Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân bố trong đánh giá ảnh hưởng của việc thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước lưu vực sông cầu

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân bố đánh giá ảnh hưởng thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước lưu vực sông Cầu.

• Tác giả: Đinh Xuân Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Lê An
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Viễn Thám Và Mô Hình Thủy Văn Đánh Giá Ảnh Hưởng Thay Đổi Thảm Phủ Đến Tài Nguyên Nước Lưu Vực Sông Cầu
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ MÔ HÌNH THỦY VĂN PHÂN BỐ TRONG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THAY ĐỔI THẢM PHỦ ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẦU
• 1.1. Tổng quan về công nghệ Viễn thám
• 1.2. Tổng quan về mô hình thủy văn phân bố hiện nay
• 1.3. Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp mô hình thủy văn phân bố trong quản lý, đánh giá tài nguyên nước
• 1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.3.2. Các nghiên cứu trong nước
• 1.3.3. Đánh giá chung về khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân bố trong quản lý, đánh giá tài nguyên nước
• 1.4. Tổng quan về số liệu viễn thám mưa vệ tinh hiện nay
• 1.5. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
• 1.5.1. Đặc trưng về vị trí địa lý, kinh tế- xã hội
• 1.5.2. Đặc trưng về nhiệt độ
• 1.5.3. Đặc trưng về mưa
• 1.5.4. Đặc trưng về chế độ thủy văn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu và xử lý dữ liệu ảnh Viễn thám
• 2.1.1. Công nghệ Google Earth Engine
• 2.1.2. Dữ liệu ảnh viễn thám
• 2.2. Xử lý cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình thủy văn SWAT bằng công nghệ viễn thám
• 2.2.1. Xây dựng bản đồ độ cao số
• 2.2.2. Xây dựng bản đồ thổ nhưỡng
• 2.2.3. Xây dựng bản đồ thảm phủ
• 2.2.4. Dữ liệu mưa vệ tinh
• 2.3. Nghiên cứu xây dựng mô hình SWAT trong mô phỏng dòng chảy
• 2.3.1. Phương pháp
• 2.3.2. Thiết lập mô hình và trình tự thực hiện
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
• 3.1. Ứng dụng công nghệ viễn thám trong xây dựng bản đồ thảm phủ
• 3.1.1. Ứng dụng công nghệ Google Earth Engine trong xây dựng bản đồ thảm phủ cơ bản
• 3.1.2. So sánh, đánh giá kết quả xây dựng bản đồ thảm phủ bằng công nghệ Google Earth Engine và dữ liệu của SERVIR Mekong
• 3.2. Kết quả đánh giá dữ liệu mưa vệ tinh
• 3.3. Kết quả, đánh giá mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Cầu sử dụng mô hình SWAT
• 3.3.1. Hiệu chỉnh mô hình
• 3.3.2. Phân tích kết quả
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Công nghệ viễn thám

Công nghệ viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, liên kết nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau. Nó được ứng dụng rộng rãi từ những năm 1970, phổ biến ở các nước có nền kinh tế mạnh như Mỹ, Anh, Canada, Nhật Bản, Pháp, và Đài Loan (Trung Quốc). Công nghệ này cho phép thu thập, tiền xử lý, phân tích và giải đoán thông tin từ xa, không cần tiếp xúc trực tiếp với đối tượng nghiên cứu. Viễn thám đã trở thành công cụ chủ đạo trong quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường, đặc biệt là trong lĩnh vực tài nguyên nước. Các dữ liệu viễn thám có độ bao phủ không gian rộng, chu kỳ thu nhận ngắn và mức độ chi tiết cao, giúp nghiên cứu các đối tượng từ xa và trong quá khứ một cách hiệu quả.

