Ứng dụng viễn thám và gis đánh giá xói mòn đất do mưa trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại thành phố uông bí, tỉnh quảng ninh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH

NGUYỄN THỊ TRANG

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT
DO MƯA TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI
THÀNH PHỐ NG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

HÀ NỘI - 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH

NGUYỄN THỊ TRANG

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT
DO MƯA TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI
THÀNH PHỐ NG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chun ngành: Biến đổi khí hậu
Mã số: 8900201.01QTD

Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn

HÀ NỘI - 2020

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu do cá nhân tơi thực
hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Phi Sơn. Luận văn khơng sao
chép các cơng trình nghiên cứu của người khác. Một số số liệu của luận văn có
trích dẫn kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu ứng dụng công
nghệ hiện đại trong xây dựng mơ hình quản lý biến động tài ngun, hồn thiện
công cụ quản lý và nâng cao năng lực giám sát biến động sử dụng đất” mã số
BĐKH10/16-20 do tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn làm chủ nhiệm đề tài. Kết quả của luận
văn chưa từng được công bố ở bất kì một cơng trình khoa học nào khác.
Các thơng tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được
trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách.
Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận
văn.
Tác giả

Nguyễn Thị Trang

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Biến đổi khí hậu “Ứng dụng viễn thám và
GIS đánh giá xói mịn đất do mưa trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại thành phố
ng Bí, tỉnh Quảng Ninh” đã hồn thành tháng 11 năm 2020. Trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều
sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và gia đình.
Trước hết tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Phi
Sơn đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu, sử dụng dữ liệu
và hồn thành luận văn. Đồng thời, cảm ơn sự cho phép sử dụng số liệu của đề tài

cấp nhà nước: “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hiện đại trong xây dựng mơ hình
quản lý biến động tài ngun, hồn thiện cơng cụ quản lý và nâng cao năng lực
giám sát biến động sử dụng đất” mã số BĐKH10/16-20 do tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn
làm chủ nhiệm đề tài.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Quý thầy cô giáo Khoa các khoa
học liên ngành - Trường Đại học Đại học Quốc gia Hà Nội đã giảng dạy, truyền
đạt kiến thức, tạo điều kiện và hướng dẫn trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn tới các cán bộ thuộc Trung tâm Lưu trữ dữ
liệu Khí tượng Thủy văn Hà Nội, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi
khí hậu, Sở Tài nguyên và Môi trường Tỉnh Quảng Ninh đã hỗ trợ tài liệu và đóng
góp ý kiến cho một số nội dung của luận văn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo mọi điều
kiện để tác giả có thể hồn thành luận văn này.
Trong khuôn khổ một luận văn, do sự giới hạn về thời gian và kinh nghiệm
nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tác giả rất mong nhận được ý kiến
đóng góp q báu của thầy cơ và các bạn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2020
Tác giả

Nguyễn Thị Trang

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii

MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... v
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 4
1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu, kịch bản biến đổi khí hậu ................................. 4
1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý ....................... 8
1.2.1. Khái quát về công nghệ viễn thám ............................................................................... 8
1.2.2. Khái quát về hệ thống thông tin địa lý ...................................................................... 10
1.3. Tổng quan về nghiên cứu xói mịn đất ............................................................ 14
1.3.1. Khái niệm xói mịn đất .................................................................................................. 14
1.3.2. Tổng quan về phân loại xói mịn đất .......................................................................... 14
1.3.3. Tổng quan nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới và tại Việt Nam ................... 15
1.4. Phương trình mất đất tổng quát USLE ............................................................ 19
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ
THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ XĨI MỊN ĐẤT
HIỆN TRẠNG VÀ THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU .............................. 21
2.1. Nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong thành lập bản đồ xói mịn đất do mưa ........ 21
2.1.1. Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ hệ số C ....................................................... 21
2.1.2. Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ hệ số P ........................................................ 22
2.2. Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thông tin địa lý trong thành lập bản đồ xói mịn
đất do mưa ............................................................................................................. 23
2.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu ....................................................................... 24
2.3.1. Điều kiện tự nhiên........................................................................................................... 24
2.3.2. Các nguồn tài nguyên..................................................................................................... 26
2.3.3. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội......................................................................... 28
2.4. Tác động của biến đổi khí hậu và kịch bản biến đổi khí hậu tại thành phố ng
Bí, tỉnh Quảng Ninh .............................................................................................. 29
iii

CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ ĐẤT BỊ XĨI MỊN DO MƯA TẠI THÀNH PHỐ
NG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH ......................................................................... 31
3.1. Xây dựng bản đồ xói mịn đất dựa trên các chỉ số của kịch bản biến đổi khí hậu
2016-2035 ............................................................................................................. 31
3.2. Thành lập bản đồ xói mịn đất hiện trạng do mưa tại thành phố ng Bí, tỉnh
Quảng Ninh ........................................................................................................... 32
3.2.1. Bản đồ hệ số xói mịn do mưa (R) .............................................................................. 33
3.2.2. Bản đồ hệ số chiều dài sườn dốc (L) và hệ số độ dốc (S) .................................... 36
3.2.3. Bản đồ hệ số xói mịn của đất (K) .............................................................................. 40
3.2.4. Bản đồ hệ số che phủ và quản lý đất (C) .................................................................. 47
3.2.5. Bản đồ hệ số do áp dụng các biện pháp canh tác, bảo vệ đất (P) ....................... 49
3.2.6. Tổng hợp bản đồ xói mịn ............................................................................................. 54
3.3. Kết quả xác định diện tích đất bị xói mịn do mưa .......................................... 58
3.3.1. Kết quả xác định diện tích đất bị xói mịn do mưa theo mức độ ........................ 58
3.3.1. Kết quả xác định đất bị xói mịn do mưa theo đơn vị hành chính ..................... 59
3.4. Thành lập bản đồ xói mịn đất do mưa thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh
theo kịch bản biến đổi khí hậu (2016-2035) ........................................................... 62
3.5. Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới mức độ xói mịn đất do mưa cho
thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh .................................................................... 67
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................................................................ 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 70

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
A1B

Kịch bản phát thải trung bình

A1FI

Kịch bản phát thải cao nhất

A2

Kịch bản phát thải cao

AR4

Báo cáo đánh giá lần thứ 4 của IPCC (Fourth Assesment Report)

AR5

Báo cáo đánh giá lần thứ 5 của IPCC (Fifth Assesment Report)

ArcGIS

Dịng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thơng tin địa lý (GIS) của ESRI

B1

Kịch bản phát thải thấp

B2

Kịch bản phát thải trung bình

BĐKH

Biến đổi khí hậu

C

Hệ số che phủ và quản lý đất

CBCC

Dự án Tăng cường năng lực quốc gia ứng phó với Biến đổi khí
hậu tại Việt Nam, giảm nhẹ tác động và kiểm sốt phát thải khí
nhà kính

CBICS

Dự án tăng cường năng lực thực hiện chiến lược quốc gia về biến
đổi khí hậu (Capacity Building and support to the Implementaion
of the NationalClimate Change Strategy Project)

DBMS

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu.

