Đánh giá biến động nhu cầu sử dụng nước tại Sóc Trăng bằng viễn thám

Báo cáo nghiên cứu ứng dụng dữ liệu viễn thám để tính toán, đánh giá biến động nhu cầu sử dụng nước tại Sóc Trăng qua các giai đoạn khác nhau.

• Tác giả: Trương Văn Kịch
• Người hướng dẫn: Trần Anh Phương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC TỪ SỐ LIỆU VIỄN THÁM - ÁP DỤNG CHO TỈNH SÓC TRĂNG
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về nhu cầu nước Sóc Trăng

Nhu cầu nước Sóc Trăng là một vấn đề quan trọng đối với phát triển kinh tế-xã hội tại tỉnh. Việc đánh giá nhu cầu nước thông qua dữ liệu viễn thám cung cấp cách tiếp cận hiệu quả và khoa học để quản lý tài nguyên nước. Tỉnh Sóc Trăng nằm ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long với khí hậu nhiệt đới gió mùa, có lượng mưa cao nhưng phân bố không đều theo mùa. Tài nguyên nước là yếu tố then chốt hỗ trợ nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và sinh hoạt dân cư. Nghiên cứu này sử dụng công nghệ viễn thám để phân tích biến động nhu cầu sử dụng nước theo không gian và thời gian, từ đó đưa ra những kết luận và kiến nghị quan trọng cho quản lý tài nguyên nước bền vững.

1.1. Đặc điểm tự nhiên và thuỷ văn của khu vực

Sóc Trăng có vị trí địa lý thuận lợi với mạng lưới sông rạch phong phú. Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11, với lượng mưa nhiều năm dao động từ 1.200-1.400mm. Thủy văn Sóc Trăng được ảnh hưởng bởi dòng chảy từ sông Mê Kông, tạo điều kiện thuận lợi cho nông nghiệp. Tuy nhiên, lượng mưa phân bố không đều, gây khó khăn trong quản lý nước mưa và nước ngầm. Độ cao trung bình của tỉnh khá thấp, phần lớn nằm dưới 2 mét so với mực nước biển.

1.2. Tầm quan trọng của việc đánh giá nhu cầu nước

Đánh giá nhu cầu nước giúp các nhà quản lý xây dựng chiến lược sử dụng nước bền vững. Sóc Trăng phụ thuộc chủ yếu vào nông nghiệp (trồng lúa, cây ăn quả) và nuôi trồng thủy sản, hai lĩnh vực tiêu thụ nước lớn. Nhu cầu nước cho sinh hoạt cũng tăng do phát triển dân số. Sử dụng dữ liệu viễn thám cho phép theo dõi biến động sử dụng đất và tính toán nhu cầu nước chính xác hơn, hỗ trợ quyết định chính sách.

II. Phương pháp viễn thám trong nghiên cứu nhu cầu nước

Viễn thám là công nghệ quan trọng trong đánh giá nhu cầu nước hiện đại, cho phép thu thập dữ liệu từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel 2 để lập bản đồ sử dụng đất trong ba vụ trồng: Đông Xuân, Hè Thu và Thu Đông. Các ảnh vệ tinh viễn thám được xử lý trên nền tảng Google Earth Engine (GEE), sử dụng thuật toán rừng ngẫu nhiên (Random Forest) để phân loại sử dụng đất. Phương pháp này cho phép theo dõi biến động nhu cầu nước qua các mùa vụ khác nhau, từ đó xác định nhu cầu nước cho trồng lúa, cây ăn quả, nuôi trồng thủy sản và sinh hoạt một cách chính xác và hiệu quả.

2.1. Xử lý ảnh vệ tinh và lập bản đồ sử dụng đất

Ảnh Sentinel 2 có độ phân giải 10m, thích hợp cho phân loại sử dụng đất chi tiết. Dữ liệu được xử lý qua Google Earth Engine, một nền tảng mạnh mẽ cho phân tích ảnh viễn thám quy mô lớn. Bản đồ sử dụng đất được lập cho ba giai đoạn vụ khác nhau, cho phép theo dõi chu kỳ canh tác hàng năm. Phân loại sử dụng đất bao gồm: lúa, cây ăn quả, nuôi trồng thủy sản, đô thị, nước, và đất trống. Độ chính xác được so sánh với dữ liệu thống kê từ niên giám địa phương.