1.1. Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu thảm phủ

Công nghệ viễn thám được sử dụng để phân tích và đánh giá sự thay đổi của thảm phủ thực vật. Các nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh hiệu quả của viễn thám trong việc xây dựng bản đồ thảm phủ và theo dõi biến động của nó qua thời gian. Ví dụ, nghiên cứu của Masoud Minaei và Wolfgang Kainz (2016) đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat để đánh giá sự thay đổi thảm phủ ở miền Đông Bắc Iran từ năm 1972 đến 2014. Kết quả cho thấy sự biến đổi đáng kể của môi trường thông qua thảm phủ, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý hiệu quả. Ứng dụng này không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn cung cấp dữ liệu chính xác, hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên nước và môi trường.

II. Mô hình thủy văn

Mô hình thủy văn là công cụ quan trọng trong nghiên cứu và quản lý tài nguyên nước. Trong nghiên cứu này, mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và đánh giá ảnh hưởng của thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước lưu vực sông Cầu. SWAT là mô hình mã nguồn mở, tích hợp nhiều nguồn dữ liệu toàn cầu, cho phép mô phỏng các quá trình vật lý trên lưu vực. Ưu điểm của SWAT là khả năng mô hình hóa các lưu vực không có mạng lưới quan trắc, đồng thời đánh giá tác động của các yếu tố như sử dụng đất, thổ nhưỡng và khí tượng đến dòng chảy.

2.1. Ứng dụng mô hình SWAT trong đánh giá tài nguyên nước

Mô hình SWAT được sử dụng để mô phỏng dòng chảy tại trạm thủy văn Gia Bảy trên lưu vực sông Cầu. Dữ liệu đầu vào của mô hình bao gồm bản đồ độ cao số, bản đồ thổ nhưỡng và bản đồ thảm phủ được xây dựng từ công nghệ viễn thám. Kết quả mô phỏng cho thấy sự thay đổi của dòng chảy tương ứng với các kịch bản thảm phủ năm 2000, 2010 và 2015. SWAT đã chứng minh hiệu quả trong việc đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước, cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và bảo vệ nguồn nước trên lưu vực sông Cầu.

III. Thay đổi thảm phủ và tài nguyên nước

Thay đổi thảm phủ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến tài nguyên nước, đặc biệt là dòng chảy trên lưu vực sông Cầu. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá sự biến động của thảm phủ thực vật qua các năm 2000, 2010 và 2015, sử dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn SWAT. Kết quả cho thấy sự thay đổi đáng kể của các loại hình thảm phủ, từ đó ảnh hưởng đến dòng chảy và tài nguyên nước lưu vực. Việc kết hợp hai công nghệ này giúp cung cấp cái nhìn tổng quan về mối quan hệ giữa thảm phủ và tài nguyên nước, hỗ trợ công tác quản lý và bảo vệ nguồn nước.

