Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn ven biển, khu vực thực nghiệm ở cửa ba lạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trần Thị Trang

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN
CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC
NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------Trần Thị Trang

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN,
KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT
Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA
HỌC:

TS. PHẠM MINH HẢI

Hà Nội – 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan
(i)

Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

(ii) Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và
không trùng lặp với các đề tài khác.
(iii) Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên
Trần Thị Trang


LỜI CẢM ƠN
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Phạm Minh
Hải - Trưởng phòng nghiên cứu đo vẽ ảnh và viễn thám – Viện khoa học đo đạc
và bản đồ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường đại học Khoa học tự
nhiên, các thầy cô giáo trong khoa Địa lý, các thầy cô và các anh, chị trong bộ
môn Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý đã giúp đỡ tôi trong quá trình học
tập và hoàn thành luận văn. Nhân dịp này cho tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia
đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình thực hiện cũng không
tránh khỏi được những sai sót, hạn chế, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý
kiến của các thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn.
HỌC VIÊN

Trần Thị Trang


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ĐNN

: Đất ngập nước

GIS

: Hệ thông tin địa lý

MLC

: Phương pháp xác xuất cực đại, Maximum Likelihood

NTTS

: Nuôi trồng thủy sản

RNM

: Rừng ngập mặn

R11T

: Rừng 11 tuổi

R12T

: Rừng 12 tuổi

R13T

: Rừng 13 tuổi

VQG

: Vườn Quốc Gia


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Các đặc trưng khí hậu trung bình tháng và năm tại trạm Văn Lý, tỉnh
Nam Định từ năm 2009 – 2012.................................................................................... 42
Bảng 3.2. Lịch thuỷ triều được tính theo lịch trăng (âm lịch). Chu kỳ con nước tính
như sau:........................................................................................................................ 43
Bảng 3.3: Đặc điểm rừng trang trồng khu vực nghiên cứu (tháng 10/2013).............46
Bảng 3.4. Diện tích, dân số và mật độ dân số các xã vùng đệm VQG Xuân Thủy.....48
Bảng 3.5: Cơ cấu kinh tế trên địa bàn huyện Giao Thuỷ (Đơn vị: %)........................48
Bảng 3.6: Tư liệu ảnh được sử dụng trong đề tài........................................................ 50
Bảng 3.7: Thư viện mẫu dùng để chọn vùng mẫu phân loại ảnh...............................54
Bảng 3.8: Bảng ma trận sai số hiện trạng lớp phủ đất năm 1984...............................61
Bảng3.9: Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 1984 . 62
Bảng 3.10: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2001......................63
Bảng3.11:Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 2001 63
Bảng 3.12: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2006......................64
Bảng 3.13:Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 2006 64
Bảng 3.14: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2013......................65
Bảng 3.15: Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 201365
Bảng 3.16: Hiện trạng sử dụng đất vùng cửa Ba Lạt năm 2003, 2007 (đơn vị: ha) .. 69

Bảng 3.17. Hiện trạng sử dụng đất năm 2010 vùng Cửa Ba Lạt, huyện Giao Thủy . 70

Bảng 3.18 : Thống kê diện tích các kiểu hệ sinh thái ĐNN ở Ba Lạt theo các thời kỳ
(ha)................................................................................................................................ 72
Bảng 3.19: Biến động diện tích các Hệ sinh thái ĐNN khu vực Ba Lạt theo các thời
kì.................................................................................................................................... 72
Bảng 3.20. Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 1984 – 2001 .. 73

Bảng 3.21 .Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2001- 2006. . .77
Bảng 3.22. Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2006-2013....80
Bảng 3.23. Bảng thống kê diện tích rừng ngập mặn mất đi và thêm mới qua các
thời kì............................................................................................................................ 83


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Biểu đồ phân bố rừng ngập mặn trên thế giới tính đến năm 2010........6
Hình 1.2. Ví dụ về một kết quả lập bản đồ RNM dựa trên phân loại ảnh SPOT 5 và
TerraSAR-X cho tỉnh Cà Mau ở đồng bằng sông Cửu Long, năm 2010..............10
Hình 2.1. Nguyên lý viễn thám vệ tinh.................................................................. 19
Hình 2.2. Đặc điểm phổ phản xạ của các nhóm đối tượng tự nhiên chính.........22
Hình 2.3. Đặc trưng quang phổ và các yếu tố gây ảnh hưởng của loài Mắm và
Đước khi đo bằng máy quang phổ thực địa ở tỉnh Cà Mau, Việt Nam (1/2010) . 24
Hình 2.4: Mô hình tổ chức của GIS (Theo ESRI- 1984)...................................... 25
Hình 2.5. Đồ thị đặc trưng của thuật toán MLC................................................... 34
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu............................................................ 39
Hình 3.2.Thu hoạch ngao trong vùng đệm tại cửa Ba Lạt ở xã Giao Xuân........50
Hình 3.3: Ảnh tổ hợp màu khu vực nghiên cứu qua các thời kỳ.........................51
Hình 3.4: Công cụ phân loại Maximum Likelihood trên phần mềm Envi...........53
Hình 3.5. Vùng mẫu phân loại.............................................................................. 54
Hình 3.6: Giải thích nhiễu điểm ảnh ở kết quả phân loại....................................55

