Nghiên cứu biến động địa hình trong mối quan hệ với các hệ sinh thái vùng ven biển tỉnh quảng ninh trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.17 MB, 162 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------
NGUYỄN VĂN THẢO
NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH TRONG
MỐI QUAN HỆ VỚI CÁC HỆ SINH THÁI VÙNG
VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NINH TRÊN CƠ SỞ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ
HÀ NỘI - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------
NGUYỄN VĂN THẢO
NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH TRONG
MỐI QUAN HỆ VỚI CÁC HỆ SINH THÁI VÙNG
VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NINH TRÊN CƠ SỞ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
Chuyên ngành:
Mã số:
Quản lý tài nguyên và môi trường
62850101
LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. Đặng Văn Bào
2. TS. Trần Đình Lân
XÁC NHẬN NCS ĐÃ CHỈNH SỬA THEO QUYẾT NGHỊ
CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN ÁN
Người hướng dẫn khoa học
Chủ tịch hội đồng đánh giá
Luận án Tiến sĩ
PGS.TS. Đặng Văn Bào
GS.TS. Nguyễn Cao Huần
HÀ NỘI - 2015
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Nguyễn Văn Thảo
i
LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành luận án, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối
với PGS. TS. Đặng Văn Bào và TS. Trần Đình Lân, các thầy hƣớng dẫn vì những
chỉ dẫn rất quí báu. Tác giả cũng nhận đƣợc sự giúp đỡ về mặt khoa học của các
thầy cô giáo và đồng nghiệp, sự giúp đỡ, động viên về mặt tinh thần và vật chất của
lãnh đạo nhiều cơ quan và bạn bè. Tác giả xin bày tỏ lòng cám ơn lãnh đạo, các
thầy cô giáo và đồng nghiệp ở khoa Địa lý, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội, Viện Tài nguyên và Môi trƣờng biển, các cơ quan, ban ngành
tỉnh Quảng Ninh. Đồng thời tác giả cũng xin chân thành cám ơn PGS. TS. Vũ Văn
Phái, PGS. TS. Nguyễn Hiệu, PGS. TS. Trần Đức Thạnh, PGS.TS. Nguyễn Ngọc
Thạch và PGS. TS. Uông Đình Khanh đã có những góp ý khoa học và cung cấp tài
liệu cho luận án. Tác giả cũng xin chân thành cám ơn TS. Đinh Văn Huy, TS.
Nguyễn Đức Cự, TS. Đàm Đức Tiến, Th.S. Nguyễn Đắc Vệ và ThS. Vũ Duy Vĩnh
đã có những góp ý khoa học cho luận án. Tác giả xin chân thành cám ơn đề tài cấp
nhà nƣớc “Nghiên cứu các phƣơng pháp phân tích, đánh giá và giám sát chất
lƣợng nƣớc ven bờ bằng tƣ liệu viễn thám độ phân giải cao và độ phân giải trung
bình, đa thời gian; Áp dụng thử nghiệm cho ảnh của vệ tinh VNREDSat-1” mã số
VT/CB-01/14-15 đã hỗ trợ kinh phí.
Tác giả
Nguyễn Văn Thảo
ii
MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU................................................................................................................................................. 1
Lý do chọn đề tài.................................................................................................................................. 1
Mục tiêu................................................................................................................................................... 2
Nội dung nghiên cứu........................................................................................................................... 2
Phạm vi nghiên cứu............................................................................................................................. 2
Cơ sở tài liệu thực hiện luận án....................................................................................................... 3
Các luận điểm bảo vệ.......................................................................................................................... 4
Những điểm mới của luận án........................................................................................................... 5
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn......................................................................................................... 5
Cấu trúc của luận án............................................................................................................................ 5
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 7
1.1. Cơ sở lý luận.................................................................................................................................. 7
1.1.1. Tổng quan nghiên cứu biến động địa hình trong mối quan hệ với hệ sinh thái
vùng ven biển......................................................................................................................................... 7
1.1.2. Biến động địa hình trong mối quan hệ với hệ sinh thái.......................................... 12
1.1.2.1. Đới bờ biển và vùng ven biển....................................................................................... 12
1.1.2.2. Đặc trƣng địa mạo vùng ven biển............................................................................... 14
1.1.2.3. Các hệ sinh thái vùng ven biển..................................................................................... 15
1.1.2.4. Quan hệ giữa địa hình và hệ sinh thái........................................................................ 17
1.1.2.5. Biến động địa hình trong quan hệ với hệ sinh thái vùng ven biển..................22
1.1.3. Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động địa hình và hệ sinh thái vùng
ven biển.................................................................................................................................................. 23
1.1.3.1. Viễn thám nghiên cứu biến động địa hình và hệ sinh thái vùng ven biển...23
1.1.3.2. GIS nghiên cứu biến động địa hình và hệ sinh thái vùng ven biển.................26
1.1.3.3. Kết hợp Viễn thám và GIS.............................................................................................. 27
1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................................... 27
1.2.1. Cách tiếp cận........................................................................................................................... 27
1.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................................... 29
iii
CHƢƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO VÀ HỆ SINH THÁI VÙNG VEN BIỂN
QUẢNG NINH................................................................................................................................... 45
2.1. Các nhân tố ảnh hƣởng đến biến động địa hình và hệ sinh thái.............................. 45
2.1.1. Các nhân tố tự nhiên............................................................................................................. 45
2.1.1.1. Địa chất.................................................................................................................................. 45
2.1.1.2. Khí hậu................................................................................................................................... 52
2.1.1.3. Thủy văn................................................................................................................................ 54
2.1.1.4. Hải văn................................................................................................................................... 55
2.1.2. Các hoạt động nhân sinh..................................................................................................... 59
2.1.2.1. Các hoạt động ở lƣu vực................................................................................................. 59
2.1.2.2. Các hoạt động ở vùng ven biển.................................................................................... 60
2.1.2.3. Các hoạt động ở biển........................................................................................................ 67
2.2. Đặc điểm địa mao...................................................................................................................... 67
2.2.1. Các dạng địa hình.................................................................................................................. 67
2.2.2. Phân vùng địa mạo................................................................................................................ 70
2.3. Đặc điểm các hệ sinh thái tiêu biểu.................................................................................... 74
2.3.1. Rừng ngập mặn....................................................................................................................... 74
2.3.2. Bãi triều bùn - cát.................................................................................................................. 75
2.3.3. Bãi cát biển............................................................................................................................... 76
2.3.4. Cỏ biển....................................................................................................................................... 78
2.3.5. Đầm nuôi thủy sản............................................................................................................... 79
2.4. Đặc điểm quan hệ giữa địa mạo với hệ sinh thái........................................................... 79
2.4.1. Vai trò của địa hình với hệ sinh thái............................................................................... 79
2.4.2. Vai trò của sinh vật với địa mạo....................................................................................... 83
2.4.2.1. Rừng ngập mặn.................................................................................................................. 83
2.4.2.2. Các sinh vật khác............................................................................................................... 84
2.4.3. Sơ đồ địa mạo - sinh vật vùng ven biển Quảng Ninh.............................................. 86
CHƢƠNG 3. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH VÀ HỆ SINH THÁI VÙNG
VEN BIỂN QUẢNG NINH........................................................................................................... 89
3.1. Đánh giá biến động địa hình................................................................................................. 89
3.1.1. Biến động theo chiều ngang.............................................................................................. 89
3.1.1.1. Biến động đƣờng bờ biển............................................................................................... 89
3.1.1.2. Biến động cảnh quan địa hình do khai thác than................................................. 102
3.1.2. Biến động theo chiều thẳng đứng................................................................................. 108
iv
3.2. Đánh giá biến động phân bố các hệ sinh thái tiêu biểu............................................ 113
3.2.1. Thay đổi diện tích phân bố.............................................................................................. 113
