Luận án Nghiên cứu biến động sử dụng đất trong mối quan hệ với một số yếu tố nhân khẩu học thuộc khu vực huyện Giao thủy, tỉnh Nam Định

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ XUÂN T LÊ THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT TRONG MỐI QUAN HỆ VỚI MỘT SỐ YẾU TỐ NHÂN KHẨU HỌC THUỘC KHU VỰC HUYỆN GIAO THỦY, TỈNH NAM ĐỊNH Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số: 62.52.05.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2016 2 Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa mỏ, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, P. Đức Thắng, Q. Bắc Từ Liêm, Hà Nội. Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS Phạm Văn Cự 2. GS. TS Võ Chí Mỹ Anh Nghĩa Phản biện 1: PGS. TS Trần Xuân Trƣờng Trường đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 2 : GS. TS Trƣơng Quang Hải Trường đại học Khoa học Tự nhiên Phản biện 3: TS. Trần Đình Luật Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, P. Đức Thắng, Q. Bắc Từ Liêm, Hà Nội Vào hồi..............giờ, ngày..........tháng.........năm 2016 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Tốc độ gia tăng dân số nhanh cùng với nhiều chính sách nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội ở Việt Nam trong những năm gần đây đã gây ra sự biến đổi tiêu cực nhiều mặt đối với tài nguyên - môi trường, trong đó đất đai là thành phần tài nguyên chịu tác động và biến động sâu sắc nhất. Huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định là khu vực ven biển thuộc đồng bằng sông Hồng, là nơi có diện tích canh tác trên mỗi đầu người chỉ đạt khoảng 1/2 con số trung bình của cả nước. Tuy nhiên, đây lại là nơi tập trung dân cư đông nhất, gấp 5 lần so với mật độ trung bình cả nước. Đất canh tác ít, dân số quá đông gây áp lực rất lớn cho việc phát triển kinh tế - xã hội của khu vực. Do đó, nghiên cứu tổng thể mối quan hệ biến động sử dụng đất/các yếu tố nhân khẩu học/phát triển kinh tế - xã hội là thực sự cần thiết. 2. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu a/ Mục tiêu: Mục tiêu nghiên cứu của luận án này nhằm xác định và làm sáng tỏ mối quan hệ giữa sự tăng trưởng của một số yếu tố nhân khẩu học và biến động sử dụng đất tại huyện Giao Thủy trên cơ sở ứng dụng tư liệu viễn thám và các kỹ thuật địa tin học. b/ Nhiệm vụ: - Tổng quan tài liệu liên quan đến luận án; - Nghiên cứu và lựa chọn các phương pháp phân loại nhằm nâng cao độ chính xác chiết tách thông tin sử dụng đất từ ảnh viễn thám; - Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp phù hợp nhằm xác định mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất và các yếu tố nhân khẩu học; 2 - Mô hình hóa và dự báo biến động sử dụng đất ở khu vực nghiên cứu. 3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu a/ Đối tượng nghiên cứu Xác định mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất và một số yếu tố nhân khẩu học. b/ Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi không gian: huyện Giao Thủy, Nam Định. - Phạm vi thời gian: luận án nghiên cứu từ sau thời kì “Đổi mới” đến nay. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp: phân tích, tổng hợp; tích hợp viễn thám và GIS; hồi quy thống kê; mô hình hóa; thực nghiệm thực địa. 5. