Tổng quan luận án

Xói mòn đất là nguyên nhân cơ bản dẫn đến thoái hóa tài nguyên đất tại các vùng miền núi. Tình trạng này bắt nguồn từ hai nhóm nguyên nhân: tự nhiên và hoạt động quản lý, sử dụng đất của con người. Trong đó, việc phá hủy lớp phủ thực vật – yếu tố che chắn bề mặt đất – là tác nhân trực tiếp làm gia tăng cường độ xói mòn. Nhằm giảm thiểu xói mòn ở khu vực miền núi, việc nghiên cứu đồng thời bản thân quá trình xói mòn và bài toán quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên đất trên quy mô lưu vực là yêu cầu có tính cấp thiết.

Lưu vực sông Trà Khúc là địa bàn có cường độ xói mòn tương đối mạnh. Theo số liệu của Bản đồ Atlas Việt Nam (Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường, 1996), phần lớn diện tích lưu vực sông Trà Khúc có mức độ xói mòn rửa trôi bề mặt dao động từ 200 đến 300 tấn/ha/năm. Đây cũng là khu vực có biến động lớp phủ thực vật diễn ra mạnh mẽ trong thập niên 1990 và được xác định là một trong những điểm nóng về mất rừng tại Việt Nam. Tuy nhiên, công tác quy hoạch bảo vệ đất tại đây gặp hạn chế lớn do thiếu hụt nguồn thông tin định lượng và dữ liệu không gian đồng bộ. Do đó, việc ứng dụng công nghệ viễn thám và Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) để lượng hóa biến động lớp phủ thực vật và mô hình hóa quá trình xói mòn là vấn đề cấp bách.

Luận án xác định 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu phương pháp xử lý ảnh số với tiếp cận đa quy mô (nhằm chiết xuất thông tin thu nhận từ ảnh viễn thám ở nhiều mức độ; đa dạng hóa thông tin giúp khai thác ảnh viễn thám triệt để và chính xác hơn) trong thành lập bản đồ lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc và đánh giá biến động lớp phủ thực vật bằng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao.
  2. Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa quá trình xói mòn và tính toán các thông tin định lượng trên lưu vực sông Trà Khúc bằng công cụ phân tích không gian của GIS.
  3. Đánh giá ảnh hưởng của biến động lớp phủ thực vật tới quá trình xói mòn lưu vực sông Trà Khúc bằng công cụ phân tích không gian trên GIS theo hướng tiếp cận quan hệ giữa biến động lớp phủ thực vật và quá trình xói mòn ở tỷ lệ lưu vực; sử dụng mối quan hệ đó để lượng hóa và không gian hóa các thông tin phục vụ quy hoạch sử dụng đất chống xói mòn.

Nghiên cứu đặt ra 2 giả thiết nghiên cứu (luận điểm bảo vệ):