2.2. Tính toán nhu cầu nước các ngành

Nhu cầu nước cho cây trồng được tính dựa trên bốc hơi tiềm năng (ET0) và hệ số cây trồng (Kc). Nhu cầu nước cho sinh hoạt phụ thuộc vào dân số và mức tiêu thụ nước bình quân đầu người. Nhu cầu nước nuôi trồng thủy sản được ước tính từ diện tích ao hồ và lượng nước cần bổ sung. Nhu cầu nước công nghiệp được tính dựa trên các dữ liệu về sản xuất công nghiệp trong khu vực.

III. Kết quả nghiên cứu biến động nhu cầu nước

Kết quả nghiên cứu cho thấy nhu cầu nước Sóc Trăng có biến động rõ rệt theo không gian và thời gian. Lượng nước bốc hơi dao động từ 4,5-5,5 mm/ngày tùy theo mùa, với cao điểm vào mùa hè. Nhu cầu nước cho trồng lúa chiếm phần lớn trong tổng nhu cầu sử dụng nước, đặc biệt vào mùa Đông Xuân khi diện tích lúa lớn nhất. Bản đồ sử dụng nước cho từng loại hình sản xuất được lập chi tiết, giúp xác định các khu vực có nhu cầu nước cao và cần ưu tiên trong quản lý. Biến động nhu cầu nước theo thời gian phản ánh tính thời vụ rõ rệt của nông nghiệp, với nhu cầu nước cao nhất vào mùa nông vụ chính (Đông Xuân) và thấp nhất vào mùa mưa (Hè Thu).

3.1. Biến động nhu cầu nước theo thời gian

Nhu cầu nước thay đổi đáng kể giữa các vụ canh tác. Vụ Đông Xuân có nhu cầu nước cao nhất do diện tích lúa lớn và lượng bốc hơi cao. Vụ Hè Thu có nhu cầu nước thấp hơn nhờ lượng mưa lớn bổ sung cho cây trồng. Vụ Thu Đông có nhu cầu nước vừa phải, với sự gia tăng từ cây ăn quả và nuôi trồng thủy sản. Dữ liệu cho thấy chu kỳ nhu cầu nước rõ rệt, giúp lập kế hoạch cấp nước hợp lý.

3.2. Phân bố không gian nhu cầu nước

Bản đồ nhu cầu nước không gian cho thấy các khu vực phía Tây và Bắc Sóc Trăng có nhu cầu nước cao hơn do diện tích trồng lúa lớn. Các huyện ven biển có nhu cầu nước nuôi trồng thủy sản đáng kể. Nhu cầu nước sinh hoạt tập trung ở các vùng đô thị và trung tâm huyện. Phân bố không gian này giúp xác định ưu tiên phát triển cơ sở hạ tầng cấp nước cho từng vùng.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng của nghiên cứu

Nghiên cứu nhu cầu nước Sóc Trăng bằng viễn thám mang lại nhiều ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin khách quan, cập nhật và toàn diện về sử dụng đất và nhu cầu nước ở các cấp độ khác nhau. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong lập kế hoạch quản lý nước, phát triển cơ sở hạ tầng nước, và bảo vệ tài nguyên nước. Công nghệ viễn thám cho phép theo dõi biến động nhu cầu nước liên tục theo thời gian, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước bền vững. Phương pháp này có thể được mở rộng áp dụng cho các tỉnh khác trong Đồng bằng sông Cửu Long, góp phần vào phát triển bền vững toàn vùng.

4.1. Hỗ trợ lập kế hoạch quản lý nước

Bản đồ nhu cầu nước chi tiết giúp chính quyền địa phương lập kế hoạch cấp nước hiệu quả. Nhu cầu nước theo không gian và thời gian cung cấp cơ sở khoa học cho phân bổ tài nguyên nước hợp lý. Quản lý nước mưa và nước ngầm có thể được tối ưu hóa dựa trên dữ liệu viễn thám. Các công trình thủy lợi có thể được quy hoạch để đáp ứng nhu cầu nước cao vào các mùa vụ chính.

