Ứng dụng công nghệ viễn thám nhằm giám sát dung tích hồ chứa nhằm ứng phó với hạn hán và phục vụ sản xuất nông nghiệp tỉnh ninh thuận

LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên học viên:

NGUYỄN MINH TÚ

Lớp cao học:

CH23Q21

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Tài Nguyên nước

Tên đề tài luận văn: “Ứng dụng công nghệ viễn thám nhằm giám sát dung tích hồ chứa
nhằm ứng phó với hạn hán và phục vụ sản xuất nông nghiệp tỉnh Ninh Thuận”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn do tôi làm, những kết quả nghiên cứu
tính toán trung thực. Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệu liên quan
nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính cấp thiết của đề tài. Tôi không sao chép từ bất
kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tôi xin chịu trách nhiệm trước Khoa và Nhà trường.
Hà Nội, ngày 30 tháng 01 năm 2018
Học viên

Nguyễn Minh Tú

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ: “Ứng dụng công nghệ viễn thám nhằm giám sát dung tích hồ chứa
nhằm ứng phó với hạn hán và phục vụ sản xuất nông nghiệp tỉnh Ninh Thuận” đã
được tác giả hoàn thành đúng quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong đề cương

được phê duyệt.
Trong quá trình thực hiện, nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại
học Thuỷ Lợi, Viện Nước, Tưới tiêu và Môi Trường cùng đồng nghiệp, học viên đã
hoàn thành luận văn này.
Học viên chân thành cảm ơn TS Hà Hải Dương, Trưởng phòng Tài nguyên nước và
Biến đổi khí hậu - Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường cùng thầy giáo TS Nguyễn
Quang Phi - Đại học Thủy Lợi Hà Nội đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ để học viên hoàn
thành luận văn.
Học viên xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, các
thầy cô trong khoa Kỹ thuật tài nguyên nước đã tận tụy giảng dạy trong suốt quá trình
học Đại học và Cao học tại trường.
Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, luận
văn này không thể tránh khỏi những tồn tại, học viên mong nhận được những ý kiến
đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, các anh chị em và bạn bè đồng
nghiệp. Học viên rất mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được phát triển ở mức độ
nghiên cứu sâu hơn góp phần ứng dụng những kiến thức khoa học vào thực tiễn phục
vụ đời sống sản xuất.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 01 năm 2018
Học viên

Nguyễn Minh Tú
ii


MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.....................................................................................v
MỤC LỤC HÌNH .........................................................................................................vi
MỤC LỤC BẢNG...................................................................................................... viii

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG GIÁM SÁT
DUNG TÍCH HỒ CHỨA ..............................................................................................4
1.1. Tổng quan trên thế giới ..........................................................................................5
1.2. Tổng quan trong nước............................................................................................9
1.3. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu ............................................................14
1.3.1. Vị trí địa lý ...........................................................................................................14
1.3.2. Địa hình ...............................................................................................................16
1.3.3. Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng ..............................................................................17
1.3.4. Đặc điểm khí tượng thủy văn ..............................................................................19
1.3.5. Đặc điểm kinh tế- xã hội tỉnh Ninh Thuận ..........................................................26
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG CỤ PHỤC VỤ GIÁM
SÁT DUNG TÍCH HỒ CHỨA ...................................................................................35
2.1. Đặc điểm về hệ thống hồ chứa thủy lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp của tỉnh
Ninh Thuận. .................................................................................................................35
2.2. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................40
2.3. Phương pháp xác định diện tích mặt nước sử dụng ảnh SAR .........................43
2.3.1. Ảnh vệ tinh SAR .................................................................................................43
2.3.2. Phương pháp xác định diện tích mặt thoáng hồ ..................................................43
2.4. Phương pháp xác định đặc tính hồ chứa sử dụng ảnh SRTM (DEM 30m) ....47
2.4.1. Ảnh SRTM DEM 30m ........................................................................................47
2.4.2. Phương pháp xác định đường đặc tính hồ chứa ..................................................47
2.5. Quy trình xác định dung tích hồ chứa thời gian thực .......................................50
2.5.1. Dữ liệu và công cụ tính toán................................................................................50
2.5.2. Quy trình và thứ tự tính toán ...............................................................................55
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................57
3.1. Thử nghiệm tính toán vá kiểm định ...................................................................57
3.1.1. Xác định vị trí và số hóa lưu vực hồ ...................................................................57
3.1.2. Tải ảnh SRTM DEM 30 và ảnh SAR ..................................................................58
3.1.3. Xác định đường đặc tính hồ ................................................................................64

iii


3.1.4. Tính toán diện tích mặt hồ................................................................................... 67
3.1.5. Tính toán mực nước và dung tích hồ chứa .......................................................... 71
3.1.6. Kiểm định kết quả ............................................................................................... 72
3.2. Kết quả xác định diện tích mặt nước sử dụng ảnh SAR .................................. 73
3.2.1. Kết quả tính toán diện tích mặt nước hồ Lanh Ra .............................................. 73
3.2.2. Kết quả tính toán diện tích mặt nước hồ Sông Sắt. ............................................. 74
3.2.3. Kết quả tính toán diện tích mặt nước hồ Tân Giang ........................................... 75
3.2.4. Kết quả tính toán diện tích mặt nước hồ Bà Râu ................................................ 77
3.2.5. Kết quả tính toán diện tích mặt nước hồ Trà Cổ ................................................. 78
3.3. Kết quả tính toán và xác định đường đặc tính hồ ............................................. 79
3.3.1. Kết quả xác định đường đặc tính từ ảnh SRTM DEM 30m ............................... 79
3.3.2. Kết quả tính toán mực nước và dung tích hồ chứa ............................................. 81
3.3.3. Nhận xét kết quả tính toán................................................................................... 83
3.4. Đề xuất giải pháp giám sát dung tích hồ chứa gần thời gian thực .................. 84
3.5. Đề xuất một số giải pháp nhằm chủ động ứng phó với hạn hán tỉnh Ninh
Thuận ............................................................................................................................ 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 91
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 95

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
API

Application Programming Interface

CPU

Central Processing Unit

DEM

Digital Elevation Model

ESA

European Space Agency

GDP

Gross Domestic Product

GEE

Google Earth Engine

GIS

Geographic Information System

IDE

Integrated Development Environment

MODIS

Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer

NASA

National Aeronautics and Space Administration

NN& PTNT

Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

PDSI

Palmer Drought Severity Index

SAR

Synthetic Aperture Radar

SRTM

Shuttle Radar Topography Mission

SPI

Standardized Precipitation Index

SXCN

Sản xuất công nghiệp

SXNN

Sản xuất nông nghiệp

TBNN

Trung bình nhiều năm

USD

United States dollar

USGS

United States Geological Survey

v


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1. Vị trí nghiên cứu của 21 hồ chứa trong nghiên cứu của Gao.......................... 5
Hình 1.2. Vị trí địa lý của tỉnh Ninh Thuận trên bản đồ Việt Nam............................... 15
Hình 1.3. Bản đồ hành chính tỉnh Ninh Thuận ............................................................. 16
Hình 1.4. Mạng lưới sông ngòi tỉnh Ninh Thuận .......................................................... 25
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tính toán và hiệu chỉnh dung tích hồ từ ảnh vệ tinh ............ 42
Hình 2.2. Đồ thị phân bố tần suất( bi-modal histogram) .............................................. 44
Hình 2.3. Các bước trong quy trình tiền xử lý ảnh SAR ............................................... 45
Hình 2.4. Quy trình xử lý và tính toán xác định đường đặc tính hồ ............................. 48

