Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu biến động tài nguyên rừng trong lưu vực thủy điện Hương Sơn, Hà Tĩnh

Nghiên cứu đặc điểm biến động tài nguyên rừng trong lưu vực thủy điện Hương Sơn, Hà Tĩnh, cung cấp cái nhìn sâu sắc về bảo tồn và phát triển bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Văn Thị
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quang Bảo
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Khoa Học Lâm Nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu đặc điểm biến động tài nguyên rừng trong lưu vực thủy điện Hương Sơn, Hà Tĩnh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Trên thế giới
• 1.2. Nghiên cứu phân loại rừng trên thế giới
• 1.3. Nghiên cứu biến động rừng trên thế giới
• 1.4. Nghiên cứu phân loại rừng ở Việt Nam
• 1.5. Nghiên cứu biến động rừng ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu tổng quát
• 2.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
• 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm lưu vực thủy điện Hương Sơn
• 2.4.3. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm tài nguyên rừng khu vực thủy điện Hương Sơn
• 2.4.4. Phương pháp đánh giá biến động tài nguyên rừng ở lưu vực thủy điện Hương Sơn
• 2.5. Đề xuất giải pháp theo dõi diễn biến tài nguyên rừng phục vụ chi trả DVMTR ở quy mô lưu vực
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện tự nhiên của lưu vực thủy điện Hương Sơn
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Địa hình, địa mạo
• 3.1.3. Khí hậu, thủy văn
• 3.1.4. Đất đai, thổ nhưỡng
• 3.2. Đặc điểm kinh tế xã hội
• 3.2.1. Dân số, lao động và việc làm
• 3.2.2. Thực trạng cơ sở hạ tầng
• 3.2.3. Thông tin cơ bản về thủy điện Hương Sơn
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Nghiên cứu xác định đặc điểm lưu vực thủy điện Hương Sơn
• 4.2. Nghiên cứu đặc điểm tài nguyên rừng khu vực thủy điện Hương Sơn
• 4.3. Xây dựng khóa giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5
• 4.4. Thành lập bản đồ hiện trạng rừng
• 4.5. Đánh giá biến động tài nguyên rừng trong lưu vực thủy điện Hương Sơn
• 4.6. Đặc điểm hiện trạng rừng tại các thời điểm khác nhau
• 4.7. Đề xuất giải pháp theo biến động tài nguyên rừng phục vụ chi trả DVMTR ở quy mô lưu vực
• 4.8. Giải pháp kỹ thuật
• 4.9. Giải pháp quản lý và tổ chức thực hiện
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.10. Tồn tại và kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến động tài nguyên rừng tại thủy điện Hương Sơn Hà Tĩnh

Biến động tài nguyên rừng tại thủy điện Hương Sơn, Hà Tĩnh là một vấn đề quan trọng trong quản lý và bảo vệ môi trường. Rừng không chỉ cung cấp dịch vụ sinh thái mà còn ảnh hưởng đến đời sống của người dân địa phương. Nghiên cứu này nhằm đánh giá các yếu tố tác động đến biến động tài nguyên rừng trong khu vực, từ đó đưa ra các giải pháp bảo vệ hiệu quả.

1.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội khu vực Hương Sơn

Khu vực Hương Sơn có địa hình đa dạng với nhiều loại hình sinh thái khác nhau. Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội ảnh hưởng lớn đến sự phát triển và bảo vệ tài nguyên rừng. Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để đánh giá chính xác biến động tài nguyên rừng.

1.2. Vai trò của rừng trong phát triển bền vững

Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Chúng cung cấp các dịch vụ như giữ nước, bảo vệ đất và hấp thụ khí nhà kính. Việc bảo vệ tài nguyên rừng là cần thiết để duy trì các dịch vụ này cho thế hệ tương lai.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý tài nguyên rừng tại Hương Sơn

Quản lý tài nguyên rừng tại thủy điện Hương Sơn đối mặt với nhiều thách thức. Sự phát triển kinh tế, biến đổi khí hậu và các hoạt động khai thác tài nguyên là những yếu tố chính gây ra biến động. Việc nhận diện và giải quyết các vấn đề này là rất quan trọng để bảo vệ tài nguyên rừng.

2.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên rừng

Biến đổi khí hậu gây ra nhiều tác động tiêu cực đến tài nguyên rừng, bao gồm sự thay đổi về lượng mưa và nhiệt độ. Những thay đổi này ảnh hưởng đến sự phát triển của cây rừng và đa dạng sinh học trong khu vực.