DBMS

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

DEM

Mô hình số độ cao

GDEM

phương pháp mơ hình

GIS

Hệ thống thơng tin địa lý (Geographic Information System)

IPCC

Ủy

ban

liên chính

phủ

về

biến đổi

khí

hậu (The

Intergovernmental Panel on Climate Change)
K

Hệ số kháng xói mịn của đất (Kg.h/KJ.mm)

L

Hệ số chiều dài sườn dốc

NDVI

Giá trị Tính chỉ số thực vật

OC

Hàm lượng carbon hữu cơ

OM

Q trình chuyển hóa chất hữu cơ

OOA

phương pháp giải đoán ảnh viễn thám hướng đối tượng

P

Hệ số canh tác bảo vệ đất

R

hệ số xói mịn do mưa (KJ.mm/m2.h.năm)

RCM

Mơ hình hồn lưu chung khí quyển

RCP4.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp
v


S

Hệ số độ dốc

SWAT

Mơ hình thủy văn

USLE

Phương trình mất đất phổ dụng

VNREDSAT-1

Vệ tinh quang học quan sát Trái Đất (Vietnam Natural
Resources, Environment and Disaster-monitoring Satellite-1)

vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống viễn thám ................................................................................. 9
Hình 1.2. Hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh ........................................................... 10
Hình 1.3. Cấu trúc hệ thống thông tin địa lý .......................................................... 11
Hình 2.1. Ảnh tổ hợp màu tự nhiên từ ảnh vệ tinh Landsat ................................... 35
Hình 2.2. Bản đồ chỉ số thực vật Thành phố ng Bí ............................................ 22
Hình 2.3. Quy trình ứng dụng hệ thống thơng tin địa lý thành lập bản đồ xói mịn
đất ........................................................................................................................ 23
Hình 2.4. Vị trí địa lý Thành phố ng Bí ............................................................. 24
Hình 3.1. Quy trình xây dựng bản đồ hiện trạng xói mịn đất do mưa ................... 32
Hình 3.2. Quy trình tính hệ số R ........................................................................... 33
Hình 3.3. Nội suy hệ số R bằng Spatial Analyst Tool trong ArcGIS ...................... 34
Hình 3.4. Bản đồ hệ số mưa thành phố ng Bí ................................................... 35
Hình 3.5. Quy trình thành lập hệ số độ dốc và chiều dài sườn dốc (LS) ...................... 36
Hình 3.6. Tính độ dốc từ mơ hình số độ cao (DEM) ................................................. 37
Hình 3.7. Kết quả xử lý DEM ................................................................................. 37
Hình 3.8. Kết quả tính hướng dịng chảy (Flow Direction) ..................................... 37
Hình 3.9. Tính dịng chảy tích lũy bằng Flow Accumulation trong ArcGIS ........... 38
Hình 3.10. Tính hệ số LS ....................................................................................... 39
Hình 3.11. Bản đồ hệ số LS Thành phố ng Bí ................................................... 39
Hình 3.12. Tam giác cấu trúc đất ........................................................................... 41
Hình 3.12. Bản đồ hệ số K của Thành phố ng Bí............................................... 46
Hình 3.13. Bản đồ hệ số C của Thành phố Uông Bí ............................................... 49
Hình 3.14. Bản đồ lớp phủ Thành phố ng Bí 2017 Error!

Bookmark

not

defined.
Hình 3.15. Bản đồ hệ số P Thành phố ng Bí .................................................... 53
Hình 3.16. Tính tốn xói mịn bằng Raster Calculator .......................................... 54
Hình 3.17. Tính giá trị xói mịn đến từng khoanh vi đất bằng Zonal Statistics as
Table ................................................................................................................... 54
Hình 3.18. Bản đồ các điểm điều tra xói mịn Thành phố ng Bí, Quảng Ninh ... 55
Hình 3.19. Bản đồ xói mịn đất hiện trạng Thành phố ng Bí ................................... 57
Hình 3.20. Bản đồ hệ số mưa biến đổi theo kịch bản biến đổi khí hậu .................. 65
Hình 3.21. Bản đồ xói mịn của Thành phố ng Bí theo kịch bản BĐKH ........... 66
Hình 3.22. Bản đồ mức độ biến đổi xói mịn của Thành phố ng Bí………..…..68

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Phân cấp đánh giá đất bị xói mịn ...................................................................... 24
Bảng 2.2. Tài ngun khống sản của Thành phố ng Bí ........................................... 28
Bảng 2.3. Nguy cơ ngập vì nước biển dâng do biến đổi khí hậu tại Quảng Ninh .... 30
Bảng 3.1. Kết quả tính hệ số R cho từng trạm đo ............................................................ 34
Bảng 3.2. Bảng tính hệ số K cho các điểm mẫu ................................................................ 43
Bảng 3.3. Kết quả tính hệ số K đến các loại đất ................................................................ 45
Bảng 3.4. Hệ số C cho loại sử dụng đất Thành phố ng Bí ........................................ 47
Bảng 3.5. Hệ số P cho từng loại sử dụng đất Thành phố Uông Bí ................................... 50
Bảng 3.6. Hệ số P ....................................................................................................................... 52
Bảng 3.7. Thống kê diện tích xói mịn đất hiện trạng Thành phố ng Bí ............... 55
Bảng 3.8. Thơng số màu cho từng mức độ xói mịn ......................................................... 56
Bảng 3.9. Diện tích đất xói mịn ............................................................................................ 56
Bảng 3.10. Diện tích đất bị xói mịn do mưa theo loại sử dụng đất .................... 58
Bảng 3.11. Diện tích đất bị xói mịn do mưa theo loại đơn vị hành chính ......................... 61
Bảng 3.12. Lượng mưa biến đổi theo kịch bản biến đổi khí hậu 2016 .................... 62