Hình 2.5. Hình mô phỏng sơ họa phương pháp tính toán chênh lệch dung tính hồ chứa
giữa 2 cao độ mực nước theo cách truyền thống........................................................... 49
Hình 2.6. Ảnh SAR chụp từ vệ tinh Sentinel 1 dùng trong tính toán. .......................... 50
Hình 2.7. Dữ liệu quan trắc mực nước và dung tích hồ chứa tỉnh Ninh Thuận trên trang
web Hệ thống Thủy lợi thuộc Tổng cục Thủy lợi- Bộ NN & PTNT ............................ 51
Hình 2.8. Giao diện API cho code editor của Google Earth Engine ............................. 53
Hình 2.9. Quy trình tính toán dung tích hồ chứa........................................................... 56
Hình 3.1.Vị trí hệ thống 21 hồ chứa đã được xây dựng của tỉnh Ninh Thuận .............. 57
Hình 3.2. Tạo lớp Shape-file tỉnh Ninh Thuận và lưu vực 21 hồ chứa ......................... 58
Hình 3.3. Tạo id của khu vực tỉnh Ninh Thuận qua Fusion Tables .............................. 59
Hình 3.4. Giao diện cửa sổ để điều chỉnh, cài đặt thư mục lưu trữ ảnh DEM .............. 60
Hình 3.5. Kết quả xử lý thông tin về ảnh SAR trong thời gian 04/11-15/11/2016 ....... 63
Hình 3.6. Ảnh SAR khu vực nghiên cứu được tải xuống qua quá trình xử lý trên GEE
vào ngày 07/11/2016 ..................................................................................................... 63
Hình 3.7. Kết quả sau khi cắt ảnh DEM 30m theo lưu vực 21 hồ tại Ninh Thuận ....... 65
Hình 3.8. Kết quả tính toán mối quan hệ Z~F~V của hồ Sông Sắt............................... 67
Hình 3.9. Diễn biến sự thay đổi diện tích mặt nước hồ Lanh Ra theo kết quả tính toán.
....................................................................................................................................... 73
Hình 3.10. Diễn biến sự thay đổi diện tích mặt nước hồ Sông Sắt theo kết quả tính
toán. ............................................................................................................................... 74

vi


Hình 3.11. Diễn biến sự thay đổi diện tích mặt nước hồ Tân Giang theo kết quả tính
toán. ...............................................................................................................................76
Hình 3.12. Diễn biến sự thay đổi diện tích mặt nước hồ Bà Râu theo kết quả tính toán.
.......................................................................................................................................77
Hình 3.13. Diễn biến sự thay đổi diện tích mặt nước hồ Trà Cổ theo kết quả tính toán.
.......................................................................................................................................78

Hình 3.14. Kết quả so sánh đường đặc tính theo tính toán và thiết kế hồ Sông Sắt .....79
Hình 3.15. Kết quả so sánh đường đặc tính theo thiết kế và tính toán của hồ Lanh Ra80
Hình 3.16. Kết quả so sánh đường đặc tính theo thiết kế và tính toán của hồ Tân Giang
.......................................................................................................................................80
Hình 3.17. Kết quả so sánh đường đặc tính thiết kế và tính toán hồ Bà Râu. ...............81
Hình 3.18. Kết quả so sánh đường đặc tính thiết kế và theo tính toán hồ Trà Cổ ........81
Hình 3.19. Kết quả so sánh giá trị tính toán và giá trị quan trắc của hồ Sông Sắt ........81
Hình 3.20. Kết quả so sánh giá trị tính toán và giá trị quan trắc của hồ Lanh Ra .........82
Hình 3.21. Kết quả so sánh giá trị tính toán và giá trị quan trắc của hồ Tân Giang .....82
Hình 3.22. Kết quả so sánh giá trị tính toán và giá trị quan trắc của hồ Bà Râu ..........82
Hình 3.23. Kết quả so sánh giá trị tính toán và giá trị quan trắc hồ Trà Cổ ..................82

vii


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng tổng hợp diện tích theo các nhóm đất tỉnh Ninh Thuận ...................... 18
Bảng 1.2. Lượng mưa TBNN tại các trạm đo mưa trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận ....... 19
Bảng 1.3. Đặc trưng nhiệt độ không khí trung bình nhiều năm giai đoạn (1993-2011)
của trạm khí tượng Phan Rang (0C) .............................................................................. 20
Bảng 1.4. Số giờ nắng trung bình ngày các tháng trong năm tại trạm Phan Rang ....... 20
Bảng 1.5. Tổng lượng bốc hơi tháng và trung bình ngày tại trạm Phan Rang (mm) .... 21
Bảng 1.6. Độ ẩm trung bình và thấp nhất của các tháng tại trạm Phan Rang (%) ........ 21
Bảng 1.7. Vận tốc gió trung bình nhiều năm của Ninh Thuận (m/s) ............................ 22
Bảng 1.8. Đặc trưng sông suối thuộc hệ thống sông Cái Phan Rang ............................ 23
Bảng 1.9. Đặc trưng về diện tích lưu vực và chiều dài của các sông, suối nhỏ độc lập
trong tỉnh Ninh Thuận ................................................................................................... 26
Bảng 1.10. Dân số năm 2015 phân theo từng huyện của tỉnh Ninh Thuận .................. 27
Bảng 1.11. Diện tích và sản lượng của một số loại cây trồng của tỉnh Ninh Thuận trong
giai đoạn 2011-2015 ...................................................................................................... 28

Bảng 1.12. Diễn biến số lượng gia súc, gia cầm tỉnh Ninh Thuận (2010-2014) .......... 30
Bảng 1.13. Diện tích nuôi trồng thủy sản tỉnh Ninh Thuận thời kỳ 2011-2016 ........... 30
Bảng 1.14. Giá trị sản xuất công nghiệp theo giá trị thực tế phân theo ngành ............. 31
Bảng 1.15. Doanh thu ngành du lịch tỉnh Ninh Thuận thời kỳ 2010-2013.................. 33
Bảng 2.1. Hiện trạng công trình tưới bằng hồ chứa tại Ninh Thuận ............................. 35
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận ............... 37
Bảng 3.1. Kết quả tính diện tích của 21 hồ chứa tỉnh Ninh Thuận ngày 03/08/2016 ... 70