3.1. Đánh giá ảnh hưởng của thay đổi thảm phủ đến dòng chảy

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng thay đổi thảm phủ có tác động trực tiếp đến dòng chảy trên lưu vực sông Cầu. Sự gia tăng diện tích đất canh tác và đô thị hóa đã làm giảm diện tích rừng và thảm thực vật tự nhiên, dẫn đến sự biến đổi của dòng chảy. Mô hình SWAT đã mô phỏng được sự thay đổi này, cho thấy sự gia tăng dòng chảy trong mùa mưa và giảm dòng chảy trong mùa khô. Kết quả này giúp đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý và bảo vệ nguồn nước hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tài nguyên nước đóng vai trò sống còn trong phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường. Lưu vực sông Cầu, với diện tích khoảng 6.030 km², trải dài trên 6 tỉnh miền Bắc Việt Nam, là một trong những lưu vực sông lớn có vai trò quan trọng trong cung cấp nước cho hơn 5,1 triệu dân. Lượng mưa trung bình hàng năm tại đây dao động từ 1.900 mm đến trên 2.400 mm, với mùa mưa chiếm khoảng 74-79% tổng lượng mưa năm. Sự biến đổi thảm phủ thực vật ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy và tài nguyên nước trong lưu vực. Do đó, việc đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước là rất cần thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp mô hình thủy văn phân bố SWAT để phân tích sự thay đổi thảm phủ thực vật và đánh giá ảnh hưởng của nó đến dòng chảy lưu vực sông Cầu trong các năm 2000, 2010 và 2015. Mục tiêu cụ thể gồm xây dựng bản đồ thảm phủ bằng công nghệ viễn thám, phân tích biến động thảm phủ, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình thủy văn SWAT dựa trên dữ liệu viễn thám để mô phỏng dòng chảy. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dòng chảy theo thời đoạn tháng, không xem xét các yếu tố như nước ngầm hay nhu cầu sử dụng nước.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý tài nguyên nước, giúp dự báo và ứng phó với biến đổi môi trường, đồng thời hỗ trợ hoạch định chính sách phát triển bền vững cho lưu vực sông Cầu và các vùng tương tự.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nền tảng lý thuyết chính: công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn phân bố SWAT. Viễn thám là kỹ thuật thu thập và phân tích dữ liệu từ xa, sử dụng ảnh vệ tinh Landsat với độ phân giải không gian 15-30 m, cho phép xây dựng bản đồ thảm phủ chính xác và cập nhật theo thời gian. Công nghệ Google Earth Engine được sử dụng để xử lý và phân loại ảnh vệ tinh, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của mây và tăng độ chính xác bản đồ.

Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là mô hình thủy văn phân bố mã nguồn mở, tích hợp dữ liệu địa hình (DEM), thổ nhưỡng, khí tượng và thảm phủ để mô phỏng dòng chảy và cân bằng nước trên lưu vực. SWAT cho phép mô phỏng các quá trình vật lý như dòng chảy bề mặt, thấm nước, bốc hơi và dòng chảy ngầm, phù hợp với các lưu vực có mạng lưới quan trắc hạn chế.

Ba khái niệm chính được sử dụng gồm: thảm phủ thực vật (vegetation cover), dòng chảy lưu vực (streamflow), và mô hình thủy văn phân bố (distributed hydrological model). Việc kết hợp viễn thám và mô hình SWAT giúp đánh giá tác động của biến đổi thảm phủ đến tài nguyên nước một cách toàn diện và chính xác.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm ảnh vệ tinh Landsat 5 và Landsat 8 của các năm 2000, 2010 và 2015, dữ liệu mưa vệ tinh CHIRPS với độ phân giải không gian 0.05°, dữ liệu địa hình số DEM từ SRTM độ phân giải 30 m, bản đồ thổ nhưỡng từ FAO và dữ liệu khí tượng thực đo tại các trạm trong lưu vực. Dữ liệu được xử lý trên nền tảng Google Earth Engine để xây dựng bản đồ thảm phủ với 5 lớp chính: đất đô thị, nước mặt, đất nông nghiệp, đất cằn cỗi và rừng.

Mô hình SWAT được thiết lập và hiệu chỉnh tại trạm thủy văn Gia Bảy, sử dụng phương pháp hiệu chỉnh thủ công dựa trên số liệu dòng chảy thực đo giai đoạn 1997-2011. Cỡ mẫu dữ liệu dòng chảy gồm 168 tháng, chọn mẫu theo phương pháp toàn bộ dữ liệu có sẵn để đảm bảo tính đại diện. Phân tích độ nhạy tham số được thực hiện để xác định các thông số mô hình ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả mô phỏng.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ thu thập dữ liệu, xử lý ảnh viễn thám, xây dựng bản đồ thảm phủ, thiết lập mô hình SWAT, hiệu chỉnh và mô phỏng dòng chảy cho ba kịch bản thảm phủ tương ứng các năm 2000, 2010 và 2015. Phân tích kết quả được thực hiện bằng so sánh lưu lượng dòng chảy mô phỏng với thực đo, sử dụng các chỉ số đánh giá như NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency), KGE (Kling-Gupta Efficiency) và PBIAS (Percent Bias).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Biến động thảm phủ thực vật: Diện tích rừng trong lưu vực giảm khoảng 5% từ năm 2000 đến 2015, trong khi diện tích đất nông nghiệp và đất đô thị tăng tương ứng. Bản đồ thảm phủ xây dựng bằng Google Earth Engine có độ chính xác cao, tỷ lệ tương đồng với dữ liệu Servir-Mekong đạt trên 85%.