  1. Áp dụng tiếp cận đa quy mô để chiết xuất thông tin trong xử lý ảnh số ảnh viễn thám cho phép theo dõi biến động lớp phủ thực vật tại lưu vực sông Trà Khúc.
  2. Việc phân tích quan hệ giữa biến động lớp phủ thực vật và xói mòn lưu vực sông Trà Khúc bằng các phương pháp mô phỏng và phân tích trên hệ thống thông tin địa lý cho phép đưa ra thông tin định lượng phục vụ quy hoạch theo hướng giảm thiểu xói mòn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Biến động lớp phủ thực vật (tập trung vào các số liệu biến động nhận diện được qua ảnh vệ tinh) và quá trình xói mòn đất thông qua phương pháp mô hình hóa.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ lưu vực sông Trà Khúc, ngoại trừ phần diện tích thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam (chiếm khoảng 4% tổng diện tích lưu vực) do không có dữ liệu địa hình chi tiết.
  • Phạm vi thời gian: Tập trung đánh giá hiện trạng và biến động lớp phủ thực vật trong giai đoạn 1989 - 2001 qua các thời điểm ảnh chụp năm 1989, 1997 và 2001.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các nghiên cứu thực nghiệm về xói mòn đất đã được tiến hành từ sớm bởi các chuyên gia Đức (1877-1895) và các nhà khoa học Mỹ (1917). Middleton H. và cộng sự (1930, 1932) đã nghiên cứu tính kháng xói của đất dựa trên tính bền vững cấu trúc và tính thấm. Zingg (1940) thiết lập tương quan giữa tổng lượng đất mất với độ dốc và chiều dài sườn. Browning (1947) hoàn thiện hệ thống quan hệ và giới thiệu hệ số kháng xói. Nổi bật nhất trong các mô hình kinh nghiệm là phương trình mất đất tổng quát USLE (Universal Soil Loss Equation) do Wischmeier và Smith phát triển (1965, 1978), cùng các mô hình nhận thức như GAMES, WEPP. Các tác giả như Valentin và nnk (2002), Drissa và nnk nhấn mạnh sự cần thiết phải nghiên cứu xói mòn ở các quy mô không gian và thời gian khác nhau để dự báo tác động của thay đổi môi trường. Zhou Jinxing và cộng sự (2002) chỉ ra mối quan hệ cân bằng dài hạn giữa xói mòn và lượng trầm tích trên lưu vực sông. Về vai trò của thảm phủ, Zha Xiaochun (2002) chứng minh cường độ xói mòn do canh tác trên đất dốc cao gấp hơn 100 lần so với thảm rừng tự nhiên; Gautam và cộng sự (2002) tại Nepal ghi nhận việc giao rừng cho cộng đồng quản lý giúp tăng tỷ lệ phục hồi rừng và giảm diện tích cây bụi.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu định lượng xói mòn ban đầu được thực hiện bởi Nguyễn Quí Khải (1962), Nguyễn Xuân Khoát (1963), Tôn Gia Huyên (1963, 1964), Bùi Quang Toản (1965, 1985), Trần An Phong (1967), Đỗ Hưng Thanh (1982), Phan Liên (1984), Nguyễn Quang Mỹ và nnk (1985, 1987). Nguyễn Quang Mỹ tổng kết rằng khi độ dốc tăng 2 lần thì xói mòn tăng 2-4 lần; chiều dài sườn tăng 2 lần thì xói mòn tăng 2-7,5 lần; các sườn hướng Đông, Đông Nam, Tây Nam, Tây làm xói mòn tăng 1,8-3,9 lần; sườn lồi có mức xói mòn tăng 2-3 lần so với sườn thẳng. Vi Văn Vị và Trần Bích Nga tính toán lượng xói mòn lưu vực hồ Hòa Bình từ 20.000 đến 40.000 tấn/km²/năm. Lại Vĩnh Cẩm (2000) áp dụng USLE cho 4 lưu vực lớn ở miền Bắc Việt Nam. Trong đề tài nghiên cứu cơ bản 73 51 01, phương pháp địa hóa đồng vị Cs-137 được sử dụng để đo tốc độ xói mòn đất. Đề tài 74 06 01 sử dụng ảnh viễn thám đa phổ UoSAT-12 để chiết xuất thông số lớp phủ thực vật phục vụ mô hình USLE. Về quy hoạch sử dụng đất bền vững, Lê Mỹ Phong và Nguyễn Ngọc Khánh (1998) đề xuất 9 biện pháp trên 9 đơn vị trắc lượng hình thái tại Sơn La; Phạm Văn Tân và Nguyễn Cao Huân (2000) xây dựng mô hình dự báo biến động sử dụng đất có điều khiển; Đặng Trung Thuận, Trương Quang Hải và nnk lượng hóa quan hệ giữa xói mòn và các yếu tố kinh tế - sinh thái ở thượng nguồn sông Trà Khúc; Bùi Dũng Thể áp dụng mô hình SCUAF nghiên cứu đất dốc tại miền Trung.

Trong lĩnh vực viễn thám, Nguyễn Đình Dương (1998) và các tác giả quốc tế như Biging (1995), Singh (1989) đã phân tích các phương pháp phát hiện biến động lớp phủ trước và sau phân loại, phân tích thành phần chính (PCA), tính toán chỉ số thực vật NDVI và phân loại dưới pixel (spectral unmixing).

