Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Vùng Biển Cà Mau Từ Tư Liệu Viễn Thám

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu biến động đường bờ vùng biển Cà Mau Việt Nam từ tư liệu viễn thám đa thời gian, cung cấp cái nhìn sâu sắc về biến đổi môi trường.

• Tác giả: Ngụy Minh Hiển
• Người hướng dẫn: PGS.Trịnh Lê Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy Văn Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Vùng Biển Cà Mau Từ Tư Liệu Viễn Thám
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ
• 1.1. Biến động đường bờ ở Việt Nam
• 1.1.1. Một số khái niệm
• 1.1.2. Biến động đường bờ ở một số khu vực phía Nam, Việt Nam
• 1.1.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu
• 1.2. Các phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ từ tư liệu viễn thám
• 1.2.1. Phương pháp tổ hợp màu
• 1.2.2. Phương pháp phân ngưỡng
• 1.2.3. Phương pháp tỉ lệ ảnh
• 1.3. Tổng quan về tình hình ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ
• 1.3.1. Trên thế giới
• 1.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ từ tư liệu viễn thám đa thời gian
• 2. CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÙNG BIỂN CÀ MAU TỪ TƯ LIỆU VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN
• 2.1. Tư liệu ảnh vệ tinh Landsat
• 2.1.1. Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat
• 2.1.2. Đặc điểm tư liệu sử dụng trong nghiên cứu
• 2.2. Cơ sở khoa học phương pháp xác định thông tin đường bờ từ tư liệu ảnh vệ tinh đa thời gian
• 2.2.1. Tương tác năng lượng bức xạ điện từ và các đối tượng tự nhiên
• 2.2.2. Đặc trưng phản xạ phổ của nước và các đối tượng tự nhiên
• 2.3. Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Landsat trong chiết tách thông tin đường bờ
• 2.3.1. Xác định phản xạ phổ bề mặt
• 2.3.2. Xác định ảnh tỉ lệ
• 2.3.3. Xác định thông tin đường bờ
• 3. CHƯƠNG III: NGUYÊN NHÂN VÀ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ KHU VỰC VEN BIỂN CÀ MAU
• 3.1. Nguyên nhân biến động đường bờ
• 3.1.1. Nguyên nhân sạt lở
• 3.1.2. Nguyên nhân bồi tụ cửa sông, bờ biển
• 3.2. Kết quả chiết tách thông tin nước – đất liền
• 3.3. Đánh giá tình hình sạt lở và bồi tụ bờ biển các huyện tỉnh Cà Mau
• 3.4. Bồi tụ vùng cửa sông ở Cà Mau
• 3.5. Đánh giá, kiểm nghiệm kết quả xác định biến động đường bờ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Biển Cà Mau Hiện Nay

Biến động đường bờ là một quá trình địa chất tự nhiên, bao gồm cả xói lở và bồi tụ. Tuy nhiên, hoạt động này ngày càng trở nên phức tạp do tác động của biến đổi khí hậu và các hoạt động của con người, ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái rừng ngập mặn Cà Mau và đe dọa cuộc sống của người dân ven biển. Nghiên cứu biến động đường bờ biển Cà Mau là vô cùng cấp thiết, cung cấp thông tin khoa học cho việc quản lý và bảo vệ môi trường. Các phương pháp truyền thống tốn kém và khó thực hiện trên quy mô lớn. Do đó, việc ứng dụng tư liệu viễn thám đa thời gian là một giải pháp hiệu quả, cung cấp dữ liệu diện rộng, chi phí thấp và khả năng theo dõi liên tục. Luận văn này tập trung vào việc phân tích và lựa chọn phương pháp chiết tách ranh giới nước - đất liền từ ảnh vệ tinh Landsat để đánh giá biến động đường bờ.

1.1. Khái niệm cơ bản về đường bờ và biến động đường bờ

Đường bờ là ranh giới giữa đất liền và biển, chịu tác động của thủy triều, sóng và dòng chảy. Biến động đường bờ là sự thay đổi vị trí của ranh giới này theo thời gian, bao gồm cả quá trình xói lở (mất đất) và bồi tụ (lấn biển). Xói lở và bồi tụ là hai mặt đối lập của một quá trình địa mạo, gây ra sự thay đổi hình thái bờ biển. Nghiên cứu biến động đường bờ là nghiên cứu các quá trình địa mạo nhằm tìm ra những đặc điểm hình thái và động lực hiện nay, lịch sử tiến hóa trong quá khứ và dự báo xu hướng phát triển của nó trong tương lai. Các kết quả nghiên cứu biến động địa hình là một trong những nguồn tài liệu quan trọng để xây dựng quy hoạch phát triển và quản lý môi trường đới bờ biển.

1.2. Tình hình biến động đường bờ tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Biến động đường bờ diễn ra phức tạp, gây ra nhiều hệ lụy cho kinh tế - xã hội và môi trường. Theo thống kê, nhiều khu vực ven biển ĐBSCL đang bị xói lở nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đất sản xuất, nhà cửa và cơ sở hạ tầng. Ngược lại, một số khu vực khác lại đang được bồi tụ, tạo ra những bãi bồi mới có tiềm năng phát triển kinh tế. Việc nghiên cứu và đánh giá biến động đường bờ tại ĐBSCL là vô cùng quan trọng để đưa ra các giải pháp ứng phó hiệu quả.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Xói Lở Bờ Biển Cà Mau Hiện Nay

Cà Mau là tỉnh có bờ biển dài nhất Việt Nam, với ba mặt giáp biển. Tuy nhiên, bờ biển Cà Mau đang đối mặt với nhiều thách thức do xói lở bờ biển Cà Mau, bồi tụ bờ biển Cà Mau và tác động biến đổi khí hậu Cà Mau. Xói lở gây mất đất, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản, đe dọa đến đời sống của người dân ven biển. Bồi tụ có thể làm thay đổi dòng chảy, ảnh hưởng đến giao thông đường thủy và gây ngập úng. Việc nghiên cứu và đánh giá chính xác tình hình biến động đường bờ là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp quản lý và bảo vệ bờ biển hiệu quả.

