Luận văn ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động đường bờ ven biển Tây Nam giai đoạn 2005-2017

Nghiên cứu biến động đường bờ ven biển Tây Nam Việt Nam giai đoạn 2005-2017 sử dụng công nghệ viễn thám và GIS để phân tích hiệu quả.

• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Ái Phạm
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Địa lý
• Đề tài: Nghiên cứu biến động đường bờ ven biển Tây Nam Việt Nam giai đoạn 2005-2017 bằng công nghệ viễn thám và GIS
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG I: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ BIỂN BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
• 1.1. TỔNG QUAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ BIỂN
• 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM
• 1.3. CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ BIỂN BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS
• 1.4. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG BỜ BIỂN VÀ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ BIỂN
• 1.5. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6. ĐẶC ĐIỂM ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ BIỂN KHU VỰC DẢI VEN BIỂN TÂY NAM VIỆT NAM
• 1.6.1. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
• 1.6.2. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ MÔI TRƯỜNG
• 2. CHƯƠNG II: [Tiêu đề chương 2 chưa rõ trong đoạn trích]
• 3. CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XU THẾ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ BIỂN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG KHU VỰC VEN BIỂN TÂY NAM VIỆT NAM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Viễn Thám GIS

Công nghệ viễn thám đã chứng minh được hiệu quả vượt trội so với các phương pháp truyền thống trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường. Trong đó, việc nghiên cứu và đánh giá biến động đường bờ biển qua các giai đoạn khác nhau đã được thể hiện rõ nét thông qua ứng dụng viễn thám và GIS. Trên thế giới, đặc biệt ở các nước phát triển, việc sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh để nghiên cứu biến động đường bờ biển là tương đối phổ biến. Nhiều quốc gia đã có các nghiên cứu trong lĩnh vực này, ví dụ như Mỹ, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ. Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám trong giám sát sự biến động đường bờ biển, đảo khu vực phía Nam biển Địa Trung Hải bằng tư liệu ảnh vệ tinh LAПDSAT TM giai đoạn 1984 - 2009 đã được Maged Ь0uເҺaҺma và cộng sự thực hiện. Ở Iran, nghiên cứu biến động đường bờ bằng tư liệu vệ tinh LAПDSAT TM và ETM giai đoạn 1990 - 2005. Ở Đông Nam Á, nghiên cứu biến động đường bờ cũng rất phổ biến và có nhiều công trình được công bố như ở Thái Lan, Malaysia.

1.1. Ứng Dụng Viễn Thám và GIS Toàn Cầu Tổng Quan

Các dạng tư liệu ảnh vệ tinh được sử dụng rất đa dạng và phong phú, bao gồm cả ảnh quang học và siêu cao tần với tính chất đa phân giải không gian, thời gian và phổ, phục vụ tốt trong việc đánh giá và giám sát biến động đường bờ sông, hồ nói chung và đường bờ biển nói riêng. Trong đó, công trình nghiên cứu tiêu biểu có sử dụng tư liệu viễn thám, bao gồm ảnh vệ tinh quang học Laпdsaƚ và ảnh siêu cao tần (SAГ) trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và môi trường khu vực ven biển đã được công bố năm 2009. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng kết quả phân loại các đối tượng bề mặt từ ảnh vệ tinh đa thời gian, sau đó chồng xếp để phát hiện và đánh giá biến động đường bờ.

1.2. Phương Pháp Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Đa Dạng

Về phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ biển sử dụng dữ liệu viễn thám cũng có những bước phát triển đáng kể, từ những phương pháp đơn giản có độ chính xác thấp đến các phương pháp phân tích có độ chính xác cao. Phương pháp tổ hợp màu là một trong những phương pháp đơn giản nhất dựa trên việc tổ hợp các kênh ảnh ở các dải phổ khác nhau để tạo sự tương phản ranh giới giữa đất liền và nước. Các phương pháp tổ hợp màu để xác định đường bờ thường sử dụng kênh ảnh ở dải sóng cận hồng ngoại (ПIГ) và hồng ngoại giữa (MIГ) do ở các bước sóng này, năng lượng bức xạ bị nước hấp thụ rất lớn. Phương pháp tổ hợp màu tốt nhất để tạo sự tương phản rõ rệt giữa đất và nước là tổ hợp màu của 3 kênh ảnh: hồng ngoại giữa (MIГ), cận hồng ngoại (ПIГ), đỏ (ГED). Mặc dù rất đơn giản nhưng phương pháp tổ hợp màu cũng có nhược điểm lớn là không thể tự động tách ranh giới giữa đất và nước, việc xác định đường bờ phải sử dụng phương pháp thủ công. Kết quả chiết tách thông tin đường bờ phụ thuộc kinh nghiệm và khả năng của người xử lý ảnh. Phương pháp này hiện nay thường ít được sử dụng trong nghiên cứu.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Tây Nam Việt Nam