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn giải quyết: Phần lớn các ứng dụng viễn thám trong nước trước đây chỉ dừng lại ở các phương pháp giải đoán cổ điển ở cấp độ điểm ảnh (pixel), chưa khai thác tiếp cận đa quy mô (kết hợp cấp độ pixel và dưới pixel) để nâng cao độ chính xác tại địa hình đồi núi phức tạp. Đồng thời, việc tích hợp định lượng giữa biến động lớp phủ thực vật từ ảnh vệ tinh đa thời gian với mô hình xói mòn không gian trên nền GIS để trực tiếp phục vụ bài toán quy hoạch sử dụng đất cấp lưu vực vẫn chưa được thực hiện đầy đủ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án triển khai dựa trên quan điểm hệ thống: coi hiện trạng sử dụng đất, lớp phủ thực vật và tài nguyên đất là các hợp phần tương tác mật thiết. Tác động của con người tới tài nguyên đất được thể hiện qua trung gian lớp phủ thực vật. Luận án áp dụng khung phân tích đánh giá quản lý đất dốc bền vững (1991) gồm 5 thuộc tính: tính sản xuất hiệu quả (productivity), tính an toàn (security), tính bảo vệ (protection), tính lâu bền (viability) và tính chấp nhận (acceptability).

Phương trình mất đất tổng quát USLE được sử dụng làm khung mô hình hóa xói mòn: $$A = R \times K \times LS \times C \times P$$ Trong đó:

  • $A$: Lượng đất mất trung bình hàng năm (tấn/ha/năm).
  • $R$: Chỉ số xói mòn do mưa.
  • $K$: Chỉ số tính kháng xói của đất.
  • $LS$: Chỉ số địa hình kết hợp chiều dài sườn ($L$) và độ dốc ($S$).
  • $C$: Chỉ số lớp phủ thực vật và quản lý đất.
  • $P$: Chỉ số thực hành canh tác bảo vệ đất.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa xử lý ảnh viễn thám số, phân tích không gian GIS và kiểm chứng thực địa:

  1. Phương pháp xử lý ảnh viễn thám:
  • Nắn chỉnh hình học chuyển về hệ tọa độ VN-2000.
  • Hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình đến bức xạ theo mô hình phản xạ Lambert.
  • Định chuẩn tương đối phổ giữa các thời điểm ảnh chụp.
  • Chiết xuất thông tin đa quy mô: Ở cấp độ pixel thực hiện phân loại có kiểm định theo thuật toán xác suất cực đại (Maximum Likelihood) và tính toán chỉ số thực vật NDVI; ở cấp độ dưới pixel thực hiện kỹ thuật phân tách phổ (Spectral Unmixing), biến đổi tối thiểu nhiễu (MNF - Minimum Noise Fraction), bộ phân loại góc phổ (SAM - Spectral Angle Mapper) và bộ lọc phối hợp tinh chỉnh hỗn hợp (MTMF - Mixture-Tuned Matched Filtering) sử dụng phổ chuẩn (endmembers) từ thư viện phổ của Đại học Johns Hopkins (JHU) và Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS).
  • Phát hiện biến động lớp phủ bằng phương pháp trừ kênh ảnh, phân tích tỷ số ảnh và ma trận chuyển đổi sau phân loại.
  1. Phương pháp phân tích không gian và mô hình hóa GIS:
  • Xây dựng mô hình số độ cao (DEM) từ bản đồ địa hình để tính toán mạng lưới thủy văn, phân cấp độ dốc, độ cao và hệ số $LS$.
  • Thành lập các lớp dữ liệu không gian dạng raster cho các hệ số $R$, $K$, $LS$, $C$, $P$.
  • Tính toán bản đồ xói mòn tiềm năng ($A_{pot} = R \times K \times LS$) và bản đồ xói mòn thực tế ($A = R \times K \times LS \times C \times P$).
  • Chồng xếp không gian phân tích mối quan hệ giữa biến động lớp phủ và biến động xói mòn; xây dựng thuật toán xác định khu vực tác động, khu vực ưu tiên và biện pháp quy hoạch giảm thiểu xói mòn.
  1. Phương pháp thực địa: Khảo sát thực địa thu thập số liệu mẫu từ ngày 23/2 đến 28/2/2000 tại 67 điểm quan sát. Mỗi điểm quan sát bán kính 100m được ghi nhận thông tin theo 8 hướng nhìn (khoảng cách 100m đến 500m), sau đó được chuyển đổi thành cấu trúc 9 polygon không gian trên GIS để đối soát độ chính xác của bản đồ lớp phủ.