2.1. Các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến biến động đường bờ Cà Mau

Các yếu tố tự nhiên như dòng chảy, sóng biển, thủy triều, địa mạo Cà Mau và địa chất Cà Mau có vai trò quan trọng trong việc hình thành và biến đổi đường bờ. Dòng chảy ven bờ có thể gây xói lở hoặc bồi tụ tùy thuộc vào hướng và cường độ. Sóng biển tác động trực tiếp lên bờ, gây xói lở hoặc bồi tụ. Thủy triều làm thay đổi mực nước biển, ảnh hưởng đến quá trình xói lở và bồi tụ. Địa mạo và địa chất của khu vực cũng ảnh hưởng đến khả năng chống chịu của bờ biển trước các tác động tự nhiên.

2.2. Tác động của con người đến biến động đường bờ Cà Mau

Các hoạt động của con người như phá rừng ngập mặn, xây dựng công trình ven biển, khai thác cát và nuôi trồng thủy sản có thể làm gia tăng tình trạng xói lở và bồi tụ. Phá rừng ngập mặn Cà Mau làm mất đi lớp bảo vệ tự nhiên của bờ biển, khiến bờ biển dễ bị xói lở hơn. Xây dựng công trình ven biển có thể làm thay đổi dòng chảy và sóng biển, gây xói lở hoặc bồi tụ. Khai thác cát làm mất đi nguồn cung cấp vật liệu cho bãi biển, gây xói lở. Nuôi trồng thủy sản có thể gây ô nhiễm môi trường và làm suy thoái hệ sinh thái ven biển.

2.3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng là những yếu tố quan trọng làm gia tăng tình trạng xói lở bờ biển. Nước biển dâng làm ngập úng các vùng đất thấp ven biển, gây mất đất và ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp. Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ lụt, gây xói lở bờ biển nghiêm trọng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Từ Viễn Thám Cà Mau

Nghiên cứu này sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian, đặc biệt là ảnh vệ tinh Landsat, để xác định và đánh giá biến động đường bờ biển Cà Mau. Các phương pháp xử lý ảnh viễn thám như tổ hợp màu, phân ngưỡng và tỉ số ảnh được áp dụng để chiết tách thông tin đường bờ. Phương pháp tỉ số ảnh được lựa chọn vì tính hiệu quả và độ chính xác cao. Dữ liệu GIS được sử dụng để chồng xếp và phân tích các đường bờ được chiết tách từ các năm khác nhau, từ đó xây dựng bản đồ biến động đường bờ.

3.1. Thu thập và tiền xử lý ảnh vệ tinh Landsat

Ảnh vệ tinh Landsat được thu thập từ các năm 2001, 2006, 2009 và 2017. Các ảnh này được lựa chọn vì có độ phủ tốt, ít mây che phủ và có độ phân giải phù hợp. Quá trình tiền xử lý bao gồm hiệu chỉnh hình học, hiệu chỉnh khí quyển và loại bỏ nhiễu. Hiệu chỉnh hình học được thực hiện để đảm bảo độ chính xác về vị trí địa lý của ảnh. Hiệu chỉnh khí quyển được thực hiện để loại bỏ ảnh hưởng của khí quyển đến độ phản xạ của các đối tượng trên mặt đất. Loại bỏ nhiễu được thực hiện để giảm thiểu các sai sót trong quá trình thu thập và xử lý ảnh.

3.2. Lựa chọn phương pháp chiết tách thông tin đường bờ

Nghiên cứu này xem xét các phương pháp chiết tách thông tin đường bờ từ ảnh vệ tinh như phương pháp tổ hợp màu, phương pháp phân ngưỡng và phương pháp tỉ số ảnh. Phương pháp tổ hợp màu sử dụng các kênh phổ khác nhau để tạo ra ảnh màu, giúp phân biệt các đối tượng trên mặt đất. Phương pháp phân ngưỡng sử dụng một ngưỡng giá trị để phân loại các pixel thành các lớp khác nhau. Phương pháp tỉ số ảnh sử dụng tỉ lệ giữa các kênh phổ khác nhau để làm nổi bật các đối tượng quan tâm. Phương pháp tỉ số ảnh được lựa chọn vì tính hiệu quả và độ chính xác cao trong việc phân biệt giữa nước và đất liền.

3.3. Xây dựng bản đồ biến động đường bờ sử dụng GIS

Sau khi chiết tách thông tin đường bờ từ ảnh vệ tinh, các đường bờ được chồng xếp và phân tích trong môi trường GIS. Bản đồ biến động đường bờ được xây dựng bằng cách so sánh vị trí của đường bờ từ các năm khác nhau. Các khu vực bị xói lở và bồi tụ được xác định và đo đạc diện tích. Bản đồ biến động đường bờ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và bảo vệ bờ biển.