3.2.2. Phân tích cơ chế biến động.............................................................................................. 114
3.2.3. Nhận xét biến động phân bố các hệ sinh thái tiêu biểu........................................ 116
3.2.4. Sơ đồ biến động các hệ sinh thái................................................................................... 116
3.3. Quan hệ biến động địa hình và hệ sinh thái.................................................................. 123
3.3.1. Theo thời gian....................................................................................................................... 123
3.3.2. Theo không gian.................................................................................................................. 125
3.4. Đề xuất định hƣớng sử dụng hợp lý tài nguyên vùng ven biển Quảng Ninh .. 129
3.4.1. Cơ sở đề xuất........................................................................................................................ 129
3.4.2. Định hƣớng sử dụng hợp lý tài nguyên vùng ven biển Quảng Ninh..............129
3.4.2.1. Quan điểm định hƣớng................................................................................................. 129
3.4.2.2. Định hƣớng cơ bản......................................................................................................... 130
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ........................................................................................... 140
Kết luận............................................................................................................................................... 140
Khuyến nghị...................................................................................................................................... 141
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.................................................................................................. 142
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................ 143
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ALOS
Vệ tinh quan sát trái đất của Nhật Bản phóng năm 2006
ARCGIS
Phần mềm GIS do công ty ESRI của Mỹ sản xuất
ASTER
Ảnh vệ tinh do vệ tinh TERRA của Mỹ thu nhận
AVNIR
Ảnh vệ tinh do vệ tinh quan sát trái đất ALOS của Nhật Bản thu nhận
CSDL
Cơ sở dữ liệu
ENVISAT
Ảnh vệ tinh do vệ tinh quan sát trái đất của châu Âu thu nhận
GDP
Tổng sản phẩm quốc nội
GIS
Hệ thông tin địa lý
IKONOS
Vệ tinh quan sát trái đất của Mỹ do công ty Lockheed quản lý
IUCN
Liên minh bảo tồn thiên nhiên quốc tế
LANDSAT
Vệ tinh quan sát trái đất của Mỹ do cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ quản lý
LHQ
Liên hợp quốc
MOSS-1
Vệ tinh quan sát trái đất của Nhật Bản phóng năm 1986
RADASAT
Ảnh vệ tinh do vệ tinh quan trắc trái đất của Canada thu nhận
SPOT
Vệ tinh quan sát trái đất của Pháp
TB
Tây bắc
TN
Tây nam
VBB
Vùng bờ biển
VBVB
Vùng biển ven bờ
VVB
Vùng ven biển
RAMSAR
Công ƣớc quốc tế về đất ngập nƣớc
RNM
Rừng ngập mặn
HĐ
Hải đồ
TSS
Hàm lƣợng chất lơ lửng trong nƣớc
CRS
Hàng số tốc độ cung cấp (Constant Rate of Supply)
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Mô tả mối quan hệ giữa địa hình và hệ sinh thái vùng ven biển................................. 20
Bảng 2.1. Đặc điểm một số con sông chính đổ ra vùng ven biển Quảng Ninh..........................54
Bảng 2.2. Các nhà máy xi măng trong khu vực nghiên cứu.............................................................. 64
Bảng 2.3. Cấu trúc thành phần loài động vật đáy trong rừng ngập mặn vùng ven biển
Quảng Ninh........................................................................................................................................................... 75
Bảng 2.4. Kết quả phân tích mẫu động vật đáy bãi triều cát Trà Cổ (2012-2013)....................77
Bảng 2.5. Vai trò của địa hình với hệ sinh thái vùng ven biển Quảng Ninh ................................ 79
Bảng 2.6. Kết quả phân tích hàm lƣợng Cacbonnat khu vực bãi Trà Cổ..................................... 86
Bảng 3.1.Biến động đƣờng bờ biển Quảng Ninh giai đoạn 1975 đến 1990............................... 89
Bảng 3.2. Biến động đƣờng bờ biển Quảng Ninh giai đoạn 1990 đến 2013.............................. 91
Bảng 3.3. Biến động diện tích khai thác than và trầm tích bề mặt vùng ven biển
Hạ Long - Cửa Ông giai đoạn 1975 đến 1990....................................................................................... 104
Bảng 3.4. Biến động diện tích khai thác than và trầm tích bề mặt vùng ven biển
Hạ Long - Cửa Ông giai đoạn 1990 đến 2013....................................................................................... 104
Bảng 3.5. Tốc độ lắng đọng trầm tích (cm/năm) trên bãi triều Đầm Hà...................................... 110
Bảng 3.6. Biến động diện tích phân bố các hệ sinh thái giai đoạn 1975 đến 1990..................113
Bảng 3.7. Biến động diện tích phân bố các hệ sinh thái giai đoạn 1990 đến 2013 ..................114
Bảng 3.8. Ma trận biến động phân bố hệ sinh thái vùng triều Quảng Ninh giai đoạn
1975 đến 1990.................................................................................................................................................... 121
Bảng 3.9. Ma trận biến động phân bố hệ sinh thái vùng triều Quảng Ninh giai đoạn
1990 đến 2013.................................................................................................................................................... 122
Bảng 3.10. Ma trận phân vùng biến đổi địa hình và các hệ sinh thái vùng ven biển
Quảng Ninh......................................................................................................................................................... 126
Bảng 3.11. Tổng hợp đề xuất định hƣớng sử dụng hợp lý tài nguyên vùng ven biển
Quảng Ninh......................................................................................................................................................... 136
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ phạm vi không gian vùng nghiên cứu......................................................................... 6
Hình 1.2. Sơ đồ phạm vi không gian của vùng ven biển theo quan điểm Leontyev
О. K.(1961)........................................................................................................................................................... 13
Hình 1.3. Sơ đồ mô tả đặc trƣng địa mạo vùng ven biển theo quan điểm động lực
ngoại sinh của quá trình địa mạo.................................................................................................................. 15
Hình 1.4. Sơ đồ mô tả vai trò của địa hình với hệ sinh thái............................................................... 18
Hình 1.5. Sơ đồ mô tả vai trò của sinh vật đối với địa hình............................................................... 20
Hình 1.6. Đƣờng bờ biển khu vực xói lở trên ảnh vệ tinh AVNIR 2 tổ hợp mầu giả
khu vực Phù Long-Cát Hải............................................................................................................................. 31
Hình 1.7. Đƣờng bờ biển khu vực cửa sông, bãi triều thấp trên ảnh vệ tinh AVNIR 2
tổ hợp mầu giả khu vực Đại Dân-Quảng Yên.......................................................................................... 32
Hình 1.8. Đƣờng bờ biển khu vực bãi cát biển trên ảnh vệ tinh AVNIR 2 tổ hợp
mầu giả khu vực Trà Cổ-Móng Cái............................................................................................................. 32
Hình 1.9. Đƣờng bờ biển khu vực núi đá vôi trên ảnh vệ tinh Landsat TM tổ hợp
mầu giả khu vực Quang Hanh-Cẩm Phả.................................................................................................... 33
Hình 1.10. Đƣờng bờ biển khu san lấp mặt bằng trên ảnh vệ tinh SPOT 5 tổ hợp
mầu giả khu vực Cẩm Thạch-Cẩm Phả...................................................................................................... 33
Hình 1.11. Phân bố các hệ sinh thái trên ảnh vệ tinh Landsat TM tổ hợp mầu giả
khu vực Hà An-Quảng Yên............................................................................................................................. 34
Hình 1.12. Phân bố khu vực khai thác than lộ thiên trên ảnh vệ tinh Landsat TM
tổ hợp mầu giả khu vực Cẩm Phả................................................................................................................. 34
Hình 1.13. Khu vực khai thác đất sét trên ảnh vệ tinh AVNIR 2 khu vực Giếng ĐáyHạ Long.................................................................................................................................................................. 35
Hình 1.14. Khu vực khai thác đá vôi trên ảnh vệ tinh Landsat TM khu vực Đại DânQuảng Yên............................................................................................................................................................. 35
Hình 1.15. Phân bố bùn bột và cát nhỏ trên ảnh vệ tinh AVNIR 2 tổ hợp giả mầu
khu vực vịnh Tiên Yên-Hà Cối...................................................................................................................... 36
Hình 1.16. Phân bố cát trung trên ảnh vệ tinh Landsat TM tổ hợp giả mầu khu vực
Quảng Minh-Hải Hà.......................................................................................................................................... 37
Hình 1.17. Phân bố cát lớn trên ảnh vệ tinh Landsat TM khu vực Quảng PhongHải Hà..................................................................................................................................................................... 37
Hình 1.18. Phân bố trầm tích có phủ bụi than trên ảnh vệ tinh AVNIR 2 khu vực
cửa suối Lộ Phong-Hạ Long........................................................................................................................... 38
Hình 1.19. Mô hình phân tích không gian trong GIS........................................................................... 40
viii
Hình 1.20. Sơ đồ quy trình nghiên cứu............................................................................
Hình 2.1. Sơ đồ địa chất vùng ven biển Quảng Ninh......................................................
Hình 2.2. Sơ đồ tân kiến tạo và kiến tạo hiện đại vùng ven biển Quảng Ninh................
Hình 2.3. Sơ đồ phân bố trầm tích tầng mặt vùng triều Quảng Ninh..............................
Hình 2.4. Sơ đồ hoa gió trong nhiều năm tại khu vực Bãi Cháy.....................................
Hình 2.5. Sơ đồ phân bố nhiệt độ năm 2006, 2007 và 2008 khu vực Bãi Cháy..............
Hình 2.6. Sơ đồ phân bố lƣợng mƣa năm 2006, 2007 và 2008 khu vực Bãi Cháy.........
Hình 2.7. Sơ đồ dao động mực nƣớc khu vực Bãi Cháy tháng 9 năm 2008...................