Bảng 3.13. Hệ số R biến đổi theo kịch bản biến đổi khí hậu 2016.......................... 62
Bảng 3.14. Thống kê diện tích xói mịn đất theo kịch bản biến đổi khí hậu Thành
phố ng Bí ................................................................................................................................ 65
Bảng 3.15. Diện tích đất bị xói mịn theo kịch bản biến đổi khí hậu.......................69
Bảng 3.16. Diện tích đất bị xói mịn theo loại sử dụng đất.......................................70

viii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài nghiên cứu
Xói mịn đất là một quá trình xuất hiện một cách tự nhiên, ảnh hưởng tới tất cả
các dạng địa hình. Trong nơng nghiệp, xói mịn đất được hiểu là q trình mà lớp đất
mặt bị mang đi bởi lực tác động một cách tự nhiên của nước, gió hoặc do lực tác
động liên quan đến các hoạt động nông nghiệp như trồng trọt. Xói mịn đất làm giảm
năng suất mùa màng và q trình góp phần làm ơ nhiễm các nguồn nước, các vùng
đất ngập nước và hồ lân cận.
Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mịn đất có thể kể đến là khí hậu, địa hình, hoạt
động của con người, thảm thực vật, đất đai. Trong đó, yếu tố khí hậu nhất là lượng
mưa là yếu tố chính gây xói mịn đất. Ngồi ra, các yếu tố như nhiệt độ khơng khí, độ
ẩm hay tốc độ gió,… cũng ảnh hưởng lớn đến xói mịn đất.
Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng lớn của biến đổi khí hậu
(BĐKH), nước biển dâng. Từ năm 2009, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành
xây dựng kịch bản BĐKH và nước biển dâng nhằm kịp thời phục vụ các bộ, ngành
và các địa phương trong đánh giá tác động của BĐKH đến các ngành, lĩnh vực và
khu vực, đồng thời là cơ sở để phục vụ việc xây dựng chiến lược, quy hoạch, kế
hoạch phát triển kinh tế - xã hội giai đoạn 2010-2015. Mức độ chi tiết của các kịch
bản mới chỉ giới hạn cho 7 vùng khí hậu và dải ven biển Việt Nam. Năm 2011, Chiến
lược quốc gia về BĐKH được ban hành, xác định các mục tiêu ưu tiên cho từng giai
đoạn, theo đó Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cập nhật kịch bản BĐKH và nước

biển dâng dựa trên các nguồn dữ liệu, các điều kiện khí hậu cụ thể của Việt Nam và
các sản phẩm của các mơ hình khí hậu. Kịch bản khí hậu lần này được xây dựng chi
tiết đến cấp tỉnh, kịch bản nước biển dâng được chi tiết cho các khu vực ven biển
Việt Nam theo từng thập kỷ của thế kỷ 21. Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho
Việt Nam năm 2016 được cập nhật theo lộ trình đã được xác định trong Chiến lược
quốc gia về BĐKH, nhằm cung cấp những thông tin mới nhất về diễn biến, xu thế
biến đổi của khí hậu và nước biển dâng trong thời gian qua và trong thế kỷ 21.
Quảng Ninh là một tỉnh ven biển Việt Nam, vừa chịu ảnh hưởng của các yếu
tố khí hậu vừa chịu ảnh hưởng của vấn đề nước biển dâng, ng Bí là một trong số
các quận huyện, thành phố nằm trong số đó. Sử dụng đất một cách hiệu quả, bền
vững, giảm thiểu và thích ứng ứng với BĐKH là một trong những yêu cầu đầu tiên
trong quá trình xây dựng và phát triển.

1


Theo thông tư số 14/2012/TT-BTNMT ngày 26 tháng 11 năm 2012 của Bộ
trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định kỹ thuật điều tra thối hóa đất đã xác
định xói mịn đất do mưa là một trong 8 loại hình thối hóa đất cần phải điều tra đánh
giá. Đánh giá xói mịn đất do mưa là việc xác định lượng mất đất chảy xuống các
chân sườn dốc trung bình trong một năm trên một hecta. Việc xác định lượng mất đất
này sử dụng phương trình mất đất phổ dụng của Wishmeier & Smith, trong đó các
yếu tố tác động đến lượng đất chảy xuống chân sườn hàng năm là lượng mưa, hệ số
thấm của đất, độ dốc, chiều dài sườn, lớp phủ thực vật và biện pháp canh tác. Trong
đó lượng mưa là yếu tố tác động chính đến lượng mất đất hay nói cách khác lượng
mưa là yếu tố tác động đến mức độ xói mịn đất.
Thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh có địa hình chủ yếu là đồi núi, với
nhiều dãy núi cao ở phía Bắc và thấp dần xuống phía Nam; khí hậu vừa mang tính
chất khí hậu miền núi vừa mang tính chất khí hậu miền duyên hải với tổng lượng
mưa trung bình năm là 1.600 mm (cao nhất 2.200 mm). Đất lâm nghiệp (13.528 ha,

chiếm 43%), nhưng chủ yếu là rừng nghèo. Địa hình độ dốc lớn với độ che phủ của
thảm thực vật thấp, ngồi ra, thành phố ng Bí phát triển mạnh ngành khai thác
than và khoảng sản nên kết cấu đất nơi đây rất dễ bị suy yếu. Tài nguyên đất sẽ bị xói
mịn rất lớn khi mưa. Do đó, việc đánh giá, dự báo, xây dựng bản đồ xói mòn đất do
mưa là rất cần thiết để lập kế hoạch quản lý và sử dụng tài nguyên đất. Đồng thời,
đây cũng là căn cứ khoa học để các nhà quản lý đề ra phương án khai thác hợp lý tài
ngun thiên nhiên, tài ngun khống sản mà khơng gây ảnh hưởng tiêu cực đến
môi trường.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Thông qua ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ xói mịn đất do mưa
theo các chỉ số hiện trạng và theo kịch bản BĐKH (bản cập nhật năm 2016) khu vực
Thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh.
- Đánh giá, so sánh mức độ xói mịn đất do mưa theo kịch bản BĐKH với mức
độ xói mịn đất do mưa hiện trạng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu ở đề tài này là mối quan hệ giữa BĐKH với mức độ xói
mịn đất.
Phạm vi về nội dung nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của lượng mưa tới
mức độ xói mịn đất. Phạm vi về quy mô, không gian, thời gian: nghiên cứu sẽ đánh
2


giá ảnh hưởng của BĐKH tới xói mịn đất tại Thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh
theo kịch bản BĐKH (bản cập nhật năm 2016) so với hiện trạng.
4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu
- Tổng quan về BĐKH.
- Giới thiệu một số vấn đề chính của kịch bản BĐKH phiên bản năm 2016.
- Khái niệm xói mịn đất.
- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến xói mịn đất.