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Biến động tăng diện tích đất nuôi trồng thủy sản và đất xây dựng tại huyện Giao Thủy thời kỳ sau “Đổi mới” có mối quan hệ chặt chẽ với xu thế tăng trưởng của hai yếu tố nhân khẩu học là số lượng hộ gia đình và tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động. Luận điểm 2: Tích hợp mô hình hồi quy Logistic, chuỗi Markov với Cellular Automata trên GIS cho phép dự báo về biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy trên không gian và thời gian đạt độ tin cậy cao. 6. Những điểm mới của luận án 1. Sự tích hợp phương pháp phân loại theo hướng đối tượng với phương pháp phân loại theo vùng thực địa và thuật toán K - NN đã nâng cao độ tin cậy trong việc đánh giá biến động sử dụng đất từ ảnh vệ tinh. 2. Xác định được mối quan hệ giữa gia tăng lực lượng lao động, gia 3 tăng số lượng gia đình với biến động sử dụng đất khu vực huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định dựa trên công nghệ viễn thám và GIS. 3. Dự báo biến động sử dụng đất tại Giao Thủy dựa trên việc tích hợp đa mô hình với sự tham gia của các biến nhân khẩu học. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: - Xây dựng hướng tiếp cận liên ngành giữa khoa học Trái Đất và khoa học Xã hội để xác định mối quan hệ giữa hai đối tượng sử dụng đất với các yếu tố nhân khẩu học. Ý nghĩa thực tiễn: - Luận án đã làm sáng tỏ vai trò của các yếu tố lực lượng lao động, số hộ gia đình trong việc sử dụng đất và biến động sử dụng đất. Điều này là cần thiết cho việc điều chỉnh các quy hoạch sử dụng đất tại địa phương. 8. Cấu trúc luận án Luận án bao gồm 03 chương cùng với phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ CÁC YẾU TỐ NHÂN KHẨU HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tình hình nghiên cứu biến động sử dụng đất 1.1.1 Xu hướng nghiên cứu biến động sử dụng đất với các yếu tố quan hệ 1.1.2 Các phương pháp nghiên cứu biến động sử dụng đất Phát hiện biến động có thể được định nghĩa là quá trình xác định sự khác biệt trạng thái của một đối tượng hoặc hiện tượng bằng cách quan sát nó ở các thời điểm khác nhau [25]. 4 Dưới đây là các phương pháp phổ biến nhất được sử dụng trong nghiên cứu phát hiện biến động từ ảnh vệ tinh [25, 111]: 1.1.3 Các phương pháp phân loại hiện trạng sử dụng đất từ ảnh vệ tinh và xu hướng mới trên thế giới và Việt Nam. Hiện nay có rất nhiều phương pháp phân loại cho dữ liệu ảnh viễn thám, nhưng nhìn chung, phương pháp tiếp cận phân loại ảnh viễn thám có thể được nhóm lại bao gồm các nhóm chính sau: có giám sát và không giám sát, hoặc phân loại có tham số và không tham số (mờ), hoặc cứng và mềm, hoặc dựa trên điểm ảnh, sub-pixel và vùng đối tượng [43]. Các nghiên cứu gần đây đều chỉ ra rằng xu hướng tích hợp của hai hay nhiều phương pháp phân loại đã cải thiện và nâng cao độ chính xác kết quả phân loại hơn so với việc sử dụng một phương pháp phân loại đơn [8, 9, 10]. Rất quan trọng trong sự kết hợp này là phát triển các quy tắc phù hợp để kết hợp các kết quả từ các phương pháp phân loại khác nhau sao cho phát huy được tối đa các ưu điểm của từng phương pháp phân loại riêng rẽ. 1.2 Các vấn đề cơ bản về nghiên cứu nhân khẩu học trong luận án 1.2.1 Một số khái niệm hiện hành trong nghiên cứu nhân khẩu học 1.2.2 Các học thuyết cơ bản trong nghiên cứu mối quan hệ dân số và phát triển 1.2.3 Sự biến động các yếu tố nhân khẩu học ảnh hưởng đến tăng trưởng kinh tế - xã hội, môi trường và gây ra những biến động trong mục đích sử dụng đất 1. Phân tích biến động trước phân loại 2. Phân tích biến động sau phân loại 3. Phương pháp phân loại ảnh trực tiếp đa thời gian 4. Phương pháp kết hợp 5 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất và sự thay đổi các yếu tố nhân khẩu học 1.3.1 Tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động sử dụng đất do tác động của phát triển dân số Dữ liệu viễn thám và GIS là đặc biệt rất hữu ích cho các nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất/ các yếu tố thuộc nhân khẩu học/ phát triển kinh tế - xã hội. Nghiên cứu biến động sử dụng đất ở các nước đang phát triển đã chứng minh rằng, công việc nghiên cứu các vấn đề xã hội không gian giúp tìm hiểu lịch sử phát triển và nguyên nhân gốc rễ của các vấn đề kinh tế - xã hội đang diễn ra [61, 99]. Các nghiên cứu chứng minh dữ liệu viễn thám và GIS như là những loại dữ liệu và công cụ hiệu quả nhất để nghiên cứu thành lập bản đồ theo dõi sự thay đổi dân số dựa trên các bản đồ biến động lớp phủ/sử dụng đất nhằm xác định mối quan hệ giữa chúng [21, 28, 53]. 