Hình 3.7: Chiết tách thủy văn trên ảnh vệ tinh Landsat 2013..............................56
Hình 3.8: Sơ đồ bố trí các điểm quan sát và lấy mẫu thực địa.............................57
Hình 3.9: Một số hình ảnh thực địa tại khu vực của Ba Lạt................................58
Hình 3.10: Mẫu đánh giá độ chính xác................................................................. 60
Hình 3.11: Công cụ chuyển đổi dữ liệu sang dạng Grid trên GIS........................ 66
Hình 3.12: Hiện trạng lớp phủ rừng ngập mặn Ba Lạt qua các thời kì...............67
Hình 3.13: Kiểm tra kết quả biến động rừng ngập mặn trên ENVI...................68
Hình 3.14:.Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 1984 – 2001..........73
Hình 3.15.Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng
thêm mới thời kì 1984 – 2001( Đơn vị: ha)............................................................ 74
Hình 3.16: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2001 - 2006...........76
Hình 3.17.Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng
thêm mới thời kì 2001 – 2006( Đơn vị: ha)............................................................ 77
Hình 3.18: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2006 - 2013...........79
Hình 3.19. Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng
thêm mới thời kì 2006 – 2013( Đơn vị: ha)............................................................ 80
Hình 3.20. Biểu đồ thể hiện sự biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực cửa
Ba Lạt thời kì 1984-2013........................................................................................ 83


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................... 1
2. Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài.................................................... 2
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài............................................................................ 2
4. Nội dung nghiên cứu........................................................................................... 3
5. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................... 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................... 3
7. Cấu trúc luận văn................................................................................................ 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP

MẶN TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI.................................................................. 5
1.1. Khái niệm, vai trò của rừng ngập mặn........................................................... 5
1.1.1. Khái niệm về rừng ngập mặn......................................................................... 5
1.1.2. Vai trò của hệ sinh thái rừng ngập mặn........................................................ 5
1.2. Tình hình phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và Việt Nam......................6
1.2.1. Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới............................................................ 6
1.2.2. Phân bố rừng ngập mặn tại Việt Nam........................................................... 7
1.3. Tổng quan về nghiên cứu hệ sinh thái RNM bằng viễn thám.......................8
1.3.1.Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ
phân giải trung bình................................................................................................. 8
1.3.2. Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ
phân giải cao.......................................................................................................... 11
1.3.3. Tổng quan về thành lập bản đồ rừng ngập mặn dựa trên dữ liệu ảnh
Radar
13
1.4. Nhận xét chung............................................................................................... 15
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN TRONG
NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN................................................................... 18
2.1. Những vấn đề chung về viễn thám................................................................ 18
2.1.1. Định nghĩa viễn thám................................................................................... 18


2.1.2. Nguyên lý chung của viễn thám................................................................... 19
2.1.3. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên......................................20
2.1.4. Những đặc trưng để xác định RNM từ tư liệu viễn thám quang học.........23
2.2. Những vấn đề chung về hệ thông tin địa lý (GIS)........................................ 25
2.2.1. Khái quát chung........................................................................................... 25
2.2.2. Các chức năng của phần mềm GIS............................................................. 27
2.2.3. GIS trong nghiên cứu biến động RNM....................................................... 29
2.2.4. Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nghiên cứu sự biến động diện tích rừng

ngập mặn................................................................................................................ 30
2.3. Cơ sở khoa học của quy trình đánh giá biến động......................................... 33
2.4. Mô hình toán học của thuật toán phân loại xác suất cực đại (MLC)............34
2.5. Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn...35
2.5.1. Sơ đồ quy trình chung thành lập bản đồ biến động của 3 thời kì...............35
2.5.2. Sơ đồ cụ thể thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn trong từng thời kì .. 36

CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
BIẾN ĐỘNG, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN
BIỂN BA LẠT THỜI KÌ 1984 - 2013................................................................... 38
3.1. Khái quát khu vực nghiên cứu...................................................................... 38
3.1.1.Điều kiện tự nhiên......................................................................................... 38
3.1.1.1. Vị trí địa lý................................................................................................. 38
3.1.1.2. Địa hình, địa mạo...................................................................................... 40
3.1.1.3. Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn.................................................... 41
3.1.1.4. Thổ nhưỡng............................................................................................... 44
3.1.1.5. Hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng Ba Lạt............................................................ 44
3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội............................................................................. 47
3.2. Tƣ liệu sử dụng cho đề tài............................................................................. 50
3.3. Các bƣớc tiến hành........................................................................................ 52
3.3.1. Cắt ảnh theo phạm vi nghiên cứu................................................................ 52
3.3.2. Nắn chỉnh ảnh.............................................................................................. 52


3.3.3. Phân loại ảnh theo phương pháp xác suất cực đại Maximum Likelihood . 53

3.3.4. Lọc nhiễu ảnh............................................................................................... 55
3.3.5. Khảo sát thực địa.................................................................................................................. 57
3.3.6. Đánh giá độ chính xác kết quả sau phân loại của các thời kỳ....................58
3.3.7. Đánh giá biến động trên GIS....................................................................... 65

3.4. Phân tích biến động diện tích rừng ngập mặn qua các thời kì................... 68
3.4.1. Thời kì 1984 – 2001...................................................................................... 72
3.4.2. Thời kì 2001 – 2006...................................................................................... 76
3.4.3. Thời kì 2006 – 2013...................................................................................... 79
3.4.4.Nhận xét chung............................................................................................. 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 87


