Ứng dụng GIS trong phân cấp xung yếu lưu vực tại xã Hiếu huyện Kon Plong tỉnh Kon Tum

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA NÔNG LÂM NGHIỆP LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ỨNG DỤNG GIS TRONG PHÂN CẤP XUNG YẾU LƯU VỰC TẠI XÃ HIẾU HUYỆN KON PLONG TỈNH KON TUM Họ và tên tác giả: Chu Văn Chung Ngành học: Quản Lý Tài Nguyên Rừng và Môi Trường Khóa học: 2003 - 2007 Đăk Lăk, tháng 9 năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA NÔNG LÂM NGHIỆP ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ỨNG DỤNG GIS TRONG PHÂN CẤP XUNG YẾU LƯU VỰC TẠI XÃ HIẾU HUYỆN KON PLONG TỈNH KON TUM Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Bảo Huy Họ và tên tác giả: Chu Văn Chung Ngành học: Quản Lý Tài Nguyên Rừng và Môi Trường Khóa học: 2003 - 2007 Đăk Lăk, tháng 9 năm 2007 iii Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này , tôi xin chân thành cảm ơn đến: Quý thầy cô giáo trường Đại Học Tây Nguyên đã tận tình dạy bảo tôi trong suốt bốn năm học. Các thầy cô trong Khoa Nông Lâm Nghiệp đã giúp cho tôi có được những kiến thức quý báu về nghành nghề của mình cũng như những bài học kinh nghiệm từ thực tế. Tập thể lớp Quản Lý Tài Nguyên Rừng và Môi Trường K2003 đã gắn bó và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học cũng như trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Các cán bộ UBND xã Hiếu đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện trong thời gian tôi thu thập số liệu. Bà con trong thôn Vi Chring, đã giúp tôi trong quá trình điều tra rừng. Gia đình và những người thân của tôi đã giúp đỡ tôi về mọi mặt để tôi có được ngày hôm nay. Đặc biệt tôi xin chân thành cám ơn đến PGS.TS Bảo Huy là người đã tận tình quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Buôn Ma Thuôt, tháng 9 năm 2007 Sinh viên Chu Văn Chung iv Danh mục từ viết tắt: CGIS : Canadian Geographic Infomational System GIS : Geographical Information System HĐNN : Hội đồng nhân dân HTTTĐL : Hệ thống thông tin địa lý HXLA : Hệ xử lý ảnh UBNN : Ủy ban nhân dân Danh sách bảng biểu: Bảng 5.1. Bảng tổng hợp phân loại trạng thái thực địa và ảnh landsat. .................... 25  Bảng 5.3: Kết quả phân tích hồi quy giữa xói mòn đất với các nhân tố tác động. ... 32  Bảng 5.4. Bảng tổng hợp diện tích các cấp xung yếu trong lưu vực ........................ 40  Biểu 5.5: Số liệu dự báo cấp xung yếu của lưu vực .................................................. 44  Danh sách hình ảnh: Hình 5.1: Bản đồ UTM khu vực nghiên cứu ............................................................ 18  Hình 5.2: Bản đồ địa hình - thuỷ văn khu vực nghiên cứu ....................................... 19  Hình 5.3: Ảnh vệ tinh Landsat TM khu vực nghiên cứu .......................................... 20  Hình 5.4: Bản đồ vector trạng thái giải đoán tự động từ ảnh vệ tinh ........................ 21  Hình 5.12.: Bảng vector và bảng tonghopca3trangthai trên một của sổ ................... 22  Hình 5.13: Phép chọn SQL Select- chọn các điểm điều tra thực tế nằm trong vùng phân loại ảnh landsat ......................................................................................... 23  Hình 5.5: Bản đồ chồng ghép tọa độ trạng thái thực địa với phân loại ảnh vệ tinh .. 24  Hình 5.6: Bản đồ chuyên đề phân cấp trạng thái ...................................................... 26  Hình 5.7: Bản đồ trạng thái rừng và đất rừng của lưu vực ....................................... 27  Hình 5.14: Hộp thoại Update Column ...................................................................... 34  Hình 5.15: Hộp thoại Expression .............................................................................. 35  Hình 5.16: Hộp thoại Create Thematic Map- Step 1 of 3 ......................................... 36  Hình 5.17: Hộp thoại Create Thematic Map- Step 2 of 3 ......................................... 36  Hình 5.18: Hộp thoại Create Thematic Map- Step 3 of 3 ......................................... 36  Hình 5.8: Bản đồ chuyên đề phân cấp xung yếu lưu vực ......................................... 37  Hình 5.9: Bản đồ phân vùng xung yếu lưu vưc ........................................................ 39  Hình 5.19: Hộp thoại New Redistrict Window ......................................................... 40  Hình 5.10: Bản đồ cấp xung yếu hiện tại .................................................................. 42  Hình 5.11: Bản đồ dự báo sự thay đổi cấp xung yếu ................................................ 45  v Mục lục 1  Đặt vấn đề ................................................................................. 1  2  Tổng quan vấn đề nghiên cứu ................................................. 3  2.1  Khái niệm về GIS và viễn thám .......................................................... 3  2.1.1  Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý ................................................. 3  2.1.2  Khái niệm về viễn thám ........................................................................ 4  2.2  Tình hình nghiên cứu trên thế giới về ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên ......................................................................................... 4  2.3  Tình hình nghiên cứu trong nước về ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên ......................................................................................... 6  3  Đối tượng nghiên cứu ............................................................... 8  3.1  Đối tượng nghiên cứu cụ thể ............................................................... 8  3.2  Đặc điểm khu vực nghiên cứu ............................................................. 8  3.2.1  Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu ................................................ 8  3.2.2  Điều kiện kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu ..................................... 9  4  Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu ................. 13  4.1  Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................... 13  4.1.1  Mục tiêu tổng quát .............................................................................. 