1.3.2 Sử dụng phương pháp hồi quy dựa trên phân tích thống kê để xác định quan hệ giữa biến động sử dụng đất và thay đổi dân số các khu vực nghiên cứu trên Thế giới và Việt Nam Phương pháp phân tích hồi quy thường được sử dụng khi xác định quan hệ tương quan giữa các biến phụ thuộc và một số biến độc lập. Rất nhiều tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong thập kỷ qua bằng cách sử dụng kỹ thuật thống kê của phân tích hồi quy dựa trên tập dữ liệu được tích hợp bởi dữ liệu khảo sát thực địa, dữ liệu vệ tinh và dữ liệu điều tra dân số [27]. Ưu điểm của các mô hình hồi quy trong phân tích thống kê cho phép chúng ta nhanh chóng nhận diện mối quan hệ giữa các biến và cũng cho phép xác định mức độ quan hệ giữa các biến. 1.4 Tình hình nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất và 6 các yếu tố nhân khẩu học ở Việt Nam Thực tế cho thấy vấn đề chuyển đổi nhân khẩu học của Việt Nam đang diễn ra rất mạnh mẽ và có vai trò thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội cho mỗi vùng miền. Tuy nhiên, hiện nay các nghiên cứu tập trung vào hướng này còn rất hạn chế, thực sự chưa có nghiên cứu nào xem xét và đề cập đến vấn đề cơ hội dân số vàng và sự gia tăng nhanh chóng số lượng hộ gia đình hạt nhân có tác động như thế nào đến việc sử dụng các tài nguyên thiên nhiên môi trường, trong đó có đất đai. Các báo cáo chủ yếu tồn tại dạng nghiên cứu đơn lẻ (chủ yếu nghiên cứu ở dạng xã hội học thuần túy), kết quả đưa ra mang tính định tính, thiếu định lượng, thiếu về mặt nghiên cứu và xem xét mối quan hệ trên không gian và thời gian xảy ra như thế nào. 1.5. Quan điểm nghiên cứu của luận án 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án Biến động SDĐ Gia tăng số hộ gia đình Gia tăng tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động Thay đổi mục đích SDĐ theo hướng có thu nhập kinh tế cao hơn Tăng cơ sở hạ tầng, đất vui chơi giải trí, bệnh viện, trường học và đất ở Hiện trạng SDĐ Biến động SDĐ Xác định mối quan hệ giữa biến động SDĐ và NKH Dự báo biến động SDĐ Viễn thám GIS Tích hợp mô hình hồi quy Logistic + Markov + Cellular Automata Mô hình hóa Phân tích thống kê Phân vùng đối tượng K-NN Định hướng đối tượng Mô hình hồi quy 7 Chƣơng 2. ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ SỰ THAY ĐỔI CÁC YẾU TỐ NHÂN KHẨU HỌC KHU VỰC HUYỆN GIAO THỦY, TỈNH NAM ĐỊNH 2.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu của luận án 2.2 Xác định và đánh giá quá trình biến động sử dụng đất tại Giao Thủy từ dữ liệu ảnh vệ tinh 2.2.1 Thành lập hiện trạng sử dụng đất khu vực Giao Thủy, Nam Định Các bước cơ bản của quá trình thành lập hiện trạng sử dụng đất từ dữ liệu vệ tinh bao gồm các bước cơ bản [43]: 1. Lựa chọn loại dữ liệu ảnh viễn thám; 2. Xác định và lựa chọn các lớp sử dụng đất phù hợp; 3. Tiền xử lý hình ảnh; 4. Lựa chọn phương pháp phân loại phù hợp; 5. Lựa chọn phương pháp đánh giá độ chính xác kết quả phân loại. Khi chiết xuất thông tin sử dụng đất từ chuỗi ảnh viễn thám đa thời gian, vấn đề lẫn phổ của cùng một lớp đối tượng ở trên các thời điểm ảnh khác nhau gây ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của kết quả phân loại sẽ dẫn đến việc xác định biến động sử dụng đất không chính xác do đó luận án đã tìm hiểu và ứng dụng phương pháp phân loại dựa trên vùng thực địa (Per - field classification) nhằm giải quyết vấn đề không đồng nhất về môi trường và khắc phục sự lẫn phổ trong cùng một lớp trên các ảnh đa thời gian, tuy nhiên phương pháp này cần phải có dữ liệu vector số chuẩn xác về ranh giới của các đối tượng trên thực địa nên luận án đã kết hợp với