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam vừa trải qua một đợt El- Nino kỉ lục, bắt đầu từ năm 2014 và kéo dài đến
giữa năm 2016, hạn hán thiếu nước phục vụ sinh hoạt và tưới tiêu xảy ra trong mùa
khô để lại hậu quả hết sức nghiêm trọng đặc biệt là tại hai vùng duyên hải Nam Trung
Bộ và khu vực Tây Nguyên nói chung và tỉnh Ninh Thuận nói riêng. Theo báo cáo của
sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (NN& PTNT) tỉnh Ninh Thuận, trong năm
2015, diện tích gieo trồng bị thiệt hại trực tiếp và gián tiếp đã lên đến trên 700 tỷ đồng,
vụ Đông-Xuân 2015-2016, tổng diện tích phải ngừng sản xuất gần 6000 ha (chiếm
22% diện tích gieo trồng theo kế hoạch), thiệt hại lên đến 28.875 tỷ đồng. Tính đến
cuối tháng 4/2016, có 6.045 khẩu/1.600 hộ thiếu nước sinh hoạt; diện tích cây trồng bị
hư hại, ngừng sản xuất ước tính thiệt hại 122 tỷ đồng; 2.167 con gia súc bị chết, ước
thiệt hại 4.9 tỷ đồng. Tình hình hạn hán làm đất đai bị sa mạc hóa ngày càng lớn, khó
canh tác.
Để ứng phó với tình trạng hạn hán khô hạn thiếu nước kéo dài, nhiều biện pháp đã
được đưa ra nhằm hạn chế hậu quả thiệt hại như là các biện pháp công trình như hồ
chứa, hồ thủy điện, kiên cố hóa hệ thống kênh dẫn, xây dựng hệ thống tưới tiết kiệm
nước…, cùng với các giải pháp phi công trình như: thay đổi cơ cấu cây trồng, cân đối
dự báo nguồn nước, xây dựng các kế hoạch sử dụng nguồn nước… Hiện tại, trên địa

bàn Ninh Thuận có 21 hồ chứa có dung tích vừa, lớn có nhiệm vụ tích nước cho nhà
máy thủy điện cũng như phục vụ tưới tiêu cấp nước sinh hoạt; để lập được kế hoạch sử
dụng và phân phối nguồn nước một cách hợp lý, tiết kiệm cần phải có các biện pháp
giám sát dung tích và mực nước hồ chứa. Tuy nhiên, chỉ có một số hồ lớn mới có số
liệu quan trắc cũng như các đường đặc tính, đường quan hệ giữa Z ~V, F~V chưa có
hoặc chưa đầy đủ và còn nhiều hạn chế trong giám sát các thông số hồ chứa bằng các
phương pháp truyền thống rất khó khăn trong bối cảnh các hệ thống quan trắc bề mặt
đã xuống cấp, không được đầu tư nâng cấp. Việc ứng dụng dữ liệu từ vệ tinh cũng như
công nghệ viễn thám hỗ trợ công tác quan trắc đánh giá và giám sát hạn hán đã được

1


nhiều nước trên thế giới áp dụng và hiệu quả đạt được rất cao, rất có tiềm năng trong
việc giám sát hạn hán ở các khu vực thường xuyên xảy ra hạn của Việt Nam cũng như
là ở khu vực Nam Trung Bộ, đặc biệt là giám sát hệ thống hồ chứa hiện có trên địa bàn
tỉnh Ninh Thuận. Vì thế, đề tài: “Ứng dụng công nghệ viễn thám nhằm giám sát dung
tích hồ chứa nhằm ứng phó với hạn hán và phục vụ sản xuất nông nghiệp tỉnh Ninh
Thuận” là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn trong bối cảnh hạn hán ngày càng
nghiêm trọng dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn biến rất khó lường
hiện nay.
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
a). Mục đích
- Sử dụng công nghệ viễn thám để xây dựng đường đặc tính của các hồ chứa trên địa
bàn tỉnh Ninh Thuận;
- Sử dụng công nghệ viễn thám, công cụ GEE, ArcGIS, ngôn ngữ lập trình Pythons,
Matlab để giám sát dung tích hồ chứa tại Ninh Thuận phục vụ sản xuất nông nghiệp.
b). Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Một số hồ chứa nước có dung tích lớn tại Ninh Thuận, ảnh
viễn thám(ảnh SAR từ vệ tinh Sentinel 1), ảnh số hóa độ cao (DEM).

- Phạm vi nghiên cứu: Áp dụng thí điểm cho 5 hồ chứa: Sông Sắt, Lanh Ra, Tân
Giang, Bà Râu và Trà Cổ
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
a). Cách tiếp cận
Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên đã sử dụng các cách tiếp cận như sau:
- Tiếp cận theo mục tiêu;
- Tiếp cận từ xa;
- Tiếp cận thực tiễn, hệ thống, toàn diện, tổng hợp;
- Tiếp cận kế thừa trí thức, kinh nghiệm của các nghiên cứu, giám sát hồ chứa bằng
công nghệ viễn thám trên thế giới, và trong nước;
2


- Tiếp cận theo ngôn ngữ lập trình.
b). Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa: Luận văn sử dụng, kế thừa quả nghiên cứu, đề tài, dự án trên
thế giới cũng như tại Việt Nam về các vấn đề về hạn hán, dự báo, cảnh báo hạn hán và
quản lý hạn hán. Kế thừa, sử dụng có chọn lọc các số liệu trong Đề tài Nhiệm vụ Khoa
học và Công nghệ Quốc gia “Nghiên cứu dự báo hạn hán và giải pháp quản lý sử
dụng nước hợp lý phục vụ sản xuất nông nghiệp khu vực Nam Trung Bộ và Tây
Nguyên.”;
- Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập số liệu tại thực địa, hiện trường: Nhằm đánh
giá hiện trạng, thu thập số liệu phục vụ công tác dự báo, đánh giá, xây dựng đường đặc
tính hồ cũng như đề xuất các giải pháp cấp nước; đồng thời tham vấn ý kiến cộng đồng
dân cư các thông tin về tình hình hiện trạng hạn hán tại khu vực nghiên cứu;
- Phương pháp thống kê, phân tích, tổng hợp số liệu: Trong quá trình thực hiện luận văn,
học viên tiến hành thống kê, tổng hợp lại số liệu quan trắc thống số về mực nước, dung
tích nước trong hồ tại 21 hồ chứa đã xây dựng trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận được công bố
trên trang website của Tổng cục Thủy lợi từ năm 2015 đến thời điểm nghiên cứu;
- Phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám: Công nghệ viễn thám và ảnh viễn thám