Hình 2.8. Sơ đồ dao động mực nƣớc khu vực Bãi Cháy tháng 12 năm 2008
Hình 2.9. Sơ đồ dòng chảy tổng hợp mùa mƣa khu vực vịnh Hạ Long và Bái Tử Long
năm 2008..........................................................................................................................
Hình 2.10. Sơ đồ dòng chảy tổng hợp mùa mƣa khu vực vịnh Hạ Long và Bái Tử Long
năm 2008..............................................................................................................................
Hình 2.11. Một số hình ảnh hoạt động khai thác than ở Quảng Ninh.............................
Hình 2.12. Một số hình ảnh khai thác vật liệu xây dựng trong vùng nghiên cứu............
Hình 2.13. Sơ đồ san lấp mặt bằng khu vực Tuần Châu-Cái Rồng giai đoạn
1990-2013........................................................................................................................
Hình 2.14. Khu đô thị mới phƣờng Cao Xanh, thành phố Hạ Long................................
Hình 2.15. Khu nuôi trồng thủy sản thị xã Quảng Yên...................................................
Hình 2.16. Sơ đồ địa mạo vùng ven biển Quảng Ninh....................................................
Hình 2.17. Sơ đồ phân vùng địa mạo vùng ven biển Quảng Ninh..................................
Hình 2.18. Rừng ngập mặn khu vực xã Tiền Phong, TX. Quảng Yên............................
Hình 2.19. Bãi triều bùn - cát khu vực xã Hà An TX. Quảng Yên..................................
Hình 2.20. Bãi cát biển khu trực Trà Cổ, thành phố Móng Cái.......................................
Hình 2.21. Phân bố cỏ biển tại vụng Đầm Hà.................................................................
Hình 2.22. Sơ đồ phân bố các hệ sinh thái tiêu biểu vùng triều Quảng Ninh năm 2013.
Hình 2.23. Sơ đồ quan hệ giữa động vật đáy với trầm tích tầng mặt vùng triều
Quảng Ninh......................................................................................................................
Hình 2.24. Mặt cắt ngang điển hình RNM ở khu vực Đồng Rui.....................................
Hình 2.25. Sơ đồ địa mạo - sinh vật vùng ven biển Quảng Ninh....................................
Hình 3.1. Biến động đƣờng bờ biển giai đoạn 1990-2013 khu vực Cẩm Phả.................
Hình 3.2. Sơ đồ biến động đƣờng bờ Quảng Ninh giai đoạn 1975-1990........................
Hình 3.3. Sơ đồ biến động đƣờng bờ Quảng Ninh giai đoạn 1990-2013........................
Hình 3.4. Sơ đồ biến động đƣờng bờ khu vực Hạ Long - Cẩm Phả giai đoạn
1990-2013........................................................................................................................
Hình 3.5. Sơ đồ biến động đƣờng bờ khu vực Hải Hà - Móng Cái giai đoạn
1990-2013........................................................................................................................
ix
44
48
49
50
52
53
53
56
56
57
58
61
63
65
65
66
72
73
74
76
77
78
81
82
84
88
95
96
97
98
99
Hình 3.6. Tỷ lệ phần trăm vai trò của các tác nhân gây biến động đƣờng bờ biển
tính theo diện tích biến động giai đoạn 1975-1990.............................................................................. 100
Hình 3.7. Tỷ lệ phần trăm vai trò của các tác nhân gây biến động đƣờng bờ biển
tính theo chiều dài đoạn bờ biến động giai đoạn 1975-1990............................................................ 100
Hình 3.8. Tỷ lệ phần trăm vai trò của các tác nhân gây biến động đƣờng bờ biển
tính theo diện tích biến động giai đoạn 1990-2013.............................................................................. 101
Hình 3.9. Tỷ lệ phần trăm vai trò của các tác nhân gây biến động đƣờng bờ biển
tính theo chiều dài đoạn bờ biến động giai đoạn 1990-2013............................................................ 101
Hình 3.10. Bãi đổ đất đá khi khai thác than lộ thiên ở Cẩm Phả..................................................... 103
Hình 3.11. Bãi đổ đất đá khi khai thác than lộ thiên ở Hạ Long..................................................... 103
Hình 3.12. Sơ đồ biến động địa hình vùng ven biển Quảng Ninh do khai thác than
giai đoạn 1975-1990......................................................................................................................................... 106
Hình 3.13. Sơ đồ biến động địa hình vùng ven biển Quảng Ninh do khai thác than
giai đoạn 1990-2013......................................................................................................................................... 107
Hình 3.14. Sơ đồ mô phỏng tốc độ lắng đọng trầm tích mùa khô năm 2012 khu vực
Bạch Đằng-Cửa Ông........................................................................................................................................ 108
Hình 3.15. Sơ đồ mô phỏng tốc độ lắng đọng trầm tích mùa mƣa năm 2012 khu vực
Bạch Đằng-Cửa Ông........................................................................................................................................ 109
Hình 3.16. Sơ đồ vị trí lỗ khoan................................................................................................................... 110
Hình 3.17. Sơ đồ vị trí các mặt cắt địa hình bãi Trà Cổ...................................................................... 111
Hình 3.18. Mặt cắt địa hình MC1 bãi Trà Cổ......................................................................................... 112
Hình 3.19. Mặt cắt địa hình MC2 bãi Trà Cổ......................................................................................... 112
Hình 3.20. Mặt cắt địa hình MC3 bãi Trà Cổ......................................................................................... 113
Hình 3.21. Sơ đồ biến động các hệ sinh thái tiêu biểu vùng triều Quảng Ninh
giai đoạn 1975-1990......................................................................................................................................... 117
Hình 3.22. Sơ đồ biến động các hệ sinh thái tiêu biểu vùng triều Quảng Yên
giai đoạn 1975-1990......................................................................................................................................... 118
Hình 3.23. Sơ đồ biến động các hệ sinh thái tiêu biểu vùng triều Quảng Ninh
giai đoạn 1990-2013......................................................................................................................................... 119
Hình 3.24. Sơ đồ biến động các hệ sinh thái tiêu biểu vùng triều Hạ Long - Cẩm Phả
giai đoạn 1990-2013......................................................................................................................................... 120
Hình 3.25. Sơ đồ định hƣớng sử dụng tài nguyên vùng ven biển Quảng Ninh........................139
x
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Địa hình mặt đất là một yếu tố tự nhiên, một thực thể vật chất tồn tại khách
quan và là một hợp phần không thể thiếu của các tổng thể tự nhiên. Địa hình mặt
đất và hệ sinh thái có quan hệ mật thiết với nhau. Về mặt sinh thái, địa hình đƣợc
xem là nền tảng rắn để các hệ sinh thái phát triển, là yếu tố quyết định tính phân dị
lãnh thổ của các hệ sinh thái, ngƣợc lại lớp phủ sinh vật của hệ sinh thái đóng một
vai trò khá lớn vào quá trình địa mạo để hình thành bề mặt địa hình. Theo dòng lịch
sử, địa mạo học chủ yếu nghiên cứu các quá trình nội sinh và ngoại sinh tạo ra địa
hình mà rất ít quan tâm tới vai trò của sinh vật vào quá trình địa mạo. Đến cuối thế
kỷ XIX vấn đề này mới đƣợc đƣa vào văn liệu khoa học. Mặc dù vậy, gần đây
hƣớng nghiên cứu này mới đƣợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm và đƣợc
gọi là địa mạo sinh thái. Các kết quả nghiên cứu theo hƣớng địa mạo sinh thái là
một trong những cơ sở khoa học theo hƣớng liên ngành phục vụ cho quản lý tài
nguyên và môi trƣờng. Vùng ven biển (VVB) là vùng nằm giữa lục địa và biển
chính vì vậy vùng này chịu nhiều yếu tố tác động lên quá trình địa mạo và tạo ra
nhiều dạng địa hình khác nhau, trên mỗi dạng địa hình tồn tại một hoặc nhiều hệ
sinh thái đi kèm đặc trƣng. VVB còn là trọng tâm của nhiều ngành kinh tế quốc gia,
là nơi mà phần lớn các hoạt động về kinh tế - xã hội diễn ra và cũng là nơi mà tác
động của các hoạt động này nhiều nhất. Đối với những nƣớc có vùng ven biển, hơn
một nửa dân số sống tại đây và tầm quan trọng của vùng này còn tăng trong tƣơng
lai do sự gia tăng không ngừng của việc di dân từ các vùng sâu trong lãnh thổ tới
đây. Do vậy, không ngạc nhiên khi có sự xung đột sâu sắc giữa nhu cầu sử dụngtài
nguyên hiện nay và việc đảm bảo cho việc tiêu thụ tài nguyên đó trong tƣơng lai.
