MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hạn hán nông nghiệp xảy ra khi độ ẩm trong đất không đủ để duy trì sản lƣợng nông nghiệp trung bình. Hậu quả ban đầu là làm giảm năng suất cây trồng, diện tích gieo trồng, giảm sản lƣợng mùa vụ, tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, giảm thu nhập của lao động nông nghiệp, tăng giá thành lƣơng thực. Hạn nông nghiệp cực đoan có thể dẫn tình trạng thiếu lƣơng thực kéo dài ở một khu vực gây ra các bệnh dịch lan rộng và tử vong do đói.
Với thế mạnh nông nghiệp, Việt Nam có ƣu thế đảm bảo an ninh lƣơng thực hơn phần lớn các nƣớc đang phát triển ở châu Á. Sau 10 năm thực hiện Kết luận số 53-KL/TW ngày 5/8/2009 của Bộ Chính trị về Đề án “An ninh lƣơng thực Quốc gia đến năm 2020,” sản lƣợng lúa của cả nƣớc tăng từ 39,17 triệu tấn (năm 2009) lên 43,4 triệu tấn (năm 2019); bình quân lƣơng thực đầu ngƣời tăng từ 497 kg/năm lên trên 525 kg/năm, đƣa Việt Nam vào nhóm 6 nƣớc hàng đầu về chỉ số này và vai trò của Việt Nam trong hỗ trợ an ninh lƣơng thực cho các quốc gia khác ngày càng tăng. Tuy nhiên, trong bối cảnh phải chịu sự tác động nặng nề bởi biến đổi khí hậu, thời tiết ngày càng phức tạp và cực đoan. Nƣớc ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, sự biến động của các yếu tố khí hậu hàng năm rất lớn, hạn hán nghiêm trọng thƣờng xảy ra và gây tác động đáng kể lên hệ sinh thái và nông ngiệp của vùng bị ảnh hƣởng.
Theo IPCC (2007), Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là một trong ba châu thổ trên thế giới có nguy cơ chịu ảnh hƣởng cực kỳ nghiêm trọng của biến đổi khí hậu trong 30 – 50 năm tới, trong đó có hạn hán. Theo báo cáo “Tình hình hạn hán, xâm nhập mặn và các giải pháp ứng phó” của Ban chỉ đạo Trung ƣơng về phòng chống thiên tai, tính riêng năm 2015, ở khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, đã có gần 40.000 ha lúa phải dừng sản xuất do thiếu nƣớc, 122.000 ha cây trồng bị hạn hán, thiếu nƣớc và hàng chục nghìn hộ dân bị thiếu nƣớc sinh hoạt. Trong đợt hạn hán miền Nam Việt Nam 2016, theo ƣớc tính của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam có khoảng 160.000 ha lúa bị thiệt hại, 1 khoảng 800.000 tấn lúa đã bị mất trắng. Tỉnh Bến Tre là một trong những tỉnh bị ảnh hƣởng nặng nề nhất với gần 14.000 ha lúa bị thiệt hại.
Hạn hán thƣờng xảy ra trên diện rộng, do vậy việc quan trắc và nghiên cứu bằng các phƣơng pháp truyền thống gặp rất nhiều khó khăn, và trên thực tế không thể đặt các trạm quan trắc với mật độ dày đặc do chi phí bỏ ra là rất lớn. Hiện nay, dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin về bề mặt Trái Đất ở các kênh phổ khác nhau và mức độ bao phủ rộng đã đƣợc sử dụng một cách hiệu quả trong quan trắc và giám sát hạn hán. Đã có rất nhiều nghiên cứu trên thế giới sử dụng tƣ liệu viễn thám hồng ngoại nhiệt trong xác định nhiệt độ và độ ẩm đất nhằm đánh giá mức độ khô hạn của bề mặt. Tƣ liệu ảnh vệ tinh luôn có sẵn và có thể đƣợc sử dụng để phát hiện sự khởi đầu, diễn biến của khô hạn cả về thời gian và cƣờng độ.
