Luận án Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội tỉnh Hòa Bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và Gis

Nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội tỉnh Hòa Bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và Gis

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH HÒA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ HÀ NỘI, 2016
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH HÒA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ Mã số: 62 44 02 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS.Nguyễn Ngọc Thạch 2. TS. Trần Vân Anh HÀ NỘI - 2016 2
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Thị Thúy Hạnh Nguyễn Thị Thúy Hạnh iii
4. LỜI CẢM ƠN Sau nhiều năm học tập và nghiên cứu tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đến nay luận án đã đƣợc hoàn thành. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Đại học Quốc gia Hà Nội, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm, giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình đào tạo. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, các thày cô giáo, các cán bộ Khoa Địa lý, Bộ môn Bản Đồ-Viễn thám và GIS đã trực tiếp giảng dạy, trao đổi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cũng nhƣ động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội, Ban lãnh đạo khoa Trắc địa - Bản đồ - nơi tác giả đang công tác cùng toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện giúp đỡ, chia sẻ công việc để tác giả có thể hoàn thành luận án này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thạch và TS.Trần Vân Anh đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và động viên, tạo điều kiện giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa, PGS.TS. Phạm Văn Cự, TS. Hoàng Thị Thu Hƣơng - Khoa Địa lý- Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên và TS.Vũ Kim Chi - Viện Việt Nam học và Khoa học phát triển - Đại học Quốc Gia Hà Nội và nhiều Nhà khoa học khác - những ngƣời tiên phong trong nghiên cứu lớp phủ, biến động lớp phủ để đến hôm nay tác giả đƣợc kế thừa và tiếp tục phát triển hƣớng nghiên cứu, đặc biệt là những gợi ý từ các khóa luận, luận án đã góp phần bổ sung, hoàn thiện luận án này. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các nhà khoa học thuộc các cơ quan: Viện Địa lý, Viện Công nghệ Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Đại học Sƣ phạm Hà Nội; Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, Đại học Lâm nghiệp, đã đóng góp ý kiến từ nhiều khía cạnh để luận án trở nên hoàn thiện hơn. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Sở Tài nguyên và Môi trƣờng Hòa Bình, Cục Thống kê Hòa Bình, Trung tâm Viễn thám Địa chất – Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc, đã cung cấp tƣ liệu cho luận án. Cuối cùng nhƣng không kém phần quan trọng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, đặc biệt là ngƣời bạn đời đã luôn luôn sát cánh, chia sẻ và động viên tinh thần trong suốt nhiều năm tác giả thực hiện luận án. Hà nội, ngày 10 tháng 7 năm 2016 Tác giả Nguyễn Thị Thúy Hạnh iv
5. MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................ v DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ......................................................................... 2 3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 3 4. Điểm mới của luận án .......................................................................................... 3 5. Luận điểm bảo vệ ................................................................................................. 3 6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài ............................................................................... 3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .............................................................................. 4 8. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 5 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ VÀ LỚP PHỦ RỪNG .............................................................................................. 6 1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu có liên quan .......................................... 6 1.1.1. Tổng quan tình hình sử dụng tƣ liệu viễn thám nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng trên thế giới ............................................................................................... 6 1.1.2. Tình hình nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng tại Việt Nam ...................... 11 1.1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan đến lớp phủ và lớp phủ rừng tại Hòa Bình .. 13 1.2. Cơ sở lý luận nghiên cứu lớp phủ rừng ........................................................... 17 1.2.1. Khái niệm lớp phủ rừng và hệ thống phân loại lớp phủ ............................... 