Rất nhiều hoạt động phát triển đô thị, công nghiệp và nông nghiệp nằm trong vùng
đất ngập nƣớc ven biển đang làm biến đổi địa hình ảnh hƣởng lớn đến các hệ sinh
thái.
Về mặt tự nhiên, VVB tỉnh Quảng Ninh bao gồm 2 vùng địa hình: Đồng bằng hẹp
ven biển, thực chất là các đồng bằng và thềm biển cổ đƣợc khai phá từ lâu đời. Mặc dù
chiếm một diện tích không lớn nhƣng lại có ý nghĩa rất lớn về mặt dân sinh và kinh tế.
Đây là nơi tập trung phần lớn dân cƣ với các đô thị lớn của tỉnh nhƣ các thành phố
Uông Bí, Hạ Long, Cẩm Phả và Móng Cái. Vùng triều là nơi có các hệ sinh thái cửa
sông ven biển khá phong phú và đa dạng, trong đó có các hệ sinh thái đặc trƣng nhƣ
hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, bãi triều bùn - cát và bãi cát biển, v.v. Về mặt
hành chính, VVB tỉnh Quảng Ninh bao gồm 10 huyện, thị và thành phố: Thành phố
Móng Cái, Hạ Long và Cẩm Phả, huyện Hải Hà, Đầm Hà, Tiên Yên, Hoành Bồ và thị
xã Quảng Yên, huyện đảo Vân Đồ và Cô Tô. Trong những năm gần đây, kinh tế của
tỉnh Quảng Ninh đã phát triển nhanh chóng, từ năm 2006 đã trở thành một trong 10
tỉnh, thành có mức thu ngân sách lớn nhất của cả nƣớc. Thành tựu này có sự đóng góp
rất lớn từ các hoạt động kinh tế tại khu vực VVB nhƣ khai thác và chế biến than, công
nghiệp, cảng và giao thông thủy, du lịch - dịch vụ, nuôi trồng,
1
khai thác và chế biến thủy sản, v.v. Tuy nhiên, việc khai thác, sử dụng tài nguyên thiên
nhiên vùng nhằm phát triển kinh tế -xã hội, xóa đói giảm nghèo đã làm biến động mạnh
địa hình vùng ven biển, gây ra nhiều rủi ro và hiểm họa nhƣ: sự xâm nhập nƣớc biển
sâu vào đất liền, trƣợt lở, xói lở bờ biển và sa bồi, bão lũ, ô nhiễm môi trƣờng, đặc biệt
là mất dần diện phân bố của các hệ sinh thái. Chính vì vậy, vấn đề khai thác và sử dụng
hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trƣờng VVB Quảng Ninh đƣợc đặt ra hết sức cấp
bách, đòi hỏi phải có những nghiên cứu khoa học để đề xuất những định hƣớng, giải
pháp và biện pháp với các cơ quan quản lý của tỉnh nhằm giảm thiểu suy thoái tài
nguyên và bảo vệ môi trƣờng.Nghiên cứu biến động địa hình trong mối quan hệ với
các hệ sinh thái VVB Quảng Ninh đƣợc tiếp cận theo hƣớng địa mạo sinh thái sẽ góp
phần làm rõ thêm đặc điểm địa hình, quá trình địạ mạo và các hệ sinh thái đặc trƣng đi
kèm, định lƣợng biến động địa hình tác động đến hệ sinh thái và vai trò của hệ sinh
thái đối với địa hình. Kết quả nghiên cứu là nguồn dữ liệu quan trọng để xây dựng cơ
sở khoa học nhằm điều chỉnh các qui hoạch phát triển và bảo vệ môi trƣờng, là căn cứ
khoa học bảo vệ bờ biển, chống bồi lấp luồng lạch, bảo tồn và phục hồi các hệ sinh thái
VVB Quảng Ninh. Công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý là công cụ hữu ích trong
nghiên cứu địa mạo, sinh thái VVB bởi những lợi thế của chúng mà các công cụ khác
không có đƣợc nhƣ đồng nhất thông tin của một vùng hay toàn lãnh thổ trong cùng
một thời gian, tính đa thời gian, đa phổ với các dải phổ ngày càng mở rộng và độ phân
giải không gian rất đa dạng, thời gian xử lý thông tin nhanh và đảm bảo độ chính xác,
đặc biệt là giá thành rẻ.
Mục tiêu
Đánh giá đƣợc biến động địa hình trong mối quan hệ với các hệ sinh thái làm
cơ sở đề xuất định hƣớng sử dụng hợp lý tài nguyên vùng ven biển Quảng Ninh.
Nội dung nghiên cứu
1) Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của biến động địa hình trong mối
quan hệ với các hệ sinh thái vùng ven biển.
2) Nghiên cứu đặc điểm địa mạo, các hệ sinh thái và mối quan hệ của chúng
tại vùng ven biển Quảng Ninh.
3) Nghiên cứu biến động địa hình tác động đến các hệ sinh thái trên cơ sở sử
dụng công nghệ viễn thám và công cụ GIS theo các giai đọan khác nhau.
4) Nghiên cứu đề xuất định hƣớng sử dụng hợp lý tài nguyên vùng ven biển
Quảng Ninh trên cơ sở đặc điểm địa mạo - sinh thái và biến động địa hình - hệ sinh
thái.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi không gian: Nghiên cứu đƣợc thực hiện trong phạm vi VVB Quảng
Ninh, từ cửa sông Ka Long đến cửa sông Bạch Đằng. Giới hạn phía lục địa là ranh
giới các vùng đồng bằng ven biển, về phía biển đến mực triều thấp nhất trung bình
(0mHĐ) không bao gồm các đảo. Vì các hoạt động khai thác khoáng sản than và vật
2
liệu xây dựng gây ra biến động địa hình rất mạnh ở hai thành phố Hạ Long và Cẩm
Phả, nên phạm vi nghiên cứu lấy hết địa giới hành chính của hai thành phố này
(hình 1.1).
Vấn đề nghiên cứu: mối quan hệ giữa địa mạo với hệ sinh thái, biến động địa
hình và lớp phủ sinh vật của hệ sinh thái.
Đối tượng nghiên cứu: các dạng địa hình, các hệ sinh thái và các nhân tố tác
động đến biến động địa hình và hệ sinh thái.
Cơ sở tài liệu thực hiện luận án
Các đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nƣớc (10 đề tài), bộ, tỉnh và hợp tác
quốc tế (8 đề tài) do nghiên cứu sinh tham gia hoặc chủ trì trong gần 20 năm qua.
Kết quả của một số nghiên cứu đƣợc công bố trên tạp chí khoa học, các ấn phẩm
trong và ngoài nƣớc, trong các hội nghị, hội thảo quốc gia và quốc tế. Cụ thể là:
Các đề tài dự án cấp nhà nước:
+ Điều tra khảo sát đất ngập nƣớc triều vùng ven biển và các đảo đông bắc
Việt Nam, 1995 - 1996.
+ Điều tra khảo sát chất lƣợng môi trƣờng và động thái dinh dƣỡng vùng cửa
sông châu thổ sông Hồng, 1996 - 1997.
+ Nghiên cứu nguyên nhân và đề xuất các giải pháp phòng chống sạt lở biển
biển Bắc Bộ, 1998 - 2000
+ Nghiên cứu xây dựng phƣơng án quản lý tổng hợp vùng biển Việt Nam, góp
phần bảo đảm an toàn môi trƣờng và phát triển bền vững, 1996 - 2000.
+ Thiết lập, sử dụng cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý và kết hợp ứng dụng viễn
thám phục vụ qui hoạch môi trƣờng bền vững các tỉnh ven biển Hải Phòng - Quảng
Ninh, 2000 - 2002.
+ Dự án số 14. Điều tra cơ bản và đánh giá tài nguyên vị thế, kỳ quan sinh
thái, địa chất vùng biển và các đảo Việt Nam, 2007-2010.
+ Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khoáng sản, địa chất môi
trƣờng và dự báo tai biến địa chất các vùng biển Việt Nam, 2007 -2010.
+ Lập luận chứng khoa học kỹ thuật về mô hình quản lý tổng hợp và phát triển
bền vững dải ven biển Tây vịnh bắc Bộ, 2008 - 2010.
+ Nghiên cứu, đánh giá tác động của các công trình hồ chứa thƣợng nguồn
đến diễn biến hình thái và tài nguyên - môi trƣờng vùng cửa sông ven biển đồng
bằng Bắc Bộ, 2009 - 2011.
+ Đánh giá mức độ suy thoái các hệ sinh thái vùng ven bờ biển Việt Nam và
đề xuất các giải pháp quản lý bền vững, 2009 - 2011.
3
Các đề tài dự án cấp Bộ, tỉnh và hợp tác quốc tế:
+ Ứng dựng viễn thám để đánh giá tác động của khai hoang lấn biển đến tiến
hóa dải ven biển châu thổ sông Hồng, 1999 - 2000.