Bên cạnh đó, giám sát các điều kiện hạn hán và tình trạng độ ẩm bề mặt bằng viễn thám vệ tinh cũng đang là mối quan tâm lớn trong việc quản lý thảm họa hạn hán và cho sự phát triển bền vững của môi trƣờng sinh thái và an ninh lƣơng thực. Xuất phát từ những lý do nêu trên, đề tài “Đánh giá hạn hán từ tư liệu viễn thám nhằm hỗ trợ sản suất lúa cho tỉnh Bến Tre” đƣợc thực hiện. Kết quả nghiên cứu sẽ là nguồn tài liệu tham khảo tốt cho các nhà quản lý địa phƣơng để định hƣớng phát triển sản xuất nông nghiệp, bảo đảm an ninh lƣơng thực cho tỉnh. Mục tiêu nghiên cứu Thành lập bản đồ hạn hán dựa trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám, đồng thời xác định ảnh hƣởng của hạn hán đến diện tích đất trồng lúa của tỉnh Bến Tre, từ đó đề xuất các biện pháp phòng chống, ứng phó và giảm thiểu tác động do hạn hán ảnh hƣởng đến an toàn lƣơng thực trong điều kiện biến đổi khí hậu.
Nội dung nghiên cứu (1) Tổng quan các tài liệu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về ứng dụng viễn thám trong đánh giá nguy cơ hạn hán 2 (2) Xác định hiện trạng lớp phủ khu vực nghiên cứu, đối tƣợng cụ thể là lớp đất trồng lúa. (3) Tính toán các chỉ số xác định hạn theo các yếu tố đƣợc trích xuất trực tiếp từ ảnh vệ tinh qua các năm. (4) Xây dựng bản đồ xác định khu vực hạn hán với các mức độ khác nhau theo từng năm bằng chỉ số hạn theo chỉ chị thực vật VDI. (5) Phân tích mối liên quan giữa hạn hán và diện tích lúa qua từng năm.
(6) Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phù hợp để phòng chống, ứng phó và giảm thiếu tác động do hạn hán ảnh hƣởng đến an toàn lƣơng thực trong điều kiện biến đổi khí hậu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Đất trồng lúa đƣợc xác định từ dải sóng phản xạ - Mức độ hạn hán đƣợc tính toán trực tiếp từ ảnh vệ tinh thông qua các chỉ số: • NDVI – Normalized Differential Vegetation Index: Chỉ số khác biệt thực vật; • LST – Land Surface Temperature: Nhiệt độ bề mặt; • MNDWI – Modified Normalised Difference Water Index: Chỉ số khác biệt nƣớc chuẩn hóa đƣợc cải thiện; • TCI – Temperature Condition Index: Chỉ số điều kiện nhiệt độ; • TVDI – Temperature Vegetation Dryness Index: Chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật; • WCI – Water Condition Index: Chỉ số điều kiện nƣớc; • VDI – Vegetation Drought Index: Chỉ số hạn theo chỉ thị thực vật. Phạm vi nghiên cứu: Khu vực đƣợc chọn là khu đông tỉnh Bến Tre gồm 4 huyện có đất trồng lúa là: Ba Tri, Bình Đại, Giồng Trôm, Thạnh Phú. 3 Thời gian nghiên cứu: Mùa khô năm 2015, 2016, 2020.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 5. Ý nghĩa khoa học Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp xây dựng các chỉ số dựa trên phƣơng pháp viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh là giải pháp khoa học trong đánh giá hạn hán. Kết quả của luận văn tạo cơ sở khoa học để các nhà quản lý có thể đƣa ra những giải pháp thích hợp cho từng khu vực cụ thể của tỉnh Bến Tre. Ý nghĩa thực tiễn Trong Nhiệm vụ điều chỉnh quy hoạch xây dựng vùng ĐBSCL đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 đề cập đến mục tiêu quan trọng là nâng cao vai trò, vị thế của vùng ĐBSCL lên tầm quốc gia và khu vực Đông Nam Á.
