Tích hợp mô hình clue s và gis hỗ trợ cho lập quy hoạch sử dụng đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN ĐỨC TRÍ

TÍCH HỢP MƠ HÌNH CLUE-S VÀ GIS
HỖ TRỢ CHO LẬP QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT
CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60 44 76

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH –THÁNG 11 NĂM 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN ĐỨC TRÍ

TÍCH HỢP MƠ HÌNH CLUE-S VÀ GIS
HỖ TRỢ CHO LẬP QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT
CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60 44 76

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS TRẦN TRỌNG ĐỨC - TS. LÊ CẢNH ĐỊNH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 11 NĂM 2014


Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học :

PGS.TS. Trần Trọng Đức

TS. Lê Cảnh Định

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

PGS.TS. Nguyễn Kim Lợi

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

TS. Nguyễn Hữu Cƣờng

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 15 tháng 01 năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch:

PGS.TSKH BÙI TÁ LONG

2. Thƣ ký:

TS. LƢƠNG BẢO BÌNH

3. Phản biện 1:

PGS.TS NGUYỄN KIM LỢI

4. Phản biện 2:

TS. NGUYỄN HỮU CƢỜNG

5. Ủy viên:

TS. TRẦN ANH TÚ

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TSKH. BÙI TÁ LONG

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-----------------------------------

---------------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN ĐỨC TRÍ.

MSHV: 11104484

Ngày, tháng, năm sinh: 29/09/1988

Nơi sinh: Quảng Nam – Đà Nẵng

Chuyên ngành: Bản Đồ, Viễn Thám Và Hệ Thông Tin Địa Lý
Mã số : 60 44 76
Tên đề tài: Tích hợp mơ hình CLUE-S và GIS hỗ trợ cho lập quy hoạch

I.

sử dụng đất.
Nhiệm vụ và nội dung:
-

Nghiên cứu: Các phƣơng pháp lập quy hoạch sử dụng đất, các phƣơng pháp
đánh giá thích nghi đất đai, kỹ thuật bố trí khơng gian sử dụng đất, mơ hình
CLUE-S, phân tích khơng gian trong GIS.

-

Xây dựng mơ hình tích hợp CLUE-S và GIS trong đánh giá thích nghi và
bố trí khơng gian sử dụng đất nơng nghiệp.

-

Ứng dụng mơ hình trong đánh giá thích nghi đất đai và bố trí sử dụng đất,
huyện Cát Tiên, tỉnh Lâm Đồng.

II.

Ngày giao nhiệm vụ : 18/08/2014

III.

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 07/12/2014

IV.

Cán bộ hƣớng dẫn PGS.TS. TRẦN TRỌNG ĐỨC
TS. LÊ CẢNH ĐỊNH
Tp. HCM, ngày
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

tháng

năm 20

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. Trần Trọng Đức TS. Lê Cảnh Định

PGS.TS. Nguyễn Ngọc Lâu

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


i

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu, say mê thực hiện đề tài luận văn này, tôi đã rất hạnh
phúc khi nhận sự hỗ trợ vô cùng to lớn của q thầy cơ, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè.
Tơi bày tỏ lịng biết ơn chân thành gửi đến:
Q thầy cơ đã giảng dạy để tơi có đủ kiến thức hồn thành tất cả các mơn học và luận
văn trong chƣơng trình đào tạo thạc sĩ tại trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM .
PGS. TS Trần Trọng Đức (Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM), là thầy đã dạy, tận
tâm hết mình hƣớng dẫn tơi về mảng kiến thức GIS & Viễn thám khi còn là một sinh
viên cho đến bƣớc ngoặc quan trọng này. Thầy là ngƣời đã mở đƣờng, định hƣớng
phát triển nghiên cứu khoa học để tơi có đƣợc những bƣớc đi đúng đắn đến hơm nay.
TS. Lê Cảnh Định (Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp - SubNIAPP), là
thầy đồng hƣớng dẫn, đã khai sáng, giúp tơi tìm kiếm đề tài luận văn, chỉ dạy chuyên
sâu về mảng kiến thức quy hoạch và kinh nghiệm thực tiễn. Những kiến thức đó là
nhân tố chính giúp tơi có những điều chỉnh mơ hình trong đề tài để phù hợp với điều
kiện thực tế ở Việt Nam.
GS. Nguyễn Văn Tuấn, tiến sĩ thống kê về dịch tễ học, là nhà khoa học y khoa (Viện
Nghiên cứu Y học Garvan, Sydney, Australia). Thầy đã rất nhiệt tình giải đáp các vấn
đề về mảng thống kê, phân tích dữ liệu khoa học trong R với 36 lần trả lời thƣ góp ý.
GS. Peter H. Verburg (Đại học Wageningen, Hà Lan) trƣởng nhóm phát triển mơ hình
CLUE-S, đã đồng ý cho tơi sử dụng mơ hình này là cơng cụ chính trong luận văn.
Chun gia Trần Văn Huệ (Trung tâm Thổ nhưỡng, SubNIAPP), thầy là ngƣời đã
tận tụy giảng dạy, cho tôi tài liệu để hiểu sâu hơn kiến thức về tính chất đất đai, đặc
tính sinh thái các loại cây trồng trong vùng nghiên cứu.
Chuyên gia Wilbert van Rooij (Aidenvironment | Plansup), ngƣời trực tiếp hƣớng
dẫn tôi áp dụng mơ hình CLUE-S hỗ trợ cho lập quy hoạch sử dụng đất trong đợt tập

huấn tại NIAPP, Hà Nội, tháng 3 năm 2013.
Lãnh đạo Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp, Trung tâm Phát triển
Nông thôn đã động viên, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian học tập, thực hiện đề tài.
Đặc biệt, gia đình và bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q
trình học tập và nghiên cứu đề tài.


ii

TÓM TẮT
Trong quy hoạch sử dụng đất tồn tại hai nội dung là đánh giá thích nghi đất đai và
bố trí sử dụng đất.. Trong đó:
1)

Đánh giá thích nghi đất đai: thƣờng dựa vào phƣơng pháp hạn chế lớn
nhất, phân tích đa tiêu chuẩn MCE .