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam có đường bờ biển dài trên 3.260 km và hầu hết có rừng ngập
mặn(RNM) phát triển ở các mức độ khác nhau. Rừng ngập mặn được đánh giá như
bức tường xanh vững chắc bảo vệ bờ biển, đê biển, hạn chế xói lở và các tác hại của
bão lụt. Do vậy, rừng ngập mặn đóng một vai trò quan trọng đối với cuộc sống của
hàng triệu người dân ven biển Việt Nam. Trong trận sóng thần ở Nam Á (tháng 12
năm 2004) cho thấy, những nơi nào có RNM hay rừng ven biển tươi tốt thì những
nơi đó tổn thất giảm bớt khá nhiều. (nguồn: Sở tài nguyên tỉnh Khánh Hòa)
Do hiện trạng diện tích RNM hiện nay biến động khá nhanh và với quy mô ngày
càng lớn, do vậy phát triển phương pháp đánh giá sự biến động và theo dõi tài nguyên
RNM bằng sử dụng ảnh vệ tinh là nhiệm vụ có ý nghĩa khoa học và cấp thiết.

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, công nghệ viễn thám và hệ thông tin
địa lý (GIS) ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Tư liệu
ảnh vệ tinh có khả năng thu nhận hình ảnh mặt đất một cách tức thời, liên tục trên
phạm vi rộng, mang tính khách quan, được lặp lại theo chu kì, có độ chính xác cao
và đồng nhất ở mọi thời điểm. Viễn thám được ứng dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh
vực khác nhau như thành lập các bản đồ hiện trạng tài nguyên môi trường, phân tích
sự biến động đường bờ biển, theo dõi, giám sát hiện tượng ngập úng do bão lụt,
cháy rừng, giám sát độ nhiễm mặn vùng đất ven biển, biến động đất rừng...vv. Do

đó, viễn thám đóng vai trò quan trọng đối với công tác quản lý tài nguyên thiên
nhiên và giám sát môi trường, quy hoạch, bảo vệ môi trường phát triển bền vững.
Sử dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS cho phép tạo nên một
giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích biến động hiệu quả, đóng vai trò quan
trọng trong việc hỗ trợ ra quyết định nhanh trên phạm vi rộng với giá thành thấp so
với phương pháp truyền thống.
Nằm trên vùng đất ngập nước cửa sông Hồng thuộc huyện Giao Thuỷ, tỉnh
Nam Định và huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình, Cửa Ba Lạt là một trong những hệ

1


sinh thái ven biển đặc sắc nhất nước ta. Nằm trong hệ thống Vườn quốc gia (VQG)
Xuân Thủy, nơi con sông Hồng chảy về biển, là một khu rừng ngập mặn thuộc khu dự
trữ sinh quyển châu thổ sông Hồng. Đây là rừng ngập mặn đầu tiên ở Việt Nam được
quốc tế công nhận theo công ước Ramsar, là rừng ngập mặn thứ 50 của thế giới.

Hiện nay, do nhu cầu phát triển kinh tế, các mô hình sinh thái như: nuôi trồng
thủy sản, nghề cá và những công trình kiến trúc độc đáo của cư dân như: nhà bổi,
hay công trình tôn giáo chùa chiền và nhà thờ pha trộn hài hòa giữa kiến trúc truyền
thống và kiến trúc hiện đại, sự giao thoa phong cách kiến trúc phương Đông và
phương Tây, cùng với tập quán nuôi trồng và khai thác nguồn lợi thủy sản từ hệ
thống đầm tôm và vây rộng hàng nghìn hecta đã làm cho diện tích RNM bị suy
thoái nghiêm trọng.
Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: “Ứng dụng công
nghệ Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn ven biển, khu
vực thực nghiệm ở cửa Ba Lạt ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để thành lập bản đồ biến

động rừng ngập mặn, trên cơ sở đó phân tích sự biến động diện tích RNM và mối
liên hệ biến động diện tích với hoạt động sản xuất tại địa phương.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

3.

-

RNM ven biển

-

Phản xạ phổ của RNM

Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phạm vi không gian: Ven cửa sông Ba Lạt
Phạm vi thời gian: Nghiên cứu biến động rừng ngập mặn trong thời kì từ

năm 1984 đến năm 2013.
Phạm vi khoa học: Luận văn đi sâu nghiên cứu đặc điểm quy trình công nghệ
xử lý ảnh viễn thám trong thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn trên cơ sở đó
phân tích hiện trạng biến động đất rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu.

2


4.

Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá biến động diện tích RNM bằng công nghệ viễn

thám

và GIS.
Phân loại ảnh bằng phương pháp phân loại xác suất cực đại
Maximum
-

Nghiên cứu phương pháp loại trừ nhiễu điểm ảnh nhằm nâng cao độ chính

xác của kết quả phân loại ảnh.
-

Khảo sát thực địa, đánh giá độ chính xác sau phân loại ảnh.

Thành lập các bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn của từng thời điểm, tổng

hợp phân tích kết quả về phân bố cũng như xu thế biến động của chúng.
Nghiên cứu xây dựng quy trình thành lập bản đồ biến động diện tích
RNM.
-

Phân tích xu thế biến động của RNM trong mối liên hệ với các hoạt động

kinh tế xã hội tại địa phương.
5.

Phƣơng pháp nghiên cứu
Sử dụng kết hợp phương pháp viễn thám với GIS và các tài liệu có liên quan.

