Nghiên cứu xác định biến động đường bờ vùng biển Cà Mau, Việt Nam từ tư liệu viễn thám đa thời gian (Luận văn thạc sĩ)

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

HÀ NỘI, NĂM 2017


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

HÀ NỘI, NĂM 2017


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 Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat ............................................................... 40
2.1.2 Đặc điểm tư liệu sử dụng trong nghiên cứu .......................................... 43

i


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 Đặc 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 mặt ................................................................ 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

ii


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: Đặc điểm ảnh vệ tinh LANDSAT 5 TM ....................................... 41
Bảng 2.3: Đặc điểm ảnh vệ tinh LANDSAT 7 ETM+ .................................. 42
Bảng 2.4: Đặc 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 , AL 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

iii


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
iv


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: Đặc 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
v


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full