17 1.2.2. Các phƣơng pháp chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám .............................. 21 1.2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu biến động bằng viễn thám và GIS ................ 23 1.2.4. Các mô hình nghiên cứu biến động .............................................................. 27 1.3. Quan điểm, phƣơng pháp và quy trình nghiên cứu ......................................... 35 1.3.1. Quan điểm nghiên cứu ................................................................................. 35 1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 36 1.3.3. Quy trình nghiên cứu .................................................................................... 38 CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HÒA BÌNH QUA CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI ................................................ 40 2.1. Các nhân tố ảnh hƣởng đến lớp phủ rừng ....................................................... 40 2.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................... 40 2.1.2. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................ 41 v
6. 2.1.3. Điều kiện kinh tế xã hội ............................................................................... 49 2.2. Tích hợp viễn thám và GIS nghiên cứu hiện trạng lớp phủ rừng qua các giai đoạn ................................................................................................................. 67 2.2.1. Nghiên cứu thay đổi về trạng thái lớp phủ rừng ....................................... 68 2.2.2. Nghiên cứu phân bố không gian và biến động lớp phủ rừng ....................... 74 CHƢƠNG 3. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HÒA BÌNH VÀ ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN-BẢO VỆ ........................................... 87 3.1. Đặc điểm và xu hƣớng biến động ................................................................... 87 3.2. Phân tích mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các yếu tố địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội ............................................................................................. 91 3.2.1. Kết quả phân tích mất rừng và suy thoái rừng ............................................. 97 3.2.2. Kết quả phân tích tái sinh rừng tự nhiên .................................................... 103 3.2.3. Kết quả phân tích mở rộng rừng trồng ....................................................... 108 3.3. Kiểm chứng và thảo luận về các yếu tố gây biến động lớp phủ rừng qua hai giai đoạn nghiên cứu ............................................................................................ 113 3.3.1. Các yếu tố tác động trực tiếp đến biến động lớp phủ rừng qua hai giai đoạn nghiên cứu ............................................................................................................ 113 3.3.2. Kết quả điều tra tại các điểm chìa khóa .......................................................... 114 3.3.3. Biến động lớp phủ rừng và chính sách phát triển kinh tế xã hội ........... 120 3.4. Dự báo biến động lớp phủ rừng và định hƣớng phát triển-bảo vệ lớp phủ rừng đến năm 2020 .............................................................................................. 123 3.4.1. Dự báo biến động lớp phủ rừng đến năm 2020 ....................................... 123 3.4.2. Định hƣớng phát triển và bảo vệ lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình đến năm 2020 .. 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 135 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ .............................. 137 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................ 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 139 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 151 Phụ lục 1: Tƣ liệu sử dụng ................................................................................... 151 Phụ lục 2: Mã hóa các biến giải thích .................................................................. 184 Phụ lục 3: Bản đồ tƣơng ứng với các biến giải thích ........................................... 185 Phụ lục 4: Kết quả chạy mô hình hồi quy ............................................................ 186 vi
7. DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Những lớp đối tƣợng nghiên cứu trong luận án .................................... 21 Bảng 2. 1. Số liệu thống kê mật độ dân số tỉnh Hòa Bình....................................50 Bảng 2. 2. Tăng trƣởng kinh tế tỉnh Hòa Bình .54 Bảng 2. 3. Cơ cấu giá trị sản xuất công nghiệp phân theo ngành .....55 Bảng 2. 4. Một số chỉ số về tăng trƣởng kinh tế ngành nông nghiệp ...57 Bảng 2. 5. Kết quả thực hiện một số chỉ số phát triển ngành lâm nghiệp .58 Bảng 2. 6. Số lƣợng trƣờng học trong các huyện ................................................... 62 Bảng 2. 7. Số lƣợng học sinh và giáo viên trong các huyện .................................. 62 Bảng 2. 8. Thay đổi sử dụng đất qua các năm ....................................................... 63 Bảng 2. 9. Chỉ số NDVI và biến động chỉ số NDVI .............................................. 70 Bảng 2. 10. Thống kê diện tích các loại lớp phủ .................................................... 77 Bảng 2. 11. Độ chính xác kết quả phân loại năm 1994 .......................................... 82 Bảng 2. 12. Độ chính xác kết quả phân loại năm 2005 .......................................... 82 Bảng 2. 13. Độ chính xác kết quả phân loại năm 2015 .......................................... 82 Bảng 3. 1. Gộp nhóm các loại biến động ..........92 Bảng 3. 2. Các biến phụ thuộc ............................................................................... 95 Bảng 3. 3. Các biến độc lập .................................................................................... 95 Bảng 3. 4. Mô hình mất rừng và suy thoái rừng 1994-2005 .................................. 97 Bảng 3. 5. So sánh bản đồ xác suất mất rừng và suy thoái rừng với bản đồ biến động thực tế ............................................................................................................ 99 Bảng 3. 6. Mô hình mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 2005-2015 ................ 100 Bảng 3. 7. Mô hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994-2005 ......................... 103 Bảng 3. 1. So sánh bản đồ xác suất tái sinh rừng tự nhiên và bản đồ tái sinh rừng thực tế .108 Bảng 3. 9. Mô hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 2005-2015 ......................... 106 Bảng 3. 10. Mô hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 1994-2005 .......................... 108 Bảng 3. 11. So sánh bản đồ xác suất mở rộng rừng trồng với BĐBĐ thực tế ..... 110 Bảng 3. 12. Mô hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 2005-2015 .......................... 110 vii
8. DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Phân tích vector biến động ..25 Hình 1. 2. Nguyên tắc của kỹ thuật trừ ảnh ............................................................ 25 Hình 1. 3. Diện tích dƣới đƣờng cong ROC .......................................................... 35 Hình 2. 1. Bản đồ hành chính tỉnh Hòa Bình ......................................................... 40 Hình 2. 2. Mô hình số độ cao tỉnh Hòa Bình ......................................................... 42 Hình 2. 3. Ảnh vệ tinh Landsat TM band 5, band 7 và tổ hợp band 432 ............... 42 Hình 2. 4. Bản đồ địa mạo tỉnh Hòa Bình ............................................................. 43 Hình 2. 1. Bản đồ sinh khí hậu tỉnh Hòa Bình......................................................47 Hình 2. 6. Mạng lƣới sông suối tỉnh Hòa Bình ...................................................... 46 Hình 2. 7. Bản đồ thổ nhƣỡng tỉnh Hòa Bình ........................................................ 48 Hình 2. 2. Cơ cấu lao động theo ngành kinh tế năm 1994, 2001 và 2011 .56 Hình 2. 9. Cơ cấu các ngành kinh tế năm 1994, 2000, 2010 và 2014 .................... 54 Hình 2. 10. Hệ thống đƣờng giao thông tỉnh Hòa Bình ......................................... 60 Hình 2. 3. Phƣơng pháp trƣớc phân loại nghiên cứu biến động trạng thái lớp phủ rừng ...............71 Hình 2. 12. Ảnh NDVI qua các năm ...................................................................... 69 Hình 2. 13. Histogram ảnh NDVI 1994-2005 (trái) và 2005-2015 (phải) .......... 70 Hình 2. 14. Biểu đồ biến động trạng thái lớp phủ 1994-2005-2015 ...................... 71 Hình 2. 15. Biến động chỉ số NDVI giai đoạn 1994 - 2005 ................................... 72 Hình 2. 16. Biến động chỉ số NDVI giai đoạn 2005 - 2015 ................................... 73 Hình 2. 17. Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng theo phƣơng pháp sau phân loại .... 74 Hình 2. 18. Biểu đồ phân bố các pixel trong không gian phổ ................................ 75 Hình 2. 19. Kết quả phân loại ảnh .......................................................................... 76 Hình 2. 20. Biểu đồ cơ cấu diện tích các loại lớp phủ ........................................... 76 Hình 2. 21. Ảnh phân loại sau khi gộp nhóm ......................................................... 78 Hình 2. 22. Biến động lớp phủ rừng tại khu Bảo tồn Phu Canh ............................ 78 Hình 2. 23. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực lòng hồ sông Đà ........................ 79 Hình 2. 24. Biến động lớp phủ rừng tại khu bảo tồn Thƣợng Tiến ....................... 79 Hình 2. 25. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực Lạc Thủy ................................... 80 viii
