Luận văn So sánh khả năng ứng dụng của ảnh Spot và Landsat để thành lập bản đồ lớp phủ vùng ngập nướckhu vực Vân Đồn - Quảng Ninh

1 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ long cảm ơn chân thành PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, người tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo ở khoa Địa Lý, phòng Sau đại học, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - ĐHQG HN đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian học tập tại trường và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã cổ vũ động viên tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Tuy đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định. Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Hà Nội,ngày 21 tháng11năm 2013 Học viên Trần Đức Mạnh 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội,ngày 21 tháng11năm 2013 Học viên Trần Đức Mạnh 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 9 Chương 1- KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ ..................... 13 VAI TRÒ CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC ............................................................. 13 1.1. Đặc điểm, sự phân bố của đất ngập nước .................................................... 13 1.1.1 Định nghĩa đất ngập nước ..................................................................... 13 1.1.2. Phân loại đất ngập nước Việt Nam ...................................................... 15 1.1.2.1 Đất ngập nước tự nhiên ........................................................ 15 1.1.2.2 Đất ngập nước nhân tạo ........................................................ 17 1.2. Chức năng của đất ngập nước: .................................................................... 18 1.2.1. Chức năng nạp, tiết nước ngầm. .......................................................... 18 1.2.2. Chức năng lắng đọng trầm tích, độc tố................................................. 19 1.2.3. Chức năng tích lũy chất dinh dưỡng. ................................................... 19 1.2.4. Chức năng điều hòa khí hậu: ............................................................... 19 1.2.5. Chức năng hạn chế lũ lụt ..................................................................... 19 1.2.6. Chức năng sản xuất sinh khối .............................................................. 19 1.2.7. Chức năng duy trì đa dạng sinh học ..................................................... 19 1.2.8. Chức năng chắn sóng, chắn gió bão, ổn định bờ biển, chống xói lở, hạn chế sóng thần ................................................................................................. 20 1.2.9. Các chức năng khác ............................................................................. 20 1.3. Giá trị của đất ngập nước ở Việt Nam ......................................................... 21 1.3.1. Giá trị kinh tế của đất ngập nước. ........................................................ 21 1.3.2. Giá trị văn hóa của đất ngập nước. ....................................................... 22 1.4. Hiện trạng bảo tồn và quản lí đất ngập nước ở Việt Nam. ........................ 22 1.4.1. Quản lí đất ngập nước ở cấp trung ương: ............................................. 23 1.4.2. Quản lí đất ngập nước ở cấp tỉnh, thành phố: ....................................... 24 1.4.3. Bảo tồn đất ngập nước ở Việt Nam: ..................................................... 24 4 Chương 2 - ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN,KINH TẾ XÃ HỘI VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐẤT NGẬP NƯỚC KHU VỰC ĐẢO CÁI BẦU .................................................... 26 2.1. Khái quát chung về khu vực nghiên cứu ..................................................... 26 2.1.1. Phạm vi thực hiện ................................................................................ 