2)

Bố trí sử dụng đất: Cellular Automata (CA) là xu thế chủ đạo đƣợc áp
dụng trong các nghiên cứu trong nƣớc cũng nhƣ quốc tế.

Mục tiêu của luận văn là tích hợp CLUE-S và GIS để đánh giá thích nghi đất đai,
bố trí sử dụng đất theo hƣớng tiếp cận mới, đó là giải pháp bổ sung thêm cho các
phƣơng pháp đã tồn tại.
CLUE-S cũng thực hiện hai nội dung trên nhƣng có khác biệt về phƣơng pháp:
1)

Đánh giá thích nghi đất đai: CLUE-S áp dụng phƣơng pháp phân tích
thống kê (Rossiter, 1994) với mơ hình hồi quy logistic.

2)

Bố trí sử dụng đất: CLUE-S dùng các kết quả thống kê phối hợp các
phƣơng pháp nhƣ luật ra quyết định, phân tích Markov.

GIS đóng vai trị xử lý đầu vào, phân tích dữ liệu khơng gian, thể hiện sản phẩm đầu
ra cho mơ hình CLUE-S. Mơ hình tích hợp CLUE-S và GIS đƣợc áp dụng để đánh
giá thích nghi và bố trí sử dụng đất trên địa bàn huyện Cát Tiên, tỉnh Lâm Đồng.
Qua phân tích điều kiện thực tiễn, 3 loại hình sử dụng đất (lúa, điều, rau-màu) đƣợc
chọn để xây dựng 3 mơ hình hồi quy logistic với 17 lớp thuộc tính các tính chất đất
đai . Diện tích dƣới đƣờng cong ROC (AUC) là tiêu chí để đánh giá độ phù hợp của
các mơ hình hồi quy logistic. Các tham số β có ý nghĩa thống kê (độ tin cậy 95%)
ƣớc tính từ mơ hình hồi quy đƣợc sử dụng để lập bản đồ thích nghi của từng LUT.
Dựa vào các bản đồ thích nghi và bảng nhu cầu sử dụng đất đã đƣợc tổng hợp từ các
nhà hoạch định chính sách, CLUE-S mơ phỏng bố trí sử dụng đất của từng năm
trong kỳ quy hoạch 2010-2020. Kết quả của bố trí sử dụng đất trong mơ hình tích
hợp CLUE-S và GIS là bản đồ mô phỏng sử dụng đất từng năm trong kỳ quy hoạch.
Kết quả thực hiện cho thấy mơ hình tích hợp CLUE-S và GIS là một cơng cụ hữu
hiệu để giúp ngƣời lập quy hoạch và hoạch định chính sách, bổ sung thêm vào các
cơng cụ đang có nhằm hỗ trợ cho quy hoạch sử dụng đất.


iii

ABSTRACT
Land use planning has two contents, namely 1) land evaluation and 2) spatial
allocation of land use plans. Of which:
1) Land evaluation: Based on the maximum limitation method, multi-creteria
evaluation (MCE)

2) Spatial allocation of land use plans: Cellular Automata (CA) is a
mainstream which has been applied in studies in Vietnam and in the world.
The aim of the dissertation is integrating CLUE-S and GIS into land evaluation,
spatial allocation of land use plan as a new approach, which is a solution adding to
the existing methods.
CLUE-S model also uses the hybrid-method to implement two content:
1) Land evaluation: CLUE-S applies statistical analysis (Rossiter, 1994) with a
logistic regression model to evaluate land.
2) Spatial allocation of land use plans: CLUE-S uses the results of statistical
combining with methods, such as: Decision rules, Markov analysis, CA.
GIS plays a role in processing input data, analyzing spatial analysis and
representing output maps of the CLUE-S model. In this study, the integration of
CLUE-S and GIS was applied in Cat Tien district, Lam Dong province, analysis of
biophysical factors, 3LUTs, namely rice, cashew, vegetable was selected to build
three logistic regression models with 17 properties classes of land characteristics.
The area under the ROC curve (AUC) is a criteria to mesure Goodness of Fit (GoF)
of logistic models. The parameters β (significance code < 5%) which is estimated
from the regression model, was used for land suitability mapping. Based on the
demand table and land suitability maps, CLUE-S allocated land use for each year
during the period of land use planning (2010-2020). The output of the CLUE-S
allocation procedure is simulated -land use maps of each year during the period of
land use planning. Thus, the integration of CLUE-S and GIS is a valuable tool for
land use planners and policymakers in analyzing the land use change, adding to
existing methods that are used to support land use planning.