Phương pháp viễn thám được sử dụng để xử lý các ảnh vệ tinh Landsat, Aster chụp

vào các thời điểm khác nhau năm 1984, 2001, 2006 và 2013. Việc đánh giá biến
động sau phân loại được tiến hành bằng cách sử dụng các điểm kiểm tra mặt đất và
bản đồ địa hình của vùng nghiên cứu.
Phương pháp khảo sát thực địa: Sử dụng máy ảnh có gắn GPS để chụp ảnh
mẫu trong khi khảo sát thực địa. Dữ liệu thực địa bao gồm các số liệu, ghi chép và
ảnh chụp thực địa được nhập vào cơ sở dữ liệu trên nền bản đồ để đối sánh trong
quá trình phân loại ảnh vệ tinh.
Các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn thông qua các cuộc tiếp xúc, trao
đổi tham gia hội nghị, hội thảo khoa học, tìm kiếm trên mạng internet, trên thư viện
và các chuyến khảo sát thực địa.
6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý
nghĩa khoa học: Kết quả của đề tài góp phần bổ sung phương pháp
luận


3


nghiên cứu nhằm hoàn thiện khả năng sử dụng ảnh viễn thám để đánh giá biến động
diện tích RNM phục vụ việc quy hoạch, phát triển tài nguyên RNM của đất nước.
Ý

nghĩa thực tiễn: Quy trình công nghệ của đề tài được áp dụng để đánh giá

sự biến động diện tích RNM của nước ta nói chung và của khu vực cửa sông Ba Lạt
nói riêng.
7.

Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu Rừng ngập mặn trong nước và

thế giới.
Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp luận trong nghiên cứu rừng ngập mặn.

Chương 3: Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động rừng
ngập mặn, đánh giá kết quả biến động diện tích rừng ngập mặn tại cửa Ba Lạt thời
kì 1984 – 2013.
Tài liệu tham khảo.

4


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN
TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI
1.1. Khái niệm, vai trò của rừng ngập mặn
1.1.1. Khái niệm về rừng ngập mặn
Rừng ngập mặn là một loại rừng đặc biệt ở vùng cửa sông, ven biển của các
nước nhiệt đới và cận nhiệt đới. Trong rừng ngập mặn chỉ có một số loài cây sống
được đó là các cây thân gỗ, thân bụi được gọi là cây ngập mặn. Cây ngập mặn sinh
trưởng và phát triển tốt trên các bãi bùn lầy ngập nước biển, nước lợ có thủy triều
lên xuống hàng ngày, khác với cây rừng trong đất liền và cây nông nghiệp chỉ sống
ở

nơi có nước ngọt. (Theo: Cục Bảo vệ môi trường, 2007)

1.1.2. Vai trò của hệ sinh thái rừng ngập mặn
Rừng ngập mặn có vai trò rất quan trọng bởi các lợi ích kinh tế cũng như môi trường.

Vai trò kinh tế :
Cung cấp các sản phẩm lâm nghiệp, các loài hải sản có giá trị kinh tế, lưu
trữ nguồn gen.
Vai trò điều hòa:
-

Làm chậm dòng chảy và phát tán rộng.

-

Làm giảm mạnh độ cao của sóng khi triều cường.

-

Làm giảm thiệt hại do bão, sóng thần gây ra.

-

Hạn chế xâm nhập mặn và bảo vệ nước ngầm.

-

Hấp thụ CO2, giúp điều hòa khí hậu.

-

Lọc sinh học, làm giảm thiểu ô nhiễm.

-

Bảo vệ san hô, cỏ biển.

-

Thụ phấn.

-

Mở rộng diện tích đất bồi.

-

Tuần hoàn chất dinh dưỡng.

5


-

Sản xuất sơ cấp.

Lưu giữ nguồn gen, tạo nên đa dạng sinh học về giống loài động
thực vật.
Vai trò văn hóa
Rừng ngập mặn không chỉ hấp dẫn các nhà nghiên cứu thực vật, mà còn cả
những nhà nghiên cứu động vật, thổ nhưỡng, sinh thái, môi trường, du lịch...vv.
1.2. Tình hình phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và Việt Nam

1.2.1. Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới
Ước tính Rừng ngập mặn trên thế giới còn tồn tại chiếm 12,3% diện tích bề
2

mặt Trái Đất (tương đương khoảng 137.760 km ) vào năm 2010 và phân bố ở 118
quốc gia và vùng lãnh thổ.
Trong đó: Châu Á chiếm 41%, tiếp theo là Châu Phi (21%), Bắc và Trung
Mỹ (15%), Châu Đại Dương (12%) và ở Nam Mỹ (11%). Tổng diện tích khoảng 1118 triệu ha, khoảng 70 loài cây rừng ngập mặn trên thế giới có kích thước khác
nhau, chiều cao từ 1,5 đến 50 m (năm 2010) (Theo: Trung tâm nghiên cứu quản lý và phát
triển vùng duyên hải)

Hình 1.1. Biểu đồ phân bố rừng ngập mặn trên thế giới tính đến năm 2010
(Theo:Trung tâm nghiên cứu quản lý và phát triển vùng duyên hải)

6


1.2.2. Phân bố rừng ngập mặn tại Việt Nam
Việt Nam có 29 tỉnh thành phố có rừng và đất ngập mặn ven biển chạy suốt
từ Móng Cái đến Hà Tiên, chia thành 4 khu vực chính từ Bắc vào Nam:
1.