4.2. Phát triển bền vững và giám sát tài nguyên nước

Viễn thám cho phép giám sát liên tục sự thay đổi nhu cầu nước mà không cần chi phí cao. Bảo vệ tài nguyên nước được tăng cường nhờ hiểu rõ biến động nhu cầu nước theo thời gian. Phương pháp này hỗ trợ thích ứng với biến đổi khí hậu, khi nhu cầu nước có thể thay đổi do thay đổi lượng mưa. Phát triển bền vững tỉnh Sóc Trăng được hỗ trợ mạnh mẽ bởi dữ liệu nhu cầu nước chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 - Đặc điểm tự nhiên Vị trí địa lý ỉnh Sóc Trăng là một trong những tỉnh ven biển của bán đảo Cà Mau thuộc phạm vi cửa sông Hậu. Phía đông giáp tỉnh Trà Vinh với ranh giới là sông Hậu, phía nam giáp Biển Đông (với chiều dài khoảng 72km), phía tây giáp tỉnh Bạc Liêu, phía bắc giáp tỉnh Hậu Giang và một phần tỉnh Vĩnh Long. Tổng diện tích là 3.331,76km2, bao gồm TP. Sóc Trăng và 10 huyện (Cù Lao Dung, Kế sách, Long Phú, Mỹ Tú, Mỹ Xuyên, Ngã Năm, Thạnh Trị, Châu Thành,Vĩnh Châu và Trần Đề (với 10 phường, 12 thị trấn và 87 xã.

Được giới hạn trong khung tọa độ địa lý: - Từ 09o14’ đến 09o56’ vĩ độ Bắc - Từ 105o30’ đến 106o20’ kinh độ Đông Hình 1.1 - Sơ đồ vị trí tỉnh Sóc Trăng 5 Hình 1.2 - Bản đồ hành chánh tỉnh Sóc Trăng Nằm trong Vùng đồng bằng sông Cửu Long, Sóc Trăng có nhiều tiềm năng, lợi thế của Vùng, cũng vừa có những lợi thế riêng để phát triển. Với vị trí thuận lợi, được thiên nhiên ưu đãi, được ưu tiên phát triển hạ tầng như cao tốc Châu Đốc - Cần Thơ- Trần Đề, cảng nước sâu Trần Đề,. Sóc Trăng có nhiều thuận lợi để phát triển nông nghiệp, cả về nông sản vùng ngọt, lợ và mặn. Với 72 km bờ biển gắn với cửa sông Hậu, Sóc Trăng có nhiều tiềm năng để phát triển công nghiệp và dịch vụ, đồng thời phát triển năng lượng sạch như điện gió, điện mặt trời.

Bên cạnh các tiềm năng, lợi thế nêu trên, do xuất phát điểm thấp, việc thu hút đầu tư vào Sóc Trăng cũng phải đối mặt với một số khó khăn, thách thức như vị trí địa lý xa các trung tâm kinh tế lớn của đất nước; quỹ đất khu công nghiệp tương đối lớn nhưng cơ sở hạ tầng vẫn đang trong quá trình hoàn thiện, chưa đồng bộ, đạt yêu cầu và kỳ vọng của nhà đầu tư; quy mô sản xuất công nghiệp còn nhỏ, chủ yếu vẫn tập trung vào sản xuất nông nghiệp, công nghiệp chế biến chủ yếu là sơ chế, giá trị gia tăng chưa cao. 6 Địa hình Sóc Trăng có địa hình tương đối thấp và bằng phẳng, địa hình bao gồm phần đất bằng xen kẽ những vùng trũng và các giồng cát. Toàn bộ tỉnh Sóc Trăng nằm ở phía Nam của vùng cửa sông Hậu, cao độ địa hình thay đổi trong khoảng 0,2 - 2m so với mực nước biển, vùng nội đồng có cao độ trung bình từ 0,5 - 1,0m. Địa hình của tỉnh có dạng hình lòng chảo thoải, hướng dốc chính từ sông Hậu thấp dần vào phía trong, từ biển Đông và kênh Quản Lộ thấp dần vào đất liền với những giồng đất ven sông, biển.