phương pháp phân loại định hướng đối tượng (Object - oriented classification) để tạo ra kết quả vector số chuẩn, cuối cùng để chiết tách thành công đối tượng đất xây dựng ở 8 khu vực nông thôn luận án tiếp tục kết hợp với thuật toán K - Láng giềng gần nhất (K - Nearest Neighbors). a. Tổng quan phương pháp phân loại theo hướng đối tượng Quá trình phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp theo hướng đối tượng được tiến hành trên các bước cơ bản sau: Bước 1: Hiển thị và quản lý dữ liệu Bước 2: Trộn các kênh ảnh và tăng cường chất lượng ảnh Bước 3: Phân mảnh ảnh và xem các đặc trưng của đối tượng ảnh Bước 4: Thiết lập chú giải cho phân loại Bước 5: Thiết lập quy tắc và tiến hành phân loại Bước 6: Chỉnh sửa kết quả bằng tay Bước 7: Đánh giá kết quả và xuất kết quả b. Phương pháp phân loại theo vùng thực địa Về bản chất, phương pháp phân loại theo vùng thực địa là sự tích hợp dữ liệu phổ với dữ liệu vector. Trong đó, dữ liệu vector là ranh giới các đối tượng trên thực địa, các ranh giới này được xác định từ các phương pháp như: đo đạc trực tiếp ngoài thực địa; số hóa từ bản đồ; từ ảnh viễn thám. Phương pháp này được thực hiện dựa trên hai bước chính: Bước 1. Xác định ranh giới các đối tượng trên thực địa; Bước 2. Tích hợp ranh giới các đối tượng trên thực địa với ảnh viễn thám ở các thời điểm để chiết xuất thông tin về sử dụng đất. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) cung cấp các phương tiện và công cụ để thực hiện phương pháp phân loại này thông qua việc tích hợp các dữ liệu vector và raster [46, 69]. c. Lý thuyết phương pháp phân loại theo thuật toán K - NN * Thuật toán K-NN: 9 - Xác định giá trị tham số K (số láng giềng gần nhất), tham số K càng lớn thì kết quả phân nhóm đối tượng càng có độ tin cậy cao hơn. - Tính khoảng cách giữa đối tượng cần phân lớp với tất cả các đối tượng trong bộ mẫu (dữ liệu đã được chắc chắn xếp vào một nhóm lớp cụ thể). - Thuật toán sẽ sắp xếp khoảng cách theo thứ tự tăng dần và ưu tiên xác định K láng giềng gần nhất với đối tượng cần phân nhóm. - Lấy tất cả các đặc trưng của K - láng giềng gần nhất đã xác định. - Dựa vào phần lớn sự tương đồng với các đặc trưng của K - láng giềng gần nhất để xác định nhóm cho đối tượng đang cần phân lớp. d. Quy trình tích hợp phương pháp phân loại theo hướng đối tượng và phương pháp phân vùng thực địa với thuật toán phân loại K - láng giềng gần nhất nhằm giải đoán ảnh Landsat TM và OLI của khu vực nghiên cứu K=1 X ϵ nhóm (-) K=2 X không thuộc nhóm nào K=3 X ϵ nhóm (+) Hình 2.1: Xác định nhóm cho đối tượng cần phân loại dựa trên thuật toán K-NN 10 Kết quả phân loại HTSDDD năm 2009 Ảnh năm 2009 Cắt ảnh theo ranh giới nghiên cứu Xử lý số (Phân loại định hướng đối tượng) Đánh giá độ chính xác kết quả phân loại Xây dựng bộ quy tắc Xây dựng các chỉ số Phân mảnh ảnh Ảnh Ikonos 1m Bản đồ HTSDĐ Số liệu thống kê Chỉnh sửa ranh giới các đối tượng trên từng lớp Vector hóa các đối tượng SDĐ Copy các đối tượng không thay đổi Hiện trạng sử dụng đất 1989, 1995, 1999, 2005, 2009, 2013 Chồng xếp lên trên ảnh các năm khác đạt Ko đạt Tách riêng ranh giới đất dân cư Cắt các ảnh vệ tinh gốc theo ranh giới đất dân cư Kết quả phân loại hiện trạng sử dụng đất 1989, 1995, 1999, 2005, 2009, 2013 Object - oriente d classifi cation Per - field classif ication K - NN Phân loại đất xây dựng và vườn tạp bằng K-NN Hình 2.2: Sơ đồ các bước xử lý ảnh 11 2.2.2 Đánh giá quá trình biến động sử dụng đất khu vực huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định 2.2.2.1 Biến động sử dụng đất trên không gian giai đoạn 1989 - 2013 2.2.2.2 Biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy theo thời gian trong giai đoạn nghiên cứu Đất cói 0% Đất NTTS 88% Đất MN 77% 13% Đất RMN 20% 61% Đất muối 85% 14% Đất CSD 18% 22% Đất lúa 91% Đất