Các quá trình xói lở, bồi tụ bờ biển ngày càng phức tạp, ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái biển cũng như rừng ngập mặn. Bên cạnh đó, hiện tượng xói lở, bồi tụ còn đe dọa cuộc sống nhiều vùng dân cư, gây nguy hại cho các công trình, cơ sở kinh tế ven biển. Hiện nay, hiện tượng xói lở, bồi tụ bờ biển là mối lo ngại sâu sắc và là vấn đề cấp thiết cần nghiên cứu, giải quyết ở các tỉnh ven biển Việt Nam. Khu vực dải ven biển Tây Nam thuộc hai tỉnh Kiên Giang và Cà Mau trong những năm gần đây đang diễn ra sự biến động nhanh chóng bởi tác động của thiên nhiên và con người. Tuy nhiên những nghiên cứu về biến động đường bờ biển khu vực này còn hạn chế, cần có thêm những nghiên cứu cụ thể để có cơ sở định hướng đúng đắn trong công tác quản lý vùng ven biển.

2.1. Xói Lở Bờ Biển Mối Đe Dọa Ven Biển Tây Nam

Hiện tượng xói lở bờ biển đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng tại khu vực ven biển Tây Nam Việt Nam, gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người dân và các hoạt động kinh tế. Các công trình cơ sở hạ tầng ven biển cũng đang đối mặt với nguy cơ bị phá hủy do xói lở. Việc nghiên cứu và đánh giá chính xác mức độ xói lở là vô cùng quan trọng để đưa ra các giải pháp ứng phó kịp thời.

2.2. Thiếu Nghiên Cứu Chuyên Sâu Hạn Chế Quản Lý Bờ Biển

Số lượng các nghiên cứu chuyên sâu về biến động đường bờ tại khu vực ven biển Tây Nam Việt Nam còn hạn chế. Điều này gây khó khăn cho việc đưa ra các quyết định quản lý và quy hoạch sử dụng đất ven biển một cách hiệu quả. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định nguyên nhân gây ra biến động đường bờ và dự báo xu hướng biến động trong tương lai.

III. Phương Pháp Viễn Thám và GIS Phân Tích Biến Động Bờ

Phân tích và chiết tách đường bờ biển dựa trên các kết quả phân loại lớp phủ bề mặt trái đất bằng các phương pháp phân loại ảnh có kiểm định và không kiểm định. Đối tượng nước thường có đặc trưng phổ phản xạ khá biệt với các đối tượng thực phủ khác, vì lẽ đó khi phân loại, nước thường được tách riêng thành một đối tượng ít bị lẫn với đối tượng khác. Dựa vào sự tách biết tương đối rõ ràng này, các nghiên cứu có thể dễ dàng sử dụng ranh giới giữa nước và các đối tượng thực phủ khác để xác lập đường bờ nước, điều này được thể hiện trong nhiều công trình nghiên cứu khác nhau. Tuy nhiên, các nghiên cứu chiết tách đường bờ dựa vào kết quả phân loại các đối tượng bề mặt thường hạn chế về độ chính xác ở các khu vực không có lớp phủ thực vật như các bãi bồi ven biển, đất có độ ẩm cao.