26 2.1.1.1Vị trí địa lý. .......................................................................... 26 2.1.1.2 Địa hình .............................................................................. 26 2.1.1.3 Thổ nhưỡng......................................................................... 29 2.1.1.4. Khí hậu .............................................................................. 31 2.1.1.5. Đặc điểm thuỷ văn, hải văn .................................................. 32 2.1.2. Đặc điểm kinh tế-xã hội....................................................................... 34 2.1.2.1.Đặc điểm dân cư .................................................................. 34 2.1.2.2.Đặc điểm kinh tế .................................................................. 34 2.2. Đặc điểm thực vật ngập nước khu vực Đảo Cái Bầu. ............................... 35 2.2.1. Tổng quan về hệ sinh thái đất ngập nước khu vực Cái Bầu. ................. 35 2.2.2. Đặc điểm phân bố không gian của rừng ngập mặn ............................... 36 2.2.2.1.Hệ sinh thái chịu tác động của thủy triều lên xuống:................ 36 2.2.2.2.Hệ sinh thái trong các đầm nuôi thủy sản: .............................. 36 2.2.2.3.Hệ sinh thái trên vùng đất caokhông hoặc ít chịu tác động của thủy triều 36 2.2.3. Cấu trúc của các quần xã RNM đặc trưng ............................................ 37 2.2.3.1. Nhóm quần xã thuộc khu vực chịu tác động của thủy triều lên xuống..... 37 Chương 3- SỬ DỤNG TƯ LIỆU ẢNH SPOT VÀ LANDSAT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC KHU VỰC ........................ 43 3.1. Tư liệu sử dụng. .......................................................................................... 43 3.1.1. Tư liệu ảnh Spot. ................................................................................. 43 3.1.2. Tư liệu ảnh Landsat ............................................................................. 45 3.2. Phân loại ảnh Spot và Landsat. ................................................................... 48 5 3.2.1 Cácnguyêntắcphânloại ......................................................................... 48 3.2.2. Phân loại định hướng dựa trên đối tượng ............................................. 48 3.2.2.1 Một số vấn đề về nguyên lý của phương pháp ĐHĐT ............. 48 3.2.2.2 Các thông số sử dụng để xây dựng cơ sở tri thức trong PLĐHĐT 49 3.2.3. So sánh phương pháp phân loại đinh hướng đối tượng và phân loại dựa trên pixel ....................................................................................................... 55 3.3. Thành lập bản đồ lớp phủ vùng đất ngập nước khu vực đảo Cái Bầu. ......... 61 3.3.1. Quy trình phân loại ảnh theo định hướng đối tượng ............................. 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 71 6 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Rừng Tràm U Minh.......................................................................... 16 Hình 1.2: Vùng đất ngập nước châu thổ sông Hồng. .......................................... 18 Hình 2.1: Mô hình số độ cao đảo Cái Bầu ......................................................... 30 Hình 2.2:Bản đồ thổ nhưỡng đảo Cái Bầu ......................................................... 30 Hình 2.3: Quần xã thực vật tham gia RNM trên thể nền cao, ít chịu tác động của thủy triều ............................................................................................................ 39 Hình 2.4: Quần xã Đước và Vẹt dù ở Đảo Cái Bầu ............................................ 38 Hình 2.5: Quần xã Trang và Sú ........................................................................ 39 Hình 2.6:Vẹt dù trên đảo Cái Bầu .................................................................... 40 Hình 2.7: Quần xã Mắm biển,Sú ...................................................................... 