Luận văn thạc sĩ quản lý môi trường ứng dụng gis và viễn thám trong quản lý lưu vực thượng nguồn thủy điện đa nhim

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu quản lý môi trường ứng dụng gis và viễn thám trong quản lý lưu vực thượng nguồn thủy điện đa nhim, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Phạm Hùng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Trung
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP HCM
• Chuyên ngành: Quản lý Môi Trường
• Đề tài: Ứng Dụng GIS Và Viễn Thám Trong