Từ Móng Cái đến Đồ Sơn

2.

Từ Đồ Sơn đến Lạch Trường (Thanh Hóa)

3.

Từ Lạch Trường đến Vũng Tàu

4.

Từ Vũng Tàu đến Hà Tiên

Rừng ngập mặn phân bố và phát triển mạnh ở phía Nam, đặc biệt là vùng Cà
Mau – đồng bằng sông Cửu Long. Quần thể RNM ở phía Bắc thấp và nhỏ.
Tính đến năm 2001, cả nước có khoảng trên 155.290 ha rừng ngập mặn, năm
2008 có khoảng 209.740 ha, trong đó Đồng bằng sông Cửu Long có 75.952 ha
(chiếm 48,91%). (Nguồn: Chương 16- Rừng ngập mặn ở Việt Nam. TS Viên Ngọc Nam – ĐHNL
TPHCM)

Thái Bình, Nam Định thuộc phạm vi tam giác châu thổ sông Hồng, RNM rất
hiếm, nguyên nhân chủ yếu do: lượng nước sông Hồng rất lớn, nên phạm vi diện
tích nước hơi lợ rất rộng (0,5-5‰), không thích hợp với nhiều loài sinh vật cần độ
mặn cao hơn. Mặt khác, vùng này còn bị tác động của sóng, gió, bão rất mạnh, cây
khó phát triển, nhưng nguyên nhân chính là quai đê lấn biển và phá rừng.
Cây tiên phong ở đây là cỏ ngạn hoặc xen với cỏ gấu, cỏ gà, sau đến sú, vẹt,
ô rô và bần chua. Hiện nay, nhân dân đang trồng thêm trang làm dải rừng chắn sóng
bảo vệ đê biển.
Ngày 20/9/1988, vùng đất ngập mặn Xuân Thủy là vùng đất ngập mặn đầu
tiên của Việt Nam được ghi vào Công ước quốc tế bảo vệ đất ngập nước (Ramsar).

7


1.3. Tổng quan về nghiên cứu hệ sinh thái RNM bằng viễn thám
Trong suốt hơn hai thập kỷ, những thông tin viễn thám đã được sử dụng để
giám sát về điều kiện và xu thế của RNM. Tuy nhiên vì RNM rất khó phân định nên

ta có thể nhận biết được sự thay đổi qua nghiên cứu tư liệu ảnh.
Để nghiên cứu sâu hơn đòi hỏi phải có những hoạt động đo đạc thực địa theo
mẫu ngẫu nhiên để kiểm định và xác định kết quả phân loại ảnh. Tuy nhiên, công
tác thực địa thường gặp phải khó khăn khi không thể tiếp cận được những khu vực
nằm giữa những khu RNM.
1.3.1.Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ
phân giải trung bình
Ảnh vệ tinh đóng một vai trò quan trọng trong việc lập bản đồ RNM trên các
vùng địa lý rộng lớn. Đã có trên 40 công trình nghiên cứu tại 16 quốc gia sử dụng
độ phân giải của ảnh để thành lập bản đồ RNM. Sử dụng các bộ cảm khác nhau, với
số lượng và phương pháp khác nhau được áp dụng tại các vị trí của các điểm nghiên
cứu. Dữ liệu thường được sử dụng là các ảnh Landsat-5 TM và SPOT. Ngoài ra, dữ
liệu từ Landsat MSS, Landsat-7 ETM +, các vệ tinh cảm biến từ xa của Ấn Độ
(IRS) 1C/1D Liss III, và vệ tinh ASTER đã được các nhà khoa học sử dụng.
Ảnh có độ phân giải trung bình từ 15 đến 30m cung cấp thông tin trên bề mặt
trái đất với quy mô trong khu vực và phục vụ cho nhiều ứng dụng. Khoảng ba thập
kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện và ứng dụng dữ liệu vệ tinh rất hiệu quả cho
việc phát hiện biến động. Phát hiện biến động là một công cụ, một biện pháp mạnh
mẽ để giám sát các xu hướng trong các hệ sinh thái RNM. Nó cho phép đánh giá
những xu hướng thay đổi trong một thời gian dài cũng như xác định các thay đổi đột
ngột do thiên nhiên hoặc con người gây ra (ví dụ, sóng thần phá hủy hoặc chuyển
đổi cơ cấu sản xuất nông nghiệp sang nuôi tôm). Sự phân bố, điều kiện, và sự
tăng/giảm áp dụng trong sự phát hiện biến động của RNM. Nghiên cứu của
Aschbacher và cộng sự (1927) đã đánh giá tình trạng sinh thái của RNM theo độ
tuổi, mật độ, và các loài trong vịnh Phangnga, Thái Lan. Trong một môi trường