XD Vườn tạp 58% 6% 41% 3% 12 2.2.2.3 Xu hướng biến động sử dụng đất khu vực Giao Thủy, Nam Định giai đoạn 1989 - 2013 2.3 Diễn biến phát triển nhân khẩu khu vực Giao Thủy, Nam Định 2.3.1 Quy mô hộ và quy mô dân số Hình 2.3: a) Sự biến thiên của quy mô dân số; b) Sự gia tăng số hộ ở Giao Thủy 13 Hình 2.4: Sự biến động mật độ hộ gia đình trên không gian các xã thuộc huyện Giao Thủy giai đoạn 1989 - 2009 Hình 2.5: Sự biến động mật độ dân số trên không gian các xã thuộc huyện Giao Thủy giai đoạn 1989 - 2009 2.3.2 Mật độ và sự phân bố dân số 14 Hình 2.6: Sự biến động tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động trên không gian các xã thuộc huyện Giao Thủy giai đoạn 1989-2009 2.3.4 Tỷ lệ sinh, tỷ lệ chết và tỷ lệ tăng tự nhiên dân số 2.3.5 Lao động, việc làm Chương 3. XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ NHÂN KHẨU HỌC TẠI KHU VỰC HUYỆN GIAO THỦY, TỈNH NAM ĐỊNH 3.1 Phƣơng pháp phân tích thống kê trong xác định mối quan hệ giữa sự biến động sử dụng đất với một số yếu tố nhân khẩu học 3.1.1 Phương pháp tương quan tuyến tính 3.1.2 Phương pháp hồi quy tuyến tính 2.3.3 Cơ cấu dân số theo giới tính và theo nhóm tuổi 15 3.2 Xác định mối quan hệ giữa sự biến động sử dụng đất với một số yếu tố nhân khẩu học tại Giao Thủy, Nam Định dựa vào mô hình hồi quy 3.2.1 Xác định mối quan hệ giữa sự gia tăng diện tích đất xây dựng với các yếu tố nhân khẩu học tại Giao Thủy Hình 3.1: Đường hồi quy biểu thị mối quan hệ giữa diện tích đất xây dựng với từng biến: số lượng hộ gia đình; tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động; mật độ dân số huyện Giao Thủy giai đoạn 1989 - 2013 Thông qua các kết quả thể hiện trên hình 3.4, 3.5 và 3.6, cho thấy có một mối quan hệ tuyến tính rất chặt giữa quá trình gia tăng diện tích đất xây dựng với sự tăng trưởng số lượng hộ gia đình và tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động thể hiện qua giá trị R 2 = 0.934 và R 2 = 0.699 tương ứng. Diện tích đất xây dựng (ha) Số hộ gia đình (hộ) Y = - 2101 ,781 + 0,09 6*X Y = - 2775,731 + 92,626*X Diện tích đất xây dựng (ha) Tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động (%) Diện tích đất xây dựn g (ha) Mật độ dân số (Người/km2) R 2 = 0.934 R 2 = 0.699 Y = - 2007.041 + 5.75*X R 2 = 0.234 16 3.2.2 Mối quan hệ giữa sự gia tăng diện tích đất nuôi trồng thủy sản với các yếu tố nhân khẩu học tại Giao Thủy Hình 3.2: Đường hồi quy biểu thị mối quan hệ giữa diện tích đất NTTS với từng biến: số lượng hộ gia đình; tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động; mật độ dân số huyện Giao Thủy giai đoạn 1989 – 2013 Thông qua các kết quả thể hiện trên hình 3.4 cho thấy có một mối quan hệ tuyến tính rất chặt giữa quá trình gia tăng diện tích đất NTTS với sự tăng trưởng số lượng hộ gia đình và tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động thể hiện qua giá trị R 2 = 0.830 và R 2 = 0.814 tương ứng. 3.2.3 Xác định mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất và các biến nhân khẩu học huyện Giao Thủy bằng phƣơng pháp hồi quy đa biến Mật độ dân số (Người/km2) Số hộ gia đình (hộ) Tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động (%) Diện tích đất NTT S (ha) Diện tích đất NTT S (ha) Diện tích đất NTT S (ha) R 2 = 0.596 Y = - 9059.472 + 14.485 * X R 2 = 0.830 Y = -4866.305 + 0.152 * X Y = -133370.406 + 4421.621 * X - 35.428 * X 2 R 2 = 0.814 17 1. Xác định mối quan hệ giữa diện tích đất xây dựng và các biến nhân khẩu học (NKH) Bước 1: Xem xét ma trận hệ số tương quan giữa diện tích đất xây dựng và 3 biến NKH Bước 2: Ứng dụng mô hình hồi quy tuyến tính bội đánh giá mối quan hệ giữa diện tích đất xây dựng và các biến nhân khẩu học huyện Giao Thủy Hàm hồi quy diện tích đất xây dựng dự đoán theo tất cả các biến độc lập là: Y = 1774.288 - 4.264 * Mật độ dân số + 6.178 * Số hộ gia đình - 75.638 * Tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động 2. Xác định mối quan hệ giữa diện tích đất nuôi trồng thủy sản (NTTS) và các biến nhân khẩu học Bước 1: Xem xét ma trận hệ số tương quan giữa diện tích đất NTTS và 3 biến NKH Bước 2: Ứng dụng mô hình hồi quy tuyến tính bội đánh giá mối quan hệ giữa diện tích đất NTTS và các biến nhân khẩu học huyện Giao Thủy Hàm hồi quy diện tích đất NTTS được dự đoán theo tất cả các biến độc lập là: Y = -10853.679 + 9. 