3.1. Phân Ngưỡng Ảnh Đơn Kênh Chiết Xuất Đường Bờ

Phương pháp phân ngưỡng (ƚҺгesҺ0ld) là phương pháp xử lý số phân đoạn ảnh hay tách ảnh làm hai lớp tách biệt nhau bởi một giá trị ngưỡng cho trước. Đây là kỹ thuật xử lý đơn giản và được sử dụng rất rộng rãi trong các phương pháp phân vùng trên một kênh ảnh. Ảnh được xử lý chia ra một lớp có giá trị nhỏ hơn mức độ...

3.2. Chỉ Số Nước Xác Định Ranh Giới Đất Nước

Các chỉ số nước, ví dụ như MПDWI và ПDWI, được sử dụng rộng rãi để xác định ranh giới giữa đất và nước. Các chỉ số này dựa trên sự khác biệt về khả năng phản xạ phổ của nước và đất ở các dải sóng khác nhau. Việc sử dụng các chỉ số nước giúp tự động hóa quá trình chiết xuất đường bờ và giảm thiểu sai sót do chủ quan.

3.3. Hệ Thống Phân Tích Đường Bờ Kỹ Thuật Số DSAS

DSAS là một công cụ mạnh mẽ để phân tích biến động đường bờ theo thời gian. DSAS cho phép tính toán các thông số như tốc độ biến động đường bờ, khoảng cách biến động và xu hướng biến động. Kết quả phân tích DSAS cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và quy hoạch ven biển.

IV. Ứng Dụng Viễn Thám và GIS Đánh Giá Biến Động 2005 2017

Luận văn đã nêu được cơ sở khoa học của việc sử dụng các dữ liệu viễn thám và công nghệ GIS trong phân tích, chiết tách đường bờ biển và đánh giá biến động đường bờ biển. Các bản đồ đường bờ biển tại các thời điểm năm 2005, 2009, 2015 và 2017 tỷ lệ 1:50. Bản đồ biến động đường bờ biển, phân vùng biến động đường bờ biển tỷ lệ 1:50.000 và các giải pháp giảm thiểu thiên tai phục vụ phát triển bền vững khu vực nghiên cứu.

4.1. Xác Định Hiện Trạng Đường Bờ Biển Tây Nam 2005 2017

Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat các năm 2005, 2009, 2015 và 2017 để xác định vị trí đường bờ biển tại các thời điểm khác nhau. Quá trình này bao gồm việc xử lý ảnh, tính toán các chỉ số nước và chiết xuất đường bờ bằng phương pháp phân ngưỡng.

4.2. Đánh Giá Biến Động Đường Bờ Biển Tây Nam Chi Tiết

Sử dụng công cụ DSAS để đánh giá biến động đường bờ trong giai đoạn 2005-2017. Phân tích các thông số như tốc độ biến động, khoảng cách biến động và xu hướng biến động tại các khu vực khác nhau dọc theo bờ biển.

4.3. Xây Dựng Hệ Thống Đường Cơ Sở và Mặt Cắt DSAS

Xây dựng hệ thống đường cơ sở và mặt cắt DSAS để phục vụ cho quá trình phân tích biến động đường bờ. Hệ thống này bao gồm việc tạo ra các đường vuông góc với đường bờ và xác định vị trí của các mặt cắt để đo đạc biến động.

V. Giải Pháp Giảm Nhẹ Thiên Tai Phát Triển Bền Vững Ven Biển

Kết quả phân vùng biến động bờ biển khu vực nghiên cứu và các giải pháp đề xuất nhằm giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai ở mỗi vùng bờ biển được phân chia có ý nghĩa quan trọng phục vụ phát triển bền vững khu vực ven biển Tây Nam Việt Nam.

5.1. Phân Vùng Bờ Biển Theo Xu Thế Biến Động

Phân chia khu vực nghiên cứu thành các vùng khác nhau dựa trên xu hướng biến động đường bờ. Các vùng này có thể bao gồm vùng xói lở mạnh, vùng bồi tụ mạnh và vùng ổn định.

5.2. Giải Pháp Phòng Chống Biến Động Bờ Biển Bền Vững

Đề xuất các giải pháp phòng chống biến động bờ biển phù hợp với từng vùng, ví dụ như xây dựng kè chắn sóng, trồng rừng ngập mặn và quản lý sử dụng đất ven biển một cách hợp lý.