- Khái qt về viễn thám và GIS.
- Thực trạng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá ảnh hưởng của
BĐKH tới xói mịn đất trên thế giới và tại Việt Nam.
Nội dung 2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá ảnh hưởng
của BĐKH tới xói mịn đất
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng cơng nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ
xói mịn đất.
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng GIS trong thành lập bản đồ xói mịn đất.
Nội dung 3. Thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của BĐKH tới xói mịn đất thành phố
ng Bí, tỉnh Quảng Ninh
- Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội Thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh.
- Tình hình dữ liệu khu vực nghiên cứu.
- Thử nghiệm thành lập bản đồ xói mịn đất hiện trạng do mưa tại Thành phố
ng Bí, tỉnh Quảng Ninh.
- Thử nghiệm thành lập bản đồ xói mịn đất do mưa Thành phố ng Bí, tỉnh
Quảng Ninh theo kịch BĐKH phiên bản cập nhật năm 2016.
Nội dung 4. Kết luận và kiến nghị
- Đánh giá ảnh hưởng của BĐKH tới mức độ xói mịn đất do mưa cho Thành
phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về biến đổi khí hậu, kịch bản biến đổi khí hậu
Khí hậu là định nghĩa phổ biến về thời tiết trung bình trong khoảng thời gian

dài. Thời gian trung bình chuẩn để xét là 30 năm, nhưng có thể khác tùy theo mục

đích sử dụng. Khí hậu cũng bao gồm các số liệu thống kê theo ngày hoặc năm khác
nhau. Theo định nghĩa của Nhóm hội thảo đa quốc gia về biến đổi khí hậu (The
Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) thì khí hậu trong nghĩa hẹp
thường định nghĩa là "Thời tiết trung bình", hoặc chính xác hơn, là bảng thống kê
mơ tả định kì về ý nghĩa các sự thay đổi về số lượng có liên quan trong khoảng thời
gian khác nhau, từ hàng tháng cho đến hàng nghìn, hàng triệu năm. Khoảng thời
gian truyền thống là 30 năm, theo như định nghĩa của Tổ chức Khí tượng Thế giới
(World Meteorological Organization - WMO). Các số liệu thường xuyên được đưa
ra là các biến đổi về nhiệt độ, lượng mưa và gió. Khí hậu trong nghĩa rộng hơn là
một trạng thái, gồm thống kê mô tả của hệ thống khí hậu.
Theo IPCC (2007), BĐKH là sự biến đổi trạng thái của hệ thống khí hậu, có
thể được nhận biết qua sự biến đổi về trung bình và sự biến động của các thuộc tính
của nó, được duy trì trong một thời gian đủ dài, điển hình là hàng thập kỷ hoặc dài
hơn. Nói cách khác, BĐKH là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển,
thủy quyển, sinh quyển, thạch quyển, băng quyển hiện tại và trong tương lai bởi các
nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhất định tính bằng thập kỷ
hay hàng triệu năm. Một trong những biểu hiện là thay đổi thời tiết bình quân hay
thay đổi sự phân bố các sự kiện thời tiết quanh một mức trung bình. Ngun nhân
chính gây ra BĐKH là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà
kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như
sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. Cụ thể hơn, BĐKH
do 2 nguyên nhân chính là nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân con người (báo
cáo lần thứ tư -AR4). Các nguyên nhân tự nhiên được cho là những ngun nhân
nằm ngồi hệ thống khí hậu Trái đất cũng như do sự thay đổi bên trong và tương tác
giữa các thành phần của nó, bao gồm: Sự biến đổi của các tham số quĩ đạo Trái đất
(Độ lệch tâm là tham số phản ánh “độ méo” của quĩ đạo so với đường tròn; Độ
nghiêng của trục quay của Trái đất; Tiến động); Sự biến đổi trong phân bố lục địa biển của bề mặt Trái đất; Sự biến đổi trong tính chất phát xạ của mặt trời và hấp thụ
bức xạ của Trái đất. BĐKH cũng có thể có nguyên nhân từ hoạt động của con
người. Từ năm 1750 (thời kỳ tiền công nghiệp), để phát triển kinh tế, con người đã
đốt rừng làm nương rẫy, chặt cây lấy củi, khai thác tài nguyên, xây dựng các nhà

4


máy, xí nghiệp, sử dụngnhiều năng lượng hóa thạch (than, dầu, khí đốt), những việc
đó đã thải vào khí quyển càng nhiều các chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm gia
tăng hiệu ứng nhà kính của khí quyển, dẫn đến tăng nhiệt độ của Trái đất.
Theo các chuyên gia, nhiệt độ khơng khí bề mặt Trái đất đã tăng lên trung
bình khoảng 0,6 °C trong 100 năm qua. Sự tăng lên của nhiệt độ trung bình tồn
cầu, dấu hiệu của sự BĐKH Trái đất, đã tác động đến môi trường tự nhiên, kinh tế xã hội. Trong thế kỷ 20, mực nước biển đã dâng lên khoảng 15cm do băng tan và sự
giãn nở vì nhiệt của nước biển. Sự tan băng có thể làm biến đổi hồn lưu đại dương,
thúc đẩy nhanh hơn sự nóng lên ở các vùng lạnh giá.Hơn 100 năm qua, các sông
băng trên núi đã giảm đi đáng kể về phạm vi và khối lượng. Các sự kiện mưa lớn
tăng lên ở một số vùng làm gia tăng thiên tai lũ lụt. Nhiệt độ tăng cao hơn làm tăng
cường độ bốc hơi và gia tăng hạn hán ở một số vùng trên thế giới. Tần suất và
cường độ bão mạnh, nhất là bão nhiệt đới, có xu hướng gia tăng có thể liên quan
đến sự nóng lên tồn cầu. Sóng nóng và các đợt nắng nóng đang trở thành hiện
tượng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới (Phạm Văn Cự, 2010).
Trong những năm gần đây, khắp các châu lục của thế giới đang phải đối mặt
và chống chọi với các hiện tượng thời tiết cực đoan: lũ lụt, khơ hạn, nắng nóng. Tại
Trung Quốc, lũ lụt và lở đất đã giết chết hơn 3000 người và khiến 12 triệu người
phải rời bỏ nhà cửa. Vùng Tây nam Trung Quốc cũng đã phải chống trọi với một
trận khô hạn được coi là tồi tệ nhất trong vịng một thế kỷ và sau đó vùng đất khô
hạn này lại bị lũ lụt tàn phá.
Pakistan là đất nước Châu Á khác cũng đang phải gánh chịu những hậu quả
tàn khốc của thiên tai với trận lụt tồi tệ nhất kể từ năm 1929. Cơn mưa dữ dội cuối
tháng 7 năm 2010 khiến mực nước sông Indus dâng cao, nhấn chìm một vùng lãnh
thổ rộng lớn của Pakistan, khiến ít nhất 1.600 bỏ mạng, hơn 2 triệu người mất nhà ở
và khoảng 20 triệu người chịu ảnh hưởng.
Tại Châu Phi, hạn hán khiến tình trạng đói nghèo thêm trầm trọng, ảnh
hưởng tới 10 triệu người ở 4 quốc gia Tây Phi. Tại Niger, đất nước bị ảnh hưởng