13  4.1.2  Mục tiêu cụ thể: .................................................................................. 13  4.2  Nội dung nghiên cứu ......................................................................... 13  4.3  Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 13  4.3.1  Phương pháp luận và tiếp cận nghiên cứu .......................................... 13  4.3.2  Phương pháp nghiên cứu cụ thể .......................................................... 14  5  Kết quả nghiên cứu và thảo luận .......................................... 17  5.1  Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh Landsat và công nghệ GIS 17  5.2  Phát hiện mối quan hệ giữa mức độ xói mòn (y) và các nhân tố tác động (xi) ....................................................................................................... 27  Bảng 5.2: Bảng mã hoá các nhân tố sinh thái, nhân tác trong lưu vực ............. 31  5.3  Phân cấp xung yếu phục vụ quản lý lưu vực bằng GIS .................... 33  5.4  Dự báo sự thay đổi cấp xung yếu ...................................................... 41  6  Kết luận và kiến nghị ............................................................. 46  6.1  Kết luận ............................................................................................. 46  6.2  Kiến nghị ........................................................................................... 47  Tài liệu tham khảo ........................................................................ 48  Phụ lục ........................................................................................... 49  Phụ lục 1:Mẫu phiếu nghiên cứu các nhân tố tác động đến môi trường rừng (Xói mòn đất, dòng chảy trong lưu vực) ..................................................... 49  Phụ lục 2: Bảng tổng hợp số liệu điều tra các nhân tố tác động đến xói mòn đất 53  vi Phụ lục 3: Kết quả phân tích hàm quan hệ giữa xói mòn với các nhân tố sinh thái, nhân tác bằng phần mềm Stagraphich plus .................................. 56  Phụ lục 4: Bảng tổng hợp các điểm điều tra trạng thái trên thực địa .......... 58  Phụ lục 5: Dữ liệu của lớp bản đồ vector giải đoán từ ảnh vệ tinh ............. 62  Phụ lục 6: Dữ liệu đối chứng trạng thái hiện trường với phân loại trên ảnh landsat .......................................................................................................... 70  1 1 Đặt vấn đề Giá trị nhiều mặt của rừng đã được đề cập một cách rõ ràng trong một vài thập kỷ qua, rừng không đơn thuần là cung cấp gỗ mà còn lâm sản ngoài gỗ và đặc biệt là các dịch vụ từ rừng như bảo vệ đầu nguồn , các nguồn nước, bảo vệ khí hậu thông qua hấp thụ CO2 … Do vậy quy hoạch, quản lý tài nguyên rừng đòi hỏi phải xuất phát từ việc quản lý tổng hợp và phát huy một cách hài hòa giá trị to lớn, nhiều mặt mà không thể thay thế của rừng. Ngày nay quy hoạch cách quan rừng là một yêu cầu của bất kỳ quốc gia nào. ở cả đô thị lẫn vùng cao, vì để phát triển bền vững con người cần có đầy đủ kiến thức về quan hệ cảch quan, sinh thái và quản lý sử dụng nó theo đúng quy luật [4] Một trong các dịch vụ quan trọng của rừng là bảo vệ đầu nguồn, nguồn nước. Trong mấy chục năm trở lại đây do nạn khai thác và chặt phá rừng bừa bãi, diện tích rừng của nước ta đã giảm sút một cách nghiêm trọng. Kéo theo đó là hàng loạt các nguy cơ về hạn hán, lũ lụt…. Tất cả đều do việc con người không biết sử dụng và khai thác một cách không hợp lý tài nguyên rừng. Trên quan điểm hệ thống, một lưu vực có các thành phần sinh học và vô sinh tương tác nhau và thường gồm một số các hệ sinh thái hay các phần của hệ sinh thái liên kết với nhau thành các dòng vật chất và năng lượng. Trong đó chu trình nước là sự liên kết chính chi phối đến các chức năng của lưu vực. Lưu vực có một số vai trò quan trọng sau: + Cung cấp nước: Đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của con người và phục vụ phát triển kinh tế và xã hội. + Cải thiện chất lượng nước. + Kiểm soát lũ lụt. + Kiểm soát bồi lắng. + Phát triển kinh tế với các công trình thuỷ điện thuỷ lợi. + Bảo tồn đa dạng sinh học. + Bảo tồn sinh cảnh. + Giải trí và du lịch. 2 Rừng được coi là trái tim của các lưu vực vùng cao. Vì thế, quản lý lưu vực cũng đồng nghĩa với việc quản lý tài nguyên rừng đầu nguồn. Do vậy, cần có các biện pháp quản lý rừng tổng hợp và bền vững. Trong mấy năm trở lại đây hạn hán và lũ lụt đã mang đến cho con người biết bao khó khăn. Chúng ta có thể thấy được điều này thông qua các các hiện tượng về bão lũ, mùa khô thiếu nước… mà các phương tiện thông tin đại chúng vẫn đưa tin hàng ngày. Con người vẫn chưa tìm ra được nguyên nhân chính xác gây ra các hiện tượng trên. Nhưng qua nghiên cứu của các nhà khoa học thì nguyên nhân chủ yếu là do sự mất rừng một cách nhanh chóng (cả về số lượng và chất lượng rừng), nhất là các khu rừng đầu nguồn. Để rừng là nơi giữ nước và cung cấp nước cho đời sống và các hoạt động khác của con người. Chúng ta không thể biết bảo vệ mà còn phải biết phát huy, quy hoạch cảnh quan và lưu vực của tài nguyên rừng. Các lưu vực cần được điều tra, khảo sát để tìm ra các nhân tố tác động đến chất lượng của lưu vực. Mặt khác trong việc sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và quản lý xã hội, mỗi phương pháp áp dụng đòi hỏi phải có sự phân tích các nhân tố tự nhiên và kinh tế xã hội. Các số liệu này nhìn chung thường ở dạng bản đồ, ảnh các văn bản lưu trữ, các số liệu thống kê hay là sự kết hợp giữa chúng. [6] Việc phân tích các số liệu này nhằm mục đích trả lời cho một số câu hỏi như: Cần phải xác định vị trí một khu rừng cần được bảo vệ nghiêm ngặt, một công trình thuỷ lợi ở vị trí nào cho thích hợp… Nhiều câu hỏi được phát sinh trong quá trình làm việc. Để trả lời câu hỏi này, nếu sử dụng các phương pháp tra cưú thông thường thì sẽ mất rất nhiều thời gian và công sức. Nó đòi hỏi phải tra cứu nhiều loại tài liệu, bản đồ khác nhau cũng như các tài liệu thống kê khác. Hiện nay với sự phát triển vược bậc của tiến bộ khoa học kỹ thuật đặc biệt là tiến bộ của công nghệ thông tin và công nghệ thông tin địa lý - GIS, đã mở ra một hướng mới cho việc quản lý tài nguyên thiên nhiên nói chung và quản lý lưu vực nói riêng. 