41 Hình 3.1 Sơ đồ phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản .......................... 50 Hình 3.2: Mô hình xây dựng tập mờ (mờ hóa đặc điểm của đối tượng) (Ursula C. Benz, Peter Hofmann et al. 2004). .................................................................... 54 Hình 3.3. Quy trình phân loại ảnh theo định hướng đối tượng ............................. 57 Hình 3.4: Thông số dùng để phân đoạn ảnh Spot khu vực đảo Cái Bầu ................ 59 Hình 3.5. Mẫu khóa giải đoán ảnh viễn thám về các đổi tượng ........................... 62 Hình 3.6: Bản đồ hiện trạng lớp phủ phân loại từ ảnh Spot và ảnh Landsat .......... 64 Hinh 3.7:Vị trí các điểm khảo sát đảo Cái Bầu .................................................. 66 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các loài sinh vật có ở vùng đất ngập nước Việt Nam. ......................... 20 Bảng 1.2: Diện tích và sản lượng lúa cả nước qua một số năm. ........................... 21 Bảng 2.1: Một số đặc trưng khí hậu trong khu vực đảo Cái Bầu .......................... 32 Bảng3.1.Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT-1;-2;-3 ....................... 43 Bảng 3.2. Một số thông số các kênh phổ của ảnh SPOT-4 .................................. 47 Bảng 3.3: Đặc điểm ảnh vệ tinh Spot 5 ............................................................. 48 Bảng3.4.Một số thông số các kênh phổ của ảnh LandsatTM ............................... 49 Bảng3.5. Một số thông số các kênh phổ ảnh LandsatETM+,Landsat-7 ................ 50 Bảng 3.6. So sánh phân loại Pixel-Based và phân loại định hướng đối tượng ....... 60 Bảng 3.7: Độ chính xác phân loại của ảnh Landsat ............................................ 72 Bảng 3.8: Độ chính xác phân loại của ảnh Spot ................................................. 72 8 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT RNM Rừng Ngập Mặn ĐHĐT Định hướng đối tượng, phương pháp phân loại TM ThematicMapper,tênloạivệtinhLandsat7 SPOT SystemProbatoired’ObservationdelaTerre,tênmộtloạivệ tinh 9 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đất ngập nước rất đa dạng, có mặt khắp mọi nơi và là cấu thành quan trọng của các cảnh quan trên mọi miền của thế giới. Hàng thế kỷ nay, con người và các nền văn hoá nhân loại được hình thành và phát triển dọc theo các triền sông hoặc ngay trên các vùng đất ngập nước. Đất ngập nước đã và đang bị suy thoái và mất đi ở mức báo động, mặc dù ngày nay người ta đã nhận biết được các chức năng và giá trị to lớn của chúng. Việc rà soát, đánh giá các thành tựu tồn tại và các xu thế liên quan đến đất ngập nước nhằm rút ra các bài học kinh nghiệm và đề xuất những biện pháp xử lí cùng với việc phát triển bền vững các vùng đất ngập nước là hết sức cần thiết Việt Nam hiện đã xác định được 68 khu đất ngập nước có giá trị kinh tế và có thể phát triển bền vững môi trường sống. Tuy nhiên, các khu đất ngập nước này đang dần dần bị thu hẹp, mà nguyên nhân chủ yếu là do sự khai thác quá mức của người dân địa phương, nhằm phục vụ các mục đích sử dụng không bền vững trước mắt. Các vùng đất ngập nước vẫn chưa thực sự là hạng mục quản lí riêng về sử dụng và bảo tồn đất. Tình trạng quản lí các vùng đất ngập nước bị phân tán trong các ban và bộ khác nhau của Chính phủ. Các chính sách tách biệt nhau gây ra các hoạt động mâu thuẫn nhau ở cơ sở, ví dụ như trồng rừng ngập mặn chưa gắn kết với nuôi tôm và bảo vệ rừng ven biển. Chỉ riêng đất ngập nước ven biển nước ta, Ngân hàng Phát triển châu Á đưa ra bức tranh màu xám với 1755 km chiều dài đường bờ bị ô nhiễm, trong đó 615 km chiều dài đường bờ bị ô nhiễm nặng, 712 loài bị đe dọa ở các vùng đất ngập nước ven bờ Thách thức đối với đất ngập nước là rất lớn. Các hệ sinh thái đất ngập nước của nước ta chiếm diện tích rộng lớn nhưng hầu như chưa được chú ý đầy đủ và đánh giá đúng mức cũng như thiếu sự đảm bảo về thể chế