biến động sử dụng đất trên địa bàn huyện,
từ đó đƣa ra những định hƣớng, những quyết sách đúng đắn cho quy hoạch sử
dụng đất trong điều kiện biến đổi khí hậu nhằm thích ứng với BĐKH. Việc
thành lập bản đồ biến động sử dụng đất, bản đồ tƣới tiêu có thể xem nhƣ một
phƣơng pháp hiệu quả tạo tiền đề cho việc theo dõi quá trình diễn biến, giúp
các nhà quản lý theo dõi, đánh giá mức độ gia tăng xâm nhập mặn và biến
động sử dụng đất, để từ đó có biện pháp ứng phó kịp thời.
Với thế mạnh của viễn thám và khả năng phân tích không gian của GIS
(Geographic Information System), nhiều năm trở lại đây thế giới đã sử dụng
rất nhiều và rất hiệu quả trong nghiên cứu đánh giá biến đổi độ mặn và biến
động sử dụng đất, ví dụ nhƣ: Graciela Metternicht J.Alfred Zinck, 2008,
Remote Sensing of Soil Salinization: Impact on Land Management; Ahmed
Eldiery, Luis A. Garcia, Robin M.Reich, 2005, Estimating Soil Salinity from
Remote Sensing Data in Corn Fields.
Xuất phát từ thực tiễn, học viên lựa chọn đề tài nghiên cứu “Đánh giá
biến đổi độ mặn trên hệ thống thủy nông và biến động sử dụng đất trong
bối cảnh BĐKH tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định”
2. Mục tiêu đề tài
Đánh giá quá trình biến đổi độ mặn nƣớc tƣới tiêu trên hệ thống thủy
nông huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định, từ năm 1989 – 2012;
Đánh giá biến động sử dụng đất tại huyện Giao thủy, tỉnh Nam Định, từ
năm 1989 -2010.
3. Kết quả và Ý nghĩa
* Kết quả nghiên cứu:
Phân tích diễn biến xâm nhập mặn tại huyện Giao Thủy từ năm 1989 –
2012;
2
Thành lập cơ sở dữ liệu hệ thống kênh, cống thủy lợi khu vực nghiên cứu;
Tập bản đồ hiện trạng sử dụng đất các năm 1989, 1995, 2003, 2007,
2010;
Tập bản đồ biến động sử dụng đất các giai đoạn: 1989-1995, 19952003, 2003-2007, 2007-2010, 1989-2010;
Phân tích hiện trạng, diễn biến biến động sử dụng đất qua các năm.
* Ý nghĩa:
Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng Viễn thám kết hợp với GIS trong
nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất và diễn biến xâm nhập mặn tại khu
vực nghiên cứu.
Ý nghĩa thực tiễn: Chỉ ra đƣợc đặc trƣng của khu vực nghiên cứu tại
các thời điểm khác nhau, so sánh sự thay đổi và biến động đó, đồng thời so
sánh đặc trƣng của khu vực nghiên cứu để có đƣợc cái nhìn toàn cảnh về khu
vực tại các thời điểm khác nhau. Kết quả của nghiên cứu là cơ sở cho các nhà
quản lý đƣa ra định hƣớng quy hoạch sử dụng đất cho huyện Giao Thủy trong
thời gian tới thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu.
4. Bố cục Luận văn
MỞ ĐẦU
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3
Chƣơng 1 TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về độ mặn, xâm nhập mặn
1.1.1. Tổng quan xâm nhập mặn
1.1.1.1. Định nghĩa độ mặn và xâm nhập mặn
Sự nhiễm mặn nƣớc dƣới đất, nƣớc mặt ở một số vùng ven biển đang
đƣợc các nhà địa chất, địa lý, nhà quan trắc môi trƣờng quan tâm. Độ mặn là
tổng hàm lƣợng muối tan trong một kg nƣớc, thƣờng đƣợc xác định bằng các
máy đo độ mặn chuyên dụng. [6][7].