8


tương tự, Thu và Populus (1991) đã đánh giá tình trạng và sự thay đổi của RNM ở

tỉnh Trà Vinh và đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam từ năm 1965 đến năm 2001.
Rasolofoharinoro và cộng sự (1977) là người đầu tiên đã làm các bản đồ đánh giá hệ
sinh thái ngập mặn ở Vịnh Mahajamba, Madagascar dựa trên ảnh vệ tinh SPOT.
Gang và Agatsiva (1942) sử dụng thành công giải thích trực quan cho ảnh SPOT XS
ở Mida Creek, Kenya để lập bản đồ mức độ và trạng thái RNM, trong khi Wang và
cộng sự (1998) đã sử dụng ảnh Landsat TM 1990 và 2000 Landsat-7 ETM+ xác
định được những thay đổi trong khu vực phân bố và tổng diện tích RNM dọc theo
bờ biển Tanzania. Conchedda và cộng sự (1934) đã lập được bản đồ hiện trạng sử
dụng đất trong hệ sinh thái ngập mặn nằm ở Casamance, Senegal bằng cách áp dụng
các ảnh SPOT XS từ năm 1986 và 2006.
Mật độ RNM bị ảnh hưởng bởi yếu tố tự nhiên, cũng như con người, như
nuôi trồng thủy sản và mật độ xuất hiện. Tong và cộng sự (1992) đã đánh giá tác
động của nuôi tôm, nuôi trồng thủy sản trên các hệ sinh thái ngập mặn ở đồng bằng
sông Cửu Long bằng cách sử dụng những ảnh SPOT từ năm 1995 và 2001. Họ đã
xác định năm lớp cảnh quan sinh thái khác nhau nhưng gặp khó khăn trong việc áp
dụng cùng một phương pháp trong một khu vực nghiên cứu khác cách đó vài trăm
cây số.
Nghiên cứu của Sirikulchayanon và cộng sự (1987) đã đánh giá tác động của
sóng thần năm 2004 về thảm thực vật RNM tại vịnh Phangnga, Thái Lan liên quan
đến chức năng của RNM như là rào cản sóng. Một số dữ liệu từ Landsat-7 ETM+
cung cấp dữ liệu trước khi tác động, trong khi Landsat TM cung cấp dữ liệu tương
tự sau khi sóng thần (ngày 30/12/2004). Họ đã đề xuất cách tiếp cận "cung cấp một
phương tiện đáng tin cậy hơn và chính xác hơn phương pháp thông thường để đánh
giá các mô hình không gian của các khu vực bị tàn phá thông qua đặc điểm đất khác
nhau dọc theo bờ biển". Có thiệt hại lớn (là thay đổi 26,87%) tới lớp phủ đất trong
khu vực nghiên cứu của họ, trong tất cả bốn tiểu vùng, trong những điểm địa lý với
độ phủ của RNM thấp sát với bờ biển, trong khi ít thiệt hại (chỉ thay đổi 2,77%) đã
được thể hiện rõ ràng trong các vùng với độ phủ của RNM cao. Theo các nhà điều

9

tra, một vành đai RNM với 1.000 -1.500 m, song song với bờ biển, sẽ là tối ưu để
làm suy yếu tác động tàn phá của sóng thần trong khu vực nội địa.

Hình 1.2. Ví dụ về một kết quả lập bản đồ RNM dựa trên phân loại ảnh SPOT 5
và TerraSAR-X cho tỉnh Cà Mau ở đồng bằng sông Cửu Long, năm
2010
(Nguồn: Phạm Việt Hòa, Luận án tiến sĩ khoa học năm 2012, trường ĐH Mỏ địa chất)

Ngược lại, một kết quả thành công của việc phục hồi và tình trạng tái trồng
rừng trên các khu vực bị suy thoái đã được giám sát bởi Selvam và cộng sự (1981).
Họ đã sử dụng ảnh Landsat TM và vệ tinh viễn thám IRS 1D Liss III của Ấn Độ
trong năm 1986 và năm 2002, khảo sát các vùng đất ngập mặn Pichavaram ở Ấn
Độ. Phát hiện của họ chỉ ra rằng diện tích RNM tăng lên khoảng 90% so với khoảng
thời gian 15 năm, mà chủ yếu là do sự kết hợp trên cơ sở khoa học, dựa vào cộng
đồng dân cư địa phương và được hỗ trợ của Chính phủ Tamil Nadu, cũng như các
cộng đồng người sử dụng RNM.
Công nghệ viễn thám đã hỗ trợ địa phương bảo tồn và tìm thấy mối quan hệ
tăng trưởng, từ đó lập kế hoạch và nhiệm vụ khôi phục RNM. Seto và Fragkias
(1982) trình bày một phương pháp để theo dõi có hệ thống trong bối cảnh của Công
ước Ramsar về Đất ngập nước. Họ đã phân tích một loạt ảnh đa thời gian Landsat
MSS và TM của đồng bằng sông Hồng, Việt Nam từ năm 1975 - 2002, tính toán
mức độ ngập mặn, mật độ, mức độ nuôi trồng thủy sản, và phân mảng cảnh quan để
đánh giá điều kiện đất như là một hàm của thời gian.
Dựa trên kết quả của đặc tính phân loại mạng lưới thần kinh nhân tạo của số