2.2. Các hoạt động khai thác tài nguyên và ảnh hưởng của chúng

Các hoạt động khai thác tài nguyên như chặt phá rừng và khai thác khoáng sản đã gây ra sự suy giảm đáng kể về diện tích rừng. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn đến đời sống của người dân địa phương.

III. Phương pháp nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại Hương Sơn

Nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại thủy điện Hương Sơn sử dụng các phương pháp hiện đại như GIS và viễn thám. Những công nghệ này giúp theo dõi và đánh giá chính xác tình trạng rừng qua các thời kỳ khác nhau.

3.1. Ứng dụng công nghệ GIS trong nghiên cứu

Công nghệ GIS cho phép phân tích và trực quan hóa dữ liệu về tài nguyên rừng. Việc sử dụng GIS giúp xác định các khu vực bị ảnh hưởng và đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

3.2. Viễn thám và đánh giá biến động rừng

Viễn thám cung cấp dữ liệu hình ảnh từ vệ tinh, giúp theo dõi sự thay đổi của lớp phủ thực vật. Phương pháp này cho phép đánh giá biến động tài nguyên rừng một cách nhanh chóng và chính xác.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn tại Hương Sơn

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự biến động tài nguyên rừng tại thủy điện Hương Sơn có xu hướng giảm. Các số liệu thu thập được sẽ là cơ sở để xây dựng các chính sách bảo vệ tài nguyên rừng hiệu quả hơn.

4.1. Đánh giá hiện trạng rừng và biến động qua các năm

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng diện tích rừng giảm đáng kể trong giai đoạn từ 2000 đến 2012. Việc đánh giá hiện trạng rừng giúp xác định các khu vực cần được bảo vệ và phục hồi.

4.2. Đề xuất giải pháp bảo vệ tài nguyên rừng

Các giải pháp bảo vệ tài nguyên rừng bao gồm tăng cường quản lý, giáo dục cộng đồng và phát triển các chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng. Những giải pháp này sẽ giúp duy trì và phục hồi tài nguyên rừng trong khu vực.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho tài nguyên rừng tại Hương Sơn

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy việc bảo vệ tài nguyên rừng tại thủy điện Hương Sơn là rất cần thiết. Các chính sách và giải pháp cần được thực hiện đồng bộ để đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực.

5.1. Tầm quan trọng của việc bảo vệ tài nguyên rừng

Bảo vệ tài nguyên rừng không chỉ giúp duy trì đa dạng sinh học mà còn đảm bảo các dịch vụ sinh thái cho cộng đồng. Việc này cần được ưu tiên trong các chính sách phát triển.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu và quản lý rừng

Nghiên cứu và quản lý tài nguyên rừng cần tiếp tục được cải thiện thông qua việc áp dụng công nghệ mới và tăng cường sự tham gia của cộng đồng. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ tài nguyên rừng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực thủy điện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh sở hữu tổng diện tích tự nhiên 59.070 ha, trong đó phần diện tích thuộc lãnh thổ Việt Nam chiếm 54.400 ha và phần nằm trên lãnh thổ nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào là 4.490 ha. Đây là khu vực phòng hộ đầu nguồn giữ vai trò đặc biệt xung yếu đối với Nhà máy Thủy điện Hương Sơn có công suất thiết kế 33 MW và dung tích hồ chứa 3,2 triệu m³, cung ứng từ 60% đến 70% sản lượng điện năng tiêu thụ cho toàn tỉnh Hà Tĩnh.

Vấn đề nghiên cứu cốt lõi nảy sinh từ nhu cầu cấp thiết trong việc thực thi chính sách Chi trả Dịch vụ Môi trường Rừng theo Nghị định số 99/2010/NĐ-CP của Chính phủ và Chỉ thị số 2362/CT-BNN-TCLN của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Phương pháp thống kê truyền thống trước đây chỉ dựa vào báo cáo hành chính định kỳ 5 năm một lần nên thường thiếu độ chính xác về không gian, không phản ánh rõ đặc điểm chuyển dịch nội tại giữa các trạng thái rừng.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là tự động hóa việc khoanh vẽ ranh giới lưu vực từ mô hình số độ cao, giải đoán hiện trạng rừng bằng ảnh vệ tinh SPOT-5 độ phân giải cao 2,5 m, đánh giá toàn diện diễn biến tài nguyên rừng giai đoạn 2000 - 2012 và đề xuất giải pháp kỹ thuật giám sát biến động phục vụ chi trả dịch vụ môi trường rừng.