Theo Nguyễn Chu Hồi (2001), sự xâm nhập mặn của nƣớc biển sông
đƣợc giải thích là do mùa khô, nƣớc sông cạn kiệt khiến nƣớc biển theo các
sông, kênh dẫn tràn vào gây mặn. Hiện tƣợng tự nhiên này xảy ra hằng năm
và do đó có thể dự báo trƣớc. Nhƣng bên cạnh đó, những vùng đất ven biển
cũng có nguy cơ nhiễm mặn do thẩm thấu hoặc do tiềm sinh.
Nhiều năm gần đây, hiện tƣợng biến đổi khí hậu, tính phức tạp của
dòng chảy sông ở hạ du về mùa cạn, nhu cầu dùng nƣớc của các ngành kinh tế
tăng cao… đã dẫn đến tình trạng nhiễm mặn tại vùng đồng bằng Bắc bộ ngày
một lớn. Điều này đã gây không ít khó khăn cho hoạt động sản xuất kinh tế,
đặc biệt trên lĩnh vực nông nghiệp của vùng.
Nguyên nhân: Để đánh giá về mức độ và nguyên nhân xâm nhập mặn
cần phải nghiên cứu và tổng hợp rất nhiều yếu tố. Theo Sở NN và PTNN tỉnh
Bến Tre (2010) [2], một số nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng xâm nhập
mặn ảnh hƣởng trong các tháng mùa khô: Thời điểm mùa khô lƣợng nƣớc đổ
về từ thƣợng nguồn ít, không mƣa. Mực nƣớc thấp, yếu tố gió chƣớng với
triều cƣờng làm mặn xâm nhập sâu và nồng độ cao; thời tiết nắng nóng lƣợng
bốc hơi cao, nƣớc ngọt hao phí tự nhiên lớn.
Thiệt hại: Xâm nhập mặn ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống sinh hoạt
cũng nhƣ canh tác sản xuất của ngƣời dân.
Việc thiếu nƣớc ngọt vào mùa khô gây nhiều khó khăn và thiệt hại:
4
- Ngƣời dân thiếu nƣớc ngọt trong các sinh hoạt hằng ngày.
- Các hoạt động nông nghiệp lệ thuộc vào nguồn nƣớc ngọt bị ảnh
hƣởng, nhất là trong canh tác lúa. Độ mặn trong nƣớc cao gây ảnh hƣởng
nghiêm trọng đến quá trình sinh trƣởng và phát triển, làm giảm năng suất
thậm chí gây chết lúa.
- Xâm nhập mặn làm tăng độ mặn trong đất và gây ảnh hƣởng đến chất
lƣợng nƣớc ngầm.
1.1.2. Mối liên hệ giữa mặn và cơ cấu cây trồng
Trong sản xuất nông nghiệp, yếu tố mặn của đất và nƣớc đóng vai trò
quyết định trong việc lựa chọn đối tƣợng canh tác và bố trí mùa vụ. Dựa vào
kinh nghiệm canh tác lâu năm, nông dân có thể bố trí loại cây trồng thích hợp
và cơ cấu mùa vụ lúa sao cho tránh đƣợc tác hại của xâm nhập mặn ở mức
thấp nhất.
Theo Nguyễn Thanh Tƣờng (2013) [4],cây lúa là đối tƣợng chịu ảnh
hƣởng nhiều từ tình trạng xâm nhập mặn. Đối với lúa thì yếu tố chất lƣợng
nƣớc đóng vai trò rất quan trọng. Nguồn nƣớc ngọt trong sản xuất nông
nghiệp chủ yếu đƣợc sử dụng cho cây lúa. Cụ thể đối với lúa mặn gây ra
những tác hại: đầu lá trắng theo sau bởi sự cháy chóp lá (đất mặn), màu nâu
của lá và chết lá (đất sodic), sinh trƣởng của cây bị ức chế, số chồi thấp, sinh
trƣởng của rễ kém, lá cuộn lại, tăng số hạt bất thụ, số hạt trên bông thấp, giảm
trọng lƣợng, thay đổi khoảng thời gian trổ, chỉ số thu họach thấp, năng suất
hạt thấp dẫn đến năng suất lúa thấp.