được sử dụng trong quá trình tính toán để quan trắc được dung tích hồ chứa và xây
dựng đường đặc tính hồ,
- Phương pháp lập trình: Ngôn ngữ lập trình được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu tính
toán, công cụ hỗ trợ xây dựng đường đặc tính hồ chứa, tính toán diện tích mặt nước.
4. Kết quả dự kiến đạt được của luận văn
Luận văn sẽ đạt được kết quả chính sau:
- Xây dựng được các đường đặc tính của một số hồ chứa chưa có đường đặc tính tại
tỉnh Ninh Thuận;
- Phân tích xử lý ảnh vệ tinh, tính toán diện tích mặt nước hồ theo thời gian thực;
- Tính toán mực nước và dung tích hồ chứa trong tỉnh Ninh Thuận từ ảnh vệ tinh;
- Hỗ trợ công tác kiểm kê nguồn nước đến hồ nhằm mục đích phục vụ công tác lập kế
hoạch ứng phó với hạn hán và phục vụ sản xuất nông nghiệp.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG GIÁM
SÁT DUNG TÍCH HỒ CHỨA
Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển nhưng đã
nhanh chóng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi ở các nước
phát triển. Công nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám
sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng khu vực và trong
phạm vi toàn cầu. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày càng được nâng cao,
đây là lý do dẫn đến tính phổ cập của công nghệ này. Viễn thám là khoa học thu nhận,
xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ trên không của trái đất để nhận biết được
các thông tin về đối tượng trên bề mặt trái đất mà không cần tiếp xúc nó. Như vậy,
viễn thám là phương pháp thu nhận thông tin khách quan về bề mặt trái đất và các hiện
tượng trong khí quyển nhờ các máy thu (sensor) được đặt trên máy bay, vệ tinh nhân
tạo, tầu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm không gian; trong đó, các đầu thu sử dụng các dải
phổ đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng, quan sát được sự biến đổi của các

đối tượng theo thời gian thông qua các chu kỳ quan trắc. Công nghệ viễn thám ngày
càng phát triển và mở ra một hướng đi đầy triển vọng trong việc quan sát và thu thập
các thông tin trên bề mặt Trái Đất từ ngoài không gian, từ các lĩnh vực giám sát, quan
trắc trong hầu hết mọi lĩnh vực (Rodrigues, 2012). Do việc đo đạc được thực hiện trên
độ cao rất lớn, thậm chí lên tới hàng trăm kilomet nên công nghệ viễn thám có ưu
điểm là bao quát, phủ trùm trên diện tích rất lớn của trái đất trong đó có cả các khu vực
khó tiếp cận như các khu vực rừng nguyên sinh, các khu đầm lầy hay bên ngoài các
hải đảo. Bên cạnh đó, việc thu thập thông tin của các thiết bị không gian cũng diễn ra
rất nhanh chóng và khách quan (Zhang, 2014), các đầu thu sẽ cung cấp rất nhanh
nguồn tư liệu ảnh số có độ phân giải từ trung bình đến cao hoặc siêu cao, là cơ sở cho
việc tính toán, giải đoán ảnh. Đặc biệt trong lĩnh vực quan trắc hồ chứa, do đặc điểm
diện tích lưu vực rất lớn, công tác đo đạc quan trắc gặp rất nhiều khó khăn khi gặp các
điều kiện bất lợi về thời tiết, con người cũng như kinh phí…, do đó áp dụng công nghệ
viễn thám trong giám sát dung tích hồ chứa là rất có ý nghĩa trong thực tiễn.

4


1.1. Tổng quan trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới, công nghệ viễn thám đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong
việc quan sát, thu thập các dữ liệu về các yếu tố khí tượng, thời tiết, môi trường, đất
đai… Đối với lĩnh vực quan trắc, giám sát dung tích hồ chứa, công nghệ viễn thám
được sử dụng để tính toán, xác định diện tích mặt nước và độ cao mực nước từ đó các
dữ liệu này được kết hợp lại để tính toán dung tích nước có trong hồ chứa. Trong
nghiên cứu “Global monitoring of large reservoir storage from satellite remote
sensing” (Gao et al, 2012), Gao và cộng sự đã phát triển một thuật toán để tính toán,
ước lượng chuỗi số liệu về diện tích mặt nước hồ theo thời gian của các hồ chứa lớn
được lựa chọn trước từ ảnh MODIS với chu kỳ 16 ngày và độ phân giải 250m. Các số
liệu về cao độ mực nước thu được từ đầu đo và diện tích mặt nước được sử dụng để
xây dựng lên mối quan hệ giữa mực nước và diện tích của mỗi hồ chứa. Dựa vào mối

liên hệ đó, cao độ mực nước trong hồ có thể được xác định dựa vào diện tích mặt nước
hoặc ngược lại, nghĩa là từ diện tích mặt nước có thể nội suy ra từ cao độ mực nước
trong hồ khi không có dữ liệu quan trắc trực tiếp. Cũng theo hướng nghiên cứu đó, để
cải thiện được độ chính xác hơn trong tính toán trữ lượng nước trong 21 hồ chứa lớn
tại khu vực Nam Á, chủ yếu là tại Ấn Độ.

Nguồn: Gao et al ,2012

Hình 1.1. Vị trí nghiên cứu của 21 hồ chứa trong nghiên cứu của Gao
5


Trong nghiên cứu “Monitoring reservoir storage in South Asia from multi-satellite
remote sensing” (Shuai Zhang, Huilin Gao, and Bibi S. Naz, 2014), Gao và cộng sự đã
phát triển thuật toán tính diện tích mặt nước dựa vào ảnh MODIS trong nghiên cứu
năm 2012 kết hợp với phương pháp đo độ cao độ bằng hệ thống máy đo cao độ mực
nước bằng tia Laser trong khoa học địa chất (GLAS) được tích hợp trên vệ tinh đo cao
độ trên băng, mây hay mặt đất (ICESat) để đo cao độ mực nước hồ chứa. Theo Zhang
và cộng sự, so với máy đo độ cao bằng Radar, ICESat/ GLAS có độ phân giải theo
chiều ngang khá lớn, xấp xỉ 70m và theo chiều dọc là khoảng 10 cm (Zhang et al,
2011). Những lợi thế về độ phân giải cho phép ICESat/ GLAS có thể phát hiện và tính
toán cho những lớp nước có chiều dày nhỏ hơn cùng với đó là độ chính xác cao hơn so
với một máy đo cao độ radar điển hình. Gao và cộng sự đã xây dựng được hệ thống cơ
sở dữ liệu về trữ lượng nước trong các hồ chứa tại Nam Á với sai số trung bình rất nhỏ
so với dữ liệu quan trắc trong thực tế (0.67%) phục vụ cho việc quản lý hiệu quả Tài
nguyên nước trong khu vực. Cũng theo đánh giá của Gao và cộng sự, ICESat và các sứ
mệnh của các vệ tinh quan trắc sẽ làm cho công nghệ viễn thám tương lai có cơ hội để
điều tra, quan trắc sự thay đổi của trữ lượng dung tích hồ chứa trên thế giới một cách
toàn diện và chính xác hơn.
Trong nghiên cứu “A review of applications of satellite SAR, optical, altimetry and