IV. Kết Quả Đánh Giá Biến Động Đường Bờ Biển Cà Mau 2001 2017

Kết quả nghiên cứu cho thấy biến động đường bờ biển Cà Mau diễn ra phức tạp trong giai đoạn 2001-2017, với cả quá trình xói lở và bồi tụ. Các khu vực bị xói lở nghiêm trọng tập trung ở các huyện ven biển, đặc biệt là Ngọc Hiển và Trần Văn Thời. Các khu vực được bồi tụ chủ yếu ở các cửa sông, như cửa sông Ông Đốc và cửa sông Bảy Háp. Diện tích xói lở lớn hơn diện tích bồi tụ, cho thấy xu hướng mất đất đang diễn ra ở Cà Mau. Các kết quả này được kiểm chứng bằng ảnh vệ tinh độ phân giải cao và khảo sát thực địa.

4.1. Tình hình xói lở bờ biển tại các huyện ven biển Cà Mau

Huyện Ngọc Hiển và Trần Văn Thời là hai huyện chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của xói lở bờ biển. Xói lở gây mất đất sản xuất, ảnh hưởng đến đời sống của người dân và đe dọa đến các công trình ven biển. Nguyên nhân xói lở có thể do tác động của sóng biển, dòng chảy, phá rừng ngập mặn và biến đổi khí hậu. Cần có các giải pháp cấp bách để ngăn chặn tình trạng xói lở, bảo vệ đất đai và đời sống của người dân.

4.2. Quá trình bồi tụ tại các cửa sông ở Cà Mau

Các cửa sông như cửa sông Ông Đốc và cửa sông Bảy Háp là những khu vực được bồi tụ mạnh mẽ. Bồi tụ tạo ra những bãi bồi mới có tiềm năng phát triển kinh tế, như nuôi trồng thủy sản và du lịch sinh thái. Tuy nhiên, bồi tụ cũng có thể làm thay đổi dòng chảy, ảnh hưởng đến giao thông đường thủy và gây ngập úng. Cần có các giải pháp quản lý phù hợp để khai thác hiệu quả tiềm năng của các bãi bồi và giảm thiểu các tác động tiêu cực.

4.3. So sánh diện tích xói lở và bồi tụ

Diện tích xói lở lớn hơn diện tích bồi tụ, cho thấy xu hướng mất đất đang diễn ra ở Cà Mau. Điều này gây ra nhiều hệ lụy cho kinh tế - xã hội và môi trường. Cần có các giải pháp tổng thể để giảm thiểu tình trạng xói lở và bảo vệ bờ biển Cà Mau.

V. Giải Pháp Ứng Phó Biến Động Đường Bờ Biển Cà Mau Bền Vững

Để ứng phó với biến động đường bờ biển Cà Mau một cách bền vững, cần có các giải pháp tổng thể và đồng bộ, bao gồm cả giải pháp công trình và phi công trình. Các giải pháp công trình như xây dựng kè, đê chắn sóng và trồng rừng ngập mặn. Các giải pháp phi công trình như quy hoạch sử dụng đất hợp lý, nâng cao nhận thức cộng đồng và tăng cường quản lý nhà nước. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cấp chính quyền, các ngành chức năng và cộng đồng địa phương để thực hiện các giải pháp này một cách hiệu quả.

5.1. Các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển

Xây dựng kè và đê chắn sóng là các giải pháp công trình phổ biến để bảo vệ bờ biển khỏi xói lở. Tuy nhiên, cần có thiết kế phù hợp để đảm bảo hiệu quả và giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường. Trồng rừng ngập mặn Cà Mau là một giải pháp tự nhiên và bền vững để bảo vệ bờ biển. Rừng ngập mặn có khả năng chắn sóng, giảm xói lở và tạo môi trường sống cho nhiều loài sinh vật.

5.2. Các giải pháp phi công trình quản lý bờ biển

Quy hoạch sử dụng đất ven biển Cà Mau hợp lý là một giải pháp quan trọng để giảm thiểu các tác động tiêu cực đến bờ biển. Cần hạn chế xây dựng các công trình ven biển, bảo vệ rừng ngập mặn và các hệ sinh thái ven biển. Nâng cao nhận thức cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ bờ biển và khuyến khích người dân tham gia vào các hoạt động bảo vệ bờ biển. Tăng cường quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường ven biển, xử lý nghiêm các hành vi vi phạm.

5.3. Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý bờ biển

Công nghệ viễn thám và GIS Cà Mau có thể được sử dụng để theo dõi và đánh giá biến động đường bờ một cách hiệu quả. Dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin diện rộng và liên tục về tình hình bờ biển. GIS giúp phân tích và quản lý dữ liệu không gian, hỗ trợ ra quyết định trong quản lý bờ biển.

VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Biến Động Đường Bờ Cà Mau

Nghiên cứu này đã thành công trong việc ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS để đánh giá biến động đường bờ biển Cà Mau trong giai đoạn 2001-2017. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và bảo vệ bờ biển. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phân tích nguyên nhân gây xói lở và bồi tụ, dự báo biến động đường bờ trong tương lai và đánh giá hiệu quả của các giải pháp ứng phó.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã xác định được các khu vực bị xói lở và bồi tụ trên bờ biển Cà Mau trong giai đoạn 2001-2017. Diện tích xói lở lớn hơn diện tích bồi tụ, cho thấy xu hướng mất đất đang diễn ra. Các yếu tố tự nhiên và con người đều có vai trò trong việc gây ra biến động đường bờ. Cần có các giải pháp tổng thể và đồng bộ để ứng phó với biến động đường bờ một cách bền vững.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phân tích nguyên nhân gây xói lở và bồi tụ, sử dụng các mô hình toán học để dự báo biến động đường bờ trong tương lai và đánh giá hiệu quả của các giải pháp ứng phó. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học, nhà quản lý và cộng đồng địa phương để thực hiện các nghiên cứu này một cách hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Biến động đường bờ biển là một trong những diễn biến địa chất và thủy văn phức tạp nhất tại các vùng đới bờ nhiệt đới. Tỉnh Cà Mau sở hữu vị trí địa lý đặc biệt khi là bán đảo duy nhất của Việt Nam có ba mặt tiếp giáp biển với tổng chiều dài đường bờ lên tới 254 km. Con số này chiếm 34,5% tổng chiều dài bờ biển toàn vùng Đồng bằng sông Cửu Long và tương đương 7,8% đường bờ biển cả nước. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng, vùng biển Cà Mau đối mặt với hiện tượng xói lở bờ biển nghiêm trọng ở phía bờ Đông và bồi tụ không đồng đều ở phía bờ Tây. Tình trạng này đe dọa trực tiếp đến 77% diện tích rừng ngập mặn của toàn vùng Đồng bằng sông Cửu Long, đồng thời ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh kế của hàng trăm nghìn hộ dân ven biển.

Mục tiêu cốt lõi của đề tài luận văn thạc sĩ là xây dựng quy trình công nghệ chiết tách tự động thông tin ranh giới nước và đất liền, từ đó định lượng chính xác biến động đường bờ vùng biển Cà Mau trong giai đoạn 16 năm từ năm 2001 đến năm 2017. Phạm vi nghiên cứu bao trùm toàn bộ dải bờ biển 254 km thuộc địa bàn các huyện ven biển của tỉnh Cà Mau qua 4 mốc thời gian quan sát trọng điểm. Nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp hệ thống bản đồ số và cơ sở dữ liệu địa không gian chuẩn xác, giúp giảm thiểu trên 60% chi phí so với các phương pháp trắc địa truyền thống, đồng thời tạo tiền đề khoa học cho công tác quy hoạch phát triển đới bờ bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng vững chắc của hai hệ thống lý thuyết chuyên ngành: lý thuyết tương tác bức xạ điện từ trong viễn thám quang học và lý thuyết động lực học hình thái đới bờ biển. Theo lý thuyết phổ phản xạ, nước có đặc tính hấp thụ gần như hoàn toàn năng lượng bức xạ điện từ ở dải sóng cận hồng ngoại với bước sóng từ 0,76 đến 0,90 micromet và dải hồng ngoại giữa từ 1,55 đến 1,75 micromet. Ngược lại, các đối tượng lục địa như đất và thảm thực vật lại có độ phản xạ rất cao tại các dải phổ này. Sự chênh lệch phản xạ phổ là cơ sở để phân tách ranh giới giữa mặt nước và đất liền.

Bên cạnh đó, khung nghiên cứu vận dụng các khái niệm chuẩn mực về đường bờ ngoài, đới bờ biển, hiện tượng xói lở bãi và tích tụ trầm tích cửa sông. Các mô hình chỉ số nước cải tiến như chỉ số khác biệt nước điều chỉnh và chỉ số chiết xuất nước tự động cũng được phân tích để so sánh hiệu năng. Cơ sở động lực học chỉ ra rằng hình thái bờ Cà Mau chịu sự chi phối trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều với biên độ triều biển Đông đạt từ 3,0 đến 3,5 mét và tương tác phức tạp giữa hai hệ thống gió mùa Đông Bắc và Tây Nam.

Phương pháp nghiên cứu

Cỡ mẫu dữ liệu được lựa chọn gồm 4 cảnh ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian có độ phân giải không gian 30 mét, đại diện cho chuỗi diễn thế 16 năm, bao gồm: ảnh Landsat 7 ETM+ thu nhận ngày 16 tháng 01 năm 2001, ảnh Landsat 5 TM thu nhận ngày 24 tháng 12 năm 2006 và ngày 14 tháng 01 năm 2009, cùng ảnh Landsat 8 OLI thu nhận ngày 20 tháng 01 năm 2017. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ tiêu chí nghiêm ngặt: toàn bộ cảnh ảnh đều được chụp vào mùa khô từ tháng 12 đến tháng 1 nhằm đảm bảo tỷ lệ mây che phủ dưới 10%, đồng thời đồng nhất về điều kiện mực nước triều và góc chiếu bức xạ mặt trời.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích tỉ số ảnh kết hợp phân ngưỡng phổ của Alesheikh thay vì phương pháp tổ hợp màu hay giải đoán thủ công là nhằm tự động hóa hoàn toàn quy trình, loại bỏ yếu tố chủ quan của người xử lý và xử lý triệt để vùng nước đục ven bờ. Quy trình thực hiện sử dụng tỉ số kênh xanh lục trên kênh cận hồng ngoại và kênh xanh lục trên kênh hồng ngoại giữa, sau đó nhân ma trận với ảnh phân ngưỡng kênh hồng ngoại giữa để trích xuất ranh giới mép nước. Dữ liệu sau đó được lọc nhiễu không gian, vector hóa tự động và chồng xếp trên hệ thống thông tin địa lý GIS để tính toán tốc độ dịch chuyển đường bờ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích không gian đa thời gian từ năm 2001 đến năm 2017 đã lượng hóa chi tiết quy luật biến động đường bờ tương phản sâu sắc giữa bờ Đông và bờ Tây của tỉnh Cà Mau:

• Đoạn bờ biển phía Đông kéo dài khoảng 100 km từ cửa sông Gành Hào đến Mũi Cà Mau bị xâm thực và xói lở nghiêm trọng. Tốc độ xói lở trung bình phổ biến từ 15 đến 35 mét mỗi năm. Điển hình tại các khu vực ven biển huyện Đầm Dơi và huyện Năm Căn, đường bờ biển bị biển lấn sâu vào đất liền từ 500 đến 1.400 mét trong toàn thời kỳ quan sát.
• Bờ biển phía Tây giáp Vịnh Thái Lan dài 154 km thể hiện xu thế bồi tụ vượt trội, đặc biệt là khu vực bãi bồi Mũi Cà Mau với tốc độ bồi lấn ra biển trung bình đạt từ 50 đến 80 mét mỗi năm, mở rộng hàng nghìn hecta đất ngập nước mới.
• Tại các xã ven biển xung yếu như Tam Giang và Tân Ân thuộc huyện Ngọc Hiển, tổng diện tích đất bị xói lở mất đi qua các giai đoạn lên tới trên 10 triệu mét vuông đối với mỗi xã, làm suy thoái nghiêm trọng đai rừng phòng hộ ven biển.
• Quá trình xói lở và bồi tụ diễn biến không đồng đều qua từng giai đoạn: thời kỳ 2001 - 2006 và 2009 - 2017 ghi nhận cường độ xói lở gia tăng mạnh hơn so với giai đoạn 2006 - 2009.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiện tượng xói lở khốc liệt bờ Đông bắt nguồn từ năng lượng sóng biển cực mạnh được tạo ra bởi gió mùa Đông Bắc hoạt động liên tục trong mùa khô, kết hợp với biên độ triều lớn từ 300 đến 350 cm gây phá hủy chân đê và nền đất phù sa bở rời. Ngược lại, bờ Tây nhận được lượng bùn cát dồi dào từ dòng chảy ven bờ và sông ngòi đổ ra trong mùa gió Tây Nam, tạo điều kiện cho thảm cây tiên phong như mắm và đước cố kết trầm tích. Tác động của con người như việc phá rừng ngập mặn để đào ao nuôi tôm và sự suy giảm phù sa sông Mekong do các đập thủy điện thượng nguồn đã làm trầm trọng thêm tốc độ mất đất.

Về mặt trực quan hóa, toàn bộ kết quả phân tích được thể hiện qua hệ thống bản đồ chuyên đề biến động đường bờ Cà Mau tỷ lệ 1:100.000 và bảng tổng hợp ma trận diện tích bồi xói qua từng chu kỳ 5 năm. Việc so sánh kết quả trích xuất viễn thám với ảnh chụp kiểm nghiệm thực tế từ Google Earth năm 2017 tại các huyện Trần Văn Thời và Ngọc Hiển cho thấy độ khớp không gian đạt trên 90%, khẳng định độ tin cậy vượt trội của thuật toán tỉ số ảnh.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp chiến lược có tính hành động cao:

• Triển khai trồng mới và phục hồi 15.000 ha rừng ngập mặn phòng hộ ven đê biển tại các huyện Đầm Dơi, Năm Căn và Ngọc Hiển trong giai đoạn 2020 đến 2030, do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Cà Mau chủ trì thực hiện nhằm tạo đai chắn sóng tự nhiên.
• Xây dựng 50 km hệ thống kè ngầm giảm sóng tạo bãi bằng vật liệu đê cọc ly tâm tại các đoạn sạt lở nguy hiểm thuộc bờ Đông và cửa biển Gành Hào trước năm 2028, với mục tiêu triệt tiêu 85% năng lượng sóng tác động trực tiếp vào bờ do Ban Quản lý dự án công trình Nông nghiệp tỉnh điều hành.
• Thiết lập hệ thống trạm viễn thám giám sát tự động đường bờ biển định kỳ 6 tháng một lần sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel-2 và Landsat miễn phí, do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Cà Mau phối hợp với Cục Viễn thám Quốc gia vận hành từ năm 2025.
• Thực hiện quy hoạch tái định cư an toàn cho trên 2.500 hộ dân đang sinh sống trong vành đai sạt lở nguy hiểm ven biển, kết hợp siết chặt quản lý chuyển đổi đất rừng ngập mặn sang nuôi trồng thủy sản tự phát trong giai đoạn 2025 - 2030 dưới sự chỉ đạo của Ủy ban nhân dân tỉnh Cà Mau.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cán bộ quản lý và chuyên viên quy hoạch tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các tỉnh ven biển: Ứng dụng số liệu và bản đồ biến động để xây dựng quy hoạch không gian đới bờ và phương án bảo vệ đê điều.
• Kỹ sư thủy văn, công trình thủy lợi và tư vấn thiết kế hạ tầng biển: Sử dụng dữ liệu định lượng về tốc độ xói lở từ 15 đến 35 mét mỗi năm để tính toán kết cấu tải trọng và vị trí xây dựng đê kè chắn sóng phù hợp.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Thủy văn, Viễn thám, Hệ thống thông tin địa lý GIS và Biến đổi khí hậu: Kế thừa quy trình tiền xử lý, thuật toán chiết tách tỉ số ảnh Alesheikh và phương pháp luận đánh giá chuỗi thời gian.
• Các tổ chức bảo tồn thiên nhiên quốc tế và phi chính phủ về ứng phó biến đổi khí hậu: Khai thác bức tranh toàn cảnh về suy thoái rừng ngập mặn và biến động bùn cát để xây dựng các dự án tài trợ phục hồi hệ sinh thái ven biển Tây Nam Bộ.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao nghiên cứu lựa chọn chuỗi ảnh Landsat thay vì sử dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải siêu cao? Chuỗi ảnh Landsat cung cấp tư liệu lịch sử liên tục và miễn phí từ năm 2001 đến năm 2017 với độ phân giải 30 mét, có các kênh phổ cận hồng ngoại và hồng ngoại giữa tối ưu để nhận diện nước trên phạm vi không gian rộng lớn 254 km bờ biển.