Những hình thức canh tác có thể thích nghi hoặc ít bị ảnh hƣởng khi độ
mặn thay đổi nhƣ nuôi tôm nƣớc mặn, ruộng muối…ít bị thay đổi cơ cấu cũng
nhƣ thời vụ canh tác. Tuy nhiên với mục đích đánh giá tổng quan và phân
vùng ảnh hƣởng xâm nhập mặn thì các đối tƣợng này cần đƣợc đề cập và tính
toán diện tích.
5
1.1.3. Các nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước và thế giới
1.1.3.1. Các nghiên cứu trong nước
Trong thời gian gần đây, việc ứng dụng khoa học công nghệ trong giám
sát và đánh giá xâm nhập mặn đƣợc các nhà khoa học trong nƣớc tiến hành
nghiên cứu dƣới nhiều phƣơng pháp khác nhau. Xâm nhập mặn có xu hƣớng
ngày càng trầm trọng hơn là do rất nhiều nguyên nhân, trong đó biến đổi khí
hậu có ảnh hƣởng trực tiếp và lớn nhất. Nhóm tác giả Trần Quốc Đạt, Nguyễn
Hiếu Trung và Kanchit Likitdecharote thuộc trƣờng Đại học Cần Thơ và Đại
học Chulalongkorn - Thái Lan đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng xâm nhập
mặn đồng bằng sông Cửu Long dƣới tác động của nƣớc biển dâng và sự suy
giảm lƣu lƣợng nƣớc từ thƣợng nguồn [1]. Trong nghiên cứu này, xâm nhập
mặn ở đồng bằng sông Cửu Long đƣợc mô phỏng cho những kịch bản khác
nhau của mực nƣớc biển dâng và lƣu lƣợng thƣợng nguồn giảm bằng mô hình
MIKE11. Mô hình đƣợc xây dựng dựa trên cở sỡ dữ liệu của hai năm 1998 và
2005. Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn năm 1998 đƣợc chọn kịch gốc so
sánh với bốn kịch bản xâm nhập mặn vào các năm 2020 và 2030. Bốn kịch
bản này đƣợc xây dựng dựa trên kịch bản CRES B2, kịch bản tăng diện tích
nông nghiệp và kịch bản diện tích nông nghiệp không đổi. Hai kịch bản đầu là
khi mực nƣớc biển dâng 14 cm và lƣu lƣợng thƣợng nguồn giảm 11% và
22%. Kịch bản số ba và bốn là khi mực nƣớc biển dâng 20cm và lƣu lƣợng
thƣợng nguồn giảm 15%. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng độ mặn 2,5g/l xâm
nhập 14 km sâu hơn kịch bản gốc năm 1998. Ngoài ra xâm nhập mặn cũng tác
động hầu hết các dự án ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long.
Việc phát triển hệ công cụ hỗ trợ nghiên cứu gồm 4 Modul chức năng:
GIS (Geography Information Systerm) – Viễn thám – Modelling – Database
có tên gọi là Geoinfomatics đã đƣợc Viện Môi trƣờng và Tài nguyên Đại học
Quốc gia TP.HCM nghiên cứu và áp dụng. Một trong những ứng dụng của nó
6
là dự báo diễn biến biên mặn trên hệ thống dòng chảy sông Đồng Nai, sông
Sài Gòn nhằm phục vụ việc quy hoạch, xác định cơ cấu cây trồng phù hợp và
triển khai hoạt động nuôi trồng thủy sản an toàn. Nghiên cứu sử dụng công cụ
toán học là phần mềm MK4 của PGS.TS Lê Song Giang. Từ dữ liệu, số liệu
ban đầu của năm 2002, phần mềm MK4 cho phép xây dựng những kịch bản
diễn biến biên mặn cho những năm tiếp theo theo mùa và theo các kịch bản xả
lũ của các hồ chứa ở thƣợng nguồn. Kết quả của nghiên cứu cho thấy sự dịch
chuyển khá lớn về biên mặn của mùa khô và mùa mƣa. Năm 2009, nhóm
nghiên cứu thủy văn và môi trƣờng gồm các chuyên gia thuộc trƣờng Đại học
khoa học tự nhiên và Đại học quốc gia Hà Nội đã áp dụng mô hình MIKE 11
để đánh giá tình hình xâm nhập mặn trên hệ thống sông Bến Hải và Thạch
Hãn cho kết quả tốt. Việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực và lan
truyền chất đƣợc thực hiện với bộ số liệu đo đạc quan trắc tháng 8 năm 2007.