3 Để góp phần vào việc quản lý lưu vực, phân cấp lưu vực bằng các biện pháp kỹ thuật và công nghệ mới, chúng tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: “ỨNG DỤNG GIS TRONG PHÂN CẤP XUNG YẾU LƯU VỰC TẠI XÃ HIẾU HUYỆN KON PLONG- KON TUM” 2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 2.1 Khái niệm về GIS và viễn thám 2.1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý - Dữ liệu địa lý: Các công cụ của máy tính làm việc với dữ liệu của các hiện tượng tự nhiên trên bề mặt của trái đất được gọi là hệ thống thông tin không gian. Nó có thể làm việc với đủ loại thông tin như bản đồ, ảnh vệ tinh… Hệ thống thông tin là một hệ thống thu thập, lưu trữ và điều hành các thông tin dưới dạng giấy, ảnh và số về các hiện tượng tự nhiên trong thế giới thực. Do vậy dữ liệu là rất đa dạng, chúng mang tính không gian và thời gian chúng được gọi là dữ liệu địa lý. Vậy dữ liệu địa lý là các dữ liệu số mô tả các đối tượng trong thế giới thực. Dữ liệu địa lý được tổ chức thành hai nhóm thông tin chính đó là: + Nhóm thông tin về phân bố không gian. + Nhóm thông tin về thuộc tính của đối tượng. - Mô hình dữ liệu: 4 Có những khuôn mẫu căn bản cho dữ liệu địa lý và có những nguyên lý, hình thức hướng dẫn chúng ta mô hình hoá và tổ chức dữ liệu. Mô hình hoá tổ chức dữ liệu thông dụng nhất hiện nay là mô hình bản đồ chồng xếp, trong đó đối tựng tự nhiên được thể hiện như một tập hợp các lớp thông tin riêng rẽ. Một trong những phương pháp chung nhất của tổ chức dữ liệu địa lý là tổ chức theo các bản đồ và các lớp thông tin. Mỗi lớp thông tin là một biểu diễn của dữ liệu theo một mục tiêu nhất định. Mỗi lớp thông tin lại có mô hình cấu trúc dữ liệu chi tiết hơn. Về nguyên lý, lớp thông tin là tấp hợp các dữ liệu địa lý về một khía cạnh nào đó của một đối tượng địa lý thực tế không giống như các dạng dữ liệu thông dụng khác, dữ liệu địa lý phức tạp hơn nó bao gồm các thông tin về vị trí và các thuộc tính phi không gian. Tổng hợp dữ liệu địa lý và mô hình địa lý ta có được khái niệm về hệ thống thông tin địa lý như sau: Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản lý thông tin không gian được phát triển dựa trên cơ sở máy tính với mục đích lưu trữ, quản lý, hợp nhất, mô hình hoá, phân tích và mô tả được nhiều loại dữ liệu. 2.1.2 Khái niệm về viễn thám Viễn thám được định nghĩa như một khoa học và công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát được xác định đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tư liệu chủ yếu trong viễn thám. Tuy nhiên các dạng năng lượng khác như trọng trường, từ trường cũng được sử dụng để khai thác thông tin. 2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) đầu tiên trên thế giới được xây dựng vào đầu những năm 60 của thế kỷ XX tại Canada với tên gọi CGIS (Canadian Geographic Infomational System). Song song với Canada hàng loạt các trường đại học Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng các HTTTĐL của mình. Tuy nhiên rất nhiều trong số đó đã không tồn tại được lâu. 5 Sự ra đời và phát triển các HTTTĐL trong những năm 60 của thể kỷ XX đã được quốc tế chấp nhận và đánh giá cao. Vì vậy, năm 1968 Hội Địa Lý Quốc tế đã quyết định thành lập uỷ ban thu nhận và sử lý dữ liệu địa lý nhằm mục đích phổ biến kiến thức trong lĩnh vực này trong những năm tiếp theo. Trong những năm 70, đứng trước sự gia tăng về nhu cầu quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường, chính phủ các nước, đặc biệt là ở Bắc Mỹ, bên cạnh thiết lập hàng loạt cơ quan chuyên trách về môi trường đã bầy tỏ sự quan tâm nhiều hơn nữa đến việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển HTTTĐL. Đầu những năm 70 của thế kỷ XX còn được đánh dấu bởi sự phát triển mạnh mẽ của các hệ xử lý ảnh (HXLA) và của kỹ thuật viễn thám. Việc quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như quản lý dữ liệu nói chung được chú trọng và phát triển trong các HTTTĐL và HXLA. Nghiên cứu đánh giá hiểm hoạ xói mòn và chất lượng đất cho các nước thuộc phía nam của cộng đồng Châu Âu (1991). Nó được dựa trên 5 tập hợp dữ liệu: đất, khí hậu, độ dốc, thực vật và thuỷ lợi. Tất cả dữ liệu này được đồng nhất về lưới chiếu, được kiểm tra về độ chính xác và độ tương thích. Kết quả nghiên cứu đã thu được trong thời gian ngắn nhất và chi phí thấp nhất. Mô hình hoá đám cháy tự nhiên trong khu vực địa trung hải (1992): Mục đích chung của nghiên cứu này là mô hình hành vi các đám cháy tự nhiên để tìm ra mối nguy cơ xuất hiện và lan tràn hoả hoạn dựa trên HTTTĐL. Nghiên cứu độ mặn của đất và giám sát ngập nước tại tỉnh IS Mailia – Ai cập (1992): Những khả năng lập bản đồ và điều tra độ mặn của nước bằng viễn thám và HTTTĐL đã được thử nghịêm trong giai đoạn đầu của dự án. Đầu ra của nghiên của này là có hứa hẹn và đề tài được chuyển sang giai đoạn ứng dụng. Năm 1999 De Jaeger đã nghiên cứu lập bản đồ địa mạo bằng ảnh vệ tinh TK- 300 của Nga và HTTTĐL cho thung lũng Wadi Mujib (Jonrdan). Kết quả đã thành lập được bản đồ địa mạo và thành lập được bản đồ rủi ro môi trường. Và một số nghiên cứu về lưu vực như: Sử dụng thông tin khoa học và logic để phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ sinh thái thuỷ sinh, hệ sinh thái trên cạn. Xây 6 dựng các tiêu chuNn và biện pháp rõ ràng để kiểm tra và đánh giá hiệu quả của việc quản lý lưu vực… N hìn chung, cách tiếp cận quản lý môi trường lưu vực này gồm các nét chính. Thứ nhất là sự phát hiện vấn đề, phát hiện các mối đe doạ tiềm Nn của lưu vực và hệ sinh thái trong lưu vực, thứ hai là các nỗ lực hành động, thực hiện một cách tổng hợp và toàn diện một khi các giải pháp đã được quyết định. Theo dự án quản lý bền vững vùng đầu nguồn trong vùng hạ lưu sông Mêkông của uỷ hội sông Mêkông thì: Các nguồn tài nguyên nước và đất đai thuộc vùng Hạ lưu sông Mêkông là cơ sở sinh sống của khoảng 60 triệu người và cung cấp lương thực thực phNm cho khoảng 300 triệu người. N ông nghiệp là ngành quan trọng nhất, dựa vào các nguồn tài nguyên nước của lưu vực, và lâm nghiệp là một yếu tố chủ chốt quyết định đến chất lượng và sự điều hoà nguồn nước