DEM data for surface water modelling, mapping and parameter estimation” ( Z. N.
Musa, I. Popescu, and A. Mynett, 2015), nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng ảnh viễn
thám từ đầu đo Radar như ảnh SAR chụp tại các vùng chứa nước cho kết quả rất tốt
bởi sự tác động của môi trường đối với sóng phản xạ radar là rất thấp. Ngoài ra, ảnh
chụp từ vệ tinh mang đầu đo radar đã sớm được ứng dụng cho các mô hình thủy văn
như là dữ liệu đầu vào cho các nghiên cứu về thành lập bản đồ ngập lụt. Theo đánh giá
của nhóm nghiên cứu, ảnh SAR rất hữu ích trong việc sử dụng để tính toán vùng ngập
lụt, vùng chứa nước tại những khu vực có chứa mây như các nghiên cứu của .g.
Schumann et al., 2007; Horritt, 2006; Di Baldassarre et al., 2009; Vermeulen et al.,
2005; Mason e al., 2007; Long et al., 2014. Theo đánh giá của nhóm nghiên cứu, một
số phương pháp đã được sử dụng để mô tả mức độ ngập lụt, phát hiện phần diện tích
ngập nước từ dữ liệu ảnh SAR như: sử dụng các hình ảnh SAR đa phân cực tiên tiến,
áp dụng mô hình điều khiển hoạt động thống kê, tăng cường hình ảnh đa thời gian và
6


sự khác biệt của phân ngưỡng theo biểu đồ histogram, phân ngưỡng theo tần số vô
tuyến, phân ngưỡng dựa trên giá trị điểm ảnh và sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo (Long
et al., 2014).
Trong nghiên cứu “Evaluation of JERS-1 SAR mosaics for hydrological applications
in the Congo river basin” của Å. Rosenqvist & C. M. Birkett (2010), nhóm tác giả đã
sử dụng dữ liệu ảnh SAR từ vệ tinh JERS -1 để nghiên cứu sự thay đổi của mực nước
sông Congo. Nghiên cứu đã chỉ ra đường đặc tính của sông Congo có tính đồng nhất
cao và kết nối được sự hạn chế giữa sông và các vùng đất ngập nước lân cận đó.
Việc sử dụng và tiếp cận dữ liệu hình ảnh có độ phân giải không gian cao cho phép
tính toán thủy văn, diện tích mặt nước và lập bản đổ một cách chính xác hơn. Tuy
nhiên, việc sử dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao gặp nhiều hạn chế như chi phí mua
ảnh lớn, diện tích bao quát nhỏ vì thế một hồ chứa lớn không thể chụp trong 1 lần do
đó làm ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Để khắc phục vấn đề này, một phương pháp
khác đã được trình bày trong nghiên cứu về trữ lượng nước trong hồ Singoor Ấn Độ:

“Reservoir capacity estimation of the Singoor Reservoir, India, using per-pixel and
sub-pixel classification approaches”, (Jeyakanthan và Sanjeevi, 2006) đó là phương
pháp tiếp cận dựa trên điểm ảnh (tiếp cận theo pixel và sub-pixel) để xác định vùng
chứa nước của hồ chứa thông qua việc sử dụng dữ liệu hình ảnh đa phổ được thu thập
bởi vệ tinh IRS -1D và RESOURCESAT / IRS-P6 với độ phân giải trung bình 23.5m
theo 4 dải (0,52-0,59 , 0,62-0,68, 0,77-0,86, 1,55-1,70 μm). Kết quả tính toán cho thấy
việc áp dụng phương pháp tiếp cận theo sub-pixel xảy ra ít lỗi hơn phương pháp tiếp
cận theo pixel (1.08% so với 3.14%). Với tỉ lệ xảy ra lỗi ít hơn cho thấy tiềm năng sử
dụng công nghệ viễn thám trong việc ước lượng dung tích hồ chứa khác bằng cách tiếp
cận theo phương pháp sub-pixel là tốt hơn so với pixel. Tuy nhiên, phương pháp này
vẫn có một số hạn chế nhất định như vị trí không gian của các điểm ảnh không biết
một cách chính xác do đó ảnh hưởng đến kết quả tính toán.
Trong hội nghị quốc tế lần thứ 15 về công nghệ trong ngành nước năm 2011 được tổ
chức tại Ai Cập, một phương pháp giám sát sự thay đổi của dung tích các hồ chứa
nước thông qua việc kết hợp giữa các loại dữ liệu ảnh vệ tinh miễn phí được công bố
trong nghiên cứu “A Completely Remote Sensing Approach To Monitoring Reservoirs
7


Water Volume” của R. Abileah và S. Vignudelli. Thông qua việc sử dụng ảnh từ vệ
tinh Landsat để tính toán diện tích mặt nước của hồ chứa, cùng với đó là sử dụng ảnh
từ vệ tinh mang đầu đo độ cao bằng radar để tính toán mực nước trong hồ chứa. Tuy
nhiên phương pháp này bị hạn chế bởi thời gian chụp ảnh của 2 vệ tinh thường là
không cùng thời điểm dẫn đến ảnh hưởng đến quá trình tính toán. Để khắc phục vấn đề
này, một phương pháp được đưa ra đó là tiến hành nội suy thông số này theo chuỗi
thời gian của thông số kia nếu chuỗi số liệu đủ lớn, đủ tốt. Do tính chất về chu kỳ chụp
ảnh của 2 vệ tinh, trong nghiên cứu này, tác giả đã tiến hành nội suy các dữ liệu đo độ
cao từ ảnh Radar tới gần thời điểm có ảnh Landsat để tăng độ chính xác của kết quả.
Một phương pháp khác trong giám sát dung tích hồ chứa loại vừa và nhỏ đó là cách
tiếp cận Bayesian đã được trình bày trong nghiên cứu “Remotely Sensed Monitoring of

Small Reservoir Dynamics: A Bayesian Approach” bởi Dirk Eilander và cộng sự
(2014). Thông qua việc sử dụng dữ liệu ảnh từ các vệ tinh có đầu đo độ cao bằng
radar, việc áp dụng thuật toán trong cách tiếp cận mới cho kết quả với độ chính xác
cao, các lỗi trong tính toán thường bị hạn chế bởi ranh giới giữa đất- nước. Ngoài ra,
khi ảnh chụp thu được diễn ra tại thời điểm có mưa, diện tích mặt nước thay đổi cục bộ
do nước dâng lên ngập ven bờ tại các hồ chứa nhỏ làm cho sự phân biệt ranh giới nước
và đất bị ảnh hưởng, khi đó, việc sử dụng chuỗi thời gian có thể làm giảm thiểu được
lỗi phân đoạn nhưng không giải quyết được hoàn toàn.
Như vậy, việc tính toán diện tích mặt nước trong các hồ chứa có thể được xác định
bằng thông qua việc thu thập tín hiệu từ các dải sóng quang phổ bằng các đầu đo
quang học trên các vệ tinh như Landsat, SPOT, Terra, Formosat-2 (Baup, 2014). Tuy
nhiên dữ liệu quang học thường bị nhiễu do ảnh hưởng bởi mây và các hiện tượng thời
tiết như mưa, bão. Trong khi đó, lợi dụng tính chất có thể chiếu xuyên qua mây cũng
như không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí quyển của sóng radar (Ouchi, 2013), nhiều
nghiên cứu đã sử dụng ảnh viễn thám chụp từ các vệ tinh thu nhận sóng radar để phát
hiện các vùng ngập nước (Schumann, 2007). Sóng radar cũng được áp dụng để xác
định các dữ liệu về cao độ địa hình, mực nước (Lee, 2011). Với việc ngày càng nhiều
các vệ tinh radar được phong lên không gian như JASON-2, AltiKa, Sentinel-1,