iv

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài nghiên cứu do chính tác giả thực hiện. Tất cả những tham khảo, trích dẫn từ

các nghiên cứu liên quan đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Trí


v

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. ALES (Automated Land Evaluation System): Phần mềm đánh giá đất đai
2. AHP (Analytic Hierarchy Process): Phân tích thứ bậc
3. AUC (the Area Under the Curve): Diện tích dƣới đƣờng cong ROC
4. CDKN (the Climate and Development Knowledge Network): Mạng lƣới
phát triển kiến thức và khí hậu
5. CLUE (the Coversion of Land Use and its Effects modeling framework): Mơ
hình chuyển đổi sử dụng đất.
6. CLUE-S (the Conversion of Land Use and its Effects at Small regional
extent): Mô hình chuyển đổi sử dụng đất áp dụng cho khu vực phạm vi nhỏ.
7. CLUE-CR (the Conversion of Land Use and its Effects applied to Costa
Rica): Mơ hình chuyển đổi sử dụng đất áp dụng cho Costa Rista (một quốc
gia ở khu vực Trung Mỹ)
8. FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations): Tổ chức
Liên hiệp quốc về Lƣơng thực và Nông nghiệp.
9. GIS (Geographic Information System): Hệ thống thông tin địa lý.
10. GoF (Goodness of Fit): Độ phù hợp của mơ hình so với thực tế
11. GLM (Generalized Linear Model): Mơ hình tuyến tính tổng qt
12. GTZ (Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ)
GmbH): Cơ quan hợp tác quốc tế của Đức.
13. LC (Land Characteristic): Tính chất đất đai.
14. LR (Land Resource): Tài nguyên đất đai

15. LRM (Logistic Regression Model): Mơ hình hồi quy Logistic
16. LU (Land Use): Sử dụng đất
17. LUPAS (Land Use Planning and Analysis System): Hệ thống phân tích ra
quyết định trong Quy hoạch sử dụng đất.
18. LUT (Land Use/Utilization Type): Loại hình sử dụng đất
19. MCE (Multi-Criteria Evaluation): Đánh giá đa tiêu chuẩn
20. NIAPP (National Institute of Agricultural Planning and Projection): Viện
Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp


vi

21. N (Non suitable): Khơng thích nghi
22. PLUP (Participatory Land Use Planning): Quy hoạch sử dụng đất có sự tham
gia của ngƣời dân.
23. QHSDĐ: Quy hoạch sử dụng đất
24. ROC Curve (Receiver Operating Characteristic Curve): Đƣờng cong đặc
trƣng trong hệ thống phân loại nhị phân.
25. S1 (Highly suitable): Thích nghi cao
26. S2 (Moderately suitable): Thích nghi trung bình
27. S3 (Marginally suitable): Thích nghi kém
28. SDĐ: Sử dụng đất
29. SLM (Sustainable Land Management): Quản lý đất bền vững
30. SRTM (Shuttle Radar Topography Mission): Sứ mệnh đo đạc bản đồ địa
hình bằng công nghệ giao thoa radar trên tàu con thoi.
31. Sub-NIAPP

(Sub-National

Institute

of

Agricultural

Planning

and

Projection): Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp.
32. FESLM (An International Framework for Evaluating Sustainable Land
Management): Khung đánh giá đất đai cho quản lý sử dụng đất bền vững.
33. USBR (United States Bureau of Reclamation): Cục Cải tạo Đất đai – Bộ
Nội vụ Hoa Kỳ
34. USDA (United States Department of Agriculture): Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ


vii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................i
TÓM TẮT.................................................................................................................... ii
ABSTRACT ............................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................iv
CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................................v
PHẦN MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1
1.

Đặt vấn đề ......................................................................................................2

2.

Mục tiêu .........................................................................................................4

3.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài...........................................................................4

4.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................4

5.

Nội dung nghiên cứu .....................................................................................4

6.

Phƣơng pháp tiến hành ..................................................................................4

8.

Sơ đồ nội dung nghiên cứu............................................................................5

PHẦN 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................7
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...............................8
1.1.

Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất ...........................................................8

1.2.

Tổng quan tình hình ứng dụng CLUE-S và GIS ........................................14

PHẦN 2: PHƢƠNG PHÁP LUẬN ...........................................................................24
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................25
2.1.

Cơ sở lý thuyết về quy hoạch sử dụng đất. .................................................25

2.2.

Các lý thuyết và phƣơng pháp có liên quan ................................................31

2.3.

Cấu trúc và sự vận hành của CLUE-S ........................................................40

2.4.

Phân tích khơng gian raster trong mơi trƣờng GIS .....................................45


viii

CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH CLUE-S & GIS HỖ TRỢ QHSDĐ ...........49
3.1.

Khung mơ hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất..49

3.2.

Trao đổi dữ liệu giữa CLUE-S với GIS ......................................................49

3.3.

Khung chi tiết mơ hình tích hợp CLUE-S và GIS trong quy hoạch ..........50

PHẦN 3: ỨNG DỤNG THỰC TIỄN ........................................................................54
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TÍCH HỢP CLUE-S VÀ GIS HỖ TRỢ
QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN CÁT TIÊN – TỈNH LÂM ĐỒNG ........55
4.1.

Phân tích những vấn đề thực tiễn có liên quan ...........................................55

4.2.

Phân tích hiện trạng và biến động sử dụng đất ...........................................62

4.3.

Xây dựng dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất ...............................................63

4.4.

Xây dựng dữ liệu về các tính chất đất đai ...................................................65

4.5.

Đánh giá thích nghi đất đai theo phƣơng pháp hồi quy logistic .................68

4.6.

Thiết lập vùng cho phép bố trí sử dụng đất nơng nghiệp ...........................74

4.7.

Nhu cầu sử dụng đất trong kỳ quy hoạch ...................................................75

4.8.

Cài đặt ma trận chuyển đổi và các tham số mơ hình. .................................75

4.9.

Thể hiện, mơ phỏng các kết quả của mơ hình tích hợp ..............................76

4.10.