cho nông nghiệp. N ông nghiệp góp phần tạo thu nhập và việc làm cho nhiều người dân. Đối với nhiều người trong số này chính lâm nghiệp và cả ngư nghiệp cũng góp phần đáng kể trong việc tạo thu nhập và duy trì đời sống của họ. Mục đích của việc quản lý vùng đầu nguồn là nhằm góp phần đảm bảo rằng khối lượng và chất lượng nước là chấp nhận được về mặt môi trường, cũng như đảm bảo cung cấp nước qua thời gian thông quan việc quản lý tốt đất và các nguồn tài nguyên khác 2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước về ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên N ghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và HTTTĐL vào thực tiễn ở nước ta trong mấy năm trở lại đây đã có sự phát triển vượt bậc, đặc biệt là ứng dụng trong lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên. N ăm 1999 N guyễn Đình Dương và cộng sự đã nghiên cứu cách xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá môi trường chiến lược phát triển thành phố Hạ Long và các vùng lân cận. N guyễn Thị Bảo Hoa (2000), nghiên cứu ứng dụng viễn thám và HTTTĐL trong nghiên cứu quy hoạch đô thi Hà N ội. N ghiên cứu xây dựng và sử dụng cơ sở dữ liệu địa lý để quản lý đất đai và môi trường, áp dụng cho các tỉnh miền núi của Việt N am ( N guyễn Trần Cầu, 2000) [ ?] 7 Một nghiên cứu quan trọng liên quan đến việc đánh giá xói mòn là nghiên cứu: Sử dụng HTTTĐL xây dựng bản đồ xoi mòn tiềm năng Việt N am tỷ lệ 1: 1000 000 của Trần Văn Ý (2001). N ghiên cứu đã xây dựng được bản đồ xói mòn tiềm năng cho toàn Việt N am. Việc quản lý và phân cấp lưu vực ở nước ta đang là một vấn đề được bàn tán nhiều trong mấy năm trở lại đây. Các lưu vưc sông nhất là các lưu vực đầu nguồn vẫn chưa được khảo sát, đánh giá và phân cấp một cách hợp lý. Các biện pháp quản lý và bảo vệ lưu vực thường chỉ tập trung ở các phần của lưu vực nơi mà sự xói mòn đã xấy ra ở mức cao và sự can thiệp được xem là cấp bách, hay ở những nơi mà các biện pháp kiểm soát xói mòn được coi là rất quan trọng trong việc duy trì các chức năng thiết yếu mà các phần này của lưu vực đang nắm giữ vai trò then chốt. Một số bện pháp công trình đã được áp dụng để ổn định độ dốc và xói mòn ở vùng cao như: + Tường đá: Đá được xếp thành bờ dọc theo đường đồng mức để bảo vệ đất đai. + Đập kiểm soát. + Băng cây xanh. +… N hững biện pháp nêu trên chỉ tập trung vào việc chống xói mòn ở các lưu vực. còn các biện pháp phòng ngừa và dự đoán các hiện tượng và chất lượng của lưu vực, phân cấp xung yếu lưu vực vẫn đang còn là vấn đề bỏ ngỏ. N hất là việc ứng dụng công nghệ viễn thám và HTTTĐL vào quản lý lưu vực vẫn đang còn là vấn đề hạn chế và chưa được triển khai. 8 3 Đối tượng nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu cụ thể + N ghiên cứu trên một khu vực của lưu vực nằm trong địa phận của xã Hiếu có diện tích là 2254,35 ha. Giới hạn nghiên cứu trong một phạm vi đầu nguồn của hệ thống sông Trà Khúc, để nghiên cứu áp dụng công nghệ GIS trong quản lý lưu vực + N ghiên cứu các nhân tố nhân tác, sinh thái tác động đến xói mòn đất và khả năng điều hoà dòng chảy của lưu vực. 3.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 3.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 3.2.1.1 Vị trí địa lý. Xã Hiếu nằm ở tọa độ địa lý 108o22’ 44’’ đến 108o31’11’’ kinh độ Đông và từ 14o32’29’’ đến 14o41’15’’vĩ độ Bắc. Trước đây Xã Hiếu thuộc Huyện Kon Plong cũ - Tỉnh Kon Tum. Cho đến năm 2002 sau khi được chia tách thành 2 Huyện Kon Plong và Kon Rẫy thì địa phận Xã Hiếu thuộc địa phận huyện Kon Plong. Địa bàn Xã nằm cách Trung Tâm Huyện KonPlong 28 Km ( Theo quốc lộ 24). Xã có địa giới hành chính như sau: + Phía Bắc giáp Xã Pờ Ê và Xã N gọc Tem - Huyện KonPlong. + Phía Đông giáp Tỉnh Quảng N gãi . + Phía N am giáp Tỉnh Gia Lai. + Phía Tây Giáp Xã Măng Cành - Huyện KonPlong. Với tổng diện tích là : 20505.20ha. 3.2.1.2 Địa hình. - Dạng địa hình phổ biến trong khu vực là núi cao liền dải hệ thống núi kéo dài với nhiều đỉnh cao sườn dốc tạo bề mặt địa hình chia cắt hiểm trở. Xen kẽ có các thung lũng nhỏ hẹp phân bố theo các hợp thủy, khe suối. + Độ cao tuyệt đối lớn nhất: 1428m + Độ thấp tuyệt đối nhỏ nhất: 420m. + Độ cao trung bình: 800-1000m 9 + Độ dốc lớn nhất: 500 + Độ dốc nhỏ nhất: 80 + Độ dốc bình quân: 200 Dựa theo độ cao và độ dốc có thể chia làm 3 dạng địa hình như sau: - Địa hình núi cao dốc. Độ dốc trên 200 diện tích 14.107ha chiếm 69,56% diện tích tự nhiên phân bố dọc theo đường ranh giới phía Đông và phía Tây của xã. - Địa hình núi cao trung bình độ dốc từ 80 – 150; phân bố thành hệ thống núi đồi liền dải ở khu trung tâm xã, dọc theo đường quốc lộ 24 có diện tích 3965 ha, chiếm 19,55% tổng diện tích tự nhiên. - Địa hình trũng ven suối, hợp thủy. Độ dốc từ 30-80 diện tích 2208 ha chiếm 10,89% diện tích tự nhiên. 3.2.1.3 Khí hậu, thuỷ văn. Do vị trí của Xã Hiếu nằm về phía đông bắc của tỉnh Kon Tum có địa hình khá cao, độ cao trung bình trên 1000m cho nên đặc điểm của khí hậu cơ bản của vùng này là khí hậu Nm khá cao, do lượng mưa nhiều, lượng nhiệt phong phú. Về mùa đông trong khi các vùng khác trong tỉnh đang thời kỳ khô hạn thì ở đây vẫn có một số ngày mưa nhỏ và mưa phùn. Xã Hiếu nằm trong tiểu vùng khí hậu Đông trường sơn, nhiệt đới Nm núi cao vì vậy điều kiện nhiệt hạn chế. N hiệt độ trung bình của năm từ 20-21oC, không có mùa nóng, lượng mưa trung bình 2200mm - 2600mm và chia làm hai mùa. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 12 chiếm 80 - 82% lượng mưa cả năm. Mùa khô từ tháng 1 đến tháng 4 năm sau lượng mưa ít( 10 - 18% lượng mưa cả năm) trung bình 12 - 20% . - Tổng nhiệt độ năm là 8000- 81000oC. Các suối chính nằm trong khu vực nghiên cứu bao gồm: ĐăkRong, Đăk Ram, Đăk Xô, Đăk Phét và Đăk Ri. Các suối này là đầu nguồn của các con sông lớn, cung cấp nước cho lưu vực sông Trà Khúc, hạ lưu của tỉnh Quảng N gãi. 3.2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 3.2.2.1 Kinh tế. Xã Hiếu là xã chủ yếu sản xuất nông nghiệp là chính với những số liệu thống kê như sau: 10 Diện tích đất sản xuất nông nghiệp là: 510,9 ha trong đó. + Diện tích lúa nước là 251 ha, năng suất bình quân là 2,5 tấn/ha, tăng 0,1 tấn so với kế hoạch năm 2006. + Diện tích trồng cây hàng năm là 215,89 ha. + Diện tích trồng cây lâu năm là: 44,10 ha. + Diện tích trồng cây mì là: 48,5 ha. + Diện tích trồng bắp là: 36 ha. + Diện tích rau đậu các loại là 9ha. Về chăn nuôi : UBN D Xã xác định chăn nuôi là ngành mũi nhọn và rất quan trọng để thúc đNy nền kinh tế của xã phát triển vì vậy xã đã chỉ đạo cho nhân dân làm chuồng trại có mái che để phát triển cho đàn gia súc đến nay toàn xã đã có 140 chuồng trại có mái che tăng 75 chuồng. N goài ra xã còn phối hợp với ngân hàng chính sách xã hội Huyện lập hồ sơ cho nhân dân vay vốn với số tiền là 265 triệu, hầu hết nhân dân đã sử dụng nguồn vốn vào chăn nuôi có hiệu quả, đến nay tổng số đàn gia súc là: 13.089 con. + Đàn trâu có : 966 con. + Đàn bò có : 383 con. + Đàn Heo có : 930 con. + Gia Cầm có : 10.820 con. N hìn chung ngành chăn nuôi của xã rất khả quan đáp ứng được nhu cầu phục vụ trong nông nghiệp, mặt khác đem lại nguồn thực phNm cho nhân dân góp phần nâng cao thu nhập kinh tế hộ gia đình. Dưới sự chỉ đạo của Đảng ủy - HĐN D - UBN D và các ban ngành vì vậy mà đời sống của người dân được cải thiện, thu nhập bình quân đầu người đến nay đã được tăng lên. Trong năm 2006 thu nhập bình quân từ 2,2 triệu đồng đến 2,3 triệu đồng /người /năm. Đây là nơi lấy sản xuất nông nghiệp là chính cho nên lực lượng lao động trong xã là 1090 người chiếm 47% tổng dân số của xã, số lao phụ khoảng 1148 người, lực lượng lao động phi nông nghiệp rất thấp chỉ ít người biết làm rèn và mộc. Hầu hết đều biết đan lát nhưng chủ yếu là để sử dụng vì không có nơi tiêu thụ. Số người biết 11 dệt thổ cNm cũng rất thấp và người dân không phát triển được nghề này do không có điều kiện đi lại để mua vật liệu cũng như phương tiện để làm nghề và nơi tiêu thụ sản phNm. 3.2.2.2 Văn hóa xã hội. - Về văn hoá Trong lĩnh vực văn hóa, UBN D xã có nhiều hoạt động mạnh mẽ và mang lại hiệu quả cao góp phần làm cho đời sống người dân thêm phong phú, đa dạng theo nét đặc trưng riêng của người địa phương để có được những kết quả này UBN D Xã Hiếu đã có nỗ lực đNy mạnh các hoạt động văn hóa như: Tụ điểm nhà Văn hóa cộng đồng, thư viện, trạm phát thanh truyền hình... đặc biệt tại các thôn đã có N hà Rông văn hóa riêng để tổ chức các hoạt động văn hóa tại cơ sở. Phong tục tập quán của con người nơi đây là sống tập trung theo từng cụm dân cư cho nên nền văn hóa mang đậm bản sắc văn hóa dân tộc nơi đây không ảnh hưởng nền văn hóa khác đặc biệt trên địa bàn xã không có các loại tôn giáo khác du nhập vào. - Về xã hội: N ăm 2006 toàn xã có hơn 10 đối tượng chính sách được xây dựng nhà tình nghĩa, xây dựng 87 căn nhà theo chương trình 134 của chính phủ đối với những hộ chưa có nhà ở hoặc nhà ở tạm bợ với tổng số tiền là 522 triệu đồng. Được sự quan tâm của các cấp hiện nay UBN D xã đã có một nhà văn hóa cộng đồng với tổng kinh phí xây dựng là 492 triệu đồng. Trên địa bàn xã đã có 11 nhà rông văn hóa được xây dựng và đưa vào sử dụng với tổng số kinh phí là 142 triệu đồng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt vui chơi giải trí của đông đảo quần chúng nhân dân. Xã là một vùng III thuộc vùng đồng bào dân tộc thiểu số đời sống nhân dân còn gặp nhiều khó khăn cho nên trong toàn xã được hưởng chương trình 168/CP. - Dân số. Dân số toàn Xã Hiếu đến năm 2006 có khoảng 2297 khNu trong đó có 1148 nam, 1149 nữ; Tỷ lệ tăng dân số của xã theo kết quả điều tra là 2,07%; Trong đó tỷ lệ tăng tự nhiên là 2,07%, tỷ lệ tăng cơ học không có, chưa tính cán bộ, dân nhập cư và dân lao động từ nơi khác đến. Xã Hiếu là một xã vùng III thuộc vùng đồng bào dân tộc thiểu số đa số là dân tộc Mơ N âm sống rải rác trên địa bàn rộng không tập trung chính nh÷ng nét đặc thù 12 đó cho nên việc phát triển kinh tế và văn hóa xã hội còn rất chậm so với các vùng khác. - Hệ thống giao thông. So với các xã trong Huyện thì Xã Hiếu là một địa bàn có đường giao thông đi lại thuận tiện (N ằm trên trục đường quốc lộ 24 là tuyến đường huyết mạch quan trọng đi từ Kon Tum sang Quảng N gãi) . Hầu hết các thôn đều có đường giao thông liên thôn nối liền với trung tâm xã, thuận tiện cho việc đi lại và giao lưu Kinh tế - Văn hóa - Xã hội. Trong những năm qua xã được đầu tư nhiều nguồn vốn để phát triển kinh tế, cơ sở hạ tầng được đầu tư xây dựng cơ bản hoàn chỉnh tuy không có sông lớn nhưng đối với khu vực miền núi thì có các ngầm các suối lớn chạy qua các con đường giao thông nên các dự án đầu tư, làm cầu kiên cố, xây ngầm, cầu treo cũng được đặc biệt quan tâm. N goài ra còn có tuyến đường vành đai của Bộ Quốc Phòng chạy qua địa bàn xã. Trong tương lai tuyến đường quốc lộ 24 sẽ là đoạn đường Xuyên Á nối từ Cảng Dung Quất - Kon Tum - N gọc Hồi đến các Tỉnh N am Lào và các Tỉnh Đông Bắc Thái Lan. Việc thông thương với các Tỉnh lân cận được dễ dàng và thuận tiện hơn, góp phần đổi mới bộ mặt xã nhà ngày càng văn minh và hiện đại. 13 4 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 4.1 Mục tiêu nghiên cứu 4.1.1 Mục tiêu tổng quát Góp phần ứng dụng và phát triển phương pháp quy hoạch trạng thái rừng bằng ảnh vệ tinh và phân cấp yếu lưu vực bằng công nghệ GIS làm cơ sở cho việc quản lý lưu vực và tài nguyên lưu vực. 4.1.2 Mục tiêu cụ thể: i. Xây dựng phương pháp quy hoạch trạng thái của lưu vực bằng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS. ii. Xây dựng phương pháp phân cấp xung yếu của một lưu vực. iii. Đề xuất phương pháp quản lý lưu vực và tài nguyên của lưu vực bằng công nghệ GIS và công nghệ viễn thám. 4.2 Nội dung nghiên cứu i) Xây dựng bản đồ chuyên đề về trạng thái rừng của lưu vực ii) Điều tra mức độ xói mòn (y) và các nhân tố tác động( xi) và mô hình hóa phát hiện các nhân tố ảnh hưởng đến cấp xung yếu và lập cơ sở dữ liệu. iii) Xây dựng bản đồ chuyên đề về cấp xung yếu và dự báo sự thay đổi. 4.3 Phương pháp nghiên cứu 4.3.1 Phương pháp luận và tiếp cận nghiên cứu Mức độ xung yếu của lưu vực thể hiện qua khả năng giữ và điều tiết nguồn nước, chống xói mòn đất. Trong đó mức xung yếu thể hiện rõ rệt qua mức độ xói mòn và dòng chảy mặt. Do vậy tiếp cận với biến số xói mòn là cơ sở để phân cấp xung yếu trong lưu vực. Đồng thời mức độ xói mòn, dòng chảy mặt thay đổi do tác động của nhiều nhân tố sinh thái, nhân tác, do vậy cần tiếp cận tổng hợp và hệ thống để xác định nhân tố ảnh hưởng chính, chủ đạo; và phương pháp tiếp cận thích hợp, khoa học là mô hình hồi quy đa biến. Bên cạnh đó các nhân tố tác động và các vị trí xung yếu khác nhau đều được gắn với các yếu tố địa lý, do đó cần vận dụng công nghệ viễn thám và GIS để quy hoạch và đưa ra giải pháp phân cấp khách quan, khoa học và nhanh chóng. 