+ Tác động của các đập thuỷ điện lớn trên lƣu vực sông Hồng đối với tài
nguyên, môi trƣờng vùng cửa sông và ven biển, 2004 - 2005.
+ Xây dựng hệ thống cơ sở khoa học hỗ trợ quản lý đới bờ biển để bảo tồn
đa dạng sinh học và tài nguyên biển, 2004 -2005.
+ Xây dựng mô hình lan truyền chất ô nhiễm vịnh Hạ Long - Bái Tử Long,
2006 - 2007.
+ Đánh giá sức tải môi trƣờng vịnh Hạ Long - Bái Tử Long, 2008 - 2009.
+ Nghiên cứu khả năng phục hồi hệ sinh thái rạn san hô và triển khai mô hình
quản lý cộng đồng tại quần đảo Cô Tô, 2008 - 2010.
+ Nghiên cứu sự biến đổi của quá trình địa mạo và xu thế phát triển địa hình
bờ biển Đông Bắc bộ (từ Móng Cái đến Ninh Bình) do sự dâng lên hiện nay của
mực nƣớc biển Đông, 2010 - 2011.
+ Xây dựng kế hoạch hành động đa dạng sinh học tỉnh Quảng Ninh đến năm
2020, 2011 - 2012.
Các nguồn tài liệu khác:
Các nguồn tài liệu khác liên quan đến vùng nghiên cứu do Viện Tài nguyên và
Môi trƣờng biển và các cơ quan chuyên ngành khác thực hiện cũng đƣợc khai thác,
bao gồm:
+ Các ảnh Landsat TM, SPOT, AVNIR-2 thu năm 1973, 1975, 1990, 1996,
1998, 2000, 2004, 2008 và 2013 khu vực ven biển Quảng Ninh.
+ Các bản đồ địa hình, hải đồ tỷ lệ 1:50000 và nhỏ hơn, bản đồ địa chất và
khoáng sản Việt Nam tỷ lệ 1:200000.
+ Các số liệu khảo sát, đo đạc về điều kiện tự nhiên, tài nguyên, môi trƣờng và
sinh thái liên quan đến vùng nghiên cứu.
+ Các số liệu thống kê về kinh tế - xã hội và qui hoạch phát triển của khu vực
nghiên cứu.
Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Đa dạng địa hình tạo ra bởi quá trình địa mạo là cơ sở cho phát
triển các hệ sinh thái của vùng ven biển Quảng Ninh tiêu biểu nhƣ rừng ngập mặn,
cỏ biển, bãi triều bùn - cát, bãi cát biển và các hệ sinh thái nhân sinh.
Luận điểm 2: Trong giai đoạn hiện đại, địa hình và hệ sinh thái vùng ven biển
Quảng Ninh có sự biến động mạnh mà nguyên nhân chủ yếu là do hoạt động nhân
sinh.
4
Những điểm mới của luận án
- Làm rõ đƣợc mối quan hệ giữa đặc điểm địa mạo và các hệ sinh thái, bƣớc
đầu lƣợng hóa đƣợc vai trò của sinh vật với địa mạo tại VVB Quảng Ninh.
- Đánh giá đƣợc biến động địa hình tác động đến các hệ sinh thái vùng ven
biển Quảng Ninh theo các giai đoạn 1975 - 1990 và 1990 - 2013 trên cơ sở ứng
dụng công nghệ viễn thám và GIS.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
- Nghiên cứu góp phần làm rõ thêm mối quan hệ giữa địa mạo với sinh vật tại
VVB Quảng Ninh.
- Nghiên cứu chỉ rõ các đặc trƣng, giai đoạn và nguyên nhân làm biến động
địa hình và các hệ sinh thái VVB Quảng Ninh.
- Đóng góp vào việc phát triển các công cụ và sử dụng tƣ liệu không gian
trong nghiên cứu lƣợng hóa những biến động tài nguyên và môi trƣờng VVB.
Ý nghĩa thực tiễn:
Góp phần trong việc xây dựng cơ sở khoa học điều chỉnh các qui hoạch phát
triển và bảo vệ môi trƣờng phù hợp với đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội tỉnh
Quảng Ninh. Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ công tác quản lý và khai thác hiệu quả
tài nguyên vùng ven biển, định hƣớng cho chiến lƣợc phát triển bền vững của tỉnh
Quảng Ninh về quy hoạch và phát triển kinh tế - xã hội nhƣ các khu công nghiệp,
vùng kinh tế trọng điểm, khu du lịch, khu nuôi trồng thủy sản, khu bảo tồn hệ sinh
thái và an ninh quốc phòng.
Cấu trúc của luận án
Luận án đƣợc trình bày trong 3 chƣơng, ngoài phần mở đầu, kết luận,
khuyến nghị và tài liệu tham khảo.
Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 2: Đặc điểm địa mạo và các hệ sinh thái vùng ven biển Quảng Ninh.
Chƣơng 3: Đánh giá biến động địa hình và các hệ sinh thái vùng ven biển
Quảng Ninh.
5
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU 1.1. Cơ sở lý luận
1.1.1. Tổng quan nghiên cứu biến động địa hình trong mối quan hệ với hệ
sinh thái vùng ven biển
Ngoài nƣớc
Nghiên cứu biến động địa hình trong mối quan hệ với hệ sinh thái thực ra là
nội dung chính của địa mạo - sinh vật. Đó là nghiên cứu quá trình địa mạo và các
dạng địa hình tạo ra các lớp phủ sinh vật và ngƣợc lại vai trò của sinh vật đối với
quá trình địa mạo. Theo J. Anthony Stallins (2006) tƣơng tác giữa quá trình địa mạo
và sinh vật là một vòng tròn đan quyện vào nhau, nghĩa là sự tƣơng tác này thuộc
dạng mối quan hệ tƣơng hỗ. Trong hơn hai thập kỷ qua, địa mạo - sinh vật đã phát
triển giống nhƣ những nghiên cứu tại hiện trƣờng để đánh giá mối quan hệ giữa các
tổ chức sinh vật và quá trình địa mạo trong một sự đa dạng của môi trƣờng cả trên
biển và lục địa [102]. Địa mạo - sinh vật vùng ven biển nghiên cứu mối tƣơng tác
giữa các tổ chức sinh vật vùng ven biển với quá trình địa mạo của vùng này [102].
Địa mạo sinh vật nghiên cứu sự tƣơng tác không chỉ của các vi sinh vật, thực vật,
động vật bậc cao và kể cả con ngƣời với quá trình địa mạo. Sự tƣơng tác này là yếu
tố rất quan trọng trong sự tiến hóa của môi trƣờng giống nhƣ quá trình phát triển
của các đầm lầy muối, thực vật ngập mặn và các kiểu loại tài nguyên khác của vùng
ven biển cũng nhƣ quá trình bồi tụ - xói lở bờ biển [107]. Có ba quá trình chính liên
quan đến địa mạo - sinh vật vùng ven biển là quá trình xói lở sinh vật (bioerosion),
bảo vệ sinh vật (bioprotection) và xây dựng sinh vât (bioconstruction) [102]. Quá
trình xói lở sinh vật đƣợc gắn với sự xói lở chất đáy của đới bờ biển bởi đời sống
của các tổ chức sinh vật. Quá trình bảo vệ sinh vật đƣợc hiểu nhƣ là sự bảo vệ chất
đáy từ các dạng xói lở khác nhau bởi vai trò của các tổ chức sinh vật (nhƣ vai trò
của thực vật ngập mặn và san hô chống lại sự xói lở bờ biển trong điều kiện của
sóng, dòng chảy và đặc biệt khi có bão). Quá trình xây dựng sinh vật đƣợc hiểu
nhƣ là quá trình xây dựng các yếu tố vật lý của cấu trúc sinh thái lên chất đáy của
đới bờ bởi sinh vật [102]. Các tổ chức sinh vật vùng ven bờ tƣơng tác với quá trình
địa mạo bởi xây dựng các kết cấu chất đáy, tích lũy trầm tích cabonat, đẩy nhanh sự
xói lở bởi sự khoan đào hoặc khuấy đục chất đáy, và đời sống của các thực vật biển
góp phần bảo vệ bờ biển [84]. Sự tƣơng tác giữa sinh vật vùng triều với quá trình
địa mạo là rất quan trọng để bảo vệ bờ biển, đặc biệt là những vùng có bờ biển
đƣợc cấu tạo bởi sự gắn kết yếu nhƣ kiểu bờ tích tụ. Sinh vật đáy, thực vật phù du
cũng nhƣ động vật hai mảnh vỏ đóng gói và giữa chặt trầm tích dƣới tác động của
sóng và dòng chảy tại vùng triều. Nếu các hoạt động của con ngƣời nhƣ đánh bắt
sinh vật hai mảnh vỏ, lạo vét luồng lạch hoặc dùng hóa chất đánh bắt hải sản sẽ làm
cho môi trƣờng suy thoái nhanh dẫn đến các tổ chức sinh vật bị chết hoặc chúng
phải di chuyển đến nơi khác lúc đó xói lở sẽ diễn ra cũng nhƣ sự phá hủy của sóng
đối với vùng bờ tăng lên [84].