và pháp lý. Cần có nhiều nỗ lực trung và dài hạn để xây dựng cơ sở tri thức, khung thể chế và pháp lý, nâng cao nhận thức của cộng đồng và những người làm chính sách cũng như tăng cường 10 năng lực ở các cấp đã được phân cấp để quản lí hợp lí đất ngập nước. Tuy nỗ lực như vậy có thể bắt đầu bằng một chương trình tương đối nhỏ nhưng chắc chắn, theo thời gian, nỗ lực đó cần được phát triển thành một hệ thống toàn quốc, toàn diện trong lĩnh vực đất ngập nước mới mong đạt được sự quản lí hợp lí đất ngập nước. Quảng Ninh là một trong những tỉnh có biên độ thủy triều cao,ranh giới đất ngập nước lớn. Nó có giá trị và ý nghĩa to lớn về đa dạng sinh học đối với việc bảo vệ môi trường, đời sống người dân và phát triển kinh tế xã hội.Chính vì những ý nghĩa đã nêu trên tôi tiến hành nghiên cứu thử nghiệm đề tài: “So sánh khả năng ứng dụng của ảnh Spot và Landsat để thành lập bản đồ lớp phủ vùng ngập nướckhu vực Vân Đồn-Quảng Ninh” 2. Mục tiêu nghiên cứu: Thử nghiệp so sánh khả năng ứng dụng ảnh Spot và Landsat trong việc nghiên cứu vùng ngập nước .Hình thành quá trình ứng dụng của chúng trong việc nghiên cứu đất ngập nước. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: + Xác định ranh giới vùng ngập nước + Hệ thống hóa đặc điểm ảnh Spot và Landsat và khả năng thực hiện ảnh này trong thành lập bản đồ lớp phủ vùng ngập nước. 11 4. Giới hạn nghiên cứu - Về không gian : khu vực đảo Cái Bầu-Vân Đồn-Quảng Ninh. -Tỉ lệ nghiên cứu : 1: 50.000 -Thời gian : hiện trạng năm 2012 5. Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp viễn thám,GIS : được sử dụng để phân loại các ảnh vệ tinh Landsat và Spot, các chức năng phân tích không gian của GIS được sử dụng để tích hợp các kết quả phân loại ảnh vệ tinh với dữ liệu bản đồ, dữ liệu thống kê thu thập được. + Phương pháp điều tra khảo sát thực địa 6. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn 12 Sau khi hoàn thành , luận văn một phần nào sẽ nêu nên được hiện trạng lớp phủ thực vật vùng ngập nước ở khu vực nghiên cứu dựa vào kết quả nghiên cứu có thể góp phần bảo tồn và phát triển đất ngập nước trong thời gian tới. 7. Cấu trúc luận văn gồm 3 chương - Chương 1: Khái quát chung về đất ngập nước và vai trò của đất ngập nước. - Chương 2: Đặc điểm tự nhiên,kinh tế xã hội và đặc điểm đất ngập nước khu vực đảo Cái Bầu. - Chương 3: Sử dụng tư liệu ảnh Spot và Landsat thành lập bản đồ lớp phủ vùng ngập nước khu vực đảo Cái Bầu- huyện Vân Đồn. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. 13 CHƯƠNG 1- KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ VAI TRÒ CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC 1.1. Đặc điểm, sự phân bố của đất ngập nước 1.1.1 Định nghĩa đất ngập nước Qua các nghiên cứu, các nhà khoa học về đất ngập nước đã xác định được những điểm chung của đất ngập nước thuộc các loại hình khác nhau, đó là chúng đều có nước nông hoặc đất bão hoà nước, tồn trữ các chất hữu cơ thực vật phân huỷ chậm, và nuôi dưỡng rất nhiều loài động vật, thực vật thích ứng với điều kiện bão hoà nước. Tuỳ thuộc vào sự khác nhau về loại hình, phân bố cùng với những mục đích sử dụng khác nhau mà người ta định nghĩa về đất ngập nước rất khác nhau. Trên thế giới hiện đã có trên 50 định nghĩa về đất ngập nước. Nhiều tài liệu ở các nước như Canada, Hoa Kỳ và Úc, Uỷ ban đất ngập nước của Liên Hiệp Quốc (UN Committee on Characterization of Wetlands, 1995) đã định nghĩa về đất ngập nước theo nhiều mức độ và mục đích khác nhau. Định nghĩa về đất ngập nước của Công ước RAMSAR (Công ước về các vùng đất ngập nước có tầm quan trọng quốc tế, đặc biệt như là nơi cư trú của các loài chim nước - Convention on wetland of intrenational importance, especially as waterfowl habitat) có tầm khái quát và bao hàm nhất. Theo định nghĩa này, “Đất ngập nước là những vùng đầm lầy, sình lầy, vùng than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hay từng chu kì, với nước