8


Envisat hay sắp tới JASON-2 và Sentinel-3 đã đẩy mạnh tiềm năng ứng dụng loại dữ
liệu này trong công tác giám sát dung tích hồ (Verron, 2015).
1.2. Tổng quan trong nước
Trong những năm gần đây, hạn hán là một trong những thiên tai gây ra những thiệt hại
rất lớn về kinh tế tại các địa phương tại Việt Nam, đặc biệt là các tỉnh miền Trung –
Tây Nguyên. Theo các nghiên cứu gần đây, ngày càng xuất hiện các đợt hạn hán và có
cường độ ngày càng cao do ảnh hưởng của các hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu,
nước biển dâng; tần xuất hạn cao chủ yếu tập trung vào các tháng thuộc vụ ĐôngXuân và Hè Thu từ tháng 1 đến tháng 8 hằng năm (Bộ Tài Nguyên và Môi trường,

2012). Các tỉnh tại khu vực Nam Trung Bộ trong đó có Ninh Thuận là những khu vực
chịu thiệt hại nặng nề do ảnh hưởng của hạn hán mà nguyên nhân chủ yếu là do năng
lực phục vụ yếu của hệ thống các hồ chứa có dung tích vừa và nhỏ tại các địa phương.
Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để chỉ ra nguyên nhân gây hạn hán như nghiên
cứu về các chỉ số hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, thủy văn,…, cùng với các chỉ số
hạn SPI (Standardized Precipitation Index), PDSI (Palmer Drought Severity Index),…
Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của hạn hán tại Việt Nam như:
- Trong nghiên cứu phân bố tác động của hạn hán ở các vùng của Việt Nam (Nguyễn
Trọng Hiệu, 1995), tác giả đã chỉ ra hạn mùa đông chủ yếu xảy ra tại khu vực Bắc Bộ,
Nam Bộ, Tây Nguyên; trong khi đó, hạn mùa hè thường xảy ra tại khu vực Bắc Trung
Bộ và Nam Trung Bộ;
- Trong nghiên cứu về tính chất, mức độ hạn và phân vùng hạn ở Việt Nam ( Nguyễn
Trọng Hiệu và nnk, 2003), nhóm nghiên cứu đã sử dụng số liệu từ 160 trạm khí tượng
bề mặt với thời gian quan trắc trong giai đoạn 1961-2000 và đã chia hạn hán thành 5
loại hạn từ khô hạn đến khô hạn nhất cùng với đó là 8 vùng có mùa khô khác nhau;
- Trong đề tài cấp Nhà nước: “ Nghiên cứu các giải pháp giảm nhẹ thiên tai hạn hán ở
các tỉnh Duyên hải Miền trung từ Hà Tĩnh đến Bình Thuận” (1999-2001) do Đào Xuân
Học (Đại học Thủy lợi) làm chủ nhiệm, đã đánh giá được tình hình hạn hán, nguyên
nhân và ảnh hưởng của hạn hán đối với 7 vùng kinh tế của Việt Nam, từ đó đã đưa ra
một số biện pháp phòng chống và giảm nhẹ hạn;

9


- Trong đề tài cấp Nhà nước: “ Nghiên cứu dự báo hạn hán vùng Nam Trung Bộ và
Tây Nguyên và xây dựng các biện pháp phòng chống”, 2003-2005, do Nguyễn Quang
Kim- trường Đại học Thủy lợi làm chủ nhiệm, đã nghiên cứu hiện trạng hạn hán và
thiết lập cơ sở khoa học cho quy trình dự báo hạn hán. Việc dự báo hạn được dựa trên
nguyên tắc phân tích mối tương quan giữa các yếu tố khí hậu, các hoạt động ENSO và
các điều kiện thực tế tại các vùng nghiên cứu;

- Đề tài: “ Nghiên cứu và xây dựng công nghệ dự báo và cảnh báo sớm hạn hán ở Việt
Nam”, 2005-2007, do Nguyễn Văn Thắng, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và
Môi trường làm chủ nhiệm, đã đánh giá được mức độ hạn hán ở vùng khí hậu được
chọn và các chỉ tiêu xác định hạn hán phù hợp với từng vùng khí hậu tại Việt Nam.
Cùng với đó là xây dựng được công nghệ dự báo và cảnh báo sớm hạn hán cho các
vùng khí hậu tại Việt Nam bằng các số liệu khí tượng thủy văn và các tư liệu viễn
thám để phục vụ phát triển kinh tế xã hội mà trọng tâm là sản xuất nông nghiệp và
quản lý tài nguyên nước;
- Dự án “ Xây dựng bản đồ hạn hán và mức độ thiếu nước sinh hoạt ở Nam Trung Bộ
và Tây Nguyên”, 2005-2008, do Trần Thục, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và
Môi trường làm chủ nhiệm, đã đánh giá được mức độ hạn hán và thiếu nước sinh hoạt
ở 9 tỉnh Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Trên cơ sở nghiên cứu đã xây dựng được bản
đồ hạn hán thiếu nước sinh hoạt trong vùng nghiên cứu;
Tuy có nhiều nghiên cứu về tình hình và hậu quả hạn hán nhưng chưa có hay rất ít
nghiên cứu về lĩnh vực về giám sát hồ chứa nhằm cung cấp những thông số về mực
nước, dung tích hồ để phục vụ công tác tính toán cân bằng nước góp phần xây dựng kế
hoạch sản xuất nông nghiệp. Vì thế, việc giám sát dung tích, mực nước tại các hồ chứa
trên lãnh thổ Việt Nam cần phải được chú ý và quan tâm hơn trong các nghiên cứu về
giám sát và dự báo hạn hán trong thời gian tới.
Tại Việt Nam, các ứng dụng viễn thám cũng mới bắt đầu phát triển và còn đang ở mức
ban đầu do nhiều lý do, trong đó có năng lực, kinh phí, khả năng tiếp cận nguồn dữ
liêu,…. ,trong nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong giám sát dung tích hồ cũng tương
tự như vậy. Trong khi đó, viễn thám có tiềm năng rất lớn trong hạn chế nhược điểm

10


của hệ thống quan trắc thưa thớt, chất lượng không cao của Việt Nam. Ảnh vệ tinh có
thể đem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp về các nguồn nước mặt cũng như
nước ngầm. Các thông tin về chất lượng nước và về nước ngầm cũng cần được nghiên