Để dự báo tính hình xâm nhập mặn đến năm 2020, các điều kiện biên đƣợc
kết hợp giữa việc dự báo tình hình sử dụng nƣớc thƣợng nguồn kết hợp với
các kịch bản nƣớc biển dâng. Kết quả mô phỏng bằng mô hình cho thấy, đến
năm 2020 mặn có thể xâm nhập khá sâu vào đồng bằng. Điều đó sẽ đặt ra
những thách thức cho hoạt động canh tác cây nông nghiệp sử dụng nguồn
nƣớc tƣới từ sông nhƣng đồng thời cũng tạo ra thời cơ tăng diện tích sản xuất
cho ngành nuôi trồng thủy sản nƣớc lợ.
1.1.3.2. Các nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, ảnh hƣởng của tình trạng đất nhiễm mặn cũng là vấn đề
đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu. Nhóm ba nhà khoa học
Mahmoud A. Abdelfattah, Shabbir A. Shahid và Yasser R. Othman đã tiến
hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS (Hệ thống thông tin địa lý) và Viễn
thám vào xây dựng mô hình thành lập bản đồ đất nhiễm mặn tại Abu Dhabi, Ả
Rập [10]. Sử dụng sản phẩm Viễn thám mà cụ thể là ảnh Landsat-7 ETM và
7
mẫu đất thu thập dùng để xây dựng song song hai mô hình. Kết quả so sánh
thực tế có độ tin cậy là 91,2%, cho thấy khả năng ứng dụng kết hợp GIS và
Viễn thám cho hiệu quả rất cao.
Trong hoạt động nông nghiệp, nghiên cứu ƣớc tính độ mặn của đất
trong cánh đồng ngô cũng đƣợc ba nhà khoa học Ahmed Eldiery, Luis A.
Garcia và Robin M. Reich tiến hành thực hiện. Bằng công cụ là dữ liệu viễn
thám và GIS, kết hợp mẫu đất thực đo. Các nhà khoa học đã thành lập đƣợc
bản đồ thể hiện mức độ mặn của đất dựa trên sự thay đổi sinh trƣởng của cây
ngô dƣới tác động của độ mặn gia tăng trong đất.
Từ đó kịp thời có các biện pháp ứng phó nhằm giảm thiểu thiệt hại đến
nông nghiệp ở mức thấp nhất.
1.2. Tổng quan về ứng dụng viễn thám và gis trong nghiên cứu biến
động sử dụng đất và đánh giá xâm nhập mặn
1.2.1. Ứng dụng Viễn Thám và GIS trong nghiên cứu Biến động sử
dụng đất
Từ trƣớc đến nay chƣa có khái niệm chính xác về đánh giá biến
động. Nhƣng đánh giá biến động có thể đƣợc hiểu là: Việc theo dõi, giám
sát và quản lý đối tƣợng nghiên cứu để từ đó thấy đƣợc sự thay đổi về đặc
điểm, tính chất của đối tƣợng nghiên cứu, sự thay đổi có thể định lƣợng
đƣợc. Ví dụ: Diện tích đất chuyên mục đích sử dụng, diện tích rừng mất đi
hay đƣợc trồng mới,…
Đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất là đánh giá đƣợc sự thay đổi
về loại hình sử dụng đất qua các thời điểm dƣới sự tác động từ các yếu tố tự
nhiên, kinh tế - xã hội, sự khai thác, sử dụng của con ngƣời. Mọi vật trên thế
giới tự nhiên không bao giờ bất biến mà luôn luôn biến động không ngừng,
động lực của mọi sự biến động đó là quan hệ tƣơng tác giữa các thành phần
của tự nhiên. Nhƣ vậy để khai thác tài nguyên đất đai của một khu vực có
8
hiệu quả, bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá này và không làm suy thoái môi
trƣờng tự nhiên thì nhất thiết phải nghiên cứu biến động của đất đai. Sự biến
động đất đai do con ngƣời sử dụng vào các mục đích kinh tế - xã hội có thể
phù hợp hay không phù hợp với quy luật của tự nhiên, cần phải nghiên cứu để
tránh sử dụng đất đai có tác động xấu đến môi trƣờng sinh thái.