14 4.3.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể Phương pháp nghiên cứu cụ thể được áp dụng theo từng nội dung nghiên cứu như sau: 4.3.2.1 Xây dựng bản đồ chuyên đề trạng thái rừng và đất rừng của lưu vực Ảnh vệ tinh được dùng để phân tích và nghiên cứu là ảnh Landsat TM. - Tiến hành phân loại ảnh tự động bằng phần mềm EN VI, ảnh sau khi được giải đoán là một lớp bản đồ dưới dạng vector chứa các thông số về các trạng thái rừng và đất rừng khác nhau. Các thông số này được giải đoán dựa trên các cấp màu của ảnh vệ tinh. Ảnh vệ tinh Landsat TM gồm 7 cấp màu khác nhau, mỗi một cấp màu sẽ được giải đoán thành một vùng ứng với một trạng thái nhất định với độ phân giải là 30x30m Sau đó tiến hành điều tra thực địa trên toàn khu khu vực nghiên cứu, dùng GPS xác định toạ độ UTM của các trạng thái rừng và đất rừng khác nhau. Các điểm xác định cần phải rải đều trên toàn khu vực nghiên cứu. Mã hoá và tổng hợp số liệu trạng thái đã điều tra gắn với tọa độ UTM bằng phần mềm Excel, tiến hành đưa số liệu này vào phần mềm Mapinfo Professional và tạo thành một lớp bản đồ dữ liệu tọa độ trạng thái rừng. Chồng lớp bản đồ dữ liệu với lớp bản đồ vector phân loại ảnh vệ tinh Landsat để thNm định phân loại trạng thái rừng của ảnh. 4.3.2.2 Điều tra mức độ xói mòn (y) và các nhân tố tác động (xi). Tiến trình và phương pháp nghiên cứu bao gồm: + Số hoá bản đồ địa hình, thuỷ văn tại khu vực nghiên cứu bằng phần mềm MapInfo professional và bản đồ UTM khu vực xã Hiếu tỷ lệ 1: 50 000. + Thu thập số liệu thứ cấp về điều kiện tự nhiên, các vấn đề liên quan và tình hình dân sinh kinh tế tại xã Hiếu huyên Kon Plong tỉnh Kom Tum. + Sơ thám toàn bộ khu vực nghiên cứu để xác định sơ bộ các trạng thái rừng, đất rừng và sự thay đổi của các nhân tố bị tác động và nhân tố tác động khác nhau. Xác định các khu vực cần điều tra trong toàn bộ khu vực nghiên cứu. + Điều tra các nhân tố bị tác động và các nhân tố tác động: 15 Điều tra chi tiết các nhân tố tại khu vực điều tra: N hân tố xói mòn đất, nhân tố sinh thái, nhân tố nhân tác, nhân tố địa hình và nhân tố nhân tác dựa theo biểu điều tra ( Phương pháp đặt các điểm điển hình được áp dụng: Trên từng địa điểm khác nhau về trạng thái, độ dốc, độ cao, nhân tác… tiến hành đặt các điểm điều tra). Các điểm điều tra không có khoảng cách và diện tích nhất định. Sự khác nhau của các điểm điều tra về mức độ xói mòn, sinh thái, đất đai, địa hình… là nhân tố chủ đạo để đặt các điểm điều tra. Cụ thể tại mỗi điểm điều tra: Xác định toạ độ UTM của mỗi điểm bằng máy GPS, xác định mức độ xói mòn đất bằng các đặc điểm của hiện tượng xói mòn. Xác định trạng thái, tổng G bằng bitterlich, thành phần thực bì, các điều kiện khí hậu đất đai, độ dốc, tình hình lửa rừng và mức độ tác động của con người (Chi tiết điều tra cụ thể được trình bầy trong phụ lục 1). Tổng cộng đã khảo 78 điểm trong phạm vi lưu vực nghiên cứu. 4.3.2.3 Mô hình hoá phát hiện các nhân tố ảnh hưởng đến mức độ xói mòn và tạo lập cơ sở dữ liệu N hập dữ liệu theo hệ thống để tạo lập cơ sở dữ liệu từ kết quả điều tra thực địa bằng phần mềm Excel. Các nhân tố có số liệu đo đếm cụ thể sẽ được giữ nguyên để đưa vào cơ sở dữ liệu. Đối với các nhân tố điều tra định tính thì lần lượt mã hoá các nhân tố theo một quy luật cụ thể. Phân tích mối quan hệ giữa các nhân tố tác động ảnh hưởng tới mức độ xói mòn đất bằng chương trình xử lý thống kê trong phần mềm Statgraphic Plus. Coi mức độ xói mòn là một hàm đa biến phụ thuộc vào các nhân tố sinh thái, nhân tác, địa hình và khí hậu. y = f(xi) (4.1) Trong đó y: Là nhân tố phụ thuộc phản ánh mức độ xói mòn. xi : Là các biến số biểu thị các nhân tố tác động ảnh hưởng đến y. Sử dụng phân tích hồi quy đa biến, hồi quy lọc và đổi biến số, tổng hợp các biến khác nhau để thử nghiêm, lựa chọn các mô hình thích hợp với các tiêu chuNn thống kê: - Hệ số tương quan hồi quy R khá cao và tồn tại qua kiểm tra bằng tiêu chuNn F ở mức P < 0.05. 16 - Sự tồn tại của các biến số xi hoặc tổ hợp biến được kiểm tra bằng tiêu chuNn T với mức sai P: N ếu P > 0.05 biến xi không tồn tại, nghĩa là chưa phát hiện khả năng biến xi ảnh hưởng đến y; nếu giá trị P < 0.05 biến xi tồn tại và có ảnh hưởng, tác động đến y. Sau khi xác định được hàm y = f(xi), chuyển dữ liệu đã điều tra từ Excel qua phần mềm Mapinfo Professional. Xây dựng bảng dữ liệu đã điều tra thành một lớp bản đồ độc lập, lớp bản đồ này chứa các điểm điều tra và thông tin về các điểm điều tra. Trong Mapinfo Professional sử dụng hàm y = f(xi) đã phân tích trong phần mềm Statgraphic Plus để xác định cấp xói mòn thông qua các biến xi đã phát hiện có ảnh hưởng đến cấp xung yếu. 4.3.2.4 Xây dựng bản đồ chuyên đề về cấp xung yếu trong lưu vực và dự báo sự thay đổi. Sau khi đưa hàm y = f(xi) vào Mapinfo Professional, có trường dữ liệu y thay đổi theo các nhân tố xi. Tiến hành xây dựng bản đồ chuyên đề về cấp xung yếu lưu vực bằng dữ liệu y thông qua hệ thống thông tin địa lý. 17 5 Kết quả nghiên cứu và thảo luận 5.1 Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh Landsat và công nghệ GIS Phân loại trạng thái rừng là cơ sở dữ liệu đầu tiên và quan trọng để phân cấp xung yếu của lưu vực, vì lớp thảm phủ thực vật rừng đóng vai trò quan trọng trong điều tiết nguồn nước, hạn chế xói mòn. Do vậy cần tiếp cận để có thể phân chia trạng thái rừng đạt độ tin cậy, nhanh chóng và tiết kiệm là yêu cầu quan trọng trong quy hoạch lưu vực. Trong thực tế phân loại trạng thái rừng trên mặt đất dựa chủ yếu vào một trong hai phương pháp: - Phân chia trạng thái dựa vào kết quả mô tả theo tuyến hệ thống - Phân chia trạng thái theo phương pháp khoanh vẽ theo dốc đối diện Hai phương pháp này được áp dụng phổ biến trong quy trình điều tra trạng thái rừng trong ngành lâm nghiệp, nó