đọng hay nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả các vùng nước biển có độ sâu không quá 6 mét khi thuỷ triều thấp.” (Điều 1.1, Công ước Ramsar, 1971). Dù định nghĩa thế nào đi chăng nữa thì nước - chế độ thuỷ văn vẫn là yếu tố tự nhiên quyết định và đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định, duy trì và quản lý các vùng đất ngập nước, đặc biệt là các vùng đất ngập nước nước ngọt nội địa. Đất ngập nước có vai trò quan trọng đối với đời sống của các cộng đồng dân cư. Hiện nay, khoảng 70% dân số thế giới sống ở các vùng cửa sông ven biển và xung 14 quanh các thuỷ vực nước ngọt nội địa. Đất ngập nước còn là nơi sinh sống của một số lượng lớn các loài động vật và thực vật, trong đó có nhiều loài quí hiếm. Ở Việt Nam, đất ngập nước rất đa dạng với diện tích xấp xỉ 5.810.000 ha, chiếm khoảng 8% toàn bộ các vùng đất ngập nước của Châu Á. Trong đó đất ngập nước nước ngọt chiếm khoảng 10% diện tích của các vùng đất ngập nước toàn quốc. Trong số các vùng đất ngập nước của Việt Nam thì 68 vùng (khoảng 341.833 ha) là có tầm quan trọng về đa dạng sinh học và môi trường thuộc nhiều loại hình đất ngập nước khác nhau, phân bố khắp trong cả nước (Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường, 2001). Hiện nay, ở Việt Nam cũng như trên thế giới, đất ngập nước đang bị giảm diện tích và suy thoái ở mức độ nghiêm trọng. Năm 1989, Việt Nam đã tham gia công ước quốc tế Ramsar về bảo tồn đất ngập nước như là nơi sống quan trọng của các loài chim nước. Thêm vào đó, Việt Nam cũng đã có những cố gắng trong công tác nghiên cứu, quản lý và bảo tồn đất ngập nước như: “Chương trình bảo tồn đất ngập nước quốc gia”; Nghị định 109/2003/NĐ-CP về bảo tồn và phát triển bền vững các vùng đất ngập nước; “Chiến lược quản lý hệ thống khu bảo tồn thiên nhiên Việt Nam đến năm 2010” (số 192/2003/QĐ-TTg), v.v... Các đặc điểm tự nhiên chủ yếu hình thành đất ngập nước ở Việt Nam: - Đặc điểm địa mạo: 2/3 diện tích tự nhiên Việt Nam là đồi núi, có hướng nghiêng chung từ Tây sang Đông. Đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ là những vùng trũng, tạo nên hai vùng đất ngập nước tiêu biểu là vùng châu thổ sông Hồng và sông Cửu Long. - Đặc điểm khí hậu: thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình hằng năm khá cao (hơn 200C), độ ẩm tương đối lớn (hơn 80%), lượng mưa dồi dào (1500mm/năm). Sự khác nhau về chế độ khí hậu giữa các vùng, đặc biệt là chế độ nhiệt - ẩm có ảnh hưởng đến chế độ thủy văn của từng vùng như thời gian ngập nước, độ sâu ngập nước, chế độ nhiệt của nước, dẫn đến sự khác nhau giữa các loại hình đất ngập nước. - Đặc điểm thủy văn: hệ thống dòng chảy với một mạng lưới tiêu nước ra biển khá dày. Tổng số các con sông lớn nhỏ ở Việt Nam lên đến 2500, trong đó những 15 con sông dài trên 10 km là 2360 sông. Theo số liệu tính toán cho thấy hệ thống sông Cửu Long có nguồn nước chảy vào Việt Nam là lớn nhất, chiếm 61,4% tổng lượng dòng chảy sông ngòi của cả nước. Các dòng sông chảy ra biển đã tạo thành hệ thống cửa sông là một trong những loại hình đất ngập nước quan trọng của Việt Nam. Hiện nay cả nước có trên 3500 hồ chứa nước nhỏ và 650 hồ chứa nước vừa và lớn, các hồ chứa nước lớn như hồ Thác Bà có diện tích mặt nước 23400 ha, hồ Hòa Bình 218 km2, hồ Dầu Tiếng 35000 ha, hồ Trị An 27000 ha - Thổ nhưỡng: có 15 nhóm đất, trong đó có 7 nhóm đất liên quan đến các đặc trưng của các vùng đất ngập nước, đó là đất mặn, đất phèn, đất phù sa, đất glây, đất than bùn, đất xám và đất cát. Do các đặc điểm khác nhau về địa mạo, khí hậu, thổ nhưỡng đã hình thành các đặc trưng về thực vật của các vùng đất ngập nước với hai dạng điển hình là thực vật vùng đất ngập nước mặn và thực vật vùng đất ngập nước ngọt. 1.1.2. Phân loại đất ngập nước Việt Nam 1.1.2.1 Đất ngập nước tự nhiên  Đất ngập nước ven biển và biển: - Các vùng biển nông có độ ngập dưới 6m lúc triều thấp, gồm cả vùng vịnh và e