sâu sắc nhất, 7,1 triệu người chịu cảnh đói ăn vì mất gia súc và mùa màng trong khi
giá ngũ cốc leo thang gấp đơi. Trong khi đó, mưa dữ dội đã phá hủy hoa màu và
khiến tình hình sản xuất các loại ngũ cốc ở các quốc gia Tây Phi bị ảnh hưởng
nghiêm trọng, kể cả nước láng giềng Chad và Nigeria.
Châu Mỹ: lũ lụt và sạt lở đất đã diễn ra tại Rio de Jaaneiro của Brazil khiến
212 người bỏ mạng. Lũ lụt một lần nữa hoành hành trở lại ở các bang Alagoas và
Pernambuco của Ấn Độ, khiến ít nhất 1000 người mất tích.

5


Châu Âu: Các nước miền Trung và Đông Âu như Ba Lan, Đức, Hungary,
Slovakia cũng phải chịu đựng trận lũ tồi tệ nhất trong nhiều thập kỷ. Nước Anh thì
trải qua sáu tháng đầu năm khô hạn nhất kể từ năm 1929 trong khi nước Nga đang
chật vật đối phó với tình trạng cháy rừng trên diện rộng do khí hậu khơ nóng, gây
thiệt hại 200000 ha rừng.
Bắc Cực: một khối băng có diện tích 260 km vng được phát hiện đã tách
khỏi dịng sơng băng ở Greenland (Greenland Ice Sheet), phía sát Bắc Cực. Đây là
đảo băng lớn nhất tách ra ở Bắc Cực trong nửa thế kỷ quan sát. Các nhà khoa học
môi trường đã kết luận trong những nghiên cứu gần đây rằng Khối băng đảo
Greenland đang ngày càng cao lên do băng tan; vì khi lượng băng nằm trên lớp vỏ
bên ngoài Trái Đất bị tan ra, lớp vỏ bên dưới sẽ đẩy lên. Bằng cách đo lường sự
thay đổi này, các nhà khoa học có thể nhận biết được những sự thay đổi của các
khối băng và cách chúng khiến cho nước biển dâng như thế nào.
Kịch bản là hình ảnh của tương lai. Kịch bản khơng phải là kết quả dự đốn
haydự báo. Mỗi kịch bản là một bức tranh tưởng tượng dựa trên những suy luận có
căn cứkhoa học về sự phát triển của tương lai có thể xảy ra. Những hoạt động của
con người trong vài thập kỷ gần đây đã làm tăng đáng kể nồng độ các khí nhà kính
trong khí quyển, từ đó làm gia tăng nhiệt độ tồn cầu. Sự phát thải khí nhà kính do
hoạt động của con người được quyết định bởi nhiều yếu tố khác nhau, như sự tăng

dân số, sự phát triển kinh tế - xã hội và tiến bộ khoa học kỹ thuật, v.v. Do đó, nó có
thể có những biến động lớn trong tương lai. Với mục đích hỗ trợ cho việc phân tích,
đánh giá BĐKH và tác động của nó, tìm giải pháp thích ứng và giảm thiểu BĐKH,
các kịch bản phát thải khí nhà kính đã được ra đời. Kịch bản phát thải là một cơng
cụ hữu hiệu để phân tích ảnh hưởng của các nhân tố lên tình trạng phát thải, từ đó
đưa ra những “viễn cảnh” để lựa chọn cho tương lai. Các kịch bản phát thải khí nhà
kính được xây dựng dựa trên những thay đổi của các nhân tố như kinh tế, dân số,
chính trị hay cơng nghệ.
Các kịch bản phát thải là thành tố trung tâm của bất kỳ đánh giá BĐKH nào.
Phát thải khí nhà kính là yếu tố đầu vào cơ bản của các mơ hình khí hậu để đánh giá
BĐKH trong tương lai. Kết quả về BĐKH có thể xảy ra trong tương lai, cùng với
những nhân tố khác như phát triển kinh tế, tăng dân số và điều kiện môi trường đã
cung cấp những thông tin cơ bản cho phép đánh giá về những mối đe dọa, những
tác động xấu có thể xảy ra và cả những chiến lược thích ứng. Những nhân tố hình
thành kịch bản cũng đồng thời cung cấp cơ sở cho những đánh giá về chiến lược
giảm thiểu và xây dựng những chính sách để ứng phó với BĐKH.

6


Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam cung cấp những
thông tin cập nhật nhất về đánh giá những biểu hiện, xu thế biến đổi trong quá khứ,
kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21 ở Việt Nam. Kịch bản
biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam được Bộ Tài nguyên và Môi
trường công bố lần đầu vào năm 2009 trên cơ sở tổng hợp các nghiên cứu trong và
ngoài nước để kịp thời phục vụ các Bộ, ngành và các địa phương trong đánh giá tác
động của biến đổi khí hậu đến các ngành, lĩnh vực và khu vực, đồng thời là cơ sở để
phục vụ việc xây dựng chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội
giai đoạn 2010-2015. Mức độ chi tiết của các kịch bản mới chỉ giới hạn cho 7 vùng
khí hậu và dải ven biển Việt Nam. Năm 2011, Chiến lược quốc gia về biến đổi khí