Nhƣ vậy biến động tình hình sử dụng đất là xem xét quá trình thay đổi
của diện tích đất thông qua thông tin thu thập đƣợc theo thời gian để tìm ra
quy luật và những nguyên nhân thay đổi từ đó có biện pháp sử dụng đúng đắn
với nguồn tài nguyên này [3].
Hiện nay trên thới giới đặc biệt là nƣớc đang phát triển, việc đánh giá
biến động hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng và diễn biến tài nguyên
thiên nhiên đƣợc tiến hành thƣờng xuyên trên cơ sở sử dụng phƣơng pháp
truyền thống trên bản đồ giấy dựa vào các số liệu thống kê ngoài thực địa.
Gần đây công việc này đã đƣợc hiện đại hóa, đã ứng dụng công nghệ thông
tin trong đánh giá biến động. Và đặc biệt là ứng dụng Hệ thống thông tin Địa
lý (GIS) hoặc kết hợp với công nghệ Viễn thám đã đem lại hiệu quả hết sức
to lớn.
1.2.2. Các ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xâm
nhập mặn
Với thế mạnh của viễn thám và khả năng phân tích không gian của GIS,
nhiều năm trở lại đây thế giới đã sử dụng rất nhiều và rất hiệu quả trong
nghiên cứu đánh giá xâm nhập mặn. Ứng dụng GIS trong nghiên cứu diễn
biến xâm nhập mặn đã bắt đầu đƣợc khai thác trong các năm gần đây ví dụ
nhƣ: Graciela Metternicht J.Alfred Zinck, 2008, Remote Sensing of Soil
Salinization: Impact on Land Management.; Ahmed Eldiery, Luis A. Garcia,
Robin M.Reich, 2005, Estimating Soil Salinity from Remote Sensing Data in
Corn Fields. Nhóm ba nhà khoa học Mahmoud A. Abdelfattah, Shabbir A.
9
Shahid và Yasser R. Othman đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ
GIS và Viễn thám vào xây dựng mô hình thành lập bản đồ đất nhiễm mặn tại
Abu Dhabi, Ả Rập. Sử dụng sản phẩm viễn thám mà cụ thể là ảnh Landsat-7
ETM và mẫu đất thu thập dùng để xây dựng song song hai mô hình. Kết quả
so sánh thực tế có độ tin cậy là 91,2%, cho thấy khả năng ứng dụng kết hợp
GIS và Viễn thám cho hiệu quả rất cao [34]. Trong hoạt động nông nghiệp,
nghiên cứu ƣớc tính độ mặn của đất trong cánh đồng ngô cũng đƣợc ba nhà
khoa học Ahmed Eldiery, Luis A. Garcia và Robin M. Reich tiến hành thực
hiện. Bằng công cụ là dữ liệu viễn thám và GIS, kết hợp mẫu đất thực đo. Các
nhà khoa học đã thành lập đƣợc bản đồ thể hiện mức độ mặn của đất dựa trên
sự thay đổi sinh trƣởng của cây ngô dƣới tác động của độ mặn gia tăng trong
đất. Từ đó kịp thời có các biện pháp ứng phó nhằm giảm thiểu thiệt hại đến
nông nghiệp ở mức thấp nhất.