có ưu điểm là điều tra khoanh vẽ trực tiếp trên mặt đất, nhưng đồng thời bộc lộ rất nhiều nhược điểm như: i) Độ tin cậy thấp vì khoanh vẽ bằng mắt hoặc đi các tuyến khôgn bảo đảm cự ly, hướng đi; do vậy trạng thái khoanh vẽ thường bị sai lệch rất nhiều so với lớp địa hình; ii) Chi phí cao vì cần nhiều nhân lực và thời gian để khảo sát toàn bộ diện tích. Với hai nhược điểm này, cùng với sự phát triển ảnh viễn thảm và công nghệ GIS đã bắt đầu hỗ trợ cho việc giám sát tài nguyên rừng có độ tin cây cao hơn nhiều và giảm chi phí. Ứng dụng ảnh viễn thám vào phân loại trạng thái rừng đã được áp dụng từ lâu, thông qua giải đoán từ ảnh về kiểm tra thực địa. Tuy nhiên phương pháp này cũng đòi hỏi nhiều công sức lập khóa mã giải đoán. Đề tài đã đi vào nghiên cứu ứng dụng phần mềm EN VI để phân loại ảnh tự động và chồng ghép với tọa độ thực tế của các trạng thái để xây dựng bản đồ trạng thái rừng. Cách làm này chưa được áp dụng ở trong nước, và nó có ưu điểm rất lớn là khách quan, không qua bảng mã giải đoán gián tiếp, mà các trạng thái cụ thể được chồng ghép vào ngay các lớp phân loại tự động của ảnh vệ tinh Landsat. Các bước và kết quả đạt được như sau: i) Số hóa bản đồ địa hình, thủy văn UTM 18 Bản đồ UTM khu vực nghiên cứu tỷ lệ 1: 50 000 được Scan vào máy tính và lưu dưới dạng ảnh. Hình 5.1: Bản đồ UTM khu vực nghiên cứu (Tỷ lệ 1: 50 000) Tiến hành số hoá bản đồ khu vực nghiên cứu bằng phần mềm MaInfo Professional. Trong quá trình số hoá tách các đối tượng trong bản đồ UTM thành các lớp bản đồ khác nhau là: Lớp đường đồng mức, lớp sông suối, lớp đường giao thông. Các lớp bản đồ này được nạp đầy đủ các thông tin mà bản đồ UTM đã thể hiện. Kết quả số hoá ta có bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu. 19 Hình 5.2: Bản đồ địa hình - thuỷ văn khu vực nghiên cứu (Tỷ lệ 1: 50 000) ii) Phân loại ảnh Landsat tự động trong ENVI và lập bản đồ phân loại trạng thái rừng Dùng ảnh Landsat TM để phân loại tự động. Tiến hành bằng phần mền EN VI, các trạng thái trên ảnh được chia thành 7 kênh màu khác nhau được ký hiệu là: Class 1 đến Class 7. Mỗi một kênh màu có thể ứng với một trạng thái riêng trên thực địa. 20 Hình 5.3: Ảnh vệ tinh Landsat TM khu vực nghiên cứu Ảnh vệ tinh là một dạng rastor sau khi giải đoán có được một lớp bản đồ dưới dạng vector, kết quả giải đoán được thể hiện dưới dạng bản đồ sau. 21 Hình 5.4: Bản đồ vector trạng thái giải đoán tự động từ ảnh vệ tinh (Tỷ lệ 1: 50 000) Qua điều tra trược tiếp tại hiện trường, trong khu vực nghiên cứu xác định có 3 loại trạng thái rừng và đất rừng sau: + Rừng trung bình. + Rừng nghèo. + Đât thổ cư và đất nông nghiệp Tiến hành mã hoá các trạng thái khác nhau của lưu vưc về dạng số, kết quả mã hoá như sau: Cấp 1: Rừng trung bình; cấp 2: Rừng nghèo; cấp 3: Đât thổ cư và đất nông nghiệp. Từ số liệu điều tra các trạng thái trên thực địa nhập vào Excel, đưa số liệu này vào phần mềm Mapinfo Professional tạo thành một lớp bản đồ với thông tin dữ liệu 22 là tọa độ của các trạng thái của lưu vực. Chồng lớp dữ liệu này với lớp dữ liệu vector kênh màu phân loại tự động của ảnh vệ tinh có dạng bản đồ hai lớp Để thực hiện được điều này sử dụng lệnh SQL Select trong MapInfo Professional. - Mở hai bảng vector và tonghopca3trangthai ra trên cùng một của sổ Hình 5.12.: Bảng vector và bảng tonghopca3trangthai trên một của sổ - Chọn Query > SQL Select. Hộp thoại SQL Select mở ra. - Hàng From tables: Chọn từ ô Tables bên phải lần lượt hai bảng vectơr và tonghopca3trangthai. MapInfo tự động nạp biểu thức chọn vào ô Where Conditiom là: vector.Obj Contains tonghopca3trangthai.Obj Biểu thức này có nghĩa các đối tượng trong lớp tonghopca3trangthai nằm trong các đối tựng trong lớp vectơr . - Tiếp tục nhắp chuột vào hàng Select Columns rồi chọn từ ô Columns bên phải lần lượt các cột sau: vector.CLASS_NAME, tonghopca3trangthai.X, tonghopca3trangthai.Y và tonghopca3trangthai.mahoa. - Đặt tên cho phép chọn đang làm trong ô Into Tables Named, ta chon tên là diemtrong. - Chọn OK. 23 Kết quả là một bảng thể hiện ở phụ lục 5. Hình 5.13: Phép chọn SQL Select- chọn các điểm điều tra thực tế nằm trong vùng phân loại ảnh landsat 24 Hình 5.5: Bản đồ chồng ghép tọa độ trạng thái thực địa với phân loại ảnh vệ tinh (Tỷ lệ 1: 50 000) 25 Bảng 5.1. Bảng tổng hợp phân loại trạng thái thực địa và ảnh landsat. Phân loại ảnh Landsat Trạng thái thực địa Quy định trạng thái cho từng lớp phân loại ảnh Class 1 21 (1) + 16 (3) Bóng mây (Chưa phân loại) Class 2 14 (1) + 2 (3) Rừng trung bình Class 3 100 (1) + 14 (2) + 9 (3) Rừng trung bình Class 4 11 (1) + 69 (2) + 1 (3) Rừng nghèo Class 5 1 (1) + 2 (2) + 19 (3) Đất thổ cư_N ông nghiệp Class 6 0 (1) + 0 (2) + 10 (3) Đất thổ cư_N ông nghiệp Class 7 8 (1) + 2 (2) + 20 (3) Mây (Chưa phân loại) Giải thích: Class 1: 21 (1) + 16 (3), có nghĩa trong class 1 có 21 điểm điều tra có trạng thái mã hoá là 1 và 16 điểm điều tra có mã hoá là 3. Số lượng điểm mã hoá trạng thái nào chiếm trên 80% trong một kênh màu của ảnh landsat thì kênh màu đó sẽ là trạng thái điều tra trên thực tế. Từ bảng 5.2 trên có thể thấy được trạng thái rừng trung bình trên thực địa ứng với vector class 2 và class 3, trạng thái rừng nghèo ứng với vector class 4, trạng thái đất thổ cư và nông nghiệp ứng với trạng thái vector class 5 và 6. Riêng class 1 và class 7 là hai lớp chưa thể phân loại được vì đây là mây và bóng mây. Để giải đoán được các trạng thái bị mây và bóng mây che phủ và khắc phục sự biến đổi tài nguyên qua nhiều năm, ta sử dụng số liệu điều tra trên thực tế để phân tích bản đồ chuyên đề, kết quả phân tích bản đồ chuyên đề được thể hiện qua dạng bản đồ sau: 26 Hình 5.6: Bản đồ chuyên đề phân cấp trạng thái (Tỷ lệ 1: 50 000) 27 Kết hợp quá trình giải đoán ảnh, điều tra thực tế trên khu vực nghiên cứu và bản đồ chuyên đề phân cấp trạng thái có được bản đồ trạng thái rừng của lưu vực thuộc xã Hiếu huyện KonPlong tỉnh Kon Tum. Hình 5.7: Bản đồ trạng thái rừng và đất rừng của lưu vực (Tỷ lệ 1: 50 000) 5.2 Phát hiện mối quan hệ giữa mức độ xói mòn (y) và các nhân tố tác động (xi) Để quản lý lưu vực một cách bền vững trước tiên phải biết được tình hình của lưu vực và các nhân tố tác