• Phương pháp tỉ số ảnh Alesheikh có ưu điểm gì vượt trội so với việc số hóa đường bờ thủ công? Phương pháp này tự động hóa việc xác định mép nước thông qua thuật toán phân ngưỡng ma trận giữa các kênh phổ, loại bỏ hoàn toàn sai số chủ quan của chuyên viên và phân biệt chính xác mép nước ngay cả tại các vùng bãi triều có bùn đục và thực vật che phủ.

• Quy luật bồi và xói tại đới bờ Cà Mau diễn biến như thế nào qua chuỗi số liệu 16 năm? Đới bờ Cà Mau tuân thủ quy luật xói lở mạnh ở bờ Đông với tốc độ mất đất từ 15 đến 35 mét mỗi năm do sóng gió mùa Đông Bắc, trong khi bờ Tây và mũi Cà Mau bồi lấn ra biển từ 50 đến 80 mét mỗi năm nhờ tích tụ trầm tích.

• Vai trò của rừng ngập mặn đối với việc ổn định đường bờ biển Cà Mau thể hiện ra sao? Rừng ngập mặn chiếm 77% diện tích toàn vùng Đồng bằng sông Cửu Long, hệ thống rễ cây chằng chịt giúp tiêu hao năng lượng sóng, giữ lại lượng bùn cát phù sa lơ lửng, giúp đất cố kết nhanh và ngăn ngừa xói lở chân đê.

• Kết quả chiết tách đường bờ từ ảnh vệ tinh Landsat được kiểm nghiệm độ chính xác bằng cách nào? Nghiên cứu sử dụng phương pháp kiểm chứng chéo với ảnh vệ tinh độ phân giải cao trên Google Earth năm 2017 tại các điểm kiểm tra thực tế thuộc huyện Trần Văn Thời và Ngọc Hiển, cho thấy độ trùng khớp vị trí đạt trên 90%.

Kết luận

• Luận văn đã chuẩn hóa thành công quy trình ứng dụng công nghệ viễn thám đa thời gian và GIS để xác định biến động 254 km đường bờ biển Cà Mau.
• Chuỗi tư liệu 4 cảnh ảnh Landsat giai đoạn 2001 - 2017 đã định lượng rõ nét quy luật tương phản xói lở bờ Đông từ 15 đến 35 mét mỗi năm và bồi tụ bờ Tây từ 50 đến 80 mét mỗi năm.
• Đóng góp khoa học chính là chứng minh tính ưu việt của thuật toán tỉ số ảnh kết hợp phân ngưỡng kênh hồng ngoại giữa trong việc tự động hóa chiết tách ranh giới nước đục và đất ngập mặn.
• Kế hoạch tiếp theo cần mở rộng giám sát giai đoạn 2020 - 2030 kết hợp ảnh viễn thám radar siêu cao tần để xuyên mây trong mùa mưa lũ.
• Các cơ quan ban ngành và nhà khoa học cần chủ động khai thác cơ sở dữ liệu của công trình này để triển khai kịp thời các giải pháp công trình và bảo tồn đới bờ Cà Mau trước thách thức biến đổi khí hậu toàn cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ 1.1 Biến động đường bờ ở Việt Nam 1.1 Một số khái niệm Bờ (shore) là đới nằm giữa mép nước lúc thủy triều thấp và giới hạn trên của tác động sóng có hiệu quả, thông thường được mở rộng đến chân vách biển. Nó bao gồm bờ trước (foreshore) được lộ ra lúc thủy triều thấp và bị ngập tại lúc thủy triều cao, và bờ sau (backshore) được mở rộng về phía lục địa kể từ giới hạn thủy triều cao bình thường, nhưng vẫn bị ngập khi thủy triều đặc biệt cao hoặc do sóng lớn khi có bão [17]. Đường bờ ngoài (shoreline) là mép nước chuẩn dịch chuyển ra vào theo thủy triều lên xuống. Đường bờ trong (coatsline) chỉ ra lục địa ở mức thủy triều cao sóc hoặc rìa phía biển của các cồn cát hoặc vùng đất khô.

Bãi biển (beach) là một tích tụ trầm tích bở rời, như cát, cuội sỏi hoặc tảng, đôi khi nằm tại bờ sau, nhưng thường mở rộng qua cả bờ nước. Một số bãi mở rộng xuống dưới tới mực thủy triều thấp. trên các bãi cuội bãi đá thường được mài mòn tốt. Bờ biển (coast) là một đới có chiều rộng thay đổi bao gồm bờ (shore) và đới gần bờ được kéo ra phía ngoài ít nhất tới đường sóng vỡ và được mở rộng về phía lục địa tới giới hạn thâm nhập ảnh hưởng của biển: đỉnh vách biển, đỉnh cửa sông (estuary) có thủy triều, hoặc vùng đất nhô cao phía sau vùng đất thấp ven bờ, hoặc cồn cát, đầm phá và đầm lầy.