Tuy nhiên, hiện tại, khu vực ĐBSCL nói chung và tỉnh Bến Tre nói riêng, đang phải gánh chịu những hậu quả nặng nề từ những đợt hạn hán nghiêm trọng bất thƣờng do tình trạng biến đổi khí hậu gây ra, gây thiệt hại lớn cả về kinh tế lẫn xã hội và môi trƣờng. Do đó, để góp phần giải quyết bài toán hạn hán từ nhiều năm tại khu vực này, thì ứng dụng tƣ liệu ảnh viễn thám để đánh giá khô hạn tại tỉnh Bến Tre và đề xuất các biện pháp ứng phó là một vấn đề có ý nghĩa thực tiễn. Ngoài ra, đề tài cũng cung cấp cơ sở dữ liệu để làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu có liên quan trong tƣơng lai. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về hạn hán 1.1 Khái niệm hạn hán Trên thế giới có rất nhiều khái niệm và định nghĩa về hạn hán, nhƣng có thể hiểu chung rằng: Hạn hán là một sự bất thƣờng về khí hậu, đặc trƣng bởi nguồn cung cấp độ ẩm thiếu hụt, do lƣợng mƣa dƣới mức bình thƣờng, lƣợng mƣa thất thƣờng, nhu cầu nƣớc cao hơn hoặc sự kết hợp của toàn bộ các yếu tố (Bhalme và Mooley, 1980).
Hạn hán là một hiện tƣợng phát triển chậm, tích lũy trong một khoảng thời gian trên một khu vực rộng lớn và ảnh hƣởng của nó có thể kéo dài trong nhiều năm sau khi nó kết thúc (Tannehill, 1947). Nếu sắp xếp theo thứ tự gây thiệt hại về tài sản và sinh mạng trên toàn cầu thì hạn hán đứng thứ 4 sau lũ lụt, động đất và bão. So với các thảm họa tự nhiên nhƣ: xoáy, lũ lụt, động đất, sự phun trào núi lửa và sóng thần có sự khởi đầu nhanh chóng, có ảnh hƣởng trực tiếp và có cấu trúc, thì hạn hán ngƣợc lại. Hạn hán khác với các thảm họa tự nhiên khác theo các khía cạnh quan trọng sau (Wilhite, 2000): - Không tồn tại một định nghĩa chung về hạn hán; - Hạn hán có sự khởi đầu chậm, là hiện tƣợng từ từ, dẫn đến khó có thể xác định sự bắt đầu và kết thúc một sự kiện hạn; - Thời gian hạn dao động từ vài tháng đến vài năm, vùng trung tâm và vùng xung quanh bị ảnh hƣởng bởi hạn hán có thể thay đổi theo thời gian; - Không có một chỉ thị hoặc một chỉ số hạn đơn lẻ nào có thể xác định chính xác sự bắt đầu và mức độ khắc nghiệt của sự kiện hạn cũng nhƣ các tác động tiềm năng của nó; - Phạm vi không gian của hạn hán thƣờng lớn hơn nhiều so với các thảm họa khác, do đó các ảnh hƣởng của hạn thƣờng trải dài trên nhiều vùng địa lý lớn; - Các tác động của hạn nhìn chung không theo cấu trúc và khó định lƣợng.
Các tác động tích lũy lại và mức độ ảnh hƣởng của hạn sẽ mở rộng khi các sự kiện hạn tiêp tục kéo dài từ mùa này sang mùa khác hoặc sang năm khác. 5 Sự kết hợp của các yếu tố tự nhiên, có thể đƣợc tăng cƣờng bởi ảnh hƣởng của con ngƣời thƣờng là những nguyên nhân dẫn đến hạn hán. Nhƣng nguyên nhân chính xảy ra hạn hán phần lớn đều bắt nguồn từ sự thiếu hụt nghiêm trọng lƣợng giáng thủy trong một thời gian đủ dài hoặc những thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ, gió,… khiến cho sự bốc thoát hơi nƣớc diễn ra mạnh mẽ và dẫn đến sự thiếu hụt nƣớc của bề mặt, dòng chảy, hồ chứa (hạn thủy văn)… Và lƣợng nƣớc trong đất sẽ không đủ để cung cấp cho các hoạt động sinh trƣởng, phát triển của thực vật (hạn nông nghiệp).
