Luận văn Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội phục vụ phát triển nuôi trồng thủy sản nước lợ (nghiên cứu trường hợp tại khu vực Long Thành - Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai)

Nội dung tài liệu: Luận văn Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội phục vụ phát triển nuôi trồng thủy sản nước lợ (nghiên cứu trường hợp tại khu vực Long Thành - Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai)

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------- HOÀNG HẢI ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ (NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP TẠI KHU VỰC LONG THÀNH - NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2019
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------- HOÀNG HẢI ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ (NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP TẠI KHU VỰC LONG THÀNH - NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI) Chuyên ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý Mã số : 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học ` PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa TS. Bùi Quang Thành Hà Nội - 2019
3. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới cô Đinh Thị Bảo Hoa, người đã tận tình hướng dẫn, động viên cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Địa lý, gia đình, bạn bè và đặc biệt là những đồng nghiệp tại phòng Quản lý và Khai thác ảnh vệ tinh, Trung tâm Điều khiển và Khai thác vệ tinh nhỏ, Viện Công nghệ vũ trụ đã hỗ trợ, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2019 Tác giả luận văn Hoàng Hải i
4. MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. vi MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết .................................................................................................................. 1 2. Câu hỏi nghiên cứu ........................................................................................................ 3 3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 3 4. Phạm vi, đối tượng và giới hạn nghiên cứu ................................................................... 4 5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................ 5 6. Cơ sở tài liệu .................................................................................................................. 5 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................................ 6 8. Cấu trúc của luận văn ..................................................................................................... 6 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 7 1.1. Chỉ tiêu chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản ............................................... 7 1.1.1. Nuôi trồng thủy sản .............................................................................................. 7 1.1.2. Chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản .......................................................... 7 1.1.3. Chlorophyll-a (Chl-a) trong nuôi trồng thủy sản .................................................. 9 1.2. Ứng dụng viễn thám - GIS trong đánh giá chất lượng nước phục vụ nuôi trồng thủy sản .................................................................................................................................... 12 1.2.1. Ứng dụng viễn thám trong đánh giá chất lượng nước ........................................ 12 1.2.2. Ứng dụng GIS trong đánh giá chất lượng nước ................................................. 16 1.2.3. Sử dụng dữ liệu viễn thám trong nghiên cứu và đánh giá chất lượng nước ....... 18 1.3. Cơ sở viễn thám và GIS trong đánh giá, giám sát chất lượng nước tại khu vực nghiên cứu ........................................................................................................................ 25 1.4. Phương pháp thực hiện .............................................................................................. 28 1.4.1. Lựa chọn thông số đánh giá chất lượng nước .................................................... 28 1.4.2. Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh ............................................................................... 32 1.4.3. Quy trình xử lý dữ liệu ....................................................................................... 33 1.4.4. Xây dựng công cụ phân tích dữ liệu viễn thám và GIS ...................................... 35 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI TÁC ĐỘNG TỚI PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU .............................. 50 ii