7
Trƣớc những năm 1970, nghiên cứu biến động địa hình và các hệ sinh thái
vùng ven biển đã đƣợc thực hiện ở nhiều quốc gia nhƣ Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan,
Ấn Độ, Nhật Bản và các nƣớc châu Âu. Phƣơng pháp nghiên cứu biến động địa
hình vùng ven biển chủ yếu sử dụng các phƣơng pháp địa mạo truyền thống, đó là
sử dụng các số liệu quan trắc ở các trạm cố định, khảo sát đo đạc tại thực địa và kết
hợp với xử lý ảnh máy bay để tính toán chiều dài, tốc độ và diện tích bồi tụ - xói lở
bờ biển, hƣớng di chuyển của các cồn cát, bãi ngầm, biến động phân bố các hệ sinh
thái. Vì vùng ven biển chịu nhiều tác động từ nội sinh, ngoại sinh và đặc biệt là các
tác động từ hoạt động khai thác tài nguyên của con ngƣời nên địa hình và hệ sinh
thái của vùng biến động khá nhanh, ít theo qui luật. Các tài liệu về địa chất, địa hình
và ảnh máy bay không đƣợc thƣờng xuyên cập nhật vì chi phí rất lớn, điều này gây
ảnh hƣởng lớn đến công tác nghiên cứu về tài nguyên và môi trƣờng nói chung và
địa hình và hệ sinh thái nói riêng tại vùng ven biển. Chính vì vậy, để cập nhật những
số liệu mới về địa hình và các hệ sinh thái vùng ven biển phục vụ các nghiên cứu và
quản lý tài nguyên môi trƣờng vùng ven biển cần phải thƣờng xuyên tổ chức khảo
sát thực địa. Điều này thƣờng gây tốn công sức, tài chính và thời gian. Đồng thời,
kết quả nghiên cứu đƣa ra thiếu tính đồng bộ nếu khu vực nghiên cứu có diện tích
lớn và biến động nhanh vì rất khó quan trắc đồng thời dẫn đến kết quả tính toán
không đồng nhất và thiếu tính thuyết phục. Từ 1970 đến nay việc các vệ tinh quan
trắc tài nguyên môi trƣờng trái đất lần lƣợt đƣợc phóng nhƣ Landsat, SPOT,
RADASAT, ENVISAT, ALOS, v.v đã cung cấp những dữ liệu viễn thám rất quan
trọng trong nghiên cứu biến động địa hình vùng ven biển nói riêng và tài nguyên
môi trƣờng đới bờ biển nói chung. Công nghệ viễn thám cho phép cung cấp cái
nhìn khái quát và toàn cầu của môi trƣờng biển và lục địa cả về không gian và thời
gian. Ảnh vệ tinh khi đƣợc kết hợp với dữ liệu mặt đất có thể lấp vào các phần
trống quan trọng của hệ thống cơ sở dữ liệu. Các thông tin thu nhận từ dữ liệu vệ
tinh và đƣợc kết hợp với GIS cung cấp nguồn thông tin với hiệu quả và nhanh hơn
từ các nguồn truyền thống. Cùng với sử dụng công nghệ viễn thám, GIS cung cấp
và một công cụ tiềm năng đáng lƣu ý cho qui hoạch và quản lý vùng ven biển. Các
ảnh vệ tinh đƣợc sử dụng để giám sát biến động bồi tụ - xói lở bờ sông, bờ biển,
các bãi cát ngầm, các hệ sinh thái theo chu kỳ rất ngắn và trong mọi điều kiện thời
tiết, đặc biệt có ý nghĩa khi giám sát bằng dữ liệu vệ tinh có thể đạt đến tỷ lệ 1:5000
phục vụ đắc lực cho thiết kế thi công các công trình kinh tế lớn. Thêm nữa, sử dụng
dữ liệu ảnh vệ tinh trong nghiên cứu biến đổi địa hình vùng cửa sông ven biển bởi
dữ liệu đồng nhất về thời gian, giá thành thấp, thời gian xử lý dữ liệu rút ngắn và độ
chính xác khá cao.
Các nghiên cứu sử dụng dữ liệu viễn thám và công cụ GIS nghiên cứu biến động
địa hình tập trung vào các kiểu biến đổi cụ thể của địa hình nhƣ trƣợt lở đất, xói lở bồi tụ bờ sông, bờ biển, biến đổi hình thái địa hình sau thảm họa động đất và núi lửa,
sự di chuyển của các cồn cát ngầm, bãi ngầm vùng cửa sông ven biển. Ngoài ra, còn rất
nhiều nghiên cứu sử dụng tƣ liệu viễn thám đánh giá biến động phân bố các hệ sinh
thái ven biển nhƣ rừng ngập mặn, cỏ biển, san hô, bãi triều bùn-cát, vùng đất ngập
nƣớc triều, v.v. Đã có nhiều nghiên cứu điển hình trên thế giới sử
8
dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat, SPOT, RADASAT, ENVISAT, AVNIR, IKONOS,
ASTER, v.v. nghiên cứu biến động địa hình và các hệ sinh thái vùng ven biển tiêu
biểu nhƣ nghiên cứu của Roland Doerffer, 1989; Yiman Wang, 1995; E.Ghanavati,
1999; Kevin White, 1999; Won, J.S, 1999; Xiaoge Zhu, 2001; Shailesh Nayak,
2001; Thomas E. Dahl, 2004; Chalabi, 2006; Charles Galdies, 2006; Alesheikh,
2007; W. Wu, 2007; Sergey Victorov, 2007; Behara Satyanarayana, 2011 tiến hành
tại Mỹ, Iran, Trung Quốc, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Tanzania, Malaysia, Thái Lan,
Banglades, v.v. Những nghiên cứu trên đều đánh giá rất cao hiệu quả sử dụng tƣ
liệu viễn thám kết hợp với công cụ GIS.
Trong nƣớc
Tại Việt Nam, nghiên cứu địa mạo - sinh vật nói chung và địa mạo sinh vật
vùng ven biển nói riêng còn khá mới mẻ, chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu đúng
mức. Các công trình nghiên cứu về vai trò của sinh vật đối với quá trình địa mạo
chƣa đặt trong khuôn khổ của địa mạo - sinh vật mà thƣờng nghiêng về sinh thái
học nên kết quả nghiên cứu chƣa đánh giá đƣợc hết vai trò, quá trình tƣơng tác
giữa sinh vật và quá trình địa mạo. Đã có một số công trình nghiên cứu về vai trò
của thực vật ngập mặn đối với việc giảm năng lƣợng của sóng, bảo vệ bờ biển và
lƣu giữ trầm tích [41, 42, 43]. Hay vai trò của san hô đối với việc bảo vệ bờ biển
[71, 75, 76, 77]. Vai trò của cỏ biển đối với bảo vệ chất đáy [13, 68]. Các nghiên
cứu về vai trò của các loài sinh vật khác nhƣ sinh vật đáy, thực vật phù du đối với
quá trình địa mạo còn rất hạn chế và chủ yếu nghiêng về nghiên cứu sinh thái học
nhiều hơn. Đối với vai trò của con ngƣời với quá trình địa mạo vùng ven biển cũng
còn rất hạn chế, các nghiên cứu chƣa định lƣợng đƣợc các tác động của con ngƣời
lên biến đổi địa hình và các hệ sinh thái mà chỉ mang tính định tính. Nghiên cứu của
Nguyễn Đức Cự (2011) về tác động của các công trình hồ chứa thƣợng nguồn đến
diễn biến hình thái và tài nguyên - môi trƣờng vùng cửa sông ven biển đồng bằng
Bắc Bộ, hay nghiên cứu của Trần Đức Thạnh (2000) về đánh giá tác động của khai
hoang lấn biển đến tiến hóa dải ven biển châu thổ sông Hồng mới chỉ đƣa ra kết
luận định tính về vai trò của con ngƣời đối với biến động hình thái địa hình vùng
ven biển Bắc Bộ.
Các nghiên cứu về địa mạo sinh vật vùng ven biển trên thế giới và tại Việt
Nam đã góp phần làm sáng tỏ thêm vai trò của sinh vật đối với quá trình địa mạo
của vùng ven bờ và ngƣợc lại quá trình địa mạo tác động lên các tổ chức sinh vật.