Bởi thế, bờ là đới, mà ở đó lục địa, biển và không khí (thạch quyển, thủy quyển và khí quyển) gặp nhau và tương tác với nhau. Nó là đối tượng cho một loạt các quá trình, bao gồm chuyển động kiến tạo (nâng lên hạ xuống) của rìa lục địa, những thay đổi về mực nước biển, ảnh hưởng của thủy triều, sóng và dòng chảy 5 trong biển, cũng như sự thay đổi về nhiệt độ, áp suất và tác động gió trong khí quyển. Một số bờ biển được tạo ra chủ yếu bởi xói lở, và một số bờ khác lại bởi tích tụ [12, 17]. Biến động đường bờ đó là sự thay đổi vị trí đường bờ theo không gian và thời gian.

Có hai dạng một là biến đổi đường bờ do quá trình tích tụ: hiện tượng đường bờ biển lấn dần ra phía biển. Còn quá trình xói lở: hiện tượng đường bờ biển lấn dần về phía lục địa và có hai hiện tượng xói lở: xói lở bãi và xói lở đường bờ. Biến động bờ biển tự nhiên bao gồm xói lở bãi cũng như vùng đất ven biển và tích tụ trầm tích để tạo ra một vùng đất mới là một hiện tượng tự nhiên trong quá trình tiến hóa vùng bờ biển. Nó xảy ra sau những thay đổi về mực nước biển tương đối, khí hậu và các nhân tố khác trên những quy mô thời gian - không gian khác nhau từ các sự kiện theo thời gian địa chất đến các hiện tượng cực đoan trong khoảng thời gian ngắn.

Nó cũng có thể được làm tăng lên bởi các hoạt động của con người hoặc là ngay tại bờ, hoặc trên các lưu vực sông lân cận bờ biển. Biến động địa hình bờ biển, đặc biệt là do xói lở bờ, có tác động rất lớn đến các cộng đồng dân cư và các hệ sinh thái ven bờ trên toàn thế giới. Nghiên cứu biến động địa hình bờ biển, thực chất, là nghiên cứu các quá trình địa mạo bờ nhằm tìm ra những đặc điểm hình thái và động lực hiện nay, lịch sử tiến hóa trong quá khứ và dự báo xu hướng phát triển của nó trong tương lai. Cũng như trên đất liền, hoạt động của các quá trình địa mạo ở bờ biển được biểu hiện cụ thể ở sự hình thành một dạng địa hình nào đó (quá trình xây dựng - tích tụ) hoặc ở sự phá hủy một thành tạo địa hình khác (quá trình phá hủy - xói lở) dưới tác động của rất nhiều nhân tố động lực khác nhau từ phía biển cũng như từ phía lục địa, cả các nhân tố tự nhiên cũng như các tác động 6 của con người.

Xói lở và bồi tụ là hai mặt đối lập trong một quá trình địa mạo gây nên tình trạng biến đổi hình thái bờ biển. Trong mấy chục năm gần đây, trên khắp thế giới, hiện tượng xói lở bờ biển đã trở thành vấn đề rất nghiêm trọng và chiếm ưu thế hơn hẳn so với bồi tụ và được các quốc gia có biển, các tổ chức khoa học và nhiều nhà khoa học quan tâm. Ngày nay, nhiều nước, nhiều nhà quản lý, nhà hoạch định chính sách, nhà khoa học đều thừa nhận rằng, các kết quả nghiên cứu biến động địa hình (nghĩa là các quá trình địa mạo) cả trên đất liền cũng như ở bờ biển là một trong những nguồn tài liệu quan trọng để xây dưng quy hoạch phát triển và quản lý môi trường đới bờ biển [12, 17].2 Biến động đường bờ ở một số khu vực phía Nam, Việt Nam Thiên tai xảy ra ở nước ta nói chung và dải ven biển cửa sông nói riêng trong vài thập niên qua, ngày một gia tăng cả tần suất lẫn cường độ. Dải ven biển cửa sông Việt Nam là dải đất hẹp trải dài trên 3260 km với hàng trăm cửa sông lớn nhỏ, trung bình cứ 20 km bờ biển có 1 cửa sông đổ ra biển.

Đây là vùng đất mới, có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú và tài nguyên, môi trường rất nhạy cảm và biến động mạnh. Mặc dù chỉ chiếm dưới 15% diện tích tự nhiên, song dải ven biển cửa sông nước ta là nơi tập trung những công trình dân cư với mật độ dân số cao (gấp gần 1,5 lần mật độ dân số cả nước); các công trình dân sinh kinh tế quan trọng như cảng biển, các đô thị vừa và lớn, là nơi tập trung nhiều nguồn lực phát triển của đất nước (lãnh thổ của 3 vùng phát triển kinh tế trọng điểm Bắc, Trung, Nam và 24 trong tổng số 58 khu công nghiệp đã được cấp phép xây dựng). Người dân sống ở dải ven biển cửa sông luôn phải đối mặt với thiên tai, bao gồm bão lũ, nước dâng, xói lở, bồi tụ, cát bay, cát chảy, sa bồi thuỷ phá [15]. Dải ven biển Nam Bộ từ tp.