Ở Việt Nam, việc ứng dụng khoa học công nghệ trong giám sát và đánh
giá xâm nhập mặn đƣợc các nhà khoa học trong nƣớc tiến hành nghiên cứu
dƣới nhiều phƣơng pháp khác nhau.
Nhóm tác giả Trần Quốc Đạt, Nguyễn Hiếu Trung và Kanchit
Likitdecharote thuộc trƣờng Đại học Cần Thơ và Đại học Chulalongkorn Thái Lan đã tiến hành nghiên cứu “Mô phỏng xâm nhập mặn đồng bằng sông
Cửu Long dưới tác động của nước biển dâng và sự suy giảm lưu lượng nước
từ thượng nguồn” năm 2007. Nhóm nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc mô phỏng cho
những kịch bản khác nhau của mự nƣớc biển dâng và lƣu lƣợng thƣợng
nguồn giảm bằng mô hình MIKE, từ đó đƣa ra diễn biễn xâm nhập mặn dựa
trên cở sỡ dữ liệu của hai năm 1998 và 2005. Kết quả mô phỏng xâm nhập
mặn năm 1998 đƣợc chọn làm kịch bản gốc so sánh với bốn kịch bản xâm
nhập mặn vào các năm 2020 và 2030. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ngay cả
khi tất cả hệ thống công trình ngăn mặn hiện thời vận hành đúng nhƣ thiết kế,
10
mặn vẫn xâm nhập sâu vào nội đồng và ảnh hƣởng đến hầu hết các vùng đƣợc
bảo vệ bởi dự án xâm nhập mặn[4]. Năm 2007, Viện địa lý đã thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu đánh giá thực trạng xâm nhập mặn vào khu vực nội đồng do
ảnh hưởng sự phát triển nuôi trồng thủy hải sản trong đê tỉnh Thái Bình và đề
xuất các biện pháp khắc phục” do TSKH. NCVCC. Phạm Hoàng Hải làm chủ
nhiệm. Đề tài đã đánh giá thực trạng xâm nhập mặn (quy mô, mức độ) do hậu
quả quá trình sử dụng tài nguyên dải ven biển Thái Bình. Xây dựng bản đồ
hiện trạng xâm nhập mặn dải ven biển Thái Bình tỷ lệ 1/50.000[7]. Năm 2008
TS. Vũ Hoàng Hoa - Trƣờng Đại học Thủy Lợi và Th.S. Lƣơng Hữu Dũng Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Môi trƣờng đã thực hiện "Nghiên
cứu, dự báo xu thế diễn biến xâm nhập mặn do nước biển dâng cho vùng cửa
sông ven biển Bắc Bộ". Nhóm tác giả đã sử dụng mô hình MIKE11: thủy
động lực HD và xâm nhập mặn AD để mô phỏng chế độ thủy lực và xâm
nhập mặn mùa kiệt trên hệ thống hạ lƣu sông Hồng – Thái Bình. Kết quả đã
mô phỏng đƣợc diễn biến chế độ thủy lực và quá trình xâm nhập mặn trên
toàn hệ thống các cửa sông[6].