2. Đánh giá dữ liệu mưa vệ tinh: Dữ liệu mưa CHIRPS so sánh với số liệu thực đo tại các trạm cho thấy hệ số tương quan R² trung bình đạt 0.78, NSE đạt 0.72, cho thấy dữ liệu mưa vệ tinh phù hợp làm đầu vào cho mô hình thủy văn.

3. Hiệu chỉnh và mô phỏng dòng chảy: Mô hình SWAT sau hiệu chỉnh đạt NSE trung bình 0.75 và PBIAS dưới 10% tại trạm Gia Bảy, thể hiện mô hình mô phỏng dòng chảy tháng khá chính xác. Mô phỏng với ba kịch bản thảm phủ cho thấy dòng chảy trung bình năm giảm khoảng 3% khi diện tích rừng giảm, đồng thời dòng chảy mùa mưa tăng nhẹ do gia tăng đất nông nghiệp và đô thị.

4. Ảnh hưởng của thay đổi thảm phủ đến dòng chảy: So sánh lưu lượng dòng chảy mô phỏng năm 2015 với năm 2000 cho thấy lưu lượng tháng mùa mưa tăng trung bình 4%, trong khi lưu lượng mùa khô giảm khoảng 6%, phản ánh tác động của thay đổi thảm phủ đến cân bằng nước lưu vực.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của biến động dòng chảy là do sự chuyển đổi diện tích rừng sang đất nông nghiệp và đô thị, làm giảm khả năng thấm nước và tăng dòng chảy bề mặt. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu tương tự trong nước và quốc tế, khẳng định vai trò quan trọng của thảm phủ trong điều tiết dòng chảy và tài nguyên nước.

Việc sử dụng dữ liệu viễn thám kết hợp mô hình SWAT đã giúp khắc phục hạn chế về số liệu thực đo, đặc biệt trong các vùng thiếu mạng lưới quan trắc. Biểu đồ so sánh lưu lượng dòng chảy mô phỏng và thực đo tại trạm Gia Bảy thể hiện sự phù hợp cao, minh chứng cho hiệu quả của phương pháp nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn trong quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu, giúp dự báo tác động của biến đổi sử dụng đất và hỗ trợ hoạch định chính sách bảo vệ rừng, quy hoạch sử dụng đất bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường bảo vệ và phục hồi rừng: Thực hiện các chương trình trồng rừng và bảo vệ rừng hiện có nhằm duy trì diện tích thảm phủ, giảm thiểu biến đổi dòng chảy, mục tiêu tăng diện tích rừng lên ít nhất 3% trong vòng 5 năm, do các cơ quan quản lý rừng và địa phương thực hiện.

2. Ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát tài nguyên nước: Xây dựng hệ thống giám sát thảm phủ và dòng chảy tự động dựa trên dữ liệu viễn thám và mô hình thủy văn, cập nhật định kỳ hàng năm để kịp thời phát hiện biến động, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Viện nghiên cứu thực hiện.

3. Quy hoạch sử dụng đất bền vững: Hạn chế chuyển đổi rừng sang đất nông nghiệp và đô thị không kiểm soát, ưu tiên phát triển các khu vực đô thị theo hướng xanh và thân thiện môi trường, với mục tiêu giảm tốc độ mất rừng xuống dưới 1% mỗi năm, do các cơ quan quy hoạch và chính quyền địa phương chủ trì.

4. Nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo: Tăng cường đào tạo chuyên sâu về công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn cho cán bộ quản lý và nghiên cứu, nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng trong quản lý tài nguyên nước, thực hiện trong 3 năm tới, do các trường đại học và viện nghiên cứu phối hợp triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ đánh giá tác động của biến đổi thảm phủ đến tài nguyên nước, hỗ trợ ra quyết định quản lý lưu vực sông Cầu hiệu quả.

2. Nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy văn, môi trường: Tài liệu tham khảo về ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình SWAT trong nghiên cứu thủy văn phân bố, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng phân tích dữ liệu.

3. Cơ quan quy hoạch và phát triển đô thị: Thông tin về tác động của chuyển đổi sử dụng đất đến dòng chảy giúp hoạch định chính sách phát triển bền vững, giảm thiểu rủi ro thiên tai.

4. Tổ chức bảo tồn môi trường và cộng đồng địa phương: Hiểu rõ vai trò của thảm phủ trong bảo vệ tài nguyên nước, từ đó tham gia tích cực vào các chương trình bảo vệ rừng và quản lý tài nguyên thiên nhiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ viễn thám có ưu điểm gì trong nghiên cứu tài nguyên nước?
   Viễn thám cho phép thu thập dữ liệu diện rộng, cập nhật nhanh, tiết kiệm chi phí và thời gian so với phương pháp truyền thống. Ví dụ, ảnh Landsat với độ phân giải 30 m giúp xây dựng bản đồ thảm phủ chính xác trên lưu vực rộng lớn.

2. Mô hình SWAT phù hợp với loại lưu vực nào?
   SWAT thích hợp cho các lưu vực có mạng lưới quan trắc hạn chế, có thể mô phỏng các quá trình thủy văn phức tạp dựa trên dữ liệu đầu vào đa dạng như địa hình, thổ nhưỡng, khí tượng và thảm phủ.

3. Làm thế nào để hiệu chỉnh mô hình thủy văn SWAT?
   Hiệu chỉnh dựa trên so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực đo dòng chảy, điều chỉnh các tham số nhạy cảm như CN2 (chỉ số lưu lượng bề mặt), GWQMN (dòng chảy ngầm tối thiểu) để đạt chỉ số NSE trên 0.7, đảm bảo mô hình phản ánh thực tế.

4. Ảnh hưởng của thay đổi thảm phủ đến dòng chảy như thế nào?
   Giảm diện tích rừng làm tăng dòng chảy bề mặt, giảm khả năng thấm nước và dòng chảy mùa khô, dẫn đến biến động dòng chảy không ổn định, ảnh hưởng đến cân bằng nước và nguy cơ lũ lụt.

5. Làm sao dữ liệu mưa vệ tinh được sử dụng trong mô hình?
   Dữ liệu mưa vệ tinh như CHIRPS có độ phân giải cao và tần suất cập nhật nhanh, được kiểm định với số liệu thực đo để làm đầu vào cho mô hình thủy văn, giúp mô phỏng dòng chảy chính xác trong các vùng thiếu trạm đo.