Phạm vi nghiên cứu bao trùm toàn bộ 54.400 ha đất quy hoạch lâm nghiệp tại 4 xã, thị trấn thuộc huyện Hương Sơn gồm Sơn Kim 1, Sơn Kim 2, Sơn Tây và thị trấn Tây Sơn trong khung thời gian 12 năm. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi thiết lập bộ cơ sở dữ liệu số chuẩn xác với độ tin cậy trên 85%, cung cấp luận cứ định lượng minh bạch cho việc phân bổ nguồn thu dịch vụ môi trường rừng và nâng cao hiệu quả quản trị tài nguyên đầu nguồn bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh thái cảnh quan (Landscape Ecology) và lý thuyết động lực học thảm thực vật rừng nhiệt đới, xem xét rừng như một hệ thống mở luôn biến đổi dưới tác động tương hỗ giữa tự nhiên và con người. Bên cạnh đó, khung lý thuyết kinh tế tài nguyên môi trường và cơ chế chi trả dịch vụ hệ sinh thái (PES) được áp dụng nhằm định giá dịch vụ phòng hộ đầu nguồn, giữ nước và chống xói mòn đất theo quy định pháp luật hiện hành.

Mô hình nghiên cứu kết hợp phương pháp phân loại định hướng đối tượng (Object-Based Image Analysis - OBIA) và mô hình phân tích không gian thủy văn số. Trong đó, hệ thống tập trung vào bốn khái niệm học thuật chủ chốt:

• Lưu vực thủy điện: Đơn vị diện tích mặt đất khép kín thu gom toàn bộ lượng nước mưa chảy về một điểm thoát duy nhất tại đập ngăn nước.
• Mô hình số độ cao (DEM): Ma trận ô lưới mô phỏng địa hình bề mặt phục vụ trích xuất hướng dòng chảy và đường phân thủy.
• Phân đoạn ảnh đa độ phân giải (Multi-resolution Segmentation): Quá trình gộp các pixel liền kề có độ bất đồng nhất tối thiểu thành các đối tượng đồng nhất theo trọng số hình dạng và màu sắc.
• Ma trận biến động trạng thái rừng: Bảng cân đối chéo thể hiện chiều hướng và quy mô chuyển đổi không gian giữa các kiểu thảm phủ qua các mốc thời gian.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đề tài bao gồm ảnh vệ tinh SPOT-5 HRG độ phân giải 2,5 m chụp vào tháng 8 năm 2012, dữ liệu DEM độ phân giải 30 m của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ trích xuất và chuyển đổi sang hệ tọa độ VN2000 theo Quyết định số 05/2010/QĐ-BTNMT, cùng bản đồ hiện trạng rừng chu kỳ 2 năm 2000 do Chi cục Lâm nghiệp Hà Tĩnh cung cấp.

Cỡ mẫu điều tra thực địa được xác lập với 45 ô tiêu chuẩn điển hình có diện tích 1.000 m² mỗi ô (kích thước 30 m × 33 m), đại diện cho các trạng thái rừng tự nhiên, rừng trồng và đất lâm nghiệp trên toàn lưu vực. Phương pháp chọn mẫu điển hình được áp dụng sau khi tiến hành sơ thám toàn diện địa hình, cấu trúc tầng tán, thành phần loài và độ dốc. Tác giả tiến hành đo đếm chi tiết các chỉ tiêu đường kính thân cây, chiều cao vút ngọn, đường kính tán, kết hợp sử dụng thước Bitterlich để đo nhanh trữ lượng tại các điểm phụ nhằm thiết lập bộ khóa giải đoán ảnh chuẩn xác.

Phương pháp phân tích được lựa chọn gồm:

• Phân loại hướng đối tượng trên phần mềm eCognition Developer 8.9 với thuật toán Standard Nearest Neighbours nhằm khắc phục triệt để hiện tượng "muối tiêu" của phương pháp phân loại dựa trên từng pixel truyền thống.
• Chồng xếp lớp bản đồ không gian bằng công cụ Union trong ArcGIS Desktop 10 giữa hiện trạng năm 2000 và 2012 để tự động trích xuất ma trận biến động.
• Khoanh vẽ ranh giới lưu vực tự động dựa trên tọa độ trạm thu nước thực tế (Kinh độ 535.717 m hệ VN2000) qua các thuật toán tính hướng dòng chảy và tích lũy dòng chảy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích dữ liệu không gian và điều tra thực địa đã chỉ ra bốn phát hiện khoa học quan trọng:

Thứ nhất, kết quả phân tích mô hình DEM 30 m xác định điểm thấp nhất của lưu vực là 18 m, điểm cao nhất đạt 1.909 m và độ cao trung bình toàn lưu vực là 477,4 m. Phân cấp độ cao cho thấy 62,28% diện tích lưu vực (tương ứng 378.572 pixel) nằm ở đai thấp dưới 500 m, khu vực từ 500 m đến 1.500 m chiếm 36,41% (221.316 pixel), và vùng núi cao hiểm trở trên 1.500 m chỉ chiếm 1,31% (7.970 pixel). Địa hình có độ dốc lớn phổ biến từ 20° đến 35°, tạo khả năng tích nước lớn nhưng cũng tiềm ẩn nguy cơ lũ quét cao khi thảm phủ bị chia cắt.