9. Hình 2. 26. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực Lƣơng Sơn ................................ 80 Hình 2. 27. Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 1994 ...................................... 83 Hình 2. 28. Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 2005 ...................................... 84 Hình 2. 29. Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 2015 ...................................... 85 Hình 3. 1. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông chính giai đoạn 1994-2005 87 Hình 3. 2. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông phụ giai đoạn 1994-2005 ...................................................................................................... 87 Hình 3. 3. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối lớn giai đoạn 1994-2005 .................................................................................................... 88 Hình 3. 4. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối nhỏ giai đoạn 1994-2005 .................................................................................................... 88 Hình 3. 5. Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 1994-2005 ........... 88 Hình 3. 6. Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 1994-2005 ......................... 89 Hình 3. 7. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông chính giai đoạn 2005-2015 ...................................................................................................... 89 Hình 3. 8. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông phụ giai đoạn 2005-2015 ...................................................................................................... 89 Hình 3. 9. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối lớn giai đoạn 2005-2015 .................................................................................................... 90 Hình 3. 10. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối nhỏ giai đoạn 2005-2015 .................................................................................................... 90 Hình 3. 11. Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 2005-2015 ......... 90 Hình 3. 12. Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 2005-2015 ....................... 91 Hình 3. 13 Bản đồ biến động LPR ......................................................................... 93 Hình 3. 14. Bản đồ biến động LPR ........................................................................ 94 Hình 3. 15. Sơ đồ các bƣớc phân tích mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các yếu tố địa lý ...................................................................................................... 96 Hình 3. 16. Xác suất mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 1994-2005 ................ 98 Hình 3. 17. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mô hình mất rừng và suy thoái rừng ..... 99 Hình 3. 18. Xác suất mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 2005-2015 ............. 102 Hình 3. 19. Xác suất tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994 - 2005 ..................... 104 ix
10. Hình 3. 20. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mô hình tái sinh rừng tự nhiên ........ 105 Hình 3. 21. Xác suất tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 2005-2015 ....................... 107 Hình 3. 22. Xác suất mở rộng rừng trồng giai đoạn 1994-2005 .......................... 109 Hình 3. 23. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mô hình mở rộng rừng trồng ........... 110 Hình 3. 24. Xác suất mở rộng rừng trồng giai đoạn 2005-2015 .......................... 112 Hình 3. 25. Vị trí các xã và các hộ gia đình đƣợc phỏng vấn .............................. 115 Hình 3. 26. Vị trí các xã và các hộ gia đình đƣợc phỏng vấn ở Huyện Đà Bắc .. 115 Hình 3. 27. Rừng keo đƣợc trồng tại thôn Rổng Vòng, xã Lâm Sơn, H. Lƣơng Sơn 116 Hình 3. 28. Ngôi nhà đƣợc xây dựng khang trang bằng tiền thu nhập từ trồng rừng tại thôn Rổng Vòng, xã Lâm Sơn, H. Lƣơng Sơn ................................................ 116 Hình 3. 29. Ngôi nhà của ngƣời Kinh ở thôn Bình Tiến, xã Dân Hạ, H. Kỳ Sơn 117 Hình 3. 30. Bên trong một ngôi nhà của ngƣời Dao tại xã Hiền Lƣơng, Đà Bắc 118 Hình 3. 31. Cơ cấu số hộ gia đình theo nguồn thu nhập chính của mỗi nhóm .... 119 Hình 3. 32. Những ngôi nhà của ngƣời Tày, xã Tân Minh, H. Đà Bắc ............... 120 Hình 3. 33. Những đống củi đƣợc các hộ gia đình ngƣời Tày, xã Tân Minh ...... 120 Hình 3. 34. Bản đồ dự báo xác suất mất rừng và suy thoái rừng đến năm 2020 . 125 Hình 3. 35. Bản đồ dự báo xác suất tái sinh rừng tự nhiên đến năm 2020 .......... 126 Hình 3. 36. Bản đồ dự báo xác suất mở rộng rừng trồng đến năm 2020 ............. 127 Hình 3. 2. Bản đồ phân vùng địa lý tự nhiên 131 x