động đến lưu vực. Từ đó mới có thể có các cơ sở khoa học cho các hoạt động quản lý, bảo vệ và phát triển lưu vực một cách bền vững. 28 Mỗi một lưu vực đều có các chỉ tiêu đặc trưng riêng về các nhân tố tác động đến cấp xung yếu của lưu vực, các chỉ tiêu phản ánh sự khác biệt bao gồm: - Nhóm chỉ tiêu nhân tố thảm thực vật: + Chỉ tiêu kiểu rừng: Bao gồm các kiểu rừng khác nhau được phân loại như sau: Kiểu rừng thường xanh, kiểu rừng hỗn giao lá rộng lá kim và rừng le tre. + Chỉ tiêu trạng thái: Bao gồm Rừng giàu, rừng trung bình, rừng nghèo, rừng non và trảng cỏ đất trống. + Chỉ tiêu lâm phần: Ưu hợp, độ tàn che (1/10), chỉ tiêu tổng G (m2/ha), chỉ tiêu cấu trúc tầng tán, chỉ tiêu mức độ đồng đều, chỉ tiêu loài le tre, phần trăm che phủ của le tre, chỉ tiêu thảm thực bì và phần trăm che phủ của thực bì. - Nhóm chỉ tiêu nhân tố địa hình: Bao gồm: Độ cao so với mặt nước biển (m), vị trí, độ dốc (o), chiều dài dốc (m), hướng phơi. - Nhóm chỉ tiêu nhân tố đất đai: Bao gồm các chỉ tiêu sau: Màu sắc đất, độ dày tầng đất (cm), độ xốp đất, độ Nm đất (%), pH đất, phần trăm kết von, phần trăm đá nổi, phần trăm ụ đất do giun đất tạo nên. - Nhóm chỉ tiêu nhân tố khí hậu thuỷ văn: Bao gồm các chỉ tiêu sau: N hiệt độ không khí (oc), cự ly đến sông suối gần nhất (m). - Nhóm chỉ tiêu nhân tố nhân tác: Bao gồm hai chỉ tiêu là mức độ lửa rừng và mức độ tác động đến thảm thực vật rừng. Các chỉ tiêu trên đặc trưng cho một lưu vực nhất định, nếu có sự sai khác giữa các chỉ tiêu đó sẽ tạo nên một mức độ xói mòn khác nhau trong từng vùng nhỏ của lưu vực. Các chỉ tiêu trên có thể tổng hợp lại thành các đơn vị phân cấp xung yếu lưu vực, đồng thời các nhân tố này có sự tác động qua lại ảnh hưởng lẫn nhau. N hân tố này có thể là hệ quả của nhân tố kia và ngược lại. Kết hợp phương pháp điều tra định tính và định lượng trên thực địa để điều tra các nhân tố tác động đến cấp xung yếu của lưu vực. Các nhân tố được chọn để điều tra ở trên là những nhân tố dễ điều tra trong thực tế, không tốn kém nhiều về chi phí và thời gian trong điều tra và quản lý. Các nhân tố được phân cấp để tìm ra các tổ hợp. 29 Phân cấp xung yếu: Trong thực tể nếu phân thành nhiều cấp xói mòn lưu vực thì sẽ rất khó cho việc áp dụng và quản lý trong thực tế. Vì vậy, đề tài chọn cách phân cấp mức độ xói mòn thành 5 mức ý nghĩa: An toàn, ít nguy cơ, nguy cơ trung bình, nguy cơ và nguy cơ cao. Phân cấp như sau: Cấp 1: An toàn. Cấp 2: Ít nguy cơ. Cấp 3: N guy cơ trung bình. Cấp 4: N guy cơ. Cấp 5: N guy cơ cao. Mã hóa các nhân tố ảnh hưởng đến phân cấp xung yếu: N hân tố thảm thực vật là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ xói mòn của lưu vực. Trên các thảm thực vật khác nhau, có thể điểu tra được mức độ xói mòn đất khác nhau, nó mang tính đặc trưng cao về mức độ xói mòn đất. - Kiểu rừng: Tùy theo từng lưu vực khác nhau mà có các loại trạng thái khác nhau. Trong khu vực nghiên cứu của đề tài chúng tôi phân thành các kiểu rừng sau: Kiểu rừng thường xanh, kiểu rừng hỗn giao và kiểu rừng le tre. Phân cấp như sau: Cấp 1: Kiểu rừng thường xanh . Cấp 2: Kiểu rừng hỗn giao. Cấp 3: Kiểu rừng le tre. - Trạng thái rừng và đất rừng: Là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng tới nhiều nhân tố khác trong nhóm các nhân tố và ảnh hưởng nhiều tới mức độ xói mòn đất. Qua điều tra thực tế tại hiện trường chúng tôi phân cấp thành các trạng thái sau: : Rừng trung bình, rừng nghèo và trảng cỏ, đất trống. Phân cấp: Cấp 1: Rừng giàu. Cấp 2: Rừng nghèo. Cấp 3: Trảng cỏ, đất trống . 30 - Độ tàn che (1/10): Độ tàn che là chỉ tiêu biểu thị cho sự che phủ mặt đất của cây trong lâm phần. Các trạng thái rừng khác nhau sẽ có các mức độ tàn che khác nhau. Độ tàn che là nhân tố đo đếm được trong thực tế, vì vậy không phân cấp mà lấy theo kết quả đo đếm. Tác động tiêu cực của con người đến thảm thực vật nhất là thảm thực vật rừng là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự thoái hoá và xói mòn đất. Dẫn đến hiện tượng xuống cấp của lưu vực. Tác động của con người chính là việc chuyển mục đích sử dụng đất, khai thác, đốt rừng… N hững hiện tượng đó sẽ xấu tới tầng đất mặt dẫn đến hiện tượng rửa trôi và xói mòn cao. - Mức độ lửa rừng: Lửa rừng vẫn được coi là một nhân tố sinh thái, theo lý thuyết thì hiện tượng lửa rừng xNy ra do hai nguyên nhân là: Sấm sét và con người. N hưng trong thực tế thì hiện tượng sâm sét gây đến cháy rừng hầu như không xNy ra trong thực tế hiện nay, chủ yếu lửa rừng được xuất phát từ con người. Lửa rừng tác động xấu đến tầng đất mặt của lưu vực. Đây là tầng đất dễ bị tác động của các nhân tố khác dẫn đến xói mòn và rửa trôi. Lửa rừng làm cho sự liên kết của các hạt đất kém đi, khi tiếp xúc với lủa keo đất hầu như bị biến tính và không còn tác dụng. Chỉ tiêu lửa rừng được đánh giá trong quá trình nghiên cứu bao gồm: Không có, ít có, vài năm và hàng năm. Phân cấp: Cấp 1: Không có. Cấp 2: Ít có. Cấp 3: Vài năm. Cấp 4: Hàng năm. - Mức độ tác động đến thảm thực vật rừng. Con người tác động đến thảm thực vật rừng bao gồm hai mục đích chính là: khai thác lâm sản và lấy đất canh tác nông nghiệp. Tại khu vực nghiên cứu chúng tôi xác định được các mức độ tác động như sau: Khai thác chọn, bỏ hoá sau nương rẫy và chặt trắng để trồng cây nông nghiệp. 31 Phân cấp: Cấp 1: Khai thác chọn. Cấp 2: Bỏ hoá sau nương rẫy. Cấp 3: Chặt trắng để trồng cây nông nghiệp Bảng 5.2: Bảng mã hoá các nhân tố sinh thái, nhân tác trong lưu vực Tên biến số (đơn vị) Ký hiệu biến số Mô tả và mã hoá các nhân tố 1 2 3 4 5 Mức độ xói mòn Xmd An toàn Ít nguy cơ Nguy cơ trung bình Nguy cơ Nguy cơ caơ Kiểu rừng Krung Thường xanh Hỗn giao Thông Tre le trạng thái Tthai Giàu Trung bình Nghèo Non Trảng cỏ Ưu hợp Uuhop Dẻ Hồng tùng Hồng tùng, dẻ Chò xót, dẻ Long leng độ tàn che (1/10) Dtc Không phân cấp, lấy theo đo đếm Tổng G (m2/ha) Tongg Không phân cấp, lấy theo đo đếm Cấu trúc tầng tán Ctructang Tầng a Tầng b Tầng c Tầng d Tầng e Mức độ đồng đều của cây Ddd Đồng đều Ngẫu nhiên Cụm Loài le tre Loaitrele Không có Có tre le % che phủ le tre Cptrele Không phân cấp, lấy theo đo đếm Thảm thực bì Ttbi Cỏ may Dương xỷ Dương xỷ, Địa lan Cỏ may, Cỏ hôi Dương xỷ, Cỏ may % che ph