Thứ hai, bộ khóa giải đoán ảnh SPOT-5 được xây dựng thành công cho 6 nhóm đối tượng bề mặt với độ chính xác kiểm chứng đạt trên 88%. Phân bố diện tích lưu vực theo đơn vị hành chính ghi nhận xã Sơn Kim 1 chiếm quy mô lớn nhất với 21.840 ha (chiếm 40%), xã Sơn Kim 2 chiếm 20.470 ha (chiếm 38%), xã Sơn Tây có 11.670 ha (chiếm 21%) và thị trấn Tây Sơn chiếm 420 ha (chiếm 1% tổng diện tích lưu vực).

Thứ ba, ma trận biến động tài nguyên rừng giai đoạn 2000 - 2012 phản ánh sự suy giảm cục bộ của rừng tự nhiên giàu và trung bình tại các khu vực ven sông suối và trục đường giao thông, chuyển hóa thành rừng nghèo kiệt và rừng phục hồi. Ngược lại, diện tích đất trống đồi núi trọc đã thu hẹp đáng kể nhờ sự mở rộng mạnh mẽ của rừng trồng keo và tre luồng phục vụ kinh tế.

Thứ tư, công trình lòng hồ thủy điện và mạng lưới đường công vụ hoàn thành năm 2011 đã trực tiếp làm thay đổi hơn 300 ha lớp phủ mặt đất, biến các thung lũng nông nghiệp và thảm thực vật thấp thành mặt nước hồ chứa với dung tích 3,2 triệu m³.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân dẫn đến sự biến động tài nguyên rừng xuất phát từ cả yếu tố tự nhiên khắc nghiệt và áp lực nhân sinh. Điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa trung bình năm lên tới 2.100 mm (trong đó mưa lũ mùa đông tập trung gây sạt lở) kết hợp hiệu ứng gió Tây Nam khô nóng vào mùa hè làm gia tăng nguy cơ cháy rừng. Về mặt kinh tế - xã hội, mật độ dân số phân bố không đều khi thị trấn Tây Sơn đạt 1.322 người/km² (cao gấp 53 lần xã Sơn Kim 1 với 25 người/km²), cùng với tỷ lệ lao động nông lâm nghiệp chiếm tới 85,9% đã tạo sức ép lớn lên tài nguyên đất rừng thông qua tập quán canh tác nương rẫy và khai thác gỗ củi.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế của Bodart giai đoạn 1990 - 2000 tại châu Phi hay nghiên cứu của Chen năm 2013 tại Đài Loan, việc áp dụng công nghệ phân loại đối tượng trên ảnh độ phân giải cao kết hợp GIS cho phép nhận diện chính xác các biến động vi mô mà ảnh Landsat truyền thống thường bỏ sót.

Toàn bộ dữ liệu biến động được cấu trúc hóa trực quan thông qua bảng ma trận chuyển đổi trạng thái đa chiều và hệ thống bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1:25.000, giúp các nhà quản lý dễ dàng tra cứu diễn biến tăng giảm diện tích của từng phân khu chức năng.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực chứng, tác giả đưa ra bốn nhóm giải pháp hành động cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả quản lý lưu vực và thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng:

1. Chuẩn hóa quy trình ứng dụng GIS và viễn thám trong giám sát rừng: Chi cục Kiểm lâm Hà Tĩnh phối hợp với Hạt Kiểm lâm Hương Sơn thiết lập quy trình giải đoán ảnh vệ tinh đa thời gian định kỳ 2 năm một lần. Mục tiêu cập nhật 100% biến động ranh giới và trạng thái của 54.400 ha rừng đầu nguồn, hoàn thành chuyển đổi số dữ liệu lâm nghiệp trước năm 2015.

2. Hoàn thiện cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng theo lưu vực: Quỹ Bảo vệ và Phát triển rừng tỉnh Hà Tĩnh áp dụng bản đồ biến động số hóa để xác định chính xác diện tích rừng cung ứng dịch vụ cho Nhà máy Thủy điện Hương Sơn. Triển khai tính toán hệ số K phân hóa theo chất lượng rừng, đảm bảo 100% diện tích rừng phòng hộ đủ điều kiện nhận tiền dịch vụ minh bạch trước quý IV hàng năm.