Đánh giá kết quả mơ hình ...........................................................................78

Kết luận ....................................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................83
PHẦN PHỤ LỤC: ................................................................................................. XCII
Phụ lục 1: Các bản đồ tính chất đất đai để xây dựng mơ hình LRM: ........................ II
Phụ lục 2: Kết quả xây dựng các mơ hình LRM trong R progamming: ................. VII
Phụ lục 3: Bản đồ khả năng thích nghi đất đai của các loại cây trồng. ................ XXV
Phụ lục 4: Bảng cài đặt tham số cho mơ hình CLUE-S trong file main.1 ..........XXVI

1

PHẦN MỞ ĐẦU


2

1.

Đặt vấn đề

Quy hoạch sử dụng đất là một trong các nội dung quản lý Nhà nƣớc về đất đai. Sản
phẩm quan trọng của cả một quá trình lập quy hoạch là bản đồ quy hoạch sử dụng
đất và số liệu. Bản đồ quy hoạch sử dụng đất là sản phẩm rất quan trọng, thể hiện
phân bố không gian của các loại hình sử dụng đất (LUT) ở thời điểm định hƣớng
của kỳ quy hoạch. Để xây dựng đƣợc bản đồ quy hoạch sử dụng đất, thƣờng có 2
cơng đoạn: đánh giá thích nghi đất đai cho các loại hình sử dụng đất, trên cơ sở bản
đồ thích nghi, kết hợp với nhu cầu sử dụng đất, tiến hành bố trí khơng gian sử dụng
đất để thành lập bản đồ quy hoạch sử dụng đất.
Theo quy trình lập quy hoạch sử dụng đất của bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, trong
nhóm đất nơng nghiệp chỉ xác định loại hình sử dụng đất nông nghiệp đến các loại
nhƣ đất trồng cây lâu năm (CLN), đất trồng cây hàng năm còn lại (HNK) chứ không
xác định cụ thể đến từng loại cây trồng. Trong khi quy hoạch sử dụng đất nơng
nghiệp địi hỏi xác định loại hình sử dụng đất ở mức độ cụ thể hơn đến từng loại cây
trồng nhƣ lúa, nhóm cây lâu năm (CLN) nhƣ: điều, cà phê, chè, nhóm cây hàng năm
cịn lại (HNK) nhƣ rau, màu. Điều kiện để bố trí chi tiết đến từng loại cây trồng là
phải biết rõ về yêu cầu sinh thái của loại cây trồng đó để đánh giá thích nghi sử
dụng đất của từng loại cây trồng.
(1) Đánh giá khả năng thích nghi đất đai (gọi tắt là đánh giá đất đai)
Các phƣơng pháp đánh giá đất hạn chế lớn nhất (FAO, 1976), đánh giá đa tiêu

chuẩn (MCE) đã làm đƣợc áp dụng để đánh giá thích nghi. Tuy nhiên trong nghiên
cứu này, chúng tôi tiếp cận theo hƣớng là ứng dụng mơ hình CLUE-S theo phƣơng
pháp phân tích thống kê trong đánh giá đất đai nhằm lập bản đồ thích nghi của từng
loại cây trồng tại mọi nơi trong vùng nghiên cứu. So với các phƣơng pháp khác, khi
quan tâm đến việc xây dựng một mơ hình dự báo, cũng nhƣ phân tích tƣơng quan
giữa các tính chất đất đai đối với từng loại hình sử dụng đất thì phƣơng pháp thống
kê tỏ ra nổi trội, bởi vì thống kê có nhiều phép phân tích dữ liệu để trả lời những
câu hỏi mà các phƣơng pháp khác không thể đáp ứng đƣợc. (Tuấn, 2014) [31], [47]


3

(2) Bố trí sử dụng đất
Bố trí sử dụng đất là việc sử dụng các kỹ thuật và thuật toán để chỉ định không gian
sử dụng đất phù hợp với từng LUT dựa trên kết quả đánh giá thích nghi đất đai, nhu
cầu sử dụng đất, khả năng chuyển đổi sử dụng đất giữa các LUTs và xem xét các
vùng loại trừ (đất phi nông nghiệp). Vấn đề quan trọng cần giải quyết trong q
trình bố trí sử dụng đất là bố trí mỗi LUT với diện tích bao nhiêu và ở đâu là hợp lý.
Trong thủ tục bố trí của CLUE-S, phƣơng pháp bố trí sử dụng đất dựa trên các kết
quả thống kê từ đánh giá đất đai kết hợp với luật ra quyết định, phân tích Markov để
tiến hành bố trí.
Từ những phân tích trên, luận văn mong muốn áp dụng mơ hình CLUE-S nhƣ là
giải pháp bổ sung thêm các phƣơng pháp hiện có. Chức năng của CLUE là đánh giá
thích nghi vị trí và bố trí khơng gian cho các loại hình sử dụng đất theo nhu cầu sử
dụng đất. Mơ hình CLUE-S áp dụng phƣơng pháp thống kê kinh nghiệm – hồi quy
logistic và luật quyết định để bố trí các thay đổi sử dụng đất tại các vị trí thích hợp
khác nhau. Nhƣng nhƣợc điểm của mơ hình CLUE-S là khơng có khả năng thể hiện
các thay đổi sử dụng đất thành bản đồ. Các dữ liệu đầu vào và đầu ra của q trình
đánh giá, bố trí sử dụng đất trong CLUE-S ở dạng các tập tin dạng ASCII và trở
ngại cho ngƣời sử dụng.

Ra đời từ những năm 1960, GIS đƣợc ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực.
Trong ngành quản lý môi trƣờng mà đặc biệt là quản lý đất đai và quy hoạch sử
dụng đất, GIS đƣợc sử dụng để xử lý dữ liệu, phân tích khơng gian, tính toán đại số
bản đồ, thành lập bản đồ rất hiệu quả. Thế mạnh của GIS là xử lý đƣợc nhiều định
dạng dữ liệu (trong đó có ASCII) đã khắc phục các nhƣợc điểm của CLUE.
Tóm lại: tích hợp mơ hình CLUE-S và GIS hỗ trợ lập quy hoạch sử dụng đất là yêu
cầu thiết thực và mang tính cấp bách.


4

Mục tiêu

2.
-

Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ lập quy
hoạch sử dụng đất.

-

Mục tiêu cụ thể:
Nghiên cứu phƣơng pháp quy hoạch sử dụng đất
Nghiên cứu phân tích khơng gian trong GIS
Nghiên cứu mơ hình chuyển đổi sử dụng đất CLUE-S
Xây dựng mơ hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ lập QHSDĐ
Ứng dụng mô hình tích hợp CLUE-S và GIS để thành lập bản đồ quy
hoạch sử dụng đất trên địa bàn huyện Cát Tiên, tỉnh Lâm Đồng.
Đánh giá kết quả mơ hình.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

3.
-

Mơ hình tích hợp có thể đƣợc áp dụng trong thực tế, hỗ trợ nhà quy hoạch và
hoạch định chính sách ra quyết định chọn lựa chọn khơng gian bố trí cây
trồng trong sản xuất nơng nghiệp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.

Đánh giá thích nghi đất đai và bố trí sử dụng đất cho các loại hình sử dụng
đất nơng nghiệp (chỉ nghiên cứu phần trồng trọt) trên địa bàn huyện Cát Tiên
– tỉnh Lâm Đồng.
Nội dung nghiên cứu

5.
-

Lý thuyết về quy hoạch sử dụng đất: phƣơng pháp quy hoạch sử dụng đất
non-FAO của GTZ để áp dụng trong luận văn.

-

Phân tích khơng gian trong GIS [53]: Ứng dụng đại số bản đồ (Map
Algebra), phân tích dữ liệu khơng gian để xử lý bản đồ đầu vào, đầu ra trong
môi trƣờng raster GIS.

-

Nghiên cứu cấu trúc và sự vận hành của mơ hình CLUE-S

-

Tích hợp CLUE-S và GIS: thành lập bản đồ quy hoạch sử dụng đất
Phương pháp tiến hành

6.
-

Phương pháp kế thừa và tổng hợp: các lý thuyết về quy hoạch sử dụng đất,
đánh giá đất, bố trí sử dụng đất, phƣơng pháp thống kê, xây dựng mơ hình


5

hồi quy, lý thuyết về ra quyết định để từ đó xây dựng mơ hình tích hợp
CLUE-S và GIS hỗ trợ cho lập quy hoạch sử dụng đất.
-

Phương pháp chuyên gia: tham khảo ý kiến chuyên gia (Quy hoạch và ra
quyết định, khoa học đất, thống kê, công nghệ thông tin, mơ hình…) về các
vấn đề liên quan đến sử dụng đất.

7.

Thu thập và xử lý các tài liệu hiện có: Tài liệu về thổ nhƣỡng, địa hình, hiện
trạng sử dụng đất, ảnh mơ hình độ cao số có liên quan đến đánh giá đất đai.
Trong đó tài liệu về thổ nhƣỡng thu thập từ Phân viện Quy hoạch và Thiết kế
Nơng nghiệp. Bản đồ địa hình xử lý từ ảnh SRTM (nguồn từ USGS và

NASA). Tài liệu hiện trạng sử dụng đất thu thập từ Phịng Tài ngun và
Mơi trƣờng huyện Cát Tiên. Không gian quy hoạch đất nông nghiệp đƣợc
xác định khi phối hợp với Phòng Tài nguyên và Mơi trƣờng huyện Cát Tiên,
cùng các phịng ban chun môn khảo sát các quy hoạch ngành, thu thập ý
kiến, các góp ý và nguyện vọng của ngƣời dân.

8.

Sơ đồ nội dung nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu, các nội dung cần thiết phải nghiên cứu thể
hiện theo sơ đồ sau:


6

Lý thuyết quy hoạch sử dụng đất
Đánh giá thích nghi đất đai
Phân tích khơng gian vùng nghiên cứu trong mơi trƣờng GIS
Xây dựng bản đồ tính chất đất đai

Lựa chọn loại hình sử dụng đất

Xây dựng các mơ hình hồi quy Logistic trong ngôn ngữ R
Đánh giá kết quả mô hình hồi quy bằng đƣờng cong ROC

Bản đồ thích nghi đất đai

Bố trí sử dụng đất
Luật ra quyết định

Phân tích hiện trạng và
biến động sử dụng đất

Xác định diện tích, ranh giới
phân định đất nơng nghiệp

Phân tích Markov
(tần suất chuyển đổi SDĐ)