644* Mật độ dân số + 38.063 * Số hộ gia đình + 26.554 * Tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động * Xác định tầm quan trọng của các biến trong mô hình hồi quy đa biến: Trong mô hình hồi quy đa biến trên ta có 3 biến độc lập, chúng ta muốn xác định biến nào có vai trò quan trọng hơn trong việc dự đoán giá trị lý thuyết của biến phụ thuộc Y chúng ta có thể dựa vào độ lớn của giá trị tuyệt đối của các hệ số tương quan, hệ số tương quan từng phần và hệ số tương quan riêng chạy trong bảng kết quả hệ số. Như vậy, biến số lượng hộ gia đình là biến có quan hệ chặt chẽ và tác động nhiều nhất đến sự thay đổi sử dụng đất tại khu vực Giao thủy, cả về 18 sự gia tăng đất xây dựng và gia tăng đất nuôi trồng thủy sản với hệ số tương quan r13 = 0.966, 0.911 và hệ số tương quan từng phần và hệ số tương quan riêng 0.734 và 0.262, 0.984 và 0.643. 3.3 Kết hợp các mô hình nhằm dự báo biến động SDĐ dƣới ảnh hƣởng của sự thay đổi các yếu tố nhân khẩu học tại khu vực huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định Các nghiên cứu sử dụng mô hình biến động sử dụng đất thường có ba mục tiêu cơ bản: (1) để hiểu rõ hơn về nguyên nhân và cơ chế chi phối những thay đổi trong sử dụng đất /lớp phủ đất; (2) đưa ra các dự báo những thay đổi trong tương lai sử dụng đất/ lớp phủ đất bằng cách đưa các yếu tố tác động tham gia vào các mô hình nhằm mục đích kiểm soát chúng; (3) đóng góp vào việc thiết kế các chính sách ứng phó với những thay đổi sử dụng đất. Luận án này với mục tiêu nhằm thực hiện mô hình hóa những thay đổi sử dụng đất là một phần của những nỗ lực để phát triển các phương pháp khả thi cho việc ứng dụng các mô hình thay đổi sử dụng đất ở các vùng đồng bằng ven biển bao gồm các khu vực đang phát triển như huyện Giao Thủy. Nhằm mục đích hạn chế từng kỹ thuật trong mô hình riêng lẻ, luận án đã ứng dụng phương pháp tích hợp mô hình CA, hồi qui logistic và mô hình Markov để mà xử lý tiếp các kết quả biến động theo thời gian tốt hơn từ kết quả đầu ra của mô hình hồi quy logistic (hình 3.) 19 Hình 3.3: Tích hợp mô hình MultiLogistic – Markov - Cellular Automata nhằm dự báo biến động đất xây dựng và đất NTTS huyện Giao Thủy 3.3.1 Mô tả chi tiết các biến tham gia quá trình dự báo biến động sử dụng đất tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định Bản đồ biến động đất xây dựng, NTTS 1989-1999 1989 Kiểm chứng mô hình BĐ HTSDĐ 2009 Chạy mô hình hồi quy MultiLogistic Khả năng chuyển đổi không gian của Đất xây dựng, đất NTTS dưới tác động các biến động lực Chạy mô hình Cellular Automata Chạy mô hình Markov Ma trận xác suất chuyển đổi của mô hình Markov Bản đồ dự báo SDĐ 2019, 2029 Số liệu dự báo biến động đất XD và NTTS Các biến nhân khẩu học Các biến kinh tế-xã hội Bản đồ 2009 tái tạo từ mô hình Bản đồ biến động đất xây dựng, NTTS 1999-2009 1989 Bản đồ biến động đất xây dựng, NTTS 1989-2009 1989 20 3.3.2 Đánh giá kết quả khả năng chuyển đổi sử dụng đất bằng mô hình hồi quy MultiLogistic 3.3.3 Dự báo định lượng biến động sử dụng đất bằng mô hình chuỗi Markov 1. Dự báo biến động diện tích đất xây dựng tại Giao Thủy từ mô hình Markov Hình 3.4: Kết quả định lượng dự báo chuyển đổi các loại đất sang đất XD tại Giao Thủy giai đoạn 1999 - 2009; 2009 - 2019 và 2009 - 2029. Đất lúa 92% Đất vườn tạp 75% Đất khác 99% Đất xây dựng 2009 5% 25% 0% Đất lúa 84% Đất vườn tạp 48% Đất khác 99% Đất xây dựng 2019 2% 52% 0,3% Đất lúa 76% Đất vườn tạp 32% Đất khác 97% Đất xây dựng 2029 9% 68% 3% 21 2. Dự báo biến động diện tích đất NTTS tại Giao Thủy từ mô hình Markov Hình 3.5: Kết quả định lượng dự báo chuyển đổi các loại đất sang đất NTTS tại Giao Thủy giai đoạn 1999 - 2009; 2009 - 2019 và 2009 - 2029. 