Tỉnh Sóc Trăng nhìn chung có địa hình trũng thấp bao gồm 3 dạng: - Đồng bằng tích tụ ven sông: chiếm phần lớn diện tích tỉnh Sóc Trăng, độ cao địa hình phổ biến trong khoảng 0,5 - 1,5m. - Đồng bằng tích tụ ven biển: chiếm phần nhỏ diện tích từ Lịch Hội Thượng đến Vĩnh Châu, độ cao địa hình phổ biến trong khoảng 0,5 - 2,0m. - Các giồng cát cổ: phân bố thành từng dải hình cánh cung kéo dài theo hướng song song bờ biển, độ cao địa hình phổ biến trong khoảng 1,5 - 2,0m. Với địa hình thấp, bị phân cắt nhiều bởi hệ thống các sông rạch và kênh mương thủy lợi, lại tiếp giáp với biển cho nên dễ bị nước biển xâm nhập (nhiễm mặn), nhất là vào mùa khô.

Địa hình vùng biển ven bờ có sự phân bậc rõ rệt ở 3 mức độ sâu: Độ sâu từ 0 - 10m nước: nhìn chung địa hình khá thoải và bằng phẳng. Khu vực cửa sông có địa hình khá phức tạp, thay đổi theo mùa do tương tác động lực sông biển, có nhiều cồn và doi cát ngầm đan xen với các luồng lạch. Độ sâu từ 10 - 20m nước: địa hình có dạng sườn dốc. Địa hình khu vực cửa sông (phía Đông Bắc) dốc hơn phía Tây Nam.

Đây là giới hạn ngoài của khu vực lắng đọng trầm tích hiện đại và vì thế địa hình thường thay đổi theo thời gian. Độ sâu 20 - 30m nước: địa hình khá thoải và rộng, có nhiều sóng cát, một số khu vực phân bố các cồn ngầm thoải.3 - Bản đồ địa hình tỉnh Sóc Trăng 1.1 - Khí hậu Khí hậu tỉnh Sóc Trăng có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo và chia làm hai mùa rõ rệt. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11. Mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.

Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình năm 26,6ºC (năm 2008), nhiệt độ cao nhất trong năm vào tháng 4 (28,2ºC) và nhiệt độ thấp nhất vào tháng 1 (25,4ºC). Nắng: Tổng lượng bức xạ trung bình trong năm tương đối cao, đạt 140 - 150kcal/cm2. Tổng giờ nắng bình quân trong năm 2.292,7 giờ (khoảng 6,28 giờ/ngày), cao nhất thường vào tháng 3 là 282,3 giờ, thấp nhất thường vào tháng 9 là 141,5 giờ. Mưa: lượng mưa trung bình hàng năm là 1.230mm, chênh lệch lớn theo mùa, mùa mưa chiếm 90% tổng lượng mưa, mùa khô rất ít, có tháng không mưa.

Độ ẩm: Độ ẩm trung bình cả năm là 84% (cao nhất 89% vào mùa mưa, thấp nhất 75% vào mùa khô). 8 BIỂU ĐỒ CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG 500.0 Lượng mưa và bốc hơi (mm) 400.4 – Diễn biến các yếu tố khí tượng Gió: nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, tỉnh Sóc Trăng có các hướng gió chính như sau: Tây, Tây Nam, Đông Bắc, Đông Nam và gió được chia làm 2 mùa rõ rệt là gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam. Mùa mưa chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam là chủ yếu; còn mùa khô chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc là chủ yếu với tốc độ gió trung bình là 1,77m/s. Các yếu tố khác: Tỉnh Sóc Trăng nằm trong khu vực rất ít gặp bão.

Theo tài liệu về khí tượng thủy văn ghi nhận, trong 100 năm qua chỉ có 2 cơn bão đổ bộ vào Sóc Trăng (năm 1952, 1997) gây thiệt hại rất lớn. Những năm gần đây, lốc thường xảy ra ở Sóc Trăng. Lốc tuy nhỏ nhưng cũng gây ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của nhân dân.2 - Thuỷ văn và hải văn Nguồn nước mặt của tỉnh Sóc Trăng tương đối dồi dào với hệ thống kênh rạch chằng chịt, gồm một số sông, kênh chính: - Sông Hậu: chảy dọc theo ranh giới phía Đông của tỉnh, với chiều dài khoảng 60km. Sông Hậu đổ ra biển theo hai cửa Trần Đề và Định An, là nguồn cung cấp nước ngọt chính cho tỉnh, song cũng là đường mặn biển Đông xâm nhập vào.