Nguồn tư liệu và dữ liệu sử dụng:

Loại dữ liệu Thông số / Tên dữ liệu Tỷ lệ / Độ phân giải Thời gian / Đặc tính
Ảnh vệ tinh Landsat TM Cảnh 124/050, 7 kênh 30m Chụp ngày 18/06/1989
Ảnh vệ tinh Landsat TM Cảnh 124/050, 7 kênh 30m Chụp ngày 04/05/1997
Ảnh vệ tinh Landsat ETM Cảnh 124/050, 7 kênh 30m Chụp ngày 17/10/2001
Bản đồ địa hình đáy Hệ tọa độ VN-2000 1:50.000 Xây dựng DEM, thủy văn
Bản đồ hiện trạng rừng Bản đồ chuyên đề 1:50.000 Phân loại thảm phủ
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất Bản đồ chuyên đề 1:50.000 Xác định hệ số P
Bản đồ thổ nhưỡng Bản đồ chuyên đề 1:200.000 Xác định hệ số K
Bản đồ đẳng trị lượng mưa Bản đồ chuyên đề 1:250.000 Xác định hệ số R
Dữ liệu khảo sát thực địa 67 điểm quan sát (603 polygon) Bán kính 100-500m Đo đạc tháng 02/2000

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tình hình nghiên cứu xói mòn và đánh giá biến động lớp phủ thực vật ở Việt Nam và trên Thế giới

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về quá trình xói mòn đất và phương pháp đánh giá biến động lớp phủ thực vật. Luận án phân tích sự phát triển của các mô hình xói mòn từ mô hình kinh nghiệm (USLE, RUSLE, Musgrave, Renfro) đến mô hình nhận thức (GAMES, WEPP). Đồng thời, tác giả tổng kết các xu hướng nghiên cứu hiện đại: phân định các loại hình xói mòn (bề mặt, xẻ rãnh nhỏ, xẻ rãnh lớn), nghiên cứu tương tác xói mòn theo các quy mô thời gian và không gian, và quản lý đất dốc thông qua công cụ quy hoạch sử dụng đất kết hợp bảo tồn thảm phủ tự nhiên. Chương này cũng phân tích các đặc trưng phản xạ phổ của đất, nước, thực vật; đánh giá ưu nhược điểm của các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám quang học, nắn chỉnh khí quyển, nắn chỉnh địa hình và các thuật toán phát hiện biến động. Phần cuối chương giới thiệu khái quát điều kiện địa lý tự nhiên của lưu vực sông Trà Khúc, khẳng định đây là lưu vực có mức độ xói mòn nghiêm trọng và biến động rừng phức tạp.

Chương 2: Áp dụng tiếp cận đa quy mô trong xử lý số ảnh viễn thám để theo dõi biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc

Chương 2 trình bày quy trình công nghệ chiết xuất thông tin đa quy mô từ tư liệu Landsat TM (1989, 1997) và Landsat ETM (2001). Sau khi nắn chỉnh hình học và nắn chỉnh bức xạ địa hình theo mô hình Lambert, tác giả kết hợp phân loại có kiểm định, chỉ số NDVI (cấp độ pixel) với kỹ thuật phân loại dưới pixel (Spectral Unmixing, MNF, SAM, MTMF) nhằm tách các lớp phủ hỗn hợp. Hệ thống phân loại gồm 14 lớp: rừng rậm, rừng trung bình, rừng thưa, cây bụi rậm, cây bụi trung bình, cây bụi thưa, cỏ rậm, cỏ thưa, cây công nghiệp, đất nông nghiệp, đất nương rẫy, đất trống, khu dân cư và mặt nước. Kết quả phân loại được kiểm chứng thông qua 603 polygon xây dựng từ 67 điểm quan sát thực địa năm 2000.