hậu được ban hành, xác định các mục tiêu ưu tiên cho từng giai đoạn, theo đó Bộ
Tài nguyên và Mơi trường đã cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng
dựa trên các nguồn dữ liệu, các điều kiện khí hậu cụ thể của Việt Nam và các sản
phẩm của các mơ hình khí hậu. Kịch bản khí hậu lần này được xây dựng chi tiết đến
cấp tỉnh, kịch bản nước biển dâng được chi tiết cho các khu vực ven biển Việt Nam
theo từng thập kỷ của thế kỷ 21. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho
Việt Nam năm 2016 được cập nhật theo lộ trình đã được xác định trong Chiến lược
quốc gia về biến đổi khí hậu, nhằm cung cấp những thông tin mới nhất về diễn biến,
xu thế biến đổi của khí hậu và nước biển dâng trong thời gian qua và kịch bản biến
đổi khí hậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21 ở Việt Nam. Kịch bản biến đổi khí
hậu và nước biển dâng được xây dựng trên cơ sở Báo cáo đánh giá lần thứ 5 (AR5)
của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC); số liệu quan trắc khí tượng thủy
văn và mực nước biển cập nhật đến năm 2014, bản đồ số địa hình quốc gia cập nhật
đến năm 2016; xu thế biến đổi gần đây của khí hậu và nước biển dâng ở Việt Nam;
các mơ hình khí hậu tồn cầu và mơ hình khí hậu khu vực độ phân giải cao cho khu
vực Việt Nam, các mơ hình khí quyển - đại dương; các nghiên cứu của Viện Khoa
học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Hội đồng tư vấn của Ủy ban Quốc gia
về Biến đổi khí hậu và các cơ quan nghiên cứu của Việt Nam; các kết quả nghiên
cứu trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi
khí hậu với Cơ quan Phát triển Liên Hợp Quốc thông qua các dự án CBCC, CBICS;
Cơ quan Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Liên bang Úc; Trung tâm Nghiên
cứu Khí hậu Bjerknes của Na Uy; Cơ quan Khí tượng Vương quốc Anh; Viện
Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản,… Kịch bản biến đổi khí hậu xét đến sự biến đổi
trong thế kỷ 21 của các yếu tố khí hậu như nhiệt độ (nhiệt độ trung bình năm, mùa
và nhiệt độ cực trị), lượng mưa (mưa năm, mưa trong các mùa, mưa cực trị) và một

7


số hiện tượng khí hậu cực đoan (bão và áp thấp nhiệt đới, số ngày rét đậm, rét hại,

số ngày nắng nóng và hạn hán). Kịch bản nước biển dâng xét đến xu thế dâng cao
của mực nước biển trung bình do biến đổi khí hậu (giãn nở nhiệt và động lực; tan
băng của các sông băng, núi băng trên lục địa; cân bằng khối lượng bề mặt băng ở
Greenland; cân bằng khối lượng bề mặt băng ở Nam Cực; động lực băng ở
Greenland; động lực băng ở Nam Cực; thay đổi lượng trữ nước trên lục địa; và điều
chỉnh đẳng tĩnh băng). Bản đồ nguy cơ ngập được xây dựng dựa trên mực nước
biển dâng trung bình do biến đổi khí hậu. Các yếu tố động lực khác có liên quan
như sự nâng hạ địa chất, sự thay đổi địa hình, sụt lún đất do khai thác nước ngầm,
thay đổi đường bờ biển, ảnh hưởng của thủy triều, nước dâng do bão, nước dâng do
gió mùa, ảnh hưởng của các cơng trình thủy điện bậc thang, xâm nhập mặn,… chưa
được xét đến trong kịch bản này. Các cơng trình giao thông và thủy lợi như đê biển,
đê sông, đê bao, đường giao thông,… cũng chưa được xét đến khi xây dựng bản đồ
nguy cơ ngập do nước biển dâng.
1.2.

Tổng quan về công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý

1.2.1. Khái quát về công nghệ viễn thám
Viễn thám được hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông tin về
một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thơng qua việc phân tích tư liệu
thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này khơng có sự tiếp xúc
trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu. Mặc dù có
rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét
chung, nhấn mạnh “viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về đối
tượng, hiện tượng trên trái đất”.
Theo Schowengerdt, Robert A, Viễn thám được định nghĩa như là phép đo
lường các thuộc tính của đối tượng trên bề mặt trái đất sử dụng dữ liệu thu được từ
máy bay và vệ tinh (Schowengerdt, Robert A, 2007).
Theo Lê Trung Văn, Viễn thám được định nghĩa như là một khoa học nghiên
cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thơng tin của đối tượng (vật

thể) mà khơng có những tiếp xúc trực tiếp với chúng (Lê Văn Trung, 2010).
Hầu hết các đối tượng tự nhiên đều hấp thụ, phản xạ hay bức xạ sóng điện từ
với cường độ và theo những cách khác nhau. Các đặc trưng này thường được gọi là
đặc trưng phổ. Thông tin thu được trong viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng
lượng phản xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các
đối tượng tự nhiên đóng một vai trị hết sức quan trọng trong việc khai thác, ứng
dụng có hiệu quả các thơng tin thu được. Công nghệ viễn thám phát triển dựa trên
8


những thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật cũng như công nghệ vũ trụ, công
nghệ tin học…Với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan nhất.
Viễn thám được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau như quân
sự, địa chất, địa lý, khí tượng, thủy văn, mơi trường, nơng nghiệp.

Hình 1.1. Hệ thống viễn thám (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)
Theo bước sóng sử dụng, viễn thám có thể phân thành 3 loại cơ bản:
a. Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
Tư liệu viễn thám thu nhận được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu
vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và từ bề mặt trái đất. Vì vậy, các thông tin về vật
thể được xác định từ các phổ phản xạ (Radar sử dụng tia laze là trường hợp ngoại lệ
không sử dụng năng lượng mặt trời).
b. Viễn thám hồng ngoại nhiệt
Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể sinh ra.
c. Viễn thám siêu cao tần
Trong viễn thám siêu cao tần thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và
bị động. Viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể
phát ra được ghi lại, trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ,
tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.
Nguyên lý thu chụp thông tin viễn thám:

Dựa vào nguồn gốc của năng lượng điện từ được sử dụng trong quá trình thu
nhận ảnh vệ tinh, các hệ thống thu nhận được chia làm 2 loại: Hệ thống chủ động và
hệ thống bị động. Hệ thống bị động thu nhận ảnh vệ tinh dựa vào nguồn năng lượng
phát ra từ mặt trời. Năng lượng điện phát ra từ mặt trời truyền tới các đối tượng trên
9


bề mặt trái đất và sẽ được hấp thụ truyền tiếp hoặc phản xạ lại. Phần năng lượng
phản xạ lại sẽ được hệ thống thu nhận trên vệ tinh ghi lại và chuyển thành tín hiệu
số hay ảnh số.
Q trình thu nhận ảnh vệ tinh của hệ thống chủ động và bị động được minh
hoạ trên sơ đồ sau:

Hình 1.2. Hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)
Khác với hệ thống bị động, hệ thống chủ động sử dụng nguồn năng lượng
của chính nó để truyền tới các đối tượng trên bề mặt trái đất và ghi nhận phần năng
lượng phản xạ lại để chuyển thành tín hiệu số. Hệ thống viễn thám tiêu biểu là
radarsat.
Do đặc điểm chủ động về nguồn năng lượng nên hệ thống viễn thám chủ
động có thể chụp ảnh vào bất kỳ thời điểm nào, trong khi việc chụp ảnh bằng hệ
thống viễn thám bị động chỉ có thể thực hiện lúc thời tiết tốt.
1.2.2. Khái quát về hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý đầu tiên được coi là GIS Canada (Canada
Geographical Information System - CGIS) hình thành vào năm 1964 trong các
chương trình phục hồi đất nơng nghiệp. Hệ thống này phân tích dữ liệu đất đai
Canada để xác định khu vực đất thứ yếu gây ra các vấn đề môi trường. CGIS này
dẫn đến sự phát triển máy scanner điện tử đầu tiên trên thế giới dùng để chuyển đổi
bản đồ giấy thành dạng dữ liệu số. Vì vậy, GIS đầu tiên trên thế giới được gắn liền
với các nghiên cứu về môi trường.Các hệ thống GIS đầu tiên khác là Hệ thống
thông tin tài nguyên và sử dụng đất New York, hệ thống thông tin quản lý đất đai

Minnesota. Đến cuối những năm 1970, Viện nghiên cứu các hệ thống môi trường
(ESRI) ra đời ở Canifornia và đã phát hành sản phẩm Arc/Info - đây có thể coi là
sản phẩm thương mại trọn gói của GIS đầu tiên trên thế giới.

10


Có rất nhiều khái niệm, định nghĩa về GIS: Theo Nguyễn Kim Lợi, Hệ thống
tin địa lý - GIS (Geographic Information System) là một cơng cụ máy tính để lập
bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên Trái đất. Công nghệ GIS kết
hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép
phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh
được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các
hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến
lược) (Trần Thống Nhất, Nguyễn Kim Lợi, 2009).
Theo ESRI (tập đoàn nghiên cứu và phát triển các phần mềm GIS nổi tiếng),
hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức, bao gồm hệ thống phần cứng, phần
mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt,
lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thơng tin liên
quan đến vị trí địa lý.

Hình 1.3. Cấu trúc hệ thống thông tin địa lý (Phạm Văn Cự, 1996)
GIS được kết hợp bởi 6 thành phần cơ bản: phần cứng, các modul phần mềm,
cơ sở dữ liệu, con người, hệ thống mạng kết nối và thủ tục quản lý. Tất cả các thành
phần này cần được kết hợp một cách cân đối để hệ thống có thể hoạt động có hiệu
quả.
Phần cứng: Là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động: máy tính,
mạng, bàn số hóa, máy in khổ lớn, ổ CD-ROM, máy in. Ngày nay, phần cứng của
GIS rất đa dạng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc

liên kết mạng.
11


Các modul phần mềm: Cung cấp các chức năng và các cơng cụ cần thiết để
lưu trữ, phân tích và hiển thị thơng tin địa lý. Các thành phần chính trong phần
mềm GIS là:
+ Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý.
+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS).
+ Công cụ chuyển đổi dữ liệu
+ Cơng cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị dữ liệu địa lý.
+ Giao diện đồ hoạ người sử dụng (GUI - graphic user interface).
Cơ sở dữ liệu: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ
liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự
tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. GIS sẽ kết hợp dữ liệu
khơng gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng các hệ quản trị cơ
sở dữ liệu (DBMS) để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
Con người: Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu khơng có con người tham gia
quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng
GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc
những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong cơng việc.
Hệ thống mạng kết nối: Nếu khơng có hệ thống mạng, sẽ khơng có sự kết
nốinhanh chóng hay chia sẻ thơng tin dạng số, ngoại trừ giữamột nhóm người tập
trung xung quanh màn hình của mộtmáy tính.
Thủ tục quản lý: Ngoài tất cả các thành phần nêu trên, một hệ thống GIS cịn
địi hỏi có một sự quản lý thích hợp và hiệu quả. Tổ chức, cơ quan làm việc trong
lĩnh vực GIS cần phải thiết lập một quy trình thủ tục quản lý điều hành, cơ chế
báocáo cơng việc, các đầu mối quản lý và các cơ chế khác để đảm bảo rằng các hoạt
động của một dự án GIS là nằm trong dự tốn, duy trì được chất lượng cao của
cơng việc và nhìn chung là đáp ứng được những yêu cầu dự án GISnói riêng và hoạt

động của cơ quan, tổ chức đó nói chung.
Một hệ thống thơng tin địa lý có các nhiệm vụ cơ bản sau: nhập dữ liệu, thao
tác dữ liệu, quản lý dữ liệu, hỏi đáp và phân tích, hiển thị kết quả dữ liệu theo cơ
sở địa lý. Cụ thể như sau:
Nhập dữ liệu: Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này
phải được chuyển sang dạng số thích hợp. Q trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy
sang các file dữ liệu dạng số được gọi là q trình số hố.

12


Cơng nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hồn tồn q trình này với
cơng nghệ qt ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn địi hỏi một số
q trình số hố thủ cơng. Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự có các định
dạng tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ
liệu và được nhập trực tiếp vào GIS.
Thao tác dữ liệu: Có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển
dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định.
Ví dụ, các thơng tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ
thống đường phố được chi tiết hố trong file về giao thơng, kém chi tiết hơn trong
file điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng). Trước khi các thông tin này
được kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (mức chính xác
hoặc mức chi tiết). Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích hiển thị
hoặc cố định cho u cầu phân tích. Cơng nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho
các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết.
Quản lý dữ liệu: Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý
dưới dạng các file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số
lượng người dùng cũng nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ
liệu (DBMS) để giúp cho việc lưu trữ, tổ chức và quản lý thông tin. Một DBMS chỉ
đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu.