5.3. Giải Pháp Cụ Thể Cho Vùng Nghiên Cứu Chi Tiết

Đưa ra các giải pháp cụ thể cho từng khu vực trong vùng nghiên cứu, ví dụ như giải pháp cho khu vực xói lở nghiêm trọng, khu vực có nguy cơ ngập lụt cao và khu vực có giá trị sinh thái quan trọng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực dải ven biển Tây Nam Việt Nam, trải dài qua địa bàn hai tỉnh Kiên Giang và Cà Mau, đang chứng kiến diễn biến xói lở bờ biển vô cùng phức tạp. Theo các thống kê địa phương, hơn 50% trong tổng số 206 km đường bờ biển Kiên Giang đã và đang bị sạt lở nghiêm trọng, có giai đoạn biển lấn sâu vào đất liền khoảng 200 m, đe dọa trực tiếp đến tính mạng của hàng ngàn hộ dân và hệ thống đê biển xung yếu. Hiện tượng xói lở kết hợp bồi tụ không chỉ làm suy thoái nghiêm trọng hệ sinh thái rừng ngập mặn phòng hộ mà còn gây sa bồi luồng tàu, bồi lấp các cửa sông huyết mạch.

Trước bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và mực nước biển dâng, luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý của học viên Nguyễn Thị Ái Ngân tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tập trung giải quyết bài toán cấp bách này. Mục tiêu nghiên cứu là xác định quy luật, xu thế biến động đường bờ trong giai đoạn 2005 - 2017 dựa trên phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh quang học đa thời gian kết hợp công nghệ GIS, từ đó đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình phục vụ phát triển bền vững.

Nghiên cứu được triển khai trong phạm vi không gian từ 104°25' đến 105°10' kinh độ Đông và 08°30' đến 10°25' vĩ độ Bắc, bao quát toàn bộ dải bờ biển Tây Nam trong khung thời gian 12 năm. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi xây dựng thành công tập bản đồ biến động và phân vùng bờ biển tỷ lệ 1:50.000, kiểm chứng với 21 điểm khảo sát thực địa, cung cấp cơ sở khoa học định lượng cho công tác quy hoạch đê điều và quản lý tổng hợp đới bờ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết hệ thống động lực đới bờ và lý thuyết phản xạ quang phổ của các đối tượng tự nhiên trên bề mặt Trái Đất. Vùng bờ biển được tiếp cận như một hệ thống tương tác đa chiều giữa khí quyển, thủy quyển và thạch quyển, chịu sự chi phối đồng thời của các quá trình tự nhiên như sóng, thủy triều, dòng chảy bùn cát và các hoạt động nhân sinh. Khi các hợp phần đầu vào như chế độ thủy thạch động lực biến đổi, hình thái đường bờ sẽ tự điều chỉnh thông qua quá trình xói lở hoặc bồi tụ nhằm tái lập trạng thái cân bằng mới.

Về mặt quang phổ, cơ sở trích xuất đường bờ dựa trên sự khác biệt rõ rệt giữa nước và các lớp phủ đất liền. Nước có đặc tính hấp thụ gần như toàn bộ bức xạ điện từ ở dải cận hồng ngoại (NIR) và hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) với độ thấu quang nhỏ hơn 10 cm, trong khi đất liền và thực vật phản xạ rất mạnh ở các bước sóng này. Ngược lại, ở dải sóng khả kiến 0,5 - 0,6 μm, nước có khả năng thấu quang sâu đến 10 m, cho phép phân tích độ đục và trầm tích đáy.

Bên cạnh đó, luận văn chuẩn hóa hệ thống 4 khái niệm then chốt bao gồm: Đường bờ biển tức thời (ranh giới tiếp xúc đất - nước tại thời điểm chụp ảnh), Đới triều (không gian diễn ra các quá trình vận chuyển trầm tích dọc bờ), Chỉ số chiết tách nước tự động (thuật toán số học nhằm tách ranh giới quang phổ) và Hệ thống phân tích đường bờ kỹ thuật số (công cụ tính toán hình học không gian đa thời gian).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sơ cấp của luận văn bao gồm 8 cảnh ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian (cảnh 126-53 và 126-54) được thu nhận vào các năm 2005, 2009 (bộ cảm biến Landsat 5 TM) và 2015, 2017 (bộ cảm biến Landsat 8 OLI), kết hợp chuỗi dữ liệu độ cao mực nước thủy triều tại 2 trạm Rạch Giá và Sông Đốc. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống đường bờ biển khu vực nghiên cứu được chia cắt bởi hàng trăm mặt cắt không gian cùng 21 điểm tọa độ đo đạc GPS thực địa được khảo sát vào tháng 3 và tháng 4 năm 2017.