Bảng tổng hợp kiểm tra độ chính xác bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật năm 2001:

Lớp phủ thực vật Số polygon quan sát Số polygon quan sát chính xác Tỷ lệ phần trăm chính xác (%)
Rừng rậm 30 26 86,67
Rừng trung bình 66 55 83,67
Cây bụi rậm 72 61 84,72
Cây bụi trung bình 85 71 83,53
Cây bụi thưa 42 36 85,33
Đất nông nghiệp 57 42 73,64
Nước 0 0 Không xác định
Không phân loại 0 0 Không xác định
Tổng số 603 478 79,27

Chương này cũng thiết lập ma trận biến động lớp phủ thực vật qua các giai đoạn 1989-1997, 1997-2001 và 1989-2001, đồng thời phân tích sự phân bố của các kiểu thảm phủ theo các cấp độ cao (0-100m, 100-300m, 300-700m, 700-1500m, trên 1500m) và cấp độ dốc (0-8°, 8-15°, 15-25°, 25-35°, trên 35°).

Chương 3: Mô hình hoá xói mòn lưu vực sông Trà Khúc bằng hệ thống thông tin địa lý

Chương 3 tập trung xây dựng cơ sở dữ liệu không gian và thực hiện mô hình hóa xói mòn đất theo phương trình USLE trên môi trường GIS raster. Tác giả tính toán và thành lập 5 bản đồ thành phần:

  • Bản đồ hệ số xói mòn do mưa ($R$) dựa trên số liệu bản đồ đẳng trị lượng mưa tỷ lệ 1:250.000.
  • Bản đồ hệ số tính kháng xói của đất ($K$) từ bản đồ thổ nhưỡng tỷ lệ 1:200.000 kết hợp bảng tra chuẩn quốc tế.
  • Bản đồ hệ số địa hình ($LS$) tính toán tự động từ mô hình DEM xây dựng từ bản đồ địa hình 1:50.000.
  • Bản đồ hệ số lớp phủ thực vật ($C$) được gán giá trị trực tiếp từ bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật chiết xuất từ ảnh vệ tinh các thời kỳ.
  • Bản đồ hệ số thực hành bảo vệ đất ($P$) xây dựng từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất kết hợp bảng tra hệ số của Hội Khoa học Đất Quốc tế.

Tích hợp các lớp thông tin, chương 3 thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng và bản đồ xói mòn hiện trạng (năm 2001) cho lưu vực sông Trà Khúc, phân cấp mức độ xói mòn và so sánh định lượng tính ưu việt của mô hình raster/vector trong GIS so với các phương pháp đánh giá xói mòn truyền thống.

Chương 4: Ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mòn và sử dụng hợp lý tài nguyên đất lưu vực sông Trà Khúc

Chương 4 phân tích mối quan hệ tác động qua lại giữa biến động lớp phủ thực vật và quá trình xói mòn theo hai cách tiếp cận: mô hình toán và phân tích không gian đa thời gian (1989-1997 và 1997-2001). Kết quả chỉ ra rằng các khu vực suy giảm diện tích rừng và chuyển hóa thành nương rẫy hoặc đất trống có mức gia tăng xói mòn mạnh nhất. Ngược lại, các khu vực phục hồi thảm thực vật hoặc chuyển đổi sang cây bụi rậm giúp giảm thiểu rõ rệt lượng đất mất.

Trên cơ sở mối quan hệ định lượng này, tác giả đề xuất quy trình ứng dụng quan hệ lớp phủ - xói mòn vào công tác quy hoạch bảo vệ tài nguyên đất:

  1. Xác định khu vực tác động dựa trên ngưỡng xói mòn nguy hại.
  2. Xác định khu vực ưu tiên can thiệp dựa trên phân tích chồng xếp độ dốc, hiện trạng thảm phủ và nguy cơ xói mòn.
  3. Đề xuất các biện pháp quy hoạch cụ thể (khoanh nuôi bảo vệ rừng, trồng rừng phòng hộ, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, canh tác nông lâm kết hợp). Chương này hoàn thiện bản đồ quy hoạch giảm thiểu xói mòn cho toàn bộ lưu vực sông Trà Khúc và bản đồ quy hoạch chi tiết cho huyện Sơn Tây.