Năm 2009, nhóm nghiên cứu thuộc trƣờng Đại học khoa học tự nhiênĐại học quốc gia Hà Nội đã áp dụng mô hình MIKE 11 để thực hiện nghiên
cứu “Đánh giá tình hình xâm nhập mặn trên hệ thống sông Bến Hải và Thạch
Hãn”. Việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực và lan truyền chất đƣợc
thực hiện với bộ số liệu đo đạc quan trắc tháng 8 năm 2007. Để dự báo tính
hình xâm nhập mặn đến năm 2020, các điều kiện biên đƣợc kết hợp giữa việc
dự báo tình hình sử dụng nƣớc thƣợng nguồn kết hợp với các kịch bản nƣớc
biển dâng. Kết quả mô phỏng bằng mô hình cho thấy, đến năm 2020 mặn có
thể xâm nhập khá sâu vào đồng bằng. Điều đó sẽ đặt ra những thách thức cho
hoạt động canh tác cây nông nghiệp sử dụng nguồn nƣớc tƣới từ sông nhƣng
đồng thời cũng tạo ra thời cơ tăng diện tích sản xuất cho ngành NTTS nƣớc
11
lợ. Năm 2011, nhóm tác giả Phạm Gia Tùng, Huỳnh Văn Chƣơng, Phạm Hữu
Tỵ thuộc Khoa Tài nguyên Đất & MTNN – Trƣờng Đại học Nông lâm Huế
đã thực hiện nghiên cứu: “Ứng dụng GIS và viễn thám xây dựng bản đồ biến
động quỹ đất lúa do tác động của biến đổi khí hậu giai đoạn 2000 – 2010:
trường hợp nghiên cứu tại 3 xã thuộc huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên
Huế”. Nhóm tác giả đã sử dụng phần mềm giải đoán ảnh Envi 4.5 để giải
đoán ảnh Landsat tại các năm 2000 và năm 2010; xây dựng các loại bản đồ
biến động đất lúa do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu. Nghiên cứu chỉ ra rằng:
Giai đoạn 2000 đến năm 2010; tại các xã Phú An, Phú Mỹ và Thị trấn Thuận
An do tác động của biến đổi khí hậu đã làm 57,6 ha đất lúa không thể sản xuất
đƣợc; phải chuyển sang NTTS. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã xây
dựng bản đồ dự báo mất đất lúa do mực nƣớc biển dâng theo các kịch bản ở
mức trung bình về mực nƣớc biển dâng của Bộ Tài nguyên và môi trƣờng;
đến năm 2050 khi mực nƣớc biển dâng 30 cm thì 3 xã trong vùng nghiên cứu
có 264,25 ha đất tự nhiên; trong đó đất lúa là 161,51 ha bị ngập; nếu dâng lên
75 cm vào năm 2100 thì diện tích tƣơng ứng là 1.218,35 ha và 527,51 ha. [15]
Nhìn chung, các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS phục vụ đánh
giá biến động sử dụng đất và xâm nhập mặn đã đƣợc ứng dụng phổ biến trên
thế giới và đã đạt đƣợc những kết quả nhất định ở Việt Nam.
1.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.3.1. Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Nam Định
1.3.1.1. Điều kiện tự nhiên
Nam Định là tỉnh nằm ở Nam châu thổ sông Hồng, có tổng diện tích tự
nhiên là 1.651 km2 với 10 đơn vị hành chính cấp huyện. Tỉnh có tuyến đƣờng
sắt Bắc Nam, Quốc lộ 21, Quốc lộ 10 là trục đƣờng chiến lƣợc của vùng đồng
bằng ven biển, giao thông thuỷ gồm sông Hồng, sông Ninh Cơ, sông Đáy với
3 cửa sông lớn đổ ra biển Đông, cửa Ba Lạt, Lạch Giang và Cửa Đáy.
12
Nam Định mang đầy đủ những đặc điểm của tiểu khí hậu vùng đồng
bằng sông Hồng, là khu vực nhiệt đới, gió mùa, nóng ẩm, mƣa nhiều, có 4
mùa rõ rệt (Xuân, Hạ, Thu, Đông). Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 23-24oC,
lƣợng mƣa trung bình trong năm từ 1.700 - 1.800mm, hàng năm trung bình có
tới 250 ngày nắng, tổng số giờ nắng từ 1650 - 1700 giờ, hang năm thƣờng
chịu ảnh hƣởng của bão hoặc áp thấp nhiệt đới, bình quân từ 4 - 6 cơn/năm.
Địa hình khá bằng phẳng, thoải dần ra biển theo hƣớng Tây Bắc - Đông
Nam, quá trình hình thành và phát triển gắn liền với lịch sử hình thành và phát
triển của hệ đồng bằng sông Hồng.