Kết luận

• Ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp mô hình SWAT hiệu quả trong đánh giá tác động thay đổi thảm phủ đến tài nguyên nước lưu vực sông Cầu.
• Bản đồ thảm phủ các năm 2000, 2010 và 2015 cho thấy sự giảm diện tích rừng và tăng đất nông nghiệp, đô thị ảnh hưởng rõ rệt đến dòng chảy.
• Mô hình SWAT mô phỏng dòng chảy tháng đạt độ chính xác cao với NSE trung bình 0.75, phản ánh tốt biến động dòng chảy theo thảm phủ.
• Thay đổi thảm phủ làm tăng dòng chảy mùa mưa và giảm dòng chảy mùa khô, ảnh hưởng đến cân bằng nước và quản lý tài nguyên.
• Đề xuất các giải pháp bảo vệ rừng, ứng dụng viễn thám giám sát, quy hoạch bền vững và nâng cao năng lực nghiên cứu nhằm quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, mở rộng nghiên cứu đến các yếu tố khác như nước ngầm và nhu cầu sử dụng nước, đồng thời phát triển hệ thống giám sát tự động dựa trên công nghệ viễn thám. Mời các nhà quản lý, nghiên cứu và cộng đồng quan tâm áp dụng kết quả nghiên cứu để bảo vệ và phát triển bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ MÔ HÌNH THỦY VĂN PHÂN BỐ TRONG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THAY ĐỔI THẢM PHỦ ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẦU 1.1 Tổng quan về công nghệ Viễn thám Viễn thám là một khoa học và một nghệ thuật của sự nghiên cứu các thông tin thu nhận được thông qua sự phân tích các dữ liệu nhận được bằng các công cụ kỹ thuật mà không tiếp xúc với đối tượng, một vùng hoặc một hiện tượng nào đấy. Công nghệ viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau như: - Thu thập thông tin; - Tiền xử lý thông tin; - Phân tích và giải đoán thông tin; - Đưa ra các sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp; Công nghệ viễn thám là sản phẩm khoa học được ứng dụng rộng rãi từ những năm 1970 của thế kỷ trước, phổ biến ở các nước có nền kinh tế mạnh như Mỹ, Anh, Canada, Nhật Bản, Pháp, và Đài Loan (Trung Quốc). Lịch sử ứng dụng công nghệ viễn thám cho các mục đích dân sự được bắt đầu vào năm 1972 khi vệ tinh Landsat cung cấp các bức ảnh vệ tinh đầu tiên. Đến nay, trên thế giới có khoảng 50 vệ tinh có mục đích sử dụng là “viễn thám” trong tổng số hơn 1.200 vệ tinh đang hoạt động.

Hầu hết các vệ tinh do các cường quốc vũ trụ là Mỹ, Nga, Châu Âu, Nhật Bản, Trung Quốc phát triển và phóng lên quỹ đạo. Nhìn chung, số lượng vệ tinh viễn thám ngày càng tăng về số lượng và đa dạng về chủng loại (đa phổ, siêu phổ, radar, camera), về kích thước (micro, vệ tinh nhỏ, vệ tinh), quỹ đạo (quỹ đạo thấp, quỹ đạo cực, quỹ đạo đồng bộ mặt trời) và có xu hướng được phát triển thành các chùm vệ tinh. [1] 4 Công nghệ viễn thám là một trong những thành tựu kỹ thuật vũ trụ trong những thập niên gần đây đã đạt đến trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến cho nhiều nước trên thế giới không những đối với các nước đang phát triển có trình độ tiên tiến mà còn đối với các nước đang phát triển có nền công nghiệp và kinh tế còn lạc hậu. Năm 1982, trong Hội nghị sử dụng vũ trụ vào mục đích hòa bình do Liên hợp quốc tổ chức tại Viên (Áo) (UNISPACE) đã có một nghị quyết quan trọng là việc chuyển giao kỹ thuật tiên tiến này cho tất cả các nước, đặc biệt là các nước đang phát triển.

Đó là trách nhiệm của các nước phát triển, các tổ chức quốc tế,. để nhanh chóng giúp đỡ các nước đang phát triển có những hiểu biết chính xác về tài nguyên thiên nhiên, điều kiện tự nhiên, tạo điều kiện phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường ở các nước đó. Hiện nay có rất nhiều loại vệ tinh, tàu vũ trụ điều tra thiên nhiên của nhiều nước khác nhau phóng lên như: Mỹ, Pháp, Nga, Ấn Độ, Nhật Bản, Cơ quan vũ trụ Châu Âu,. với số lượng trạm thu mặt đất cũng nhiều hơn như: Cuiaba (Brazil), Prince Albert (Canada), Fairbank (Alaska, Mỹ), Green Belt (Mariland, Mỹ), Kiruna (Thụy Điển), Fucino (Ytalia), Tookyo (Nhật Bản),.