Nhu cầu

Thủ tục bố trí sử dụng đất

Cài đặt các tham

sử dụng đất

trong CLUE-S

số trong mơ hình
CLUE-S

Bản đồ quy hoạch sử dụng đất
Hình 0.1: Sơ đồ các nội dung cần nghiên cứu


7

PHẦN 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

8

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất

Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến quy hoạch sử dụng đất làm cơ sở cho xác
định hƣớng nghiên cứu của đề tài. Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất liên quan
đến 3 nhóm vấn đề chính: (i) các phƣơng pháp quy hoạch sử dụng đất, (ii) các
phƣơng pháp đánh giá đất đai và (iii) bố trí sử dụng đất.
1.1.1. Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất
Năm 1993 là mốc thời gian quan trọng trong tiến trình phát triển của các phƣơng
pháp quy hoạch sử dụng đất khi FAO đƣa ra Hƣớng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất
(FAO 1993a) [11]. Do vậy có thể phân loại các phƣơng pháp quy hoạch sử dụng đất
nhƣ sau: (i) các phƣơng pháp của FAO (kể từ khi có FAO, 1993a), (ii) các phƣơng
pháp non-FAO.
(i) Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất của FAO:
Năm 1993, FAO đã công bố cuốn sách Hƣớng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất
(Guideline for Land use Planning, FAO, 1993a [11]), đây là bƣớc phát triển mới
trong công tác lập quy hoạch sử dụng đất. Nội dung của FAO (1993a) gồm đánh giá
thích nghi đất đai và đánh giá các yếu tố kinh tế - xã hội. Tài nguyên đất đai cho
phép xác định tiềm năng đất đai, sử dụng đất phụ thuộc vào định hƣớng phát triển
kinh tế xã hội. FAO 1993a ra đời dựa trên phƣơng pháp tiếp cận từ trên - xuống
(top-down) với hƣớng dẫn cụ thể là QHSDĐ cần tiến hành theo 10 bƣớc :

Hình 1.1: Các bƣớc thực hiện quy hoạch sử dụng đất (FAO, 1993a)

9

FAO cập nhật phiên bản FAO 1993b - FESLM [12] có bổ sung các yếu tố bền vững
đƣợc đƣa vào xem xét trong quá trình đánh giá đất đai. Năm 1995, FAO chính thức
đƣa ra hƣớng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất bền vững nhƣng hƣớng tiếp cận vẫn là
từ trên – xuống (top – down) [15]. Năm 1996, FAO giới thiệu phƣơng pháp lập quy
hoạch tổng hợp (intergrated planning) là hƣớng tiếp cận mới trong quy hoạch sử
dụng đất(FAO|UNEP,1996)[16]. Năm 1999, quan điểm về quy hoạch tổng hợp
đƣợc thống nhất trong cuốn hƣớng dẫn Integrated Planning for Sustainable
Management Land Resources – IPSMLR (FAO|UNEP, 1999a) [17], khi đã tích hợp
các phƣơng pháp QHSDĐ bền vững của FAO với hƣớng tiếp cận từ trên – xuống
kết hợp với phƣơng pháp QHSDĐ có sự tham gia của ngƣời dân (PLUP) với hƣớng
tiếp cận từ dƣới – lên (bottom – up).
So với hƣớng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất đầu tiên (FAO, 1993a), đến nay FAO
đã có nhiều cải tiến trong phƣơng pháp tiếp cận: (i) kết hợp cả 2 hƣớng tiếp cận từ
trên xuống ( top – down) và từ dƣới lên (bottom – up) có sự tham gia của các đối
tƣợng sử dụng đất, và (ii) tiếp cận đa mục tiêu (theo hƣớng bền vững: xem xét đồng
thời các yếu tố về kinh tế - xã hội, môi trƣờng) (Định, 2011) [21].
(ii) Các phương pháp non-FAO: các phƣơng pháp dùng để nhấn mạnh một số lĩnh
vực nhƣ phân vùng nông nghiệp (Wisconsin – Hoa Kỳ), bảo vệ tài nguyên đất đai,
cân bằng nƣớc, dựa vào mức độ thích nghi đất đai để đề xuất sử dụng đất [10].
GTZ(1999) [9] đã phát triển hệ thống các phƣơng pháp lập quy hoạch sử dụng đất
tổng hợp, trong đó có sự tham gia của ngƣời dân (Participatory Land Use Planning
– PLUP). PLUP trở thành hệ thống phƣơng pháp có tính khả thi cao trong việc quy
hoạch, phù hợp với yêu cầu của ngƣời dân.
Kết luận: Với hướng nghiên cứu trong luận văn này (trong cơng đoạn đánh giá
thích nghi đất đai) là đi sâu vào phân tích mối tương quan về khơng gian giữa các
loại cây trồng và các tính chất đất đai. Điều đó có nghĩa là tìm mối quan hệ về lịch
sử canh tác với tài nguyên đất đai trong vùng nghiên cứu, cụ thể xem mức độ thích
nghi về sinh thái của mỗi loại cây trồng với các tính chất đất đai theo không gian

phân bố. Theo cách phân tích đó, thì sự tham gia của người dân là yếu tố quan
trọng. Phương pháp lập quy hoạch GTZ và FAO|UNEP, 1999a đều có sự tham gia


10

của người dân, tuy nhiên không thể áp dụng phương pháp lập QHSDĐ theo FAO
1999a vì phương pháp đánh giá đất đai là khơng phù hợp. Chỉ có phương pháp lập
quy hoạch của GTZ là thích hợp nhất trong hồn cảnh của nghiên cứu này.
1.1.2. Các phương pháp đánh giá đất đai (Land Evaluation)
Theo FAO (2007)[13], quá trình phát triển các phƣơng pháp đánh giá đất đai có thể
chia làm 3 giai đoạn: (i) Trƣớc khi có phƣơng pháp đánh giá đất đai (FAO, 1976),
(ii) Các phƣơng pháp của FAO (FAO 1976, FAO 2007), (iii) Các phƣơng pháp
khác FAO kể từ khi có FAO (1976)[6].
(i)

Các phương pháp trước FAO (1976)

Khoảng giữa thế kỷ 20, việc đánh giá khả năng sử dụng đất đƣợc xem nhƣ là bƣớc
nghiên cứu kế tiếp của công tác nghiên cứu đặc điểm đất (soil). Những nghiên cứu
và các hệ thống đánh giá đất đai sau đây khá phổ biến:
-