1.3.1.2. Thổ nhưỡng
Nam Định, nhóm đất có diện tích lớn nhất là nhóm đất phù sa
(Fluvisols) chiếm 81,88% diện tích tự nhiên, tiếp đến là nhóm đất mặn chiếm
14,19%, các loại đất khác có đất cát, đất phèn, đất có sản phẩm Feralitic...
chiếm diện tích nhỏ. Nhìn chung đất của Nam Định chủ yếu là đất phù sa
sông bồi lắng, có nhiều tính chất tốt thích hợp cho nhiều loại thực vật phát
triển. Theo báo cáo tổng hợp kết quả điều tra khảo sát xây dựng tài liệu bản
đồ thổ nhƣỡng tỉnh Nam Định tỷ lệ 1/50.000 theo tiêu chuẩn quốc tế FAOUNESCO (Trƣờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, 2002), bao gồm 7 nhóm:
Nhóm 1 - Đất cát - Arenosols (AR): có diện tích 6.563,05ha, chiếm
5,06% diện tích các đơn vị đất và 4,01% diện tích tự nhiên của tỉnh; Phân bố
vùng cồn cát, bãi cát thuộc ven biển các huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu, Nghĩa
Hƣng, ngoài ra còn phân bố vùng ven sông của các huyện Nam Trực, Trực
Ninh, Xuân Trƣờng, Vụ Bản, Mỹ Lộc, TP Nam Định.
Nhóm 2 - Đất mặn - Salic Fluvisols (FLS): có diện tích 15.615,89ha,
chiếm 12,03% diện tích các đơn vị đất và 9,54% diện tích tự nhiên của tỉnh; Phân
bố ở vùng ven biển, cửa sông thuộc các huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu, Nghĩa Hƣng
và các huyện khác, nhƣ: Xuân Trƣờng, Nam Trực và ven sông Sò.
13
Nhóm 3 - Đất phèn - Thionic Fluvisols (FLt) và Thinonic Gleysols
(GLt): có diện tích 4.222,64ha, chiếm 3,25% diện tích các đơn vị đất và
2,58% diện tích tự nhiên của tỉnh; phân bố ở các huyện Vụ Bản, Ý Yên, Nam
Trực, Giao Thuỷ, thành phố Nam Định;
Nhóm 4 - Đất phù sa - Fluvisols (FL): có diện tích 101.273,63ha, chiếm
78,01% diện tích các đơn vị đất và 61,85% diện tích tự nhiên của tỉnh; phân
bố ở tất cả các huyện trong tỉnh, đây là nhóm đất có diện tích lớn nhất trong
các nhóm đất của tỉnh Nam Định.
Nhóm 5 - Đất Glây - Gleysols (GL): có diện tích 1.456,29ha, chiếm
1,12% diện tích các đơn vị đất và 0,89% diện tích tự nhiên của tỉnh; phân bố
ở các địa hình trũng tại các huyện: Vụ Bản, Ý Yên, Mỹ Lộc, TP Nam Định.
Nhóm 6 - Đất xám - Acrisols (AC): có diện tích 564,74 ha, chiếm
0,44% diện tích các đơn vị đất và 0,34% diện tích tự nhiên của tỉnh; phân bố
ở các huyện Vụ Bản, Ý Yên.
Nhóm 7 - Đất tầng mỏng - Leptosols (LP): có diện tích 119,77 ha,
chiếm 0,99% diện tích các đơn vị đất và 0,77% diện tích tự nhiên của tỉnh;
phân bố ở các huyện Vụ Bản, Ý Yên, xen kẽ với đất ACf – h.
1.3.1.3. Điều kiện kinh tế - xã hội
Thời kỳ 2000 - 2010 kinh tế của Nam Định có tốc độ tăng trƣởng bình
quân mỗi năm 10,2 %/năm, cơ cấu kinh tế tiếp tục chuyển dịch phù hợp với
định hƣớng phát triển kinh tế nhiều thành phần, tăng tỷ trọng các ngành công
nghiệp và dịch vụ, tỷ trọng các ngành nông - lâm- ngƣ nghiệp giảm từ 41,2 %
năm 2000 xuống còn 31,9% năm 2005, xuống còn 29,5% năm 2010, công
nghiệp - xây dựng tăng từ 31,9% năm 2005 lên 36,5% năm 2010 và dịch vụ
34,0% năm 2010.
14