đã mang lại những hiệu quả to lớn. [2] Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đang cung cấp các công cụ mới để nâng cao việc quản lý hệ sinh thái. Việc thu thập dữ liệu từ xa tạo điều kiện cho các phân tích tổng hợp về chức năng của hệ thống Trái đất, mô hình và thay đổi theo quy mô địa phương, vùng và toàn cầu theo thời gian; các dữ liệu này cũng là mối liên kết quan trọng giữa nghiên cứu sinh thái sâu rộng, địa phương, bảo tồn và quản lý đa dạng sinh học khu vực, quốc gia và quốc tế [3]. Viễn thám sẽ trở nên hữu ích vì nó cung cấp cái nhìn tổng hợp và là công cụ đánh giá và giám sát tài nguyên môi trường.

[4] Hiện nay trên thế giới và Việt Nam có những công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong các lĩnh vực nói chung và đánh giá sự thay đổi thảm phủ nói riêng như: 1.1 Trên thế giới - Năm 2016, Masoud Minaei và Wolfgang Kainz xây dựng bản đồ thảm phủ sử dụng ảnh vệ tinh Landsat bằng công nghệ phân loại có giám sát(supervised-classification) và phân loại không giám sát (unsupervised-classification) cùng với GIS bằng thuật toán phân loại theo pixel thời kỳ 1972 - 2014 ở miền Đông Bắc Iran để đánh giá sự 5 thay đổi của môi trường thông qua sự biến đổi của thảm phủ trong các năm 1972, 1986, 2000 và 2014. Từ đó đưa ra kế hoạch và chương trình nhằm quản lý hiệu quả các dịch vụ sinh thái.1: Bản đồ thảm phủ miền Đông Bắc Iran qua các năm: (A) 1972; (B) 1986; (C) 2000 và (D) 2014 - Năm 2017, Md. Inzamul Haque, Rony Basak sử dụng ảnh Landsat 3,4,5,7 đánh giá sự thay đổi của sử dụng đất giai đoạn 1980 - 2010 bằng cách sử dụng cả hai phương pháp: trước phân loại (pre-classification) và tiếp cận sau phân loại (post-classification) kết hợp GIS vùng Tanguar Haor, Sunamganj, Bangladesh. Đây là một vùng kinh tế-xã hội phát triền cùng với đó có sự đa dạng sinh học.

Nghiên cứu này đã thống kê rằng 40% diện tích đất của vùng này đã được chuyển đổi cơ cấu sử dụng trong vòng 30 năm qua, cùng với sự phát triển của đô thị, diện tích rừng và hồ nước lớn bị thu hẹp. Vì thế, nghiên cứu giúp đánh giá sự thay đổi của cơ cấu sử dụng đất để từ đó đưa ra được giải pháp một cách bền vững, bảo vệ hệ sinh thái.2: Bản đồ sử dụng đất vùng Tanguar Haor, Sunamganj, Bangladesh - Năm 2010, Ramesh P. Singh, Sudipa Roy và F. Kogan đã sử dụng ảnh vệ tinh phân giải rất cao của Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) xây dựng Chỉ số điều kiện thực vật (VCI) và Chỉ số điều kiện nhiệt độ (TCI) phát triển từ chỉ số thực vật (NDVI) để theo dõi tình trạng thực vật và theo dõi hạn hán.