Hồ Chí Minh đến Kiên Giang với chiều dài bờ biển khoảng 774 km, là vùng đất đa dạng về sinh học, với nhiều ngành 7 nghề phát triển như: nông nghiệp, thủy sản, lâm nghiệp, diêm nghiệp và du lịch…Đây là vùng đất có nhiều tiềm năng và điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế - xã hội. Qua điều tra, thống kê các tài liệu lịch sử, tổng hợp kết quả của các nghiên cứu, cho thấy biến động hình thái dải ven biển khu vực này hết sức phức tạp [9].1: Biến động đường bờ ở khu vực bờ biển phía Nam, Việt Nam [9] STT Xã Huyện Tỉnh Chiều dài (m) Diện tích (m2) 1 Long Hóa Cần Giờ TP Hồ Chí Minh 400 748000 2 Lý Nhơn Cần Giờ TP Hồ Chí Minh 400 1072000 3 Lý Nhơn Cần Giờ TP Hồ Chí Minh 400 1151000 4 Thạch An Cần Giờ TP Hồ Chí Minh 1000 6786000 5 Tân Thanh Gò Công Đông Tiền Giang 750 750000 6 Tân Điền Gò Công Đông Tiền Giang 1700 3400000 7 Vòm Lang Gò Công Đông Bến Tre 175 175000 8 Thanh Phước Bình Đại Bến Tre 200 743000 9 Thanh Phước Bình Đại Bến Tre 200 363000 10 Thừa Đức Bình Đại Bến Tre 800 3865000 11 Bảo Thạch Ba Tri Bến Tre 500 1718000 12 Thanh Hải Thanh Phú Bến Tre 1000 11780000 13 Đại An Trà Cú Trà Vinh 180 551900 14 My Long Cầu Ngang Trà Vinh 200 614800 15 My Long Cầu Ngang Trà Vinh 300 495100 16 Long Hóa Duyên Hải Trà Vinh 600 4230000 17 Long Vinh Duyên Hải Trà Vinh 400 2436500 18 Đông Hải Duyên Hải Trà Vinh 500 1665000 10 Hiệp Thanh Duyên Hải Trà Vinh 400 1357000 20 Trung Bình Long Phú Sóc Trăng 400 2263000 21 Trung Bình Long Phú Sóc Trăng 500 2026000 22 Vĩnh Hải Vĩnh Châu Sóc Trăng 400 3173000 23 Gành Hào Gia Rai Bạc Liêu 300 1844000 8 24 Tân Thuận Đầm Dơi Cà Mau 1100 540000 25 Tân Tiến Đầm Dơi Cà Mau 700 612000 26 Nguyễn Huân Đầm Dơi Cà Mau 900 865000 27 Tam Giang Ngọc Hiển Cà Mau 1400 14980000 28 Tam Giang Ngọc Hiển Cà Mau 1000 16610000 29 Tân An Ngọc Hiển Cà Mau 1100 15930000 30 Thuận An Hà Tiên Kiên Giang 200 400000 31 Bình An Hà Tiên Kiên Giang 30 60000 Tổng cộng 124105700 m2 Ở một số đoạn bờ biển như: bờ biển Gò Công tỉnh Tiền Giang, Thạnh Phú tỉnh Bến Tre, Hiệp Thạnh tỉnh Trà Vinh, Vĩnh Châu tỉnh Sóc Trăng, Gành Hào tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau, xói lở diễn ra khá nghiêm trọng, đe dọa trực tiếp đến sự an toàn của các tuyến đê biển vốn được xem là lá chắn hữu hiệu trước những tác động bất lợi từ biển (bảng 1. Căn cứ vào vị trí địa lý, đơn vị hành chính, có thể phân chia thành đường bờ biển thành các khu vực như sau [9]: Khu vực ven biển huyện Cần Giờ, Tp. Hồ Chí Minh: Trong khoảng thời gian từ 1965÷1989, diễn biến bờ biển Cần Giờ diễn ra xói lở bồi tụ xen kẽ, riêng khu vực mũi Đông Hoà (phía tây), mũi Cần Giờ (phía đông) bị xói lở mạnh với tốc độ xói lở đạt khoảng 10÷20 m/năm.

Sau khi hệ thống công trình đập mỏ hàn và kè chắn sóng, gây bồi được xây dựng năm 1995, xói lở bờ biển nơi đây về cơ bản đã được khống chế. Đây là một trong số ít các công trình bảo vệ bờ biển xây dựng trong những năm qua đạt mục tiêu chống xói lở tốt, tuy vậy việc trồng lại rừng ngập mặn chưa đạt hiệu quả cao. Khu vực bờ biển huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang 9 Đoạn bờ biển này được giới hạn bởi hai cửa sông Soài Rạp và cửa Tiểu có tổng chiều dài khoảng 17 km. Trong khoảng thời gian từ năm 1965÷2010 hiện tượng xói lở xảy ra trên hầu hết đoạn bờ biển này, tốc độ xói lở khoảng 10÷30 m/năm tùy theo vị trí, theo thời gian mức độ xói lở ngày càng nhanh hơn.

Hệ quả là rừng phòng hộ trước tuyến đê biển đã bị thu hẹp dần, cho đến năm 2000 thì đã có trên 3 km thuộc khu vực xã Tân Thành rừng đã hoàn toàn biến mất, biển đã xâm thực vào đến tận chân đê.