Có nhiều cấu trúc DBMS khác nhau, nhưng trong GIS cấu trúc quan hệ tỏ ra
hữu hiệu nhất. Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng các bảng. Các
trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết các bảng
này với nhau. Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này được sử dụng và triển khai
khá rộng rãi trong các ứng dụng cả trong và ngồi GIS.
Hỏi đáp và phân tích: Một khi đã có một hệ GIS lưu trữ các thơng tin địa lý,
có thể bắt đầu hỏi các câu hỏi đơn giản.
GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các cơng cụ
phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân
tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều cơng cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai cơng
cụ quan trọng đặc biệt:
Phân tích liền kề: Ví dụ những lơ đất trong khoảng 60m từ mặt đường? Để
trả lời những câu hỏi này, GIS sử dụng phương pháp vùng đệm để xác định mối
quan hệ liền kề giữa các đối tượng.
Phân tích chồng xếp: Chồng xếp là q trình tích hợp các lớp thơng tin khác
nhau. Các thao tác phân tích địi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết

13


vật lý. Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về
đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế.
Hiển thị kết quả: Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng
được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong
lưu trữ và trao đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để
mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể được
kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa
phương tiện).
1.3.

Tổng quan về nghiên cứu xói mịn đất

1.3.1. Khái niệm xói mịn đất
Xói mịn là q trình dịch chuyển năng lượng từ nước mưa và gió tới các
phần tử đất mà hậu quả gây ra sự xuống cấp tại chỗ những thành phần trong đất như
mất chất dinh dưỡng, rửa trôi sét và các cation kiềm… dẫn tới hàng loạt những tính
chất bất lợi cho mơi trường đất.
Có thể phân biệt hai dạng xói mịn : xói mịn tự nhiên (xói mịn địa chất) :
xảy ra trong điều kiện mơi trường tự nhiên, q trình này bao gồm nhiều q trình
khác bắt đầu từ sự phong hóa đá để hình thành đất ; Xói mịn gia tốc về bản chất
cũng là sự mất đất, gây ra chủ yếu do nước và gió, nhưng xảy nhanh gấp nhiều lần
so với xói mịn tự nhiên và hầu hết xảy ra khi có hoạt động phá vỡ cân bằng tự
nhiên của con người.
Một trong những nguyên nhân gây ảnh hưởng nhất tới suy thối đất là xói
mịn đất. Xói mịn đất là quá trình làm mất lớp đất trên mặt và phá hủy các tầng đất
bên dưới do tác động của các yếu tố bao gồm: mưa, gió, độ dốc, thổ nhưỡng, thảm
thực vật, con người. Xói mịn đất mang đi một lượng lớn đất mùn trên mặt từ các
vùng đất cao, đất dốc xuống các chân núi, xuống các hồ chứa, theo các dịng sơng
mang phù sa đổ ra biển… dẫn đến chất lượng của đất ngày càng kém.
1.3.2. Tổng quan về phân loại xói mịn đất
Dựa vào các tác nhân gây xói mịn, có thể chia xói mịn thành các dạng sau :
* Xói mịn do gió: Là hoạt động diễn ra phổ biến nhất tại những có khí hậu khô
cằn, kết quả đễn dến sự thiếu hoặc phá hủy lớp phủ bề mặt. Đây là hậu quả nghiêm trọng
nhất bắt nguồn từ những sai lầm của con người trong khoa học nơng nghiệp.
* Xói mịn do nước cũng thường được gọi là sự rửa trôi nhưng bao hàm rộng
hơn. Tại một quy mô nhỏ, khi hạt mưa rơi xuống theo các hiện tượng thời tiết sẽ có
ảnh hưởng khác nhau phụ thuộc vào kích thước và hiệu ứng, những hạt mưa lớn
14

liện quan đến mưa nhiệt đới tác động vào bề mặt đất và bóc tách các mảnh vụn từ
mọi hướng. Ngoài ra, sườn dốc cũng làm tăng đáng kể hiệu ứng bắn lên của giọt
nước, làm tăng đáng kể sự rửa trơi theo sườn.
* Xói mịn trong lực gây ra do sự kết hợp giữa trọng lực của lớp đất đá bề
mặt và dịng chảy tràn. Dạng xói mịn này không xuất hiện trên diện rộng mà chỉ
làm mất đất trong phạm vi hẹp, gây ra các tai biết trượt lở.
* Xói mịn do bão lũ: xói mịn do bão lũ được biết đến như những thiên tai
diễn ra trong thời gian ngắn nhưng nhiều khi gây ra các hậu quả thảm khốc cho
những vùng đặc biệt. Với tốc độ gió rất lớn, gió bão có thể thổi bật gốc cây, đối với
các vùng đất dốc, chung có thể gây ra hiện tượng trượt đất và lũ bùn (Sharpe,
1938).
* Xói mòn do băng tuyết tan: hiện tượng này chỉ xảy ra tại các vùng có băng
tuyết một mùa. Khi băng tuyết tan, chúng di chuyển xuống sườn dốc tạo thành dịng
chảy và gây xói mịn đất.
* Xói mịn sinh học: là q trình xói mịn gây ra do sinh vật. Vi khuẩn với số
lượng lớn đóng vai trị quan trọng trong việc phân hủy xác sinh vật và các khoáng
chất. Hiện tượng này diễn ra đặc biệt mạnh tại những vùng có khí hậu ẩm ướt thích
hợp cho vi sinh vật phát triển.
* Xói mịn do con người: đây là dạng xói mịn dễ thấy nhất và gây ra các hậu
quả nghiêm trọng về kinh tế do những hoạt động của con người. Những hoạt động
như canh tác trên vùng đất dốc, phá rừng khai thác lớp phủ không bền vững, v.v…
là các nhân tố góp phần đẩy nhanh tốc độ xói mịn đất của các dạng xói mịn khác.
1.3.3. Tổng quan nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới và tại Việt Nam
1.3.3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới
Trong những năm gần đây việc ứng dụng GIS đánh giá xói mịn và bồi lắng
được xem như là một hướng đi mới trong đánh giá xói mịn trong nước và trên thế
giới. BĐKH sẽ làm biến đổi lượng mưa, ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy bề mặt
và tác động trực tiếp đến quá trình xói mịn đất.
Năm 1907, tại Mỹ các chương trình nghiên cứu về xói mịn đất được bắt đầu
khi Bộ Nơng nghiệp nước này đưa ra chính sách về bảo vệ nguồn tài nguyên đất.

Các nghiên cứu chi tiết đầu tiên về mưa được tiến hành bởi Laws (Laws, J. Otis,
1941). Ellison đã phân tích các tác động cơ học của hạt mưa lên đất và đưa ra tiến
trình xói mịn (Ellison, W.D, 1944). Cơng thức tốn học được Zingg đưa vào để
đánh giá ảnh hưởng của độ dốc và độ dài của sườn dốc đến sự xói mịn(Zingg, A.

15