Tuy nhiên, các tƣơng tác giữa quá trình địa mạo và sinh vật tại vùng bờ biển là cả
một quá trình diễn ra liên tục, kéo dài và kết quả ít gây đột biến. Ngƣợc lại, tác
động của con ngƣời đối với quá trình địa mạo diễn ra mạnh mẽ, kết quả sẽ gây ra
biến động mạnh về địa hình và các hệ sinh thái trong một thời gian ngắn. Chính vì
vậy cần phải kết hợp nghiên cứu cả vai trò của con ngƣời và sinh vật đối với quá
trình địa mạo vùng ven biển, có nhƣ vậy mới đánh giá đƣợc hết sự tƣơng tác này.
Hiện nay, dƣới sức ép về dân số, đô thị hóa, cũng nhƣ nhu cầu sử dụng các dạng tài
nguyên để phát triển kinh tế - xã hội thì vai trò của con ngƣời đối với quá trình địa
mạo ngày càng lớn. Vì vậy, nghiên cứu về địa mạo - sinh vật vùng ven biển càng có
9
ý nghĩa trong việc định hƣớng khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên vùng ven
biển, hạn chế tác động tiêu cực từ quá trình địa mạo lên đời sống con ngƣời.
Các nghiên cứu về bồi tụ xói lở, biến động các hệ sinh thái ở vùng ven biển sử
dụng dữ liệu vệ tinh đã đƣợc các Viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Việt
Nam nhƣ Viện Địa lý, Viện Tài nguyên và Môi trƣờng biển; Khoa Địa lý - trƣờng Đại
học Khoa học Tự nhiên, Trung tâm Viễn thám, v.v, tiến hành từ những năm 1990. Cho
đến nay, công nghệ viễn thám và GIS đã đƣợc sử dụng rộng rãi để nghiên cứu tài
nguyên môi trƣờng nói chung, nghiên cứu biến động địa hình và hệ sinh thái vùng ven
biển nói riêng tại nhiều Viện nghiên cứu, trƣờng đại học, trung tâm nghiên cứu, các cơ
quan quản lý nhà nƣớc, v.v. Đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng công nghệ viễn thám
và GIS đánh giá biến động địa hình và các hệ sinh thái vùng ven biển đƣợc công bố
trên các tạp chí, kỷ yếu hội thảo và hội nghị trong và ngoài nƣớc, các báo cáo tổng kết
đề tài, dự án lƣu tại các Viện nghiên cứu, trung tâm nghiên cứu, trƣờng đại học và các
cơ quan quản lý nhà nƣớc. Một số nghiên cứu tiêu biểu nhƣ nghiên cứu của Nguyễn
Đức Cự (1996) đã sử dụng ảnh máy bay kết hợp với khảo sát thực địa để kiểm kê, đánh
giá biến động đất ngập nƣớc ven biển Bắc Bộ. Tô Quang Thịnh (1996) về ứng dụng
công nghệ viễn thám thành lập bản đồ nhậy cảm ven biển Việt Nam tỷ lệ 1:100000.
Nguyễn Tứ Dần (2000) sử dụng dữ liệu lịch sử kết hợp với dữ liệu vệ tinh để xác định
các đê cổ và đánh giá tiến hóa vùng cửa sông châu thổ sông Hồng. Trần Đức Thạnh
(2000) sử dụng dữ liệu vệ tinh để đánh giá tác động của khai hoang lấn biển đến tiến
hóa dải ven biển châu thổ sông Hồng. Trần Văn Điện (2003) sử dụng các bản đồ địa
hình những năm 1930 và 1965 kết hợp với dữ liệu vệ tinh để đánh giá biến động bồi tụ
xói lở biển biển Bắc Bộ. Trần Đức Thạnh (2004) đã sử dụng dữ liệu viễn thám đánh giá
tổng quan tiềm năng sử dụng, quản lý đất ngập nƣớc ven biển Hải Phòng. Trần Đức
Thạnh (2005) nghiên cứu về tác động của các đập thuỷ điện lớn trên lƣu vực sông
Hồng đối với tài nguyên, môi trƣờng vùng cửa sông và ven biển đã sử dụng ảnh vệ
tinh để lập bản đồ phân bố độ đục, các cồn cát ngầm vùng cửa sông ven biển. Nguyễn
Ngọc Thạch (2007) nghiên cứu tính nhạy cảm của các hệ sinh thái khu vực ven biển
Hải Phòng trên cơ sở ứng dụng dữ liệu viễn thám và GIS. Trƣơng Thị Hòa Bình (2008)
sử dụng dữ liệu vệ tinh để nghiêu cứu quản lý hệ sinh thái rừng ngập mặn Bắc Bộ phục
vụ các qui hoạch phát triển và phòng chống thiên tai. Gần đây, Nguyễn Văn Thảo
(2009) đã xây dựng các bản đồ biến động bồi tụ xói lở, sử dụng đất vùng cửa sông ven
biển Bắc Bộ giai đoạn 1998 đến 2008 sử dụng dữ liệu vệ tinh. Nguyễn Văn Thảo
(2013) giám sát biến động bờ biển châu thổ sông Hồng bằng tƣ liệu viễn thám. Ngoài
ra còn có nghiên cứu của Trần Thị Vân và Trịnh Thị Bình (2009) ứng dụng tƣ liệu viễn
thám đánh giá biến động đƣờng bờ khu vực châu thổ sông Mê Kông. Vũ Thị Thu Thủy
(2012) ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS nghiên cứu tai biến xói lở, bồi tụ đới ven
biển Hải Phòng, v.v. Các nghiên cứu trên đã khẳng định dữ liệu viễn thám là rất quan
trong trong nghiên cứu thay đổi địa hình vùng cửa sông ven biển bởi tính không gian
rộng, chu kỳ lặp lại ngắn, thời gian xử lý dữ liệu nhanh và đảm bảo độ chính xác so với
phƣơng pháp truyền thống.
10
Tại vùng ven biển Quảng Ninh
Đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến biến động địa hình và các hệ
sinh thái tại vùng ven biển Quảng Ninh. Các nghiên cứu trƣớc đã chỉ ra đƣợc các đặc
điểm cơ bản về điều kiện tự nhiên bao gồm địa chất, địa hình, tài nguyên khoáng sản,
khí hậu, hải văn, thủy văn, thực vật và động vật và thổ nhƣỡng của vùng ven biển tỉnh
Quảng Ninh [6, 7, 20, 34, 44, 52, 55]. Tuy nhiên, đây không phải là mục tiêu chính của
các nghiên cứu này, đó chỉ là các yếu tố đầu vào để đánh giá những vấn đề cụ thể nhƣ
xói lở bồi tụ bờ biển, biến động luồng lạch, v.v. Một vài nghiên cứu đã đề cập đến các
nhân tố chính tác động đến biến đổi địa hình và các hệ sinh thái ở vùng ven biển Quảng
Ninh nhƣng ở mức độ định tính, không phải là kết quả nghiên cứu chính [47, 62, 69].
Cũng có một số kết quả nghiên cứu chỉ ra đƣợc tốc độ bồi lắng trầm tích đối với vùng
triều và đáy các vịnh Hạ Long và Bái Tƣ Long dƣới dạng định lƣợng
[55]. Các nghiên cứu về địa mạo và biến đổi địa hình chỉ mang tính chất cục bộ,
chƣa bao phủ hết vùng ven bờ Quảng Ninh hoặc chỉ nghiên cứu ở vùng biển ven
bờ. Thêm nữa, các nghiên cứu về địa mạo và biến đổi địa hình thƣờng ở tỷ lệ nhỏ,
không có ý nghĩa nhiều cho quản lý tài nguyên [46, 62]. Đối với các nghiên cứu về
phân bố và biến động hệ sinh thái vùng ven biển Quảng Ninh đã cung cấp một bức
tranh khá đầy đủ về các hệ sinh thái, các nguyên nhân tác động đến các hệ sinh thái.
Tuy nhiên, kết quả các nghiên cứu này vẫn nặng về định tính, hoặc phạm vi nghiên
cứu rộng do đó các kết quả nghiên cứu chƣa thuyết phục [14, 34]. Đối với vùng ven
biển Quảng Ninh, các nghiên cứu về biến động địa hình và các hệ sinh thái sử dụng
công nghệ viễn thám và GIS công bố trên các tạp chí, kỷ yếu hội thảo trong và
ngoài nƣớc còn hạn chế. Nổi bật hơn cả có nghiên cứu của Nguyễn Văn Thảo
(2009) về đánh giá biến động đất ngập triều ven bờ bắc bộ giai đoạn 1998 - 2008
bằng tƣ liệu viễn thám trong đó bao gồm cả vùng Quảng Ninh. Gần đây có nghiên
cứu của Nguyễn Văn Thảo (2013) về biến động các hệ sinh thái tiêu biểu vùng ven
biển Quảng Ninh trên cơ sở xử lý dữ liệu viễn thám và công cụ GIS.