3. Tăng cường quản trị rừng cộng đồng và chuyển đổi sinh kế: Ủy ban nhân dân huyện Hương Sơn và Công ty Lâm nghiệp và Dịch vụ Hương Sơn đẩy mạnh giao đất giao rừng gắn với quyền lợi dịch vụ môi trường rừng cho hơn 4.700 lao động tại địa phương. Đặt mục tiêu nâng tỷ trọng thu nhập từ kinh tế lâm nghiệp bền vững lên 25% - 30% giai đoạn 2015 - 2020 nhằm giảm áp lực chặt phá rừng tự nhiên.

4. Phục hồi sinh thái các đai rừng xung yếu: Hạt Kiểm lâm Hương Sơn chủ trì khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên và trồng bổ sung 1.500 ha rừng tại các sườn đồi có độ dốc trên 25° và độ cao trên 500 m trong giai đoạn 2014 - 2018, nhằm giảm 40% lượng bùn cát lắng đọng vào lòng hồ thủy điện dung tích 3,2 triệu m³.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Bản luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và ứng dụng thực tiễn chuyên sâu dành cho bốn nhóm đối tượng:

• Cơ quan quản lý nhà nước về lâm nghiệp và Quỹ Bảo vệ và Phát triển rừng: Sử dụng quy trình khoanh vẽ lưu vực tự động từ mô hình DEM và phương pháp chồng xếp bản đồ không gian để làm căn cứ pháp lý phê duyệt diện tích chi trả dịch vụ môi trường rừng cấp tỉnh và liên tỉnh.
• Ban điều hành các nhà máy thủy điện và doanh nghiệp khai thác nước: Ứng dụng mô hình đánh giá biến động thảm phủ thực vật để dự báo nguồn sinh thủy, tính toán lưu lượng dòng chảy về hồ chứa 3,2 triệu m³ và xây dựng kế hoạch chi trả dịch vụ phòng hộ đầu nguồn hàng năm.
• Nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Quản lý tài nguyên rừng, GIS và Viễn thám: Khai thác khung phương pháp phân loại hướng đối tượng trên eCognition 8.9 kết hợp thiết lập 45 ô tiêu chuẩn thực địa như một tài liệu tham khảo chuẩn mực trong phân tích biến động thảm thực vật nhiệt đới.
• Chính quyền địa phương huyện Hương Sơn và các đơn vị chủ rừng: Sử dụng ma trận biến động và hệ thống bản đồ hiện trạng để hoạch định quy hoạch 3 loại rừng, phân bổ chỉ tiêu giao đất lâm nghiệp và xây dựng sinh kế bền vững cho 13.822 cư dân trên địa bàn lưu vực.

Câu hỏi thường gặp

1. Điểm đột phá về mặt phương pháp luận của luận văn này là gì? Luận văn đã thay thế phương pháp thống kê thủ công bằng quy trình tự động hóa tích hợp công nghệ GIS và viễn thám. Việc khoanh vẽ lưu vực 54.400 ha từ mô hình số độ cao DEM 30 m và phân loại đối tượng trên ảnh SPOT-5 2,5 m giúp loại bỏ hoàn toàn sai số chủ quan, tạo lập cơ sở dữ liệu số chuẩn xác.

2. Tại sao phân loại định hướng đối tượng lại ưu việt hơn phân loại dựa trên pixel truyền thống? Phân loại định hướng đối tượng gộp các pixel thành các đa giác đồng nhất dựa trên cấu trúc ảnh, hình dạng và ngữ cảnh không gian. Phương pháp này loại bỏ hiện tượng "muối tiêu" trên ảnh độ phân giải cao 2,5 m, nâng độ chính xác giải đoán các trạng thái rừng tự nhiên phức tạp lên trên 88%.

3. Mô hình DEM 30 m đóng vai trò gì trong việc xác lập lưu vực thủy điện Hương Sơn? Dữ liệu DEM 30 m từ Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ được nắn về hệ tọa độ VN2000, cho phép phần mềm tính toán tự động bản đồ hướng dòng chảy và tích lũy dòng chảy từ tọa độ điểm thu nước đập thủy điện (Kinh độ 535.717 m), khoanh vẽ chính xác đường phân thủy của toàn lưu vực.

4. Kết quả nghiên cứu đóng góp gì trực tiếp cho việc thực hiện Nghị định 99/2010/NĐ-CP? Nghiên cứu cung cấp ma trận biến động và bản đồ số hóa chi tiết đến từng lô rừng của 4 xã thuộc huyện Hương Sơn. Đây là cơ sở thực tế duy nhất để xác định diện tích rừng thực nhận tiền chi trả dịch vụ môi trường rừng từ nhà máy thủy điện công suất 33 MW một cách công bằng, minh bạch.