Phân loại khả năng đất có tƣới (Irrigation land suitability classification) của

Cục cải tạo đất đai – Bộ Nội vụ Mỹ (USBR) biên soạn năm 1951. Trong phân loại
này, ngoài đặc điểm đất đai, một số chỉ tiêu kinh tế cũng được xem xét nhưng giới
hạn trong phạm vi thủy lợi. (Định, 2011)[21].
-

Phân hạng khả năng đất đai (The land capability classification) do Cơ quan

bảo vệ đất – Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) soạn, 1961. Mặc dù hệ thống này đƣợc
xây dựng nhằm áp dụng trong nƣớc Mỹ nhƣng các nguyên lý của nó đƣợc áp dụng
ở nhiều nƣớc. Trong đó, phân hạng đất đai chủ yếu dựa vào những hạn chế của đất
đai gây trở ngại đến sử dụng đất, những hạn chế khó khắc phục cần phải đầu tƣ về
vốn, lao động, kỹ thuật,… mới có thể khắc phục đƣợc. Hạn chế đƣợc chia thành 2
mức: hạn chế tức thời và hạn chế lâu dài. Đất đai đƣợc xếp hạng chủ yếu dựa vào
hạn chế lâu dài (vĩnh viễn). Hệ thống đánh giá đất đai chia ra làm 3 cấp: lớp (class),
lớp phụ (sub-class) và đơn vị (unit). Đất đai đƣợc chia làm 8 lớp và những hạn chế
tăng dần từ lớp I đến lớp VIII, từ lớp I đến lớp IV có khả năng sử dụng cho nônglâm nghiệp, lớp V đến lớp VII chỉ có thể sử dụng cho lâm nghiệp, lớp VIII chỉ sử
dụng cho các mục đích khác (Davidson, 1992) [20].
Kết luận: Đây là một trong những cách tiếp cận trong đánh giá đất đai, có quan
tâm đến các yếu tố hạn chế và hướng khắc phục các hạn chế, nhưng chưa xét đến


11

vấn đề kinh tế-xã hội ảnh hưởng đến sử dụng đất.(Định, 2011) [21], cũng như
không thể xem xét mối tương quan về khơng gian giữa các loại hình sử dụng đất và
các tính chất đất đai, do vậy khơng phù hợp trong nghiên cứu này.
(ii)

Phương pháp đánh giá thích nghi đất đai của FAO

Sau Hội nghị về Môi trƣờng và Phát triển của Liên hiệp quốc (UNCED) tổ chức tại
Rio de Janero – Brazil (Tháng 8 /1992), yếu tố bền vững đƣợc đƣa vào các ấn phẩm
cũng nhƣ các dự án của FAO. Năm 1993, FAO cho ra đời “Khung đánh giá đất đai
phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững (An International Framework for
Evaluating Sustanable Land Management – FESLM, 1993b) [12]. Trong đó nhấn

mạnh quan điểm sử dụng đất bền vững, và yếu tố bền vững đƣợc xem xét trong q
trình đánh giá thích nghi đất đai.(Định, 2011) [25].
Ấn bản về đánh giá đất của FAO (2007) [13] nêu quan điểm “đánh giá thích nghi
đất đai trên cơ sở bền vững”, có nghĩa là mục tiêu chính của đánh giá đất đai (Land
Evaluation) là phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững (Sustainble Land
Management – SLM)[100].
Nhận xét: Phương pháp đánh giá thích nghi đất đai FAO 2007 là phương pháp tiên
tiến, nhưng cũng không thể xem xét mối tương quan về không gian giữa các loại
hình sử dụng đất và các tính chất đất đai, do vậy không phù hợp trong nghiên cứu
này.
(iii)

Các phương pháp đánh giá thích nghi khác FAO (Non-FAO)

(a).

Phương pháp thống kê - hồi quy Logistic trong đánh giá đất

Phƣơng pháp thống kê (Rossiter, 1994) [30] đƣợc sử dụng trong đánh giá thích nghi
đất đai khi quan sát sự phân bố theo khơng gian của các LUTs với các lớp tính chất
đất nhằm tìm ra mối quan hệ thơng qua mơ hình hồi quy tuyến tính tổng quát
(Generalized Linear Model – GLM). Ngày nay, phƣơng pháp này dần đƣợc sử dụng
phổ biến vì sự phát triển của máy tính và các phƣơng pháp thu thập dữ liệu (nhƣ ảnh
viễn thám,…) với lƣợng dữ liệu rất lớn cho phép áp dụng nó để tìm mối quan hệ
tƣơng quan giữa loại hình sử dụng đất (LUT) xuất hiện, phân bổ không gian (hiện
trạng hay quá khứ) và các lớp nhân tố đất đai thông qua phƣơng pháp hồi quy trong
xác suất thống kê.