Kết quả cho thấy việc sử dụng các chỉ số VCI và TCI đánh giá và giám sát được hạn hán của Ấn Độ. [7] - Năm 2015, Andres Sierra-Soler, Jan Adamowski, Julien Malard, Zhiming Qi, Hossein Saadat và Santosh Pingale sử dụng ảnh Landsat ETM+ kết hợp chỉ số chuẩn hóa lượng mưa tiêu chuẩn (SPI) để đánh giá tình trạng hạn hán. Phương pháp này đã cung cấp chính xác về vị trí và phạm vi bị ảnh hưởng của hạn hán và đã được sử dụng là một hệ thống giám sát hạn hán vùng miền trung Mexico. Kogan đã sử dụng ảnh viễn thám bức xạ độ phân giải siêu cao (AVHRR) để tính toán chỉ số thực vật giai đoạn 1984 - 1987 vùng Sudan.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, chỉ số điều kiện thực vật VCI có thể tính toán được tác động của thời tiết đến thảm phủ thực vật mà không bị ảnh hưởng bởi yếu tố địa hình, khí hậu so với chỉ số NDVI, vốn bị tác động bởi những yếu tố trên dẫn đến sai khác.2 Trong nước Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ nói chung, công nghệ viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là giám sát, quản lý tài nguyên nước, đánh giá sự thay đổi thảm phủ. - Năm 2008, nhóm nghiên cứu bao gồm Nguyễn Quang Tuấn, Trần Văn No, Đỗ Thị Việt Hương ở Khoa Địa lý - Địa chất, Trường Đại học Khoa học Huế bằng công nghệ viễn thám - phương pháp giải đoán ảnh Landsat kết hợp GIS trong việc thành lập bản đồ hiện trạng thảm phủ thực vật ở huyện Kỳ Anh, Hà Tĩnh. Ứng dụng có góp phần to lớn trong công tác quản lý, bảo vệ và khai thác thảm thực vật cũng như quy hoạch vùng lãnh thổ một cách hợp lý.3: Sơ đồ hiện trạng và cơ cấu, diện tích các kiểu thảm thực vật huyện Kỳ Anh, Hà Tĩnh năm 2008. - Năm 2013, Phạm Văn Mạnh đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá tác động của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua chỉ số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên.

Bằng việc sử dụng ảnh vệ tinh MODIS chu kỳ 8-16 ngày xây dựng mối quan hệ giữa chỉ số thực vật (NDVI) với nhiệt độ bề mặt và độ ẩm không khí bằng các phương trình tương quan. Từ đó xây dựng bản đồ vùng rừng trồng và rừng tự nhiên của khu vực nghiên cứu. - Năm 2012, Đào Minh Trường và Lê Trọng Toán ở Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội đã ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS vào nghiên cứu và quản lý sử dụng đất tại xã Châu Khê, huyện Con Cuông, tỉnh Nghệ An. Nghiên cứu đã sử dụng ảnh vệ tinh Corona, Landsat để điều tra tình 8 hình thay đổi của thảm thực vật che phủ giai đoạn 1954 - 2005 nhằm mang lại cái nhìn tổng quan về mục đích sử dụng đất của vùng nghiên cứu, từ đó đưa ra chính sách phát triển phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội một cách bền vững.4: Bản đồ sử dụng đất qua các năm 1967; 1989; 1998 và 2005 của xã Châu Khê, huyện Con Cuông, tỉnh Nghệ An.

- Năm 2015, Trịnh Lê Hùng, Đào Khánh Hoài ứng dụng công nghệ Viễn thám từ tư liệu ảnh vệ tinh đa phổ Landsat đánh giá nguy cơ hạn hán huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận bằng chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật (TDVI), kết quả thu được có thể thành lập bản đồ nguy cơ khô hạn và giảm thiểu thiệt hại do hạn hán gây ra.5: Bản đồ nguy cơ hạn hán các năm 2000;2005;2010 và 2014 sử dụng chỉ số TVDI khu vực huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận 1.3 Đánh giá chung về các nghiên cứu trong nước và ngoài nước có liên quan Công nghệ viễn thám và GIS là công cụ hiệu quả trong việc cung cấp phương tiện để quản lý trong mọi lĩnh vực hiện nay nói chung và lĩnh vực giám sát, đánh giá tài nguyên nước nói tiêng. Công nghệ viễn thám kết hợp GIS đã được công nhận rộng rãi như là một công cụ hiệu quả cho các kế hoạch và ra quyết định nhiệm vụ. Chúng cho phép lưu trữ hiệu quả, thao tác và phân tích dữ liệu địa lý [12]. Dữ liệu hình ảnh vệ tinh cung cấp khả năng thu thập thông tin về đối tượng cần nghiên cứu ở những khoảng thời gian thường xuyên hơn và tiết kiệm hơn so với các phương pháp truyền thống [13].