Nghiên cứu biến động địa hình vùng ven biển với mục đích là đánh giá và tìm ra
đặc trƣng của các dạng biến động địa hình vùng ven biển nhƣ bồi tụ xói lở bờ biển,
biến động các hệ sinh thái, thay đổi luồng lạch, xâm nhập mặn, phân bố các cồn cát
ngầm, v.v. Các nghiên cứu trƣớc đây ở vùng ven biển Quảng Ninh chủ yếu tập trung
vào giải quyết một vấn đề cụ thể nhƣ bồi tụ - xói lở bờ biển hoặc biến động các hệ sinh
thái hoặc phân bố các đê cát cổ, biến động các bãi cát ngầm, v.v trên cơ sở sử dụng dữ
liệu viễn thám và công nghệ GIS. Vì vậy, bức tranh tổng thể về biến đổi địa hình vùng
ven biển của các nghiên cứu này chƣa đầy đủ. Thêm nữa, các nghiên cứu trƣớc chƣa
lƣợng hóa đƣợc các thay đổi địa hình vùng ven biển do các hoạt động của con ngƣời
nhƣ đắp đập ở thƣợng nguồn, khai hoang lấn biển, nuôi trồng thủy sản, san lấp mặt
bằng, v.v. Đây chính những dữ liệu quan trọng để xác định các giai đoạn biến động
cũng nhƣ đặc trƣng của mỗi giai đoạn làm cơ sở giúp cho các nhà hoạch định chính
sách, quản lý, sử dụng vùng đất xây dựng qui hoạch phát triển vùng, ngành và địa
phƣơng. Mặc khác, trong nghiên cứu về bồi tụ xói lở bờ biển sử dụng dữ liệu viễn
thám, việc xác định đƣờng bờ biển trên ảnh vệ tinh là rất khó và phức tạp đối với
11
những vùng có dao động mực triều lớn, bãi triều rộng và khá bằng phẳng. Các
nghiên cứu trƣớc chƣa tính đến mực nƣớc lúc thu ảnh dẫn đến việc xác định
đƣờng bờ biển còn thiếu thuyết phục. Thêm nữa, việc sử dụng các loại dữ liệu vệ
tinh có độ phân giải không gian khác nhau để phân tích biến đồng đƣờng bờ biển
phải có phƣơng pháp xử lý ảnh để qui về cùng một độ phân giải, có nhƣ vậy mới
tăng đƣợc độ chính xác. Tuy nhiên, điều này ít đƣợc chú trọng trong các nghiên
cứu dẫn đến kết quả có độ tin cây chƣa cao.
Một hạn chế rất lớn của các nghiên cứu trƣớc về biến động địa hình và hệ sinh
thái vùng ven biển Quảng Ninh là chƣa làm rõ đƣợc đặc điểm mối quan hệ giữa địa
hình và các hệ sinh thái cũng nhƣ sự biến động địa hình trong mối quan hệ với các
hệ sinh thái, tức là chƣa đánh giá đƣợc tác động của biến động địa hình đến các hệ
sinh thái và ngƣợc lại.
1.1.2. Biến động địa hình trong mối quan hệ với hệ sinh thái
1.1.2.1. Đới bờ biển và vùng ven biển
Quan niệm về đới bờ biển, vùng ven biển và đƣờng bờ biển
Hiện nay có nhiều quan niệm về phạm vi không gian đới bờ biển (Coastal
zone) và vùng ven biển (Coastal land) của các tổ chức quốc tế, các nhà khoa học
trong và ngoài nƣớc, trong các văn bản hành chính quản lý. Nhìn chung, các quan
điểm đều thống nhất, đới bờ biển là vùng giao hội giữa đất liền và biển, vùng ven
biển là vùng đất tiếp giáp với biển và nằm trong đới bờ biển. Phạm vi không gian
của đới bờ biển và vùng ven biển phụ thuộc vào các mục đích nghiên cứu, quản lý
và sử dụng tài nguyên. Theo IUCN (1986) đới bờ biển là vùng ở đó đất và biển
tƣơng tác với nhau, trong đó ranh giới về đất liền đƣợc xác định bởi giới hạn các
ảnh hƣởng của biển đến đất liền và ranh giới về biển đƣợc xác định bởi giới hạn
các ảnh hƣởng của đất và nƣớc ngọt đến biển. Nguyễn Chu Hồi (2000, 2006) cho
rằng đới bờ biển là vùng giao hội của biển và đất liền. Đó là nơi các quá trình sinh
thái phụ thuộc vào sự tƣơng tác lẫn nhau khá phức tạp giữa đất liền và biển. Đới bờ
biển bao gồm hai phần: vùng đất ven biển và vùng biển ven bờ. Phạm vi lớn nhỏ
của vùng bờ tuỳ thuộc vào nhu cầu và khả năng quản lý. Đới bờ biển là một dải tiếp
giáp giữa đất liền và biển, diện tích không lớn lắm, có bản chất độc đáo tạo nên một
phần lớp vỏ cảnh quan trái đất và là nơi xảy ra mối tƣơng tác rất phức tạp giữa các
quyển của trái đất: thủy quyển, thạch quyển, khí quyển và sinh quyển, mà trong đó
có vai trò của con ngƣời. Trong đới bờ biển các tác động tƣơng hỗ giữa các quyển
diễn ra quá trình địa mạo rất phức tạp và mạnh mẽ, làm biến đổi địa hình và vật chất
của thạch quyển, đây chính là quan điểm của Lê Xuân Hồng (2007). Theo nghị định
25 của Chính phủ về Quản lý tổng hợp tài nguyên và bảo vệ môi trƣờng biển, hải
đảo ban hành ngày 6/3/2009 đã chỉ rõ: “đới bờ biển là vùng chuyển tiếp giữa lục địa
và biển, bao gồm vùng biển ven bờ và vùng đất ven biển (vùng ven biển) đƣợc xác
định theo ranh giới hành chính để quản lý”.
Nhiều nhà địa mạo học quan điểm rằng đới bờ biển nằm trong miền bờ biển,
nó bao gồm 04 phụ đới là phụ đới vùng bờ cổ đƣợc nâng lên, bờ cao, bờ thấp và
12
sƣờn bờ ngầm. Vùng ven biển nằm trong đới bờ biển bao gồm phụ đới vùng bờ cổ
đƣợc nâng lên, bờ cao và bờ thấp (hình 1.2). Vùng bờ cổ đƣợc nâng lên đƣợc tạo
ra bởi sự nâng nên của bề mặt địa đình đã từng ngập chìm trong nƣớc biển, bao
gồm các dạng địa hình dạng thềm tích tụ, đồi núi thấp, v.v. Bờ cao là các dạng địa
hình tích tụ trẻ nhƣ đồng bằng ven biển, cồn cát, bãi cát, v.v. Bờ thấp chính là địa
hình dạng vùng triều gồm bãi triều, vùng cửa sông, đầm lầy nƣớc mặn, đầm phá,
rừng ngập mặn, v.v. Đây cũng chính là quan điểm của Leontyev О. К.(1961) [129],
Nguyễn Hũu Xuân và Phan Thái Lê, (2010). Với quan điểm này thì phạm vị không
gian của đới bờ biển và vùng ven biển đã mô tả đƣợc các dạng địa hình và quá trình
địa mạo của chúng.
Đƣờng bờ biển là ranh giới tiếp xúc giữa biển và đất liền. Đƣờng này luôn dịch
chuyển theo sự dao động của mực nƣớc biển theo chu kỳ ngắn (thủy triều), chu kỳ dài
(chu kỳ thiên văn) hoặc không theo chu kỳ. Trong thực tế, ngƣời ta thƣờng lấy đƣờng
bờ biển là mực nƣớc triều trung bình nhiều năm. Tuy nhiên để nghiên cứu biến động
đƣờng bờ biển cần phải xác định rõ 2 đƣờng bờ: đƣờng bờ trong và đƣờng bờ ngoài.
Đƣờng bờ trong (coastline) là ranh giới tác động cao nhất của sóng trong năm (thƣờng
là sóng bão) với đất liền; hoặc đơn giản hơn, là đƣờng ranh giới giữa bờ và bãi, hoặc
giữa đất và nƣớc. Đƣờng bờ ngoài (shoreline) là đƣờng giao nhau giữa mặt nƣớc với
bãi biển nằm ở vị trí mực nƣớc cao trung bình [90].
Hình 1.2. Sơ đồ phạm vi không gian của vùng ven biển theo quan điểm Leontyev
О. К.(1961)
Nghiên cứu này sử dụng quan niệm của Leontyev О. К(1961) về phạm vi
không gian vùng ven biển trong xác định phạm vi vùng nghiên cứu, quan niệm
đƣờng bờ biển của Eric Bird (2008) để đánh giá biến động địa hình bờ biển.
13