5. 2.1. Đặc điểm tự nhiên ..................................................................................................... 50 2.1.1. Vị trí địa lý .......................................................................................................... 50 2.1.2. Địa hình .............................................................................................................. 51 2.1.3. Đặc điểm khí hậu và thời tiết .............................................................................. 52 2.1.4. Tài nguyên thiên nhiên ....................................................................................... 53 2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội .......................................................................................... 54 2.2.1. Tình hình phát triển kinh tế ................................................................................ 54 2.2.2. Hiện trạng về hạ tầng .......................................................................................... 59 2.2.3. Nguồn nhân lực .................................................................................................. 60 2.3. Tình hình tái cơ cấu lĩnh vực thủy sản trong khu vực nghiên cứu ............................ 61 2.3.1. Quy hoạch chi tiết nuôi trồng thủy sản tập trung huyện Nhơn Trạch ................ 61 2.3.2. Thực trạng........................................................................................................... 63 2.3.3. Tái cơ cấu ngành thủy sản .................................................................................. 68 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................... 70 3.1. Kết quả của công cụ phần mềm ................................................................................ 70 3.2. Đánh giá độ chính xác ............................................................................................... 75 3.2.1. Kết quả điều tra thực địa..................................................................................... 75 3.2.2. So sánh kết quả tính toán trên ảnh và trên thực địa ............................................ 81 3.3. Thảo luận ................................................................................................................... 82 KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 85 KIẾN NGHỊ ......................................................................................................................... 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 87 iii
6. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được phân tích qua ảnh Landsat 8 tại cửa sông Đáy (Ảnh chụp ngày 8, tháng 12, năm 2013).............................................................................. 15 Hình 1.2. Ảnh Landsat ETM+ chụp lưu vực sông với các kênh phổ khác nhau ................. 20 Hình 1.3. Đặc tính phản xạ và hấp thụ của nước ................................................................. 27 Hình 1.4. Khoảng hấp thụ phổ của Chl-a và Chl-b .............................................................. 29 Hình 1.5. Sơ đồ dữ liệu ảnh VNREDSat-1 sử dụng trong khu vực nghiên cứu .................. 33 Hình 1.6. Quy trình xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh ...................................................................... 34 Hình 1.7. Các hợp phần của phần mềm ............................................................................... 38 Hình 1.8. Các dạng dữ liệu Vector ...................................................................................... 39 Hình 1.9. Các trường hợp giao cắt đối tượng dạng vùng..................................................... 40 Hình 1.10. Phổ phản xạ các đối tượng phân tích trên ảnh VNREDSat-1 ............................ 43 Hình 1.11. Ảnh khu vực nghiên cứu và sản phẩm tách nước .............................................. 44 Hình 1.12. Sơ đồ phân bố phổ của các kênh phổ VNREDSat-1 ......................................... 47 Hình 2.1. Vị trí huyện Nhơn Trạch ...................................................................................... 50 Hình 2.2. Biểu đồ thống kê xu hướng diện tích nuôi trồng thủy sản tỉnh Đồng Nai ........... 56 Hình 2.3. Bản đồ lớp phủ huyện Nhơn Trạch năm 2015 ..................................................... 64 Hình 2.4. Bản đồ thủy văn huyện Nhơn Trạch năm 2015 ................................................... 65 Hình 2.5. Bản đồ nước mặt huyện Nhơn Trạch năm 2015 .................................................. 66 Hình 3.1. Giao diện hiệu chỉnh khí quyển cho ảnh VNREDSat-1 ...................................... 70 Hình 3.2. Ảnh trước và sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển ................................. 70 Hình 3.3. Công cụ tính toán Chlorophyll-a từ ảnh VNREDSat-1 ....................................... 71 Hình 3.4. Bản đồ phân bố hàm lượng Chlorophyll-a từ ảnh VNREDSat-1 chụp ngày 22/4/2017 ............................................................................................................................. 71 Hình 3.5. Bản đồ vật chất lơ lửng chiết xuất từ ảnh VNREDSat-1 ..................................... 72 Hình 3.6. Sơ đồ các điểm mẫu thực địa ............................................................................... 76 iv
7. Hình 3.7. Biểu đồ giá trị Chl-a trong các ngày lấy mẫu (đợt 1) .......................................... 78 Hình 3.8. Biểu đồ giá trị Chl-a trong các ngày lấy mẫu (đợt 2) .......................................... 79 Hình 3.9. Biểu đồ Chl-a tại vị trí sông Thị Vải qua các ngày và giờ lấy mẫu ..................... 80 Hình 3.10. Biểu đồ Chl-a tại khu vực nuôi trồng thủy sản qua các ngày và giờ lấy mẫu ... 80 Hình 3.11. Biểu đồ Chl-a tại khu vực nước lặng ven sông Thị Vải qua các ngày và giờ lấy mẫu ....................................................................................................................................... 81 Hình 3.12. Kết quả tính toán Chl-a từ ảnh khu vực lấy mẫu và vị trí các điểm mẫu .......... 81 Hình 3.13. Tương quan giữa giá trị đo thực địa và kết quả tính từ ảnh ............................... 82 v
8. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tiêu chuẩn nước cho nuôi trồng thủy sản .... .................. 09 Bảng 1.2. Quan hệ giữa lượng Chlorophyll và chất lượng nước ....................................... 11 Bảng 1.3. Đặc điểm một số loại dữ liệu VT trong nghiên cứu tài nguyên nước ................ 22 Bảng 1.4. Dữ liệu ảnh VNREDSat-1 đã thu thập được .................. 32 Bảng 2.1. Thống kê diện tích thành phần nước mặt huyện Nhơn Trạch năm 2015 ........... 66 Bảng 3.1. Hàm lượng Chl-a và SPM của các cảnh ảnh VNREDSat-1 khu vực nghiên cứu ................................73 Bảng 3.2. Kết quả phân tích mẫu nước đợt 1 ..................................................................... 77 Bảng 3.3. Kết quả phân tích mẫu nước đợt 2 ..................................................................... 78 Bảng 3.4. Giá trị Chl-a thực địa và trên ảnh (đơn vị µg/L) ................................................ 82 vi
9. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Tỉnh Đồng Nai là nơi có hoạt động nuôi trồng thủy sản hầu như phân bố đồng đều khắp toàn tỉnh và được chia thành hai vùng riêng biệt: vùng nước ngọt và vùng ngập mặn Long Thành – Nhơn Trạch. Ngành thủy sản Đồng Nai đã và đang phát triển theo hướng tăng giá trị sản xuất, với nhiều mô hình nuôi thủy sản có hiệu quả cho năng suất sản lượng cao. Ngày 18/7/2016, UBND tỉnh Đồng Nai đã ra quyết định số 2253/QĐ-UBND Phê duyệt Kế hoạch thực hiện tái cơ cấu lĩnh vực thủy sản giai đoạn 2016 -2020, định hướng đến năm 2030. Điều này đã thể hiện vị thế quan trọng của ngành thủy sản tại tỉnh Đồng Nai. Với mục tiêu “Tận dụng triệt để các lợi thế, khắc phục các khó khăn để phát triển ngành thủy sản của tỉnh”, một trong những nhiệm vụ được đặt ra là cần phải quy hoạch hợp lý, hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế. Theo đó, khu vực xã Phước An, huyện Nhơn Trạch đã được quy hoạch đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng để phát triển nuôi trồng thủy sản; đây cũng là khu vực được lựa chọn để tập trung nghiên cứu, điều tra, khảo sát thực địa. Tuy nhiên, một trong những khó khăn, hạn chế khi thực hiện công tác quy hoạch, phát triển nuôi trông thủy sản trong khu vực nghiên cứu là các thông tin về chất lượng nước còn chưa đầy đủ. Mặc dù, Chi cục Thủy sản, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã có những trạm đo nhưng số lượng còn ít, số liệu vẫn còn hạn chế; đồng thời chỉ tập trung vào một số khu vực nhất định. Do vậy, các số liệu còn chưa đồng nhất trên diện rộng,và chưa có tính chu kỳ trong thời gian dài. Điều này dẫn đến những khó khăn nhất định cho việc cung cấp thông tin cho quy hoạch. Bên cạnh đó, theo quy hoạch tổng thể của tỉnh tại khu vực Long Thành – Nhơn Trạch, không chỉ có sân bay quốc tế mà còn có nhiều các khu công nghiệp với các quy mô lớn, nhỏ các cơ sở hạ tầng giao thông, cấp nước, xử lý nước thải đang được thiết kế, cấp phép triển khai. Như vậy, trong tương lai, chất lượng nước khu vực này có thể bị ảnh hưởng bởi nước thải hoạt động của các khu công nghiệp, dự án ở đây và qua đó, ảnh hưởng không nhỏ đến công tác quy hoạch, phát triển 1
10. nuôi trồng hải sản trong khu vực. Vì vậy, giám sát chất lượng nước trong khu vực là yêu cầu cần thiết, phục vụ thiết thực công tác quản lý, quy hoạch phát triển nuôi trồng thủy sản tại đây. Việc ứng dụng công nghệ viễn thám vào ngành thủy sản đã và đang có những thay đổi nhanh chóng và tích cực. Tuy vậy, đây vẫn là lĩnh vực ứng dụng còn chưa mạnh, hầu hết là để phục vụ quản lý mang tính chất cục bộ, nên dẫn đến dữ liệu còn manh mún. Mặt khác, tính khả thi và mức độ thành công phụ thuộc rất nhiều vào dữ liệu đầu vào, đây là thứ mà ngành còn đã và đang thiếu. Vấn đề quản lý nuôi trồng, quy hoạch và phát triển sẽ gặp không ít khó khăn. Trong đó, việc theo dõi biến động nuôi trồng thủy sản sẽ được đặt lên hàng đầu thông qua việc giám sát chất lượng nước để đưa ra các đánh giá về quy hoạch nuôi trồng, nhằm xác định tính tương thích cao nhất cho từng vùng, cũng như phát hiện ô nhiễm nguyên nhân gây dịch bệnh cho vật nuôi. Với những ưu điểm như độ phủ rộng, có tính lịch sử, kế thừa, tính thời sự, tính đồng nhất và tương quan cao của nhiều đối tượng trong cùng một thời điểm, dữ liệu viễn thám cho phép cập nhật thông tin một cách chính xác nhất, hiệu quả nhất đồng thời giảm thời gian, kinh phí, đặc biệt là cho các khu vực rộng lớn. Bên cạnh đó, GIS là một công cụ thực sự hữu hiệu không chỉ cho nghiên cứu đánh giá vùng thích nghi nuôi trồng thủy sản mà còn cho rất nhiểu các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, khi sử dụng công cụ này vào đánh giá thích nghi cần phải kết hợp với điều tra đánh giá điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội, các chỉ số môi trường vùng nuôi, chất lượng nước, .. để đưa ra các thông tin đầy đủ và chính xác nhất, hỗ trợ đề xuất quy hoạch vùng nuôi thực sự có hiệu quả và bền vững. Với những lý do trên, luận văn nghiên cứu: “Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội phục vụ phát triển nuôi trồng thủy sản nước lợ (Nghiên cứu trường hợp tại khu vực Long Thành - Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai)” đã được chọn nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS ở địa phương, góp phần thúc đẩy sự tham gia của các ứng dụng sử dụng ảnh viễn thám và GIS trong phát triển kinh tế xã hội. Thực tế cho thấy 2