5. Điều kiện tự nhiên tại Hương Sơn ảnh hưởng như thế nào đến sự biến động tài nguyên rừng? Địa hình dốc lớn từ 20° đến 35° kết hợp lượng mưa tập trung 2.100 mm/năm dễ gây xói mòn, sạt lở đất nghiêm trọng vào mùa mưa lũ. Bên cạnh đó, nhiệt độ tối cao lên đến 39,7°C và tác động của gió Lào khô nóng vào mùa hè làm tăng đột biến nguy cơ cháy rừng tại các khu rừng phục hồi.

Kết luận

• Ứng dụng thành công mô hình số độ cao DEM 30 m để tự động hóa việc xác định ranh giới lưu vực thủy điện Hương Sơn với quy mô 54.400 ha trên lãnh thổ Việt Nam.
• Thiết lập chuẩn xác bộ khóa giải đoán và phân loại hiện trạng rừng năm 2012 từ ảnh vệ tinh SPOT-5 độ phân giải 2,5 m kết hợp dữ liệu điều tra 45 ô tiêu chuẩn thực địa.
• Xây dựng ma trận biến động tài nguyên rừng giai đoạn 2000 - 2012, làm rõ xu hướng chuyển dịch không gian giữa các trạng thái rừng tự nhiên, rừng trồng và đất trống đồi núi trọc.
• Cung cấp cơ sở khoa học và công cụ thực tiễn phục vụ đắc lực cho công tác chi trả dịch vụ môi trường rừng theo Nghị định 99/2010/NĐ-CP của Chính phủ.
• Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ nhằm bảo tồn nguồn nước cho hồ chứa 3,2 triệu m³ và phát triển lâm nghiệp bền vững.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là hoàn thiện quy trình công nghệ tích hợp viễn thám và GIS trong quản lý lưu vực thủy điện, mở ra hướng ứng dụng rộng rãi cho các nhà máy thủy điện trên toàn quốc. Các đơn vị quản lý cần tiếp tục cập nhật dữ liệu viễn thám đa thời gian trong giai đoạn tiếp theo để duy trì hệ thống giám sát tài nguyên rừng thông minh và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu phân loại rừng trên thế giới Trong Lâm nghiệp khoảng 35 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh với phương pháp xử lý số đã được sử dụng rộng rãi và dần thay thế ảnh hàng không trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra và kiểm kê rừng (Lambin, 2001)[2]. Ảnh vệ tinh có ưu điểm cho phép xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng với quy mô và tỷ lệ khác nhau một cách nhanh chóng, hoặc đánh giá được biến động của hiện trạng rừng ở hiện tại so sánh với các thời điếm trong quá khứ.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để khoanh vẽ lớp phủ thực vật trên bề mặt trái đất từ quy mô nhỏ đến toàn cầu (Yichun et al. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều vệ tinh cung cấp ảnh có độ phân giải không gian, bước sóng, số lượng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ các ảnh đa phổ (MS - multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ (Hyperspectral), bước sóng biến động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ <1m tới vài km, chu kỳ bay chụp có thể từ 30 phút tới tuần hoặc tháng, Navulur (2006). Mỗi loại ảnh vệ tinh khác nhau lại có đặc điểm về độ phân giải không gian, bước sóng, chu kỳ bay chụp, giá thành khác nhau. Vì vậy, cần có sự lựa chọn loại ảnh cho phù hợp với yêu cầu và mức độ công việc đặt ra.

Trong nghiên cứu về lớp phủ thực vật và sự biến động của nó bằng ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao đang được áp dụng rộng rãi và ảnh vệ tinh thường hay sử dụng là SPOT. [2] Năm 2005, Haertel, V và Shimabukuro, Y. E khẳng định cấu trúc ảnh (Texture) là đặc điểm rất quan trọng để phân loại các đối tượng trên ảnh vệ tinh sau khi các tác giả ghiên cứu phân loại lớp phủ thực vật trên ảnh Landsat. [27] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

(2013) đã phát triển một kỹ thuật phân loại kết hợp giữa hai phương pháp phân loại truyền thống là phân loại cứng (hard classification Method - HCM) với và phân loại mềm (soft classification Model - SCM) gọi là mô hình phân loại “cứng và mềm” (hard and soft classification Model - HSCM) dựa trên sự tính toán các ngưỡng thích hợp. Các tác giả đã thử nghiệm phương pháp mới trong ứng dụng thành lập bản đồ sử dụng đất. Theo kết quả của ma trận nhầm lẫn, độ chính xác tổng thể của HCM, SCM, và HSCM lần lượt là 71,06 % , 67,86 % và 71,10 %. Và hệ số Kappa tương ứng lần lượt là 60,03 %, 56,12 % và 60,07 %.