10

lượng phân mảnh cảnh quan - mẫu số liệu, người ta đã tính toán kích thước của từng
thửa, mật độ thửa, phân mảnh, và mô hình cách ly, đã được tính toán. Phát hiện của
họ chỉ ra rằng Công ước Ramsar không thể giảm phát triển nuôi trồng thuỷ sản,
nhưng tổng số diện tích RNM vẫn không thay đổi, điều đó là kết quả của những nỗ
lực tái trồng rừng rộng lớn.
Năm 2007-2008, Viện Địa lý - Viện Khoa học Việt Nam đã chủ trì đề tài
“Đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn ven bờ biển bằng công nghệ viễn
thám và hệ thông tin địa lý” do TS. Trương Thị Hòa Bình làm chủ nhiệm. Nhóm
nghiên cứu đã sử dụng ảnh SPOT đa thời gian để đánh giá biến động RNM ở Cần
Giờ, sử dụng chỉ số Đất - Thực vật - Nước để tiến hành phân loại và đánh giá biến
động diện tích qua các thời kỳ.
Phan Phú Bồng (1989) và Phan Nguyên Hồng (1993) cũng đã sử dụng tư liệu
viễn thám để nghiên cứu về RNM nhưng mới dừng lại ở mức độ tính diện tích và vị
trí phân bố RNM bằng phương pháp giải đoán bằng mắt.
1.3.2. Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ
phân giải cao
Năm 1999 vệ tinh IKONOS-2 ra đời và năm 2001 vệ tinh QuickBird đã cho
ra một thế hệ mới của bộ cảm biến độ phân giải cao để quan sát trái đất. Điều này
mở ra cơ hội mới cho việc lập bản đồ RNM, tăng sự khác biệt giữa các kiểu dáng
của RNM và tập hợp các loài khác. Một số ít nghiên cứu sử dụng ảnh độ phân giải
cao để điều tra hệ sinh thái RNM:


Không gian phân phối và chính sách của nhà nước hiện nay;



Lựa chọn loài;



Đánh giá sinh khối;



Đánh giá các chỉ số thực vật;



Phát hiện biến động;



Đánh giá vai trò RNM trong bảo vệ bờ biển.

Những điều tra về RNM được công bố trên các trang web ở Ấn Độ, Đài
Loan, Sri Lanka, Malaysia, Kenya, Ai Cập, Guiana thuộc Pháp, Panama, Belize,

11


Mexico, và Texas.
Một số phương pháp giải đoán và kỹ thuật xử lý đã được sử dụng, bao gồm:
dựa trên các điểm ảnh, dựa trên đối tượng, dựa trên phân lớp tuyến tính, và phân
tích mạng lưới thần kinh. Olwig và cộng sự (1967) đã đánh giá vai trò quan trọng
của việc bảo vệ thảm thực vật thân gỗ ven biển chống lại sóng thần ngày
24/12/2004 dựa trên giải đoán bằng mắt ảnh IKONOS và QuickBird chụp tại vùng
Tamil Nadu, Ấn Độ. Họ kết luận, RNM là hàng rào chắn gió chắc chắn ven biển để
bảo vệ chống lại sóng thần.
Mục đích của việc sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao là để xác định mức

độ loài liên quan đến điều kiện khác nhau đối với vị trí của chúng. Nó vô cùng quan
trọng trong việc đánh giá sự đa dạng của chức năng hệ sinh thái, các quy trình, và
các mối quan hệ liên quan đến loài hoặc tập hợp loài để hiểu rõ hơn lịch sử của sự
phát triển RNM, sự đa dạng và dự đoán phát triển trong tương lai.
Để kiểm chứng các ứng dụng của ảnh IKONOS cho bản đồ RNM trên các
tập hợp và mức độ loài, Dahdouh-Guebas và cộng sự (1936) đã tính toán các loại tổ
hợp hình ảnh khác nhau (tổ hợp màu giả và thật có độ phân giải 4m, tổ hợp màu giả
1m) và biến đổi (chuyển đổi Tasselled Cap, PCA), sau đó đã sử dụng các thuật toán
phân loại không kiểm định (thuật toán ISODATA) cũng như có kiểm định (hình
khối lục diện phân loại, khoảng cách tối thiểu, phân loại Bayesian). Kết quả được so
sánh với kết quả số hóa đã đạt được bằng cách giải đoán bằng mắt. So với các cách
tiếp cận khác (1937), cách tăng thêm màu giả kết hợp chặt chẽ chất lượng thông tin
lớn nhất, phương pháp này tạo ra một mức độ cao của chi tiết không gian, kết cấu
và cấu trúc. Kết hợp với giải đoán ảnh bằng mắt và thông tin ngoài thực địa, phương
pháp này cho phép phân loại tốt nhất tập hợp các loài ngập mặn và thậm chí phân
biệt giữa hai loài ngập mặn thuộc cùng một chi (Rhizophora apiculata và R.
mucronata) trong Pambala, Sri Lanka.
Lợi ích của việc sử dụng ảnh độ phân giải không gian cao là sự đa dạng ngày
càng tăng và độ mịn của các cấu trúc kết cấu. Kết quả phân loại MLC từ ảnh
IKONOS chứng minh khả năng phân loại quang phổ tốt hơn của các loài ngập mặn

12


so với các phân tích dựa trên dữ liệu QuickBird.
Như đã đề cập ở trên, so với việc sử dụng ảnh có độ phân giải cao thì việc
giải đoán ảnh bằng mắt để lập bản đồ RNM chi tiết ở cấp độ loài sẽ tốt hơn. Để cho
phép phân biệt ở cấp độ loài, thì lĩnh vực thông tin chi tiết về điều kiện môi trường
sống và đặc điểm thực vật của RNM hiện có lại là một điều kiện tiên quyết cơ bản.
1.3.3. Tổng quan về thành lập bản đồ rừng ngập mặn dựa trên dữ liệu ảnh Radar