- Sông Mỹ Thanh: có mặt cắt khá rộng, chiều rộng trung bình khoảng 200m, chiều sâu trung bình từ 11,5 - 14m. 9 - Kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp: nối liền sông Hậu, chạy dài theo ranh giới phía Bắc của tỉnh, là trục dẫn nước ngọt quan trọng. Đoạn chảy qua địa phận tỉnh Sóc Trăng có chiều rộng trung bình từ 60 - 90m, sâu 4 - 8m. Sông rạch tỉnh Sóc Trăng nằm trong vùng ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều, cao độ mực nước của hai đỉnh triều và hai chân triều không bằng nhau, biên độ triều trung bình từ 194 - 220cm.

Nguồn nước trên hệ thống sông rạch tỉnh Sóc Trăng là kết quả của sự pha trộn giữa lượng mưa tại chỗ, nước biển và nước thượng nguồn sông Hậu đổ về. Dòng của sông Hậu khá mạnh vào mùa mưa, đây cũng là thời kỳ mùa lũ ở sông Hậu. Dòng tổng hợp ven bờ khoảng 1m/s. Do ảnh hưởng bởi dòng thủy triều và hải triều nên nước trên sông bị nhiễm vào mùa khô, vào mùa mưa nước sông được ngọt hóa.

Phần sông rạch giáp biển bị nhiễm mặn quanh năm, do đó không thể phục vụ tưới cho nông nghiệp, nhưng bù lại nguồn nước mặn, lợ ở đây tạo thuận lợi trong việc nuôi trồng thủy sản. Sóc Trăng có 72 km bờ biển với 02 cửa sông lớn là sông Hậu (đổ theo 02 con sông lớn Trần Đề, Định An) và sông Mỹ Thanh, có nguồn hải sản đáng kể bao gồm cá đáy, cá nổi và tôm. Sóc Trăng có nhiều thuận lợi trong phát triển kinh tế biển tổng hợp, thuỷ hải sản, nông - lâm nghiệp biển, công nghiệp hướng biển, thương cảng, cảng cá, dịch vụ cảng biển, xuất nhập khẩu, du lịch và vận tải biển. Chế độ thuỷ văn vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng của thuỷ triều biển Đông, dòng chảy sông Hậu và mưa nội đồng.

Thuỷ triều biển Đông có biên độ lớn nên vùng ven biển, ven cửa sông Hậu có biên độ 1,5 m đến 3,0m. Tuy nhiên khi vào sâu trong nội đồng biên độ giảm nên chỉ có biên độ khoảng 0,5 - 1,5m vào mùa khô và 0,3m - 0,7m vào mùa mưa. Sự tác động mạnh của thuỷ triều đã kéo theo sự xâm nhập mạnh mẽ của nước mặn vào tỉnh Sóc Trăng theo các hướng truyền chính là từ sông Mỹ Thanh và vào các kênh rạch thông với cửa sông Hậu. Với chế độ thuỷ văn này cũng tạo điều kiện cho việc thau chua, rửa mặn và cải tạo môi trường nước mặt.

Tuy nhiên, nếu không có hệ thống công trình quản lý và vận hành tốt thì mặn có thể xâm nhập sâu vào trong nội đồng.3 - Tài nguyên nước 1.1 - Tài nguyên nước mưa Sóc Trăng nằm trong khu vực ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa mang đặc trưng khí hậu của đồng bằng Nam Bộ, có hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Sóc Trăng là một trong các tỉnh có lượng mưa trung bình của ĐBSCL, lượng mưa trung bình năm đạt khoảng 1. Tuy nhiên, mưa thường phân bố không đều, 95% lượng mưa tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và chỉ có khoảng 5% lượng mưa trong mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình tháng từ 200 mm đến 250 mm trong các tháng mùa mưa.5 - Bản đồ đẳng trị mưa nhiều năm vùng Bán đảo Cà Mau Đặc điểm mưa ở Sóc Trăng thường không kéo dài liên tục nhiều ngày mà phổ biến là mưa trận cách quãng nhau; số ngày mưa trung bình nhiều năm khá cao đạt từ 11 130 -137 ngày.

Lượng bốc hơi bình quân năm khá lớn (1.023 mm), nên khả năng sử dụng nước mưa bị hạn chế. Vì vậy cần đặc biệt chú ý đến các vấn đề này khi tính toán các giải pháp trữ nước mưa để cung cấp cho sinh hoạt. Nước mưa vùng Sóc Trăng có chất lượng nước tốt rất phù hợp cho mục đích sinh hoạt.