Do đó, HSCM là tốt hơn so với HCM và SCM. Kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng phương pháp mới rõ ràng là có thể cải thiện độ che phủ đất và độ chính xác phân loại sử dụng đất. Nghiên cứu biến động rừng trên thế giới Nghiên cứu của Bektas (2005) đã kết hợp công nghệ viễn thám (RS – Remote Sensing) với công nghệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) để phân tích sự thay đổi của lớp phủ thực vật ở Bozcaada Island, Turkey. Tác giả đã phân loại thảm thực vật dựa vào ảnh vệ tinh Landsat và phân tích biến động bằng các công cụ GIS.

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp tư liệu viễn thám với hệ thống thông tin địa lý mang lại hiệu quả cao và là công cụ mạnh để giám sát thay đổi lớp phủ thực vật và giám sát tác động môi trường của chúng [17]. Bartsch et al. (2009) sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR để giám sát đất ngập nước toàn cầu trong một nghiên cứu về đất ngập nước. Nghiên cứu này đã chỉ ra ứng dụng của hệ thống ảnh vệ tinh Radar là giám sát tình trạng ngập nước theo thời gian cũng như hàng loạt các phân tích về tính ẩm ướt của bề mặt [16].

Bodart et al. (2013) sử dụng tư liệu ảnh Landsat để theo đánh giá biến LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 động rừng trong giai đoạn từ 1990 đến 2000 ở châu Phi (African). Tác giả đã tiến hành nghiên cứu ở khu rừng khô và vùng đất có cây gỗ rải rác giữa các khu rừng ẩm và rừng bán khô hạn thuộc khu sinh thái ở Sudanian và Zambezian. Các tác giả sử dụng 1600 mẫu ảnh Landsat, mỗi mẫu có kích thước 20 x 20 km, tại hai thời điểm: 1990 và 2000.

Tại các vị trí lấy mẫu, các đối tượng như rừng kín, rừng thưa, vùng đất có cây gỗ rải rác và các dạng thực vật khác được xác định bằng cách phân tích ảnh vệ tinh trong đó bao gồm phân đoạn ảnh (segmentation) và các bước phân loại tự động (automatic classification) mà các tác giả sử dụng theo điều chỉnh của liên hiệp lâm nghiệp quốc gia. Kết quả nghiên cứu cho thấy, từ năm 1990 đến năm 2000 đã có 3,3 triệu hecta rừng kín, 5,8 triệu hecta rừng thưa và 8,9 triệu hecta đất cây gỗ rải rác đã bị mất đi, trong đó có đến 3,3 triệu hecta bị suy thoái từ rừng kín chuyển thành rừng thưa. Kết quả này thấp hơn đáng kể so với 34 triệu hecta rừng bị mất đi theo báo cáo đánh giá tài nguyên rừng toàn cầu năm 2010 của tổ chức nông lương của Liên hợp quốc (FAO - Food and Agriculture Organization) [18]. Năm 2012, Carlson và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat để đánh giá sự thay đổi lớp phủ thực vật ở West Kalimantan, Indonesian Borneo.

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ mất rừng trung bình 2,9% mỗi năm từ 1989 đến 2008, đặc biệt có những năm đạt kỷ lục về tỷ lệ mất rừng trung bình 9%/năm trong giai đoạn 1997-1998. Nguyên nhân của sự mất rừng chủ yếu do cháy rừng, nguyên nhân này chiếm 98% [19]. Năm 2013, nghiên cứu về thay đổi sử dụng đất và sạt lở đất nhằm giảm nhẹ thiên tai dựa vào cộng đồng của Chen C. ở trường đại học quốc gia Chiayi, Đài Loan đã sử dụng tư liệu ảnh SPOT-5 độ phân giải 2,5 m để đánh giá thay đổi lớp phủ thực vật ở Typhoon Morakot trong giai đoạn 1999 – 2009.

Kết hợp giữa ảnh viễn thám với công nghệ GIS cùng với số liệu điều tra thực địa để phân tích đặc điểm xạt lở đất với các loại hình sử dụng đất LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 khác nhau. Có đến 243 điểm sạt lở đất trong khu vực nghiên cứu với diện tích 2,75km2. Diện tích này nằm trong khu vực có nền địa chất kết cấu yếu đặc trưng của sa thạch và phiến thạch sét. Sạt lở đất chủ yếu xảy ra ở các vị trí có địa hình dốc cao có rừng tự nhiên và các khu vực trồng tre luồng, trà và cau.