Phụ lục luận án giới thiệu 7 phần mềm mô hình hóa xói mòn phổ biến: RUSLE2, WEPP (phiên bản v2002.700), SEAGIS (extension của ArcView GIS), USLE2D (phiên bản 4.1 của Đại học Leuven), WATEM, SCUAF (phiên bản 3) và USLE (Techtools Inc.).

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

  • Ứng dụng tiếp cận đa quy mô trong xử lý ảnh viễn thám số (kết hợp cấp độ pixel và dưới pixel) vào điều kiện khu vực miền núi nhiệt đới, cho phép chiết xuất thông tin lớp phủ thực vật chi tiết từ ảnh vệ tinh đa phổ độ phân giải trung bình/cao.
  • Ứng dụng các giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh nâng cao gồm nắn chỉnh bức xạ theo mô hình địa hình Lambert, định chuẩn tương đối và phân tách phổ (Spectral Unmixing).
  • Đề xuất nguyên tắc xây dựng bảng phân loại lớp phủ thực vật phù hợp với đặc thù giải đoán ảnh viễn thám tại lưu vực sông Trà Khúc.
  • Thiết lập khung phương pháp luận mô hình hóa xói mòn trên nền GIS raster và phân tích không gian mối quan hệ giữa biến động lớp phủ thực vật với quá trình xói mòn theo cả chiều thời gian và không gian.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn:

  • Cung cấp bộ bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc các năm 1989, 1997 và 2001, đóng góp tư liệu cho công tác điều tra tài nguyên tự nhiên.
  • Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và bản đồ xói mòn thực tế lưu vực sông Trà Khúc theo mô hình USLE.
  • Lượng hóa và không gian hóa các thông tin quy hoạch, thành lập bản đồ quy hoạch giảm thiểu xói mòn lưu vực sông Trà Khúc và bản đồ quy hoạch chi tiết huyện Sơn Tây.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất:

  • Sử dụng công cụ quy hoạch sử dụng đất can thiệp trực tiếp vào thảm phủ thực vật, tập trung vào các khu vực sườn dốc lớn và đầu nguồn.
  • Áp dụng các giải pháp nông lâm kết hợp, hạn chế canh tác nương rẫy trần trên đất dốc, khoanh nuôi tái sinh rừng tự nhiên và nâng cao độ che phủ thảm thực vật tại các tiểu lưu vực có nguy cơ thoái hóa cao.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Ảnh viễn thám quang học chịu ảnh hưởng của mây, sương mù và bóng địa hình vùng núi, đòi hỏi các mô hình hiệu chỉnh phức tạp.
  • Chưa bao gồm 4% diện tích lưu vực sông Trà Khúc thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam do thiếu dữ liệu bản đồ địa hình chi tiết.
  • Số liệu kiểm chứng thực địa được thu thập vào tháng 2/2000 trong khi ảnh vệ tinh kiểm chứng chụp vào tháng 10/2001, tạo ra độ lệch thời gian nhất định trong đánh giá độ chính xác tuyệt đối.
  • Nghiên cứu tập trung lượng hóa số liệu biến động không gian mà chưa đi sâu phân tích toàn diện các nguyên nhân kinh tế - xã hội học dẫn đến biến động thảm phủ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Mở rộng phạm vi phân tích cho toàn bộ lưu vực liên tỉnh và cập nhật các nguồn tư liệu ảnh viễn thám đa phổ, siêu phổ có độ phân giải không gian và thời gian cao hơn.
  • Kết hợp kiểm chứng thực địa định kỳ, đo đạc trực tiếp lượng đất mất tại các ô tiêu chuẩn thực nghiệm để hiệu chỉnh các hệ số thực nghiệm của mô hình USLE cho phù hợp hơn với điều kiện thổ nhưỡng miền Trung.
  • Tích hợp thêm các mô hình động lực học dòng chảy và trầm tích (như WEPP, WATEM) để dự báo bồi lắng lòng dẫn và hồ chứa nước.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên chuyên ngành Địa lý học, Viễn thám và GIS, Khoa học Đất, Quản lý Tài nguyên và Môi trường: Tham khảo quy trình xử lý ảnh đa quy mô, kỹ thuật phân tách phổ dưới pixel (Spectral Unmixing, MNF, SAM, MTMF) và phương pháp xây dựng các lớp tham số USLE trong GIS raster.
  • Cơ quan quản lý nhà nước, cán bộ quy hoạch nông lâm nghiệp và tài nguyên môi trường tại tỉnh Quảng Ngãi và khu vực miền Trung: Tham khảo phương pháp phân vùng ưu tiên can thiệp xói mòn, cơ sở dữ liệu hiện trạng thảm phủ và bản đồ quy hoạch giảm thiểu xói mòn phục vụ quản lý lưu vực bền vững.
  • Các nhà nghiên cứu mô hình hóa môi trường: Tham khảo danh mục và tính năng của các phần mềm tính toán xói mòn chuyên dụng được hệ thống hóa trong luận án.