12

Nguyên tắc của việc đánh giá thích nghi đất đai theo phƣơng pháp thống kê kinh
nghiệm là dựa vào quan sát sự phân bố không gian giữa lớp LUT và các lớp nhân tố
liên quan ở hiện tại hay quá khứ, từ đó tìm ra mối quan hệ thơng qua các tham số từ
mơ hình hồi quy. Dựa trên quan điểm sự xuất hiện, phân bố của một loại hình LUT
là phù hợp với các lớp nhân tố (trong hiện tại và q khứ) từ đó đề xuất sự thích
nghi theo không gian cho từng LUT thông qua bản đồ thích nghi mà đơn vị tính là
xác xuất xuất hiện của LUT đó trên từng vị trí.
Ở phƣơng pháp này, việc áp dụng lý thuyết về xác xuất – thống kê nhằm tạo ra bản
đồ thích nghi đất đai cho từng LUT. Bản đồ xác suất của mỗi LUT thể hiện đƣợc
khả năng thích nghi tại tất cả các vị trí trong khu vực nghiên cứu. Theo đó, trên bản
đồ xác suất của mỗi LUT, ở các vị trí (cell i) có giá trị pi càng tiến về 1 thì khả năng
thích nghi càng cao, ngƣợc lại ở các vị trí có giá trị pi càng tiến về 0 thì khả năng
thích nghi càng thấp. Tóm lại là ở những vị trí (cell i) có năng suất càng cao thì p i
càng lớn và ngƣợc lại.
Ƣu điểm của phƣơng pháp thống kê trong đánh giá thích nghi đất đai [30]:
Ƣu điểm:
1. Do sử dụng dữ liệu từ quan sát thực tế, do có tính khách quan.
2. Lấy mẫu ngẫu nhiên trên toàn vùng nghiên cứu nên nên kết quả dự đốn có
độ tin cậy cao.
3. Các dự đốn này trên là biến liên tục, cho phép phân biệt tốt với đủ dữ liệu.
4. Tài nguyên đất đai, cụ thể là các tính chất đất đai chính là các biến dự đoán,
là các nhân tố ảnh hƣởng đến sự phân bố của các loại hình sử dụng đất.
5. Trong thống kê có rất nhiều các phƣơng pháp phân tích, có thể nói thống kê
cũng là một phƣơng tiện để chúng ta suy nghĩ, diễn đạt chuyên sâu hơn nhằm tìm
ra nhiều câu trả lời mà các phƣơng pháp khác không đáp ứng đƣợc. [31]
6. Mỗi dự đoán đều đi kèm theo một ƣớc tính độ tin cậy.
(b). Các phương pháp định lượng
Phƣơng pháp tham số (Sys et al, 1991; Orhan Dengiz, 2005); phƣơng pháp đánh giá
đa tiêu chuẩn (Pereira và Duckstein, 1993; Janskowski, 1995; Simonovic, 1997;

Malczewski, 1999; Jiang và Eastman, 2000); GIS và kỹ thuật AHP trong đánh giá


13

bền vững tài nguyên đất đai (Lê Cảnh Định, Phạm Quang Khánh, 2005) [32]; mơ
hình LEFSA (Land Evaluation and Farming System Analysis) dùng trong đánh giá
hệ thống nông nghiệp, lựa chọn LUS bền vững ở mức trang trại. (Bouman et al.,
1998). Các phƣơng pháp này, việc tổng hợp các yếu tố khác nhau không theo
nguyên tắc hạn chế lớn nhất (FAO, 1976) mà lƣợng hóa các yếu tố và tính trung
bình trọng số các yếu tố (

), sau đó phân loại giá trị thích nghi (Si)

để xác định cấp thích nghi (S1,S2,S3,N).
Phƣơng pháp này thể hiện sự tƣơng tác các yếu tố trong đánh giá thích nghi đất đai.
Bảng 1.1. Bảng so sánh phƣơng pháp đánh giá đất đai:
Phƣơng pháp hạn chế
lớn nhất của FAO
(1976)(Định, 2011)
[21]
+ Phƣơng pháp định
tính
+ Khơng có sự tƣơng
tác giữa các yếu tố,
yếu tố hạn chế lớn
nhất quyết định đến
thích nghi, nên trong
kết quả thích nghi
khơng chứa yếu tố

thích nghi thấp hơn,
do vậy đề xuất sử
dụng đất an toàn hơn.
Phƣơng pháp phù hợp
cho những vùng mới
phát triển hoặc những
vùng ít khan hiếm về
tài nguyên đất đai.

Phƣơng pháp phân tích
Phƣơng pháp phân tích
thống kê hồi quy Logistic
định lƣợng (Định, 2011)
(phƣơng pháp áp dụng trong
[21]
đề tài)
+ Phƣơng pháp định lƣợng
+ Phƣơng pháp thống kê,
ƣớc tính.
+ Có sự tƣơng tác giữa các + Kết quả thích nghi thể
yếu tố, mức độ ảnh hƣởng hiện thông qua xác suất xuất
các yếu tố đến kết quả thích hiện của loại hình sử dụng
nghi thông qua trọng số, nên đất tại mỗi cell. Phƣơng
trong kết quả thích nhi có pháp này phù hợp cho vùng
chứa yếu tố thích nghi thấp đã phát triển, đã có sự phân
hơn, do đó đề xuất sử dụng bố của các LUT, rất phù
có rủi ro cao hơn. Trong hợp nếu trong vùng cần có
trƣờng hợp thiếu đất, phải quy hoạch tái cơ cấu và
tìm kiếm thêm tài nguyên không bổ sung LUT mới.
đất đai cho sản xuất thì Trong trƣờng hợp cần bố trí

phƣơng pháp này phù hợp LUT mới thì phƣơng pháp
hơn.
này khơng phù hợp.

+ Có yếu tố hạn chế + Khó khăn khi quyết định
nên dễ dàng ra chính cải tạo đất do khơng có yếu
sách cải tạo đất (khắc tố hạn chế.
phục yếu tố hạn chế)

+ Bằng các phân tích thống
kê, ƣớc tính đƣợc tầm quan
trọng của từng yếu tố, qua
đó biết đƣợc yếu tố nào ảnh
hƣởng đến mỗi LUT trong
vùng nghiên cứu.