cứu áp dụng, khai thác từ ảnh vệ tinh. Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám
sát tài nguyên nước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất.
Ảnh vệ tinh được sử dụng chuyên cho mục đích kiểm kê các nguồn nước mặt, qua
công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình, ảnh vệ tinh là tài liệu chính dùng để cập nhật
mạng lưới thủy văn bao gồm sông, suối, kênh mương, các hồ chứa nước và hồ, đầm,
ao. Phần lớn những bản đồ này do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi
trường lập. Ngoài ra, ảnh vệ tinh đã được một số đơn vị thuộc Trung tâm Khoa học tự
nhiên và Công nghệ Quốc gia và Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường
sử dụng để thành lập bản đồ ngập lụt đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh miền
Trung. Hiện nay, công nghệ viễn thám tại Việt Nam đã và đang được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm:
- Nghiên cứu môi trường: bao gồm các nghiên cứu, điều tra về biến đổi sử dụng đất và
các lớp phủ thực vật, các nghiên cứu về biến đổi sa mạc hóa, diễn biến biến động rừng;
giám sát thiên tai như hạn hán, bão lụt, mưa lũ….; các nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm
môi trường nước, không khí hay môi trường biển,…Một số nghiên cứu về lĩnh vực
thành lập bản đồ sử dụng đất như:
+ Trong nghiên cứu: “Ứng dụng viễn thám theo dõi biến động đất đô thị của thành
phố Vinh, tỉnh Nghệ An” (Nguyễn Ngọc Phi, 2009), tác giả đã dùng phương pháp phân
loại gần đúng nhất để phân ra 5 lớp đối tượng. Điểm đáng chú ý của đề tài này là sử
dụng kết hợp nhiều loại ảnh viễn thám như Landsat (1992, 2000) và SPOT (2005) để
cho ra kết quả giải đoán, đồng thời có sự so sánh về độ chính xác, chi tiết giữa các loại
ảnh. Với chỉ số Kappa ~ 0,9, dữ liệu ảnh SPOT có độ chính xác sau phân loại cao hơn
hẳn so với Landsat (Kappa ~ 0,7);
+ Trong nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất
khu vực Chân Mây, huyện Phú Lộc, tình Thừa Thiên Huế” (Nguyễn Huy Anh, Đinh
Thanh Kiên, 2012), tác giả đã đã sử dụng phương pháp phân loại gần đúng nhất với dữ

11

liệu ảnh Landsat TM độ phân giải 10 m, kết hợp với lấy mẫu thực địa để phân ra 13
loại lớp phủ với độ chính xác tương đối cao
- Các nghiên cứu về thảm thực vật: bao gồm nghiên cứu về sự thay đổi của thảm thực
vật, của cây trồng theo mùa vụ, theo năm theo các giai đoạn hay thời kỳ khác nhau.
Thành lập các bản đồ thảm thực vật dựa vào các đặc trưng của viễn thám như tính đa
phổ, khả năng phủ trùm trên diện tích lớn, đặc trưng cấu trúc và kết hợp với các chỉ số
như NDVI, NDWI, ENVI,…Các nghiên cứu đã ứng dụng các công nghệ viễn thám
trong nước vào trong lĩnh vực này bao gồm:
+ Trong nghiên cứu : “Thành lập bản đồ lúa vùng Đồng bằng sông Cửu Long sử dụng
tư liệu viễn thám Radar TerraSAR-X” (Lâm Đạo Nguyên và Hoàng Phi Phụng, 2012)
tác giả sử dụng ảnh TerraSAR thu nhận được trong vụ Thu Đông năm 2010 và năm
2011 của huyện Chợ Mới và Thới Lai của thành phố Cần Thơ; thông qua các bước tiền
xử lý ảnh, dựa vào phân tích sự thay đổi theo thời gian của hệ số tán xạ ngược của hai
phân cực HH và VV trong các giai đoạn phát triển của cây lúa, phát triển các thuật
toán kết hợp phương pháp phân ngưỡng phân loại ảnh để thành lập bản đồ vùng trồng
lúa trong vùng nghiên cứu;
+ Trong nghiên cứu “Sử dụng dữ liệu viễn thám radar trong việc xác định rừng ngập
mặn” (Lâm Đạo Nguyên, Hoàng Phi Phụng, 2016) trong khu vực bán đảo Cà Mau, hai
tác giả trên còn sử dụng phương pháp lọc đa thời gian trong việc xử lý lọc nhiễu ảnh
SAR, phát triển thuật toán phân loại theo cây trồng cũng như mật độ cây để xác định
khu vực rừng ngập mặn
+ Theo nghiên cứu: “Sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian trong đánh giá biến động
diện tích rừng ngập mặn tại thị xã Quảng Yên, tỉnh Quảng Ninh” (Mai Trọng Thịnh,
Nguyễn Hải Hòa), tác giả đã sử dụng ảnh chụp khu vực thị xã Quảng Yên từ vệ tinh
Landsat đa thời gian trong thời gian từ 1990-2015 với độ phân giải 30m kết hợp với số
liệu thống kê thực tế, chỉ số NDVI để tiến hành giải đoán ảnh Landsast từ đó thành lập
bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn tại từng thời điểm có ảnh chụp. Qua bản đồ hiện
trạng sử dụng đất từng thời điểm chụp thì tác giả đã xây dựng nên bản đồ biến động
diện tích rừng ngập mặn theo thời gian. Kết quả phân loại 5 lớp thảm phủ bằng phân

12


loại có kiểm định chỉ ra độ chính xác toàn cục của phân loại là 82% và hệ số thống kê
Kappa là 0.77, độ chính xác ở mức tốt.
+ Nghiên cứu: “Ứng dụng GIS và viễn thám trong việc thành lập bản đồ hiện trạng
thảm thực vật năm 2008 tỉ lệ 1/50.000 ở huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh” (Nguyễn Quang
Tuấn và nnk, 2010), tác giả đã sử dụng nguồn ảnh Landsat kết hợp với thuật toán
Maximum Likelihood để phân loại những vùng mẫu để phân loại các mục đích sử
dụng đất tạo ra bản raster về hệ thống thảm thực vật, kết hợp với dữ liệu thực địa từ đó
thành lập bản đồ hiện trạng thảm thực vật;
+ Nghiên cứu: “Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong quy hoạch sử dụng đất
rừng tại thượng nguồn lưu vực sông Cả, tỉnh Nghệ An”(Phạm Tiến Đạt và nnk, 2009),
nhóm tác giả đã sử dụng nguồn ảnh Landsat TM/ETM+ trong 2 giai đoạn 1998-2003
và từ 2003-2007, kết hợp với tài liệu thống kê cùng với phương pháp giải đoán ảnh vệ
tinh và định vị toàn cầu GPS đã thành lập bản đồ biến động diện tích rừng tại thượng
nguồn lưu vực sông Cả , Nghệ An qua 3 thời điểm 1998, 2003 và 2007 cho kết quả với
độ chính xác khá cao (trên 75%) và hệ số Kappa trên 0.8;
+ Trong nghiên cứu: “Sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh MODIS nghiên cứu mùa vụ cây
trồng, lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ vùng đồng bằng sông Hồng giai
đoạn 2008 – 2010” (Vũ Hữu Long, Phạm Khánh Chi, Trần Hùng, 2011), tác giả đã
phân loại lớp phủ dựa trên bộ dữ liệu NDVI tổ hợp tháng theo phương pháp phân loại
có kiểm định sử dụng thuật toán phân loại gần đúng nhất. Đề tài đã phân loại được 9
loại lớp phủ với chỉ số Kappa ~ 0,9. Để đánh giá độ chính xác, tác giả đã sử dụng kết
hợp cả dữ liệu mẫu khảo sát, điều tra thực địa với bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm
gần nhất.
- Các nghiên cứu về thủy văn: điều tra, giám sát, phân bố các đối tượng thủy văn, diễn
biến và biến động nguồn nước ngầm theo mùa, theo năm…
- Trong lĩnh vực giám sát và quan trắc nguồn nước mặt, nước ngầm, hồ chứa, tại Việt
Nam chưa có hoặc có rất ít nghiên cứu về các vấn đề này:

13


+ Trong đề tài cấp bộ: “ Nghiên cứu dự báo hạn hán và giải pháp quản lý sử dụng nước
hợp lý phục vụ sản xuất nông nghiệp khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên” (ThS.Vũ
Hải Nam-Viện KHTL Việt Nam, 2017), một công cụ giám sát hồ chứa theo thời gian
thực sử dụng ảnh viễn thám đã được xây dựng và đã được thí điểm giám sát dung tích
hồ chứa cho tỉnh Bình Định. Kết quả cho thấy số liệu tính toán mực nước và dung tích
hồ chứa thể hiện mối tương quan tương đối tốt đối với các số liệu quan trắc tại mặt đất,
hệ số tương quan đạt được là R2 > 0.8. Sau cùng, công cụ này đã được chuyển giao cho
công ty khai thác công trình thủy lợi tỉnh Bình Định và được đánh giá cao.
+ Trong khuôn khổ dự án nghiên cứu: “Ứng dụng dữ liệu vệ tinh để tăng cường năng
lực quản lý và vận hành hồ chứa phục vụ chống hạn- đảm bảo an ninh nguồn nước và
lương thực, thí điểm cho tỉnh Ninh Thuận” giữa cơ quan phát triển Quốc tế Hoa Kỳ
(USAID) với Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường (2017), một công cụ được xây dựng
để tính toán diện tích mặt nước hồ, từ đó kết hợp với đường đặc tính hồ chứa để giám
sát dung tích hồ chứa. Trong nghiên cứu này, dữ liệu vệ tinh có sẵn từ vệ tinh Sentinel
1 để tính toán, giám sát dung tích hồ và thí điểm tại hồ Lanh Ra. Kết quả tính toán
mực nước, dung tích cùng dữ liệu dự báo mưa, cân bằng nguồn nước đã được công bố
trên trang web hochua.com và đã được chuyển giao cho công ty Khai thác công trình
thủy lợi Ninh Thuận tiếp quản;
1.3. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu
1.3.1. Vị trí địa lý
Ninh Thuận là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, nằm ở vị trí địa lý từ
11o18’14” đến 12o09’15” vĩ độ Bắc và từ 108o09’08” đến 109o14’25” kinh độ Đông.
Diện tích tự nhiên của tỉnh là 3.358 km2 được bao bọc bởi ba mặt núi và một mặt biển.
phía Bắc giáp tỉnh Khánh Hòa với chiều dài là 89 km; phía Nam giáp tỉnh Bình Thuận
với chiều dài là 41km; phía Tây giáp tỉnh Lâm Đồng là 99 km; phía Đông là biển
Đông với chiều dài bãi biển là 105 km. Giữa tỉnh và ven biển là vùng đồng bằng khô

cằn nên được mệnh danh là miền Viễn Tây của Việt Nam. Vùng núi cao chiếm 63,2%
tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh, vùng gò đồi chiếm 15,4% và đồng bằng là 22,4%.
Tỉnh Ninh Thuận nằm ở vị trí trung điểm giao thông dọc theo quốc lộ 1A, đường sắt
Thống Nhất và quốc lộ 27 lên Tây Nguyên.

14


Sau nhiều lần chia tách và sáp nhập, hiện nay tỉnh Ninh Thuận có 6 huyện và 1 thành
phố bao gồm: Ninh Sơn, Ninh Phước, Ninh Hải, Bác Ái, Thuận Bắc, Thuận Nam và
thành phố Phan Rang – Tháp Chàm.

Hình 1.2. Vị trí địa lý của tỉnh Ninh Thuận trên bản đồ Việt Nam

15


Hình 1.3. Bản đồ hành chính tỉnh Ninh Thuận
1.3.2. Địa hình
Ninh Thuận nằm ở sườn Ðông của dãy Trường Sơn. Do đó địa hình, địa mạo khá phức
tạp gồm đồi núi, đồng bằng, đầm phá phân bố xen kẽ.

16


Ninh Thuận có địa hình biến đổi rất đa dạng và phức tạp được chia thành các vùng
gồm: vùng rừng núi cao, vùng trung du gò đồi và vùng đồng bằng ven biển khá trù
phú.
Do đại bộ phận diện tích của Ninh Thuận có địa hình dốc nên khi có mưa lớn nước tập
trung nhanh, dễ sinh ra lũ lớn cho hạ lưu. Vùng trung du và vùng đồng bằng có độ dốc

bé hơn nhưng cũng bị chia cắt mạnh bởi sông suối và gò đồi nên công trình chuyển
nước tưới trong từng vùng và liên vùng rất khó khăn và tốn kém.
+ Địa hình núi cao, đồi gò bán sơn địa: Diện tích 2,867.8 km2, chiếm 85.4 diện tích tự
nhiên, trong đó: Vùng núi cao: 1,760.6 km2, chiếm 52.4% diện tích tự nhiên. Phân bố
chủ yếu ở phía Bắc, Tây, Nam và một phần phía Đông. Độ cao từ 200 ÷ 2.000 m. Độ
dốc phổ biến > 25o; Vùng bậc thềm đồi gò bán sơn địa: 1,050 km2, chiếm 32.9% diện
tích tự nhiên. Là vùng chuyển tiếp giữa vùng núi cao với vùng đồng bằng. Độ cao từ
vài chục đến 200 m. Độ dốc chủ yếu 3 – 15o.
+ Địa hình đồng bằng: Diện tích 267 km2, chiếm 8% diện tích tự nhiên. Tập trung chủ
yếu ở vùng hạ lưu sông Dinh thuộc đồng bằng Phan Rang - Tháp Chàm, trong đó địa
hình vàn cao; vàn trung bình chiếm 57%, địa hình thấp - trũng chiếm 41% (vùng trũng
thường xuyên bị ngập úng khoảng 1,000 ha ở Ninh Phước).
+ Địa hình ven biển: Diện tích 223.5 km2, chiếm 6.7% diện tích tự nhiên. Bao gồm các
xã phường ven biển. Độ dốc chủ yếu < 15o.
1.3.3. Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng
Theo Bản đồ sử dụng đất tỷ lệ 1/100.000 năm 2000, tỉnh Ninh Thuận có các nhóm đất
chính sau:
- Nhóm đất cát ven biển: Phân bố dọc các xã, phường ven biển, có 3 loại đất. Thành
phần cơ giới chủ yếu là cát, khả năng giữ nước và dinh dưỡng kém, độ phì nhiêu thấp.
Trên loại đất này có thể khai thác một phần để trồng dừa, điều, còn lại những nơi đất
bạc màu, dinh dưỡng kém cần trồng rừng phủ xanh, chống cát bay.
- Nhóm đất vàng đỏ trên núi: Phân bố ở độ cao lớn, độ dốc lớn, có 2 loại đất, không sử
dụng cho sản xuất nông nghiệp.

17