3.3.4 Tích hợp kết quả mô hình hồi quy logistic và kết quả dự báo trong mô hình chuỗi Markov nhằm dự báo biến động sử dụng đất trong mô hình Cellular Automata tại huyện Giao Thủy 1. Kết quả dự báo phân bố đất xây dựng, đất nuôi trồng thủy sản trên không gian tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định. Đất cói 0% Đất NTTS 2009 100% Đất MN 94% 1% Đất RMN 73% Đất khác 100% Đất CSD 13% Đất lúa 94% Đất muối 89% 11% 9% 10% 2% Đất cói 0% Đất NTTS 2019 100% Đất MN 93% 0% Đất RMN 83% Đất khác 100% Đất CSD 44% Đất lúa 90% Đất muối 47% 27% 8% 35% 8% Đất cói 0% Đất NTTS 2029 100% Đất MN 72% 8% Đất RMN 29% Đất khác 100% Đất CSD 26% Đất lúa 83% Đất muối 33% 33% 79% 53% 10% 22 Hình 3.6: Dự báo phân bố đất xây dựng, đất nuôi trồng thủy sản tại Giao Thủy năm 2009, 2019, 2029 23 3.3.5 Kiểm chứng độ chính xác kết quả của mô hình 3.4 Đánh giá vai trò của dự báo biến động sử dụng đất trong mối quan hệ với các yếu tố nhân khẩu học đối với quy hoạch sử dụng đất huyện Giao Thủy, Nam Định 3.4.1 Đánh giá tiềm năng đất đai cho mục đích nuôi trồng thủy sản và phát triển đô thị, xây dựng khu dân cư nông thôn tại Giao Thủy, Nam Định 3.4.2 Quan điểm sử dụng đất đến năm 2020 của huyện Giao Thủy, Nam Định 3.4.3 Đề xuất lồng ghép các yếu tố nhân khẩu học trong định hướng và quan điểm sử dụng đất cho giai đoạn 2020 - 2030 tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A. KẾT LUẬN Kết luận 1. Sự tích hợp phương pháp phân loại theo hướng đối tượng với phân loại K - NN và phân loại theo vùng thực địa đã nâng cao độ tin cậy trong việc đánh giá biến động sử dụng đất tại khu vực Giao Thủy từ dữ liệu viễn thám. Kết luận 2. Sử dụng đất tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định từ giai đoạn sau “Đổi Mới” đến nay biến động phức tạp cả về diện tích cũng như vị trí. Diễn biến chính của quá trình biến động sử dụng đất tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định cho thấy sự mở rộng đất xây dựng và đất nuôi trồng thủy sản xảy ra rất mạnh mẽ trong toàn bộ quá trình nghiên cứu. Kết luận 3. Huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định là nơi điển hình cho sự suy giảm quy mô và mật độ dân số trong 10 năm trở lại đây. Tuy nhiên, số lượng hộ gia đình hạt nhân, tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động lại tăng 24 lên rõ rệt do xu hướng tách hộ đang gia tăng và dân số khu vực đang ở thời điểm “cơ cấu dân số vàng”. Kết luận 4. Mô hình hồi quy thống kê thực sự là một phương pháp có thể nhận diện nhanh chóng mối quan hệ giữa các biến nhân khẩu học với các biến sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu. Số lượng hộ gia đình và tỷ trọng dân số trong độ tuổi lao động là hai biến có mối quan hệ chặt chẽ với biến diện tích đất xây dựng và diện tích đất nuôi trồng thủy sản. Kết luận 5. Sự tích hợp mô hình Logistic, chuỗi Markov với Cellular Automata trên GIS đã cho chúng ta thấy một diễn biến về biến động sử dụng đất trong không gian bị tác động bởi yếu tố nhân khẩu học theo thời gian. Kết luận 6. Luận án cho thấy cần thiết phải lồng ghép các biến nhân khẩu học vào chính sách phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt trong công tác quy hoạch đất đai. B. KIẾN NGHỊ Kiến nghị 1. Trong nghiên cứu này, các mô hình hồi quy đã được sử dụng để nhận diện các mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với các yếu tố nhân khẩu học. Tuy nhiên, các mối quan hệ này chỉ được xác định về mặt thống kê và không xét đến tính không gian. Do đó, để có thể xác định mối quan hệ giữa các cặp biến sử dụng đất và nhân khẩu học trên không gian và thời gian, cần phải áp dụng các mô hình thống kê không gian. Kiến nghị 2. Việc tích hợp các mô hình hồi quy logistic, chuỗi Markov và Cellular Automata cho phép luận án đưa ra các dự báo về sử dụng đất có độ tin cậy cao, tuy nhiên luận án nhận thấy nếu có thể đưa thêm một số biến tự nhiên và chính sách của khu vực thì kết quả dự báo sẽ chính xác hơn. 24 DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN 1. Lê Thị Thu Hà (2011), “Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu mối tương quan giữa sự mở rộng không gian đô thị và sản lượng khai thác bể than Quảng Ninh”, Hội nghị KHCN mỏ toàn quốc, 750-754. 2. Phạm Thị Làn, Lê Thị Thu Hà, Nguyễn Văn Dũng, Trịnh Thị Hoài Thu (2011), “Nghiên cứu mối quan hệ giữa quá trình khai thác mỏ khu vực Cẩm Phả và quy luật biến động đường bờ vịnh Bái Tử Long”, Hội nghị KHCN mỏ toàn quốc, 726-730. 3. Lê Thị Thu Hà, Phạm Thị Làn, Trịnh Thị Hoài Thu (2011), “Ứng dụng phương pháp phân loại định hướng đối tượng để phân tích các đối tượng trên ảnh vệ tinh”, Tạp chí khoa học Mỏ địa chất, (số 34), 23-26. 4. Trịnh Thị Hoài Thu, Lê Thị Thu Hà, Phạm Thị Làn (2012), “So sánh phương pháp phân loại dựa vào điểm ảnh và phương pháp phân loại định hướng đối tượng chiết xuất thông tin lớp phủ bề mặt từ ảnh độ phân giải cao”, Tạp chí khoa học Mỏ địa chất, (số 39), 59-64. 5. Phạm Thị Làn, Lê Thị Thu Hà, Nguyễn Văn Lợi, Đoàn Thị Dung, Đậu Thanh Bình (2013), “Phân loại lớp phủ bằng phương pháp định hướng đối tượng trên ảnh Alos khu vực Giao Thủy – Nam Định”, Tạp chí công nghiệp mỏ, (số 2B), 89-92. 6. Lê Thị Thu Hà, Phạm Thị Làn, Nguyễn Tiến Quỳnh (2014), “Đánh giá và dự báo biến động sử dụng đất khu vực cửa sông Ba Lạt dựa trên tư liệu viễn thám đa thời gian và GIS”, Tạp chí khoa học Mỏ địa chất, (số 48), 13-19. 7. Phạm Thị Làn, Lê Thị Thu Hà, Võ Chí Mỹ, Phạm Văn Cự (2015), “Phân tích biến động sử dụng đất trong mối quan hệ với yếu tố tự nhiên khu vực huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình”, Tạp chí khoa học đo đạc và bản đồ, (số 24), 53-60. 24 8. Lê Thị Thu Hà, Phạm Thị Làn, Nguyễn Văn Trung, Võ Chí Mỹ, Phạm Văn Cự (2015), “Ứng dụng tư liệu viễn thám xác định xu hướng gia tăng bề mặt không thấm ở nông thôn”, Tạp chí khoa học đo đạc và bản đồ, (số 26), 28-35. 9. Le Thi Thu Ha, Pham Thi Lan, Nguyen Van Trung (2015), “Integration multi-temporal satellite imagery and GIS data to determine the relationship between population growth and land use change in Balat estuary river, Vietnam”, The Second International Conference on Scientific Research Cooperation between Vietnam and Poland in Earth Sciences (VIET-POL 2015), 251-259. 10. Le Thi Thu Ha, Pham Thi Lan, Nguyen Van Trung, Trinh Kim Thoa, Nguyễn Văn Nam (2016), “Detection of the urban area expansion using impervious sufaces extracted from Spot data: A case study in Tay ho district – Hanoi”, International Symposium on Geo-spatial and Mobile Mapping Technologies and Summer School for Mobile Mapping Technologies, 135-140. 11. Le Thi Thu Ha, Pham Thi Lan, Nguyen Van Trung, Luu Bich Ngoc (2016), “Determination the relationship between population growth and land use change in Balat estuary based on remote sensing and GIS data”, Conference International The Relation Between Population and Development, 519-528. 12. Nguyen Van Trung, Nguyen Van Khanh, Pham Vong Thanh, Le Thi Thu Ha (2016), “Monitoring Coastline changes using multi-temporal sattelite data and GIS in the Cua Dai estuary, Thu Bon river delta”, International Symposium on Geo-spatial and Mobile Mapping Technologies and Summer School for Mobile Mapping Technologies, 155-159. 24