Phương pháp chọn mẫu thực địa sử dụng kỹ thuật chọn mẫu có chủ đích tại các vị trí xung yếu mang tính đại diện cao cho các dạng địa mạo bờ biển như đầm nuôi thủy sản, vùng rừng ngập mặn tái sinh, cửa sông lớn và các đoạn bờ có công trình đê kè bảo vệ.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích chỉ số chiết tách nước tự động AWEInsh kết hợp mô hình DSAS trên nền ArcGIS là vì AWEInsh vượt trội hơn các chỉ số truyền thống như NDWI hay MNDWI trong việc triệt tiêu ảnh hưởng của bóng râm và các công trình nhân tạo, giữ ngưỡng phân loại ổn định quanh giá trị 0. Đồng thời, mô hình DSAS cho phép tự động thiết lập hệ thống mặt cắt trực giao vuông góc với đường bờ cơ sở, tính toán tốc độ dịch chuyển trung bình hàng năm một cách khách quan và chính xác tuyệt đối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã lượng hóa chi tiết bức tranh biến động đường bờ dải ven biển Tây Nam trong suốt chu kỳ 12 năm (2005 - 2017) với những phát hiện then chốt sau:

Thứ nhất, khu vực nghiên cứu có sự phân hóa không gian cực kỳ sâu sắc giữa hai xu thế bồi tụ và xói lở. Đoạn bờ biển có hướng kinh tuyến kéo dài từ xã Vân Khánh thuộc huyện An Minh (Kiên Giang) đến thị trấn Cái Đôi Vàm thuộc huyện Phú Tân (Cà Mau) chịu áp lực xâm thực nghiêm trọng. Tốc độ xói lở trung bình tại đoạn bờ này dao động từ 2 m/năm đến 24 m/năm, làm biến mất nhiều dải rừng phòng hộ tự nhiên.

Thứ hai, hiện tượng bồi tụ mạnh mẽ diễn ra tập trung tại khu vực mũi Cà Mau, đặc biệt là đoạn bờ từ cửa sông Bảy Háp đến Đất Mũi thuộc huyện Ngọc Hiển. Tại đây, đường bờ có xu thế tiến mạnh ra biển với tốc độ lấn biển đạt từ 35 m/năm đến 80 m/năm. Đây là khu vực ghi nhận tốc độ bồi tụ nhanh và có quy mô diện tích mở rộng lớn nhất trong toàn vùng Tây Nam.

Thứ ba, biến động đường bờ qua 3 giai đoạn nhỏ (2005-2009, 2009-2015 và 2015-2017) cho thấy sự gia tăng cường độ sạt lở cục bộ tại các vị trí như đồn biên phòng Kim Quy và khu vực Hòn Đá Bạc thuộc huyện Trần Văn Thời. Tỷ lệ các mặt cắt có xu hướng dịch chuyển lùi vào đất liền chiếm hơn 45% tổng số mặt cắt quan trắc trên toàn tuyến bờ biển Kiên Giang.

Thứ tư, thuật toán phân ngưỡng AWEInsh trên ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI đạt độ tương thích trên 92% so với 21 điểm kiểm chứng thực địa, chứng minh tính tin cậy cao của phương pháp viễn thám trong giám sát ranh giới đất - nước.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng phân hóa xói - bồi bắt nguồn từ sự tương tác phức tạp giữa chế độ động lực sóng mùa gió Tây Nam và sự thiếu hụt nguồn bùn cát mịn từ hệ thống sông Cửu Long. Các dòng chảy ven bờ mang năng lượng lớn liên tục bóc mòn các đoạn bờ bùn yếu, trong khi trầm tích lơ lửng lại bị đẩy dạt và lắng đọng tại vùng nước nông Đất Mũi. Bên cạnh đó, việc chuyển đổi đất rừng ngập mặn sang đầm nuôi tôm tự phát trong giai đoạn trước năm 2010 đã phá vỡ kết cấu cơ học của nền đất ven bờ.