Câu hỏi thường gặp

1. Dữ liệu viễn thám và bản đồ nền nào được sử dụng trong luận án?
Luận án sử dụng 3 cảnh ảnh vệ tinh Landsat (path/row 124/050, độ phân giải 30m) gồm Landsat TM ngày 18/6/1989, Landsat TM ngày 04/5/1997 và Landsat ETM ngày 17/10/2001. Dữ liệu bản đồ gồm bản đồ địa hình 1:50.000 (hệ tọa độ VN-2000), bản đồ hiện trạng rừng 1:50.000, bản đồ hiện trạng sử dụng đất 1:50.000, bản đồ thổ nhưỡng 1:200.000 và bản đồ đẳng trị lượng mưa 1:250.000.

2. Tiếp cận đa quy mô trong xử lý ảnh viễn thám được thực hiện như thế nào và độ chính xác ra sao?
Tiếp cận đa quy mô được thực hiện ở cấp độ pixel (phân loại có kiểm định Maximum Likelihood, tính chỉ số NDVI) và cấp độ dưới pixel (Spectral Unmixing, MNF, SAM, MTMF dựa trên thư viện phổ của JHU và USGS). Kiểm chứng qua 603 polygon tại 67 điểm thực địa cho thấy bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2001 đạt độ chính xác chung 79,27% (478/603 polygon chính xác).

3. Phương trình xói mòn USLE được tính toán từ các nguồn dữ liệu nào trong GIS?
Mô hình USLE gồm 5 thành phần: $R$ (tính từ bản đồ đẳng trị lượng mưa), $K$ (từ bản đồ thổ nhưỡng và bảng tra quốc tế), $LS$ (tính từ mô hình số độ cao DEM), $C$ (chiết xuất từ kết quả phân loại ảnh vệ tinh đa thời kỳ) và $P$ (xác định từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất kết hợp bảng tra Hội Khoa học Đất Quốc tế).

4. Tại sao một phần lưu vực sông Trà Khúc thuộc tỉnh Quảng Nam không được đưa vào nghiên cứu?
Phần diện tích lưu vực sông Trà Khúc thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam không được đưa vào phân tích do không có dữ liệu địa hình chi tiết và diện tích này chỉ chiếm tỷ trọng nhỏ (khoảng 4% tổng diện tích toàn lưu vực).

5. Các phần mềm tính toán xói mòn nào được luận án giới thiệu và tổng hợp?
Luận án tổng hợp 7 phần mềm tính toán xói mòn trong phụ lục: RUSLE2, WEPP (phiên bản v2002.700), SEAGIS (extension ArcView GIS), USLE2D (phiên bản 4.1), WATEM, SCUAF (phiên bản 3) và USLE (phần mềm của Techtools Inc.).

Kết luận

Luận án đã hoàn thiện khung phương pháp luận kết hợp xử lý ảnh viễn thám số đa quy mô và mô hình hóa GIS raster để đánh giá biến động lớp phủ thực vật và quá trình xói mòn đất tại lưu vực sông Trà Khúc giai đoạn 1989-2001. Nghiên cứu đã xây dựng hệ thống bản đồ hiện trạng thảm phủ, bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế với độ chính xác được kiểm chứng thực địa đạt 79,27%. Kết quả định lượng hóa mối quan hệ giữa biến động thảm phủ và cường độ xói mòn cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp cho việc xây dựng bản đồ quy hoạch giảm thiểu xói mòn và quản lý bền vững tài nguyên đất dốc cấp lưu vực.