Ở khu vực rừng tự nhiên lại có tỷ lệ sạt lở đất cao nhất, tiếp đó là khu vực trồng tre luồng, cau và trà. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, sự thay đổi sử dụng đất có ảnh hưởng đến cường độ và diện tích sạt lở đất và với những vùng bị thay đổi sử dụng đất có tỷ lệ sạt lở cao hơn so với vùng không có sự thay đổi sử dụng đất [20]. (2013) sử dụng ảnh vệ tinh Landsat-5 và Landsat-7 để phân loại và đánh giá thay đổi thảm thực vật ở khu vực Saemangeum, Hàn Quốc. Một phương pháp phát hiện sự thay đổi được sử dụng để xác định tác động của chương trình khai hoang.

Trong khi đất ngập nước, đồng cỏ và khu đô thị tăng lên thì rừng, nước và diện tích đất nông nghiệp giảm đi trong suốt quá trình khai hoang [21]. và cộng sự (2009) thuộc trường đại học quốc gia Đài Loan đã nghiên cứu sự thay đổi lớp phủ thực vật dựa vào ảnh SPOT HRV bằng cách dựa vào chỉ số NDVI. Chỉ số này được tính toán dựa vào kênh cận hồng ngoại (Near InR) của ảnh đa phổ (MS) của ảnh SPOT-5 [22]. (2012) sử dụng ảnh vệ tinh Landsat ETM+ đê phát hiện hiện trạng và sự thay đổi sử dụng đất ở lưu vực sông Karinca, miền tây – bắc Thổ Nhĩ Kỳ.

Sự thay đổi trong sử dụng đất trong lưu vực này là kết quả của sự phát triển các hoạt động du lịch ở Thổ Nhĩ Kỳ trong những năm 1970. Các tác giả đã sử dụng kỹ thuật chồng xếp dữ liệu bản đồ sử dụng đất ở 2 thời điểm để tìm ra sự thay đổi với sự hỗ trợ đắc lực của phần mềm ArcGIS 9. Kết quả nghiên cứu cho thấy, thời điểm năm 1979, ở khu vực nghiên cứu có 43,4% là rừng, 26,5% là đồng cỏ, 18,3% rừng ô-lưu, LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 10,6% là đất nông nghiệp và 1,2% là các công trình xây dựng. So sánh kết quả này với dữ liệu năm 2007 cho thấy sự thay đổi rõ ràng giữa các khu dân cư, rừng ô-lưu và rừng.

Có thể thấy rằng đất nông nghiệp, đặc biệt là dọc hai bên bờ sông, đã được chuyển thành các khu nghỉ mát, còn rừng ô-lưu chuyển từ vị trí thấp lên vị trí cao hơn [25]. (2010) đã sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để đánh giá sự phân tán của rừng và cấu trúc các quần xã thực vật ở rừng mưa nhiệt đới thuộc miền tây nam tỉnh Gats, Ấn Độ từ năm 1973 đến 2004. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra sự thay đổi mạnh mẽ độ che phủ rừng ở khu vực này. Cụ thể là trong khu vực nghiên cứu năm 1973 có tỷ lệ che phủ của rừng thường xanh là 90%, nhưng đến năm 2004 con số này đã giảm xuống chỉ còn 67% [26].

(2013) kết công nghệ viễn thám với GIS để phân tích biến động lớp phủ ở tỉnh Duzce, Thổ Nhĩ Kỳ. Các tác giả đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat TM để xác định lớp phủ thực vật ở 2 thời điểm: 1987 và 2010. Công việc xử lý, phân tích ảnh được thực hiện trên phần mềm Erdas Imagine 10.0 và phần mềm ArcGIS 10. Các đối tượng phân loại được bao gồm (1) khu đô thị, (2) khu công nghiệp, thương mại, (3) đất nông nghiệp, (4) rừng và (5) đất ngập nước nội địa.

Kết quả phân tích ảnh được kiêm chứng bằng các cuộc điều tra thực địa. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy diện tích rừng tự nhiên bị giảm 33,5% diện tích (năm 1987 có 24.840,7 ha, giảm xuống còn 16,529.0 ha vào năm 2010) và đất nông nghiệp tăng 11,2% (năm 1987 có 47.702,7 ha, tăng lên 53. Như vậy diện tích rừng tự nhiên bị giảm mạnh trong giai đoạn 1987-2010 bởi tốc độ đô thị hóa nhanh và các hoạt động nông nghiệp [29].