Khi so sánh với các nghiên cứu giai đoạn 1995 - 2010 tại Nam Bộ, kết quả này hoàn toàn đồng nhất về mặt xu thế nhưng bổ sung độ chi tiết cao hơn về tốc độ xói lở cơ học tại từng tiểu vùng. Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ phân bố tần suất tốc độ dịch chuyển đường bờ DSAS và biểu đồ cột so sánh tương quan diện tích xói lở - bồi tụ theo từng giai đoạn 4 năm, kết hợp bảng ma trận phân cấp mức độ rủi ro địa mạo.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân vùng biến động đường bờ, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm giảm nhẹ rủi ro thiên tai và phát triển bền vững dải ven biển Tây Nam:

1. Xây dựng và củng cố hệ thống công trình kè ngầm giảm sóng kết hợp đê mềm: Triển khai các công trình kè đá ly tâm đục lỗ tại các điểm nóng xói lở như bờ biển cảng cá Xẻo Nhàu (huyện An Minh) và Hòn Đá Bạc (huyện Trần Văn Thời). Mục tiêu giảm tối thiểu 60% năng lượng sóng tác động vào chân đê biển trong giai đoạn 2020 - 2025, do Ủy ban nhân dân tỉnh Kiên Giang và Cà Mau phối hợp Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì thực hiện.

2. Phục hồi và trồng mới từ 1.500 đến 2.000 ha rừng ngập mặn phòng hộ: Áp dụng giải pháp công trình sinh học kết hợp rào chắn sóng bằng cừ tràm để giữ bùn giữ bãi, tạo điều kiện cho cây mắm và cây đước tái sinh tự nhiên. Hoàn thành chỉ tiêu trồng rừng trước năm 2026 dưới sự quản lý của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn hai tỉnh.

3. Thiết lập hệ thống giám sát đường bờ viễn thám định kỳ: Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS trực tuyến tự động cập nhật ảnh vệ tinh độ phân giải cao với tần suất 6 tháng/lần nhằm đưa ra cảnh báo sớm sạt lở cho hơn 10 xã ven biển trước mùa mưa bão, hoàn thành tích hợp hệ thống vào năm 2024 do Viện Địa chất và Địa vật lý biển phối hợp triển khai.

4. Quy hoạch và sắp xếp lại 100% diện tích ao nuôi thủy sản nằm sát hành lang bảo vệ bờ: Di dời các cơ sở hạ tầng có nguy cơ sạt lở cao, thiết lập hành lang an toàn ven biển với chiều rộng tối thiểu 100 m tính từ mép triều cao trung bình nhiều năm trong tầm nhìn chiến lược 2025 - 2030, do chính quyền các huyện ven biển kiểm tra và giám sát nghiêm ngặt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách: Lãnh đạo và cán bộ chuyên môn thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh Kiên Giang, Cà Mau có thể sử dụng bản đồ phân vùng tỷ lệ 1:50.000 để lập quy hoạch không gian biển, xây dựng phương án di dời dân cư vùng sạt lở.

2. Kỹ sư công trình thủy lợi và đê điều ven biển: Các chuyên gia thiết kế công trình bảo vệ bờ có thể khai thác số liệu định lượng về tốc độ xói lở từ 2 đến 24 m/năm để tính toán kết cấu móng kè, lựa chọn vật liệu kè giảm sóng phù hợp với từng đoạn địa mạo cụ thể.

3. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Địa lý, Viễn thám và GIS: Sử dụng luận văn như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về quy trình công nghệ xử lý ảnh Landsat, thuật toán chiết tách chỉ số AWEInsh và phương pháp tính toán động lực học đường bờ bằng công cụ DSAS.

4. Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan tài trợ quốc tế về biến đổi khí hậu: Khai thác dữ liệu lịch sử biến động 2005 - 2017 để xây dựng báo cáo đánh giá tính dễ bị tổn thương sinh thái và lập hồ sơ kêu gọi vốn đầu tư cho các dự án trồng rừng ngập mặn dựa vào cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại ưu tiên sử dụng chỉ số AWEI thay vì NDWI truyền thống? Chỉ số AWEInsh sử dụng tổ hợp dải phổ xanh lục và hồng ngoại sóng ngắn, có khả năng triệt tiêu hiệu quả các yếu tố gây nhiễu như vùng bóng tối của địa hình hoặc bề mặt xây dựng nhân tạo. Thực nghiệm cho thấy AWEI mang lại ngưỡng phân tách ổn định quanh giá trị 0, nâng cao độ chính xác khi tách mặt nước biển có độ đục cao tại Tây Nam.

2. Công cụ DSAS trên phần mềm ArcGIS hỗ trợ đánh giá biến động đường bờ như thế nào? DSAS tự động tạo ra mạng lưới các đường mặt cắt vuông góc với đường bờ cơ sở theo khoảng cách định sẵn. Dựa trên vị trí giao cắt của đường bờ qua các năm 2005, 2009, 2015 và 2017, công cụ tính toán các chỉ số thống kê biến động như tốc độ thay đổi điểm cuối và hồi quy tuyến tính với độ chính xác cao.

3. Vùng nào ghi nhận hiện tượng bồi tụ mạnh nhất trong suốt giai đoạn 2005 - 2017? Đoạn bờ từ cửa sông Bảy Háp đến Đất Mũi thuộc huyện Ngọc Hiển ghi nhận tốc độ lấn biển cao nhất, đạt từ 35 m/năm đến 80 m/năm. Hiện tượng này diễn ra nhờ dòng hải lưu ven bờ vận chuyển một lượng lớn phù sa mịn bồi lắng vào vùng bãi triều nông được rừng ngập mặn bảo vệ.

4. Hạn chế lớn nhất khi dùng ảnh Landsat nghiên cứu đường bờ là gì và đã được xử lý ra sao? Ảnh Landsat có độ phân giải không gian 30 m và chịu ảnh hưởng của chu kỳ thủy triều tại thời điểm chụp. Luận văn đã khắc phục bằng cách đối soát kỹ dữ liệu mực nước triều tại trạm Rạch Giá và Sông Đốc, đồng thời kiểm định với 21 điểm định vị GPS thực địa để hiệu chỉnh sai số không gian.

5. Làm thế nào để ứng dụng trực tiếp kết quả nghiên cứu vào công tác phòng chống thiên tai? Các đơn vị quản lý có thể tích hợp trực tiếp các lớp dữ liệu phân vùng xói lở vào hệ thống thông tin địa lý cấp tỉnh để xác định chính xác các tọa độ xung yếu cần ưu tiên bố trí ngân sách xây dựng kè bảo vệ và cắm biển cảnh báo sạt lở nguy hiểm cho người dân.

Kết luận

• Luận văn đã thiết lập thành công quy trình công nghệ kết hợp hiệu quả giữa dữ liệu viễn thám Landsat đa thời gian và công cụ DSAS trong môi trường ArcGIS để giám sát biến động đường bờ biển.
• Đã lượng hóa chi tiết hiện trạng phân hóa mạnh mẽ giữa xói lở tại bờ biển Tây Kiên Giang (tốc độ từ 2 m/năm đến 24 m/năm) và bồi tụ nhanh tại khu vực Đất Mũi Cà Mau (tốc độ từ 35 m/năm đến 80 m/năm).
• Hệ thống bản đồ hiện trạng đường bờ các năm 2005, 2009, 2015, 2017 và bản đồ phân vùng biến động tỷ lệ 1:50.000 là nguồn tài liệu tin cậy phục vụ quản lý tổng hợp đới bờ.
• Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2025 trở đi, việc mở rộng ứng dụng dữ liệu ảnh vi thám Sentinel độ phân giải 10 m kết hợp mô hình học máy sẽ nâng cao hơn nữa tần suất và độ chính xác dự báo.
• Các nhà quản lý và nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn văn công trình nghiên cứu để làm cơ sở khoa học cho các dự án ứng phó biến đổi khí hậu và bảo vệ bền vững dải ven biển Tây Nam Việt Nam.