Dùng ảnh radar để nghiên cứu biến động RNM rất có ưu thế bởi vì ở các
vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có mây bao phủ liên tục nên ảnh radar là một lựa
chọn thích hợp hơn so với dữ liệu viễn thám quang học. Radar cung cấp dữ liệu
thông tin hữu ích cho việc mô tả mức độ che phủ bề mặt ngập mặn, cấu trúc, thông
số, ranh giới lũ lụt, tình trạng phát triển. Các nghiên cứu được thực hiện tại địa điểm
khác nhau ở các nước khác nhau dựa trên dữ liệu radar khác nhau (Mexico:
RADARSAT-1 SAR; Mexico:ENVISAT ASAR; Thái Lan: JERS-1…).
Một số điều tra đã được tiến hành để kiểm tra và mô tả các hiệu ứng và các
mối quan hệ giữa các tán RNM, kiểu rừng, và các phản ứng tán xạ ngược của hệ
thống SAR, minh họa bằng các NASA/JPL không khí hệ thống (AIRSAR) SAR ở
tần số khác nhau (kênh C, L, P) và chế độ phân cực (HH, VV, HV).
Để nâng cao sự hiểu biết về các cơ chế chi phối giữa các chùm tia tỷ lệ và cơ
cấu tán RNM, công tác nghiên cứu lý thuyết cơ bản và thực nghiệm tập trung vào
RNM ở Guiana thuộc Pháp và bao gồm cả các phép đo trong phòng thí nghiệm và
mô hình mô phỏng, được Mougin (1963), Proisy (1972,1973) và cộng sự thực hiện.
Vùng nghiên cứu đã lựa chọn đòi hỏi một ô tối ưu của RNM kín, so sánh ba loài
chính ở ba vùng phát triển khác nhau: giai đoạn khai phá dày đặc đồng nhất của
RNM xám, vị trí trưởng thành bị ảnh hưởng bởi mắm trắng, và vị trí dễ bị tổn
thương, hỗn tạp giữa mắm đỏ và trắng.
Lucas và cộng sự (1958) đã tìm thấy mối tương quan lớn nhất cho các thông
số cấu trúc rừng bằng cách áp dụng dữ liệu C-VV và C-HH trên một trang web của
Úc, trong trang Guiana của Pháp, tương quan lớn nhất được tìm thấy với sự phân
cực chéo bằng cách sử dụng dữ liệu C-VV.

13


Quan hệ giữa cấu trúc đứng và phản ứng tán xạ được Proisy (1972, 1973),
Lucas (1958) và cộng sự mô tả, bao gồm sự hoàn thiện không đồng nhất, trống, tàn,
hoặc sự tái sinh. Những giá trị này cho thấy một tín hiệu tán xạ tăng vì mức độ biến

đổi cấu trúc. Chi phối nhất là khối lượng phân tán trong kênh C và sự phục hồi tác
động tới kênh L. Những thay đổi cấu trúc rừng, chẳng hạn như sự chuyển đổi đồng
nhất từ một giai đoạn đầu đến một giai đoạn trưởng thành hơn không đồng nhất với
sinh khối lớn hơn, được đi kèm với sự gia tăng khối lượng tán xạ trong băng tần L
và C do sự thay đổi cấu trúc trong lá và kích thước nhánh (1971,1972). Đồng nhất
về chiều cao gần giống và mật độ RNM khác nhau không thể phân biệt được ở cấp
độ loài (1946).
Kết quả thu được với dữ liệu ALOS PALSAR (ra mắt vào 1/2006) để lập bản
đồ rừng ngập mặn đã được sử dụng lặp đi lặp lại, thêm vào đó là một ứng dụng
JERS-SAR và AIRSAR kênh L ở phía Tây sông Alligator (1960). Kết quả có thể so
sánh với những người trước đây của Lucas và cộng sự (1958), Proisy và cộng sự
(1971) đã chỉ ra rằng thành lập bản đồ hiệu quả nhất với RNM nơi mà biên giới
không có rừng và những nơi có sự khác biệt về cấu trúc, như chức năng của các
loài, giai đoạn tăng trưởng, sự phân bố sinh khối, xảy ra giữa các vùng. Họ thấy
rằng bằng cách sử dụng SAR kênh L, sinh khối có thể được lấy lên đến 100-140
Mg/ha, mặc dù sự phục hồi rất phức tạp do giảm đáng kể hệ số tán xạ ở kênh L
trong phạm vi sinh khối cao hơn (> 200 Mg/ha), đặc biệt những loài có hệ thống rễ
chùm lớn chống đỡ.
Cấu trúc mái vòm và cấu trúc đứng cùng với bề mặt cơ bản của nước hoặc
đất và rễ, là yếu tố quyết định tính chất của phản ứng tán xạ. Bề mặt rất thô trong
mùa khô hoặc thủy triều thấp với mặt đất không bị ngập lụt, khi các tầng đất dưới
chỉ chứa một lượng tối thiểu của nước và hệ thống rễ tiếp xúc phức tạp.
Vì vậy, khối lượng phân tán chiếm ưu thế trong kênh L (HH). Trong mùa
mưa hoặc ở giai đoạn ngập lụt, nước xâm nhập tạo ra một bề mặt mịn, và phản
chiếu các dữ liệu phân tán chiếm ưu thế. Khi sự cố sóng radar xuyên qua tán và
tương tác với bề mặt nước và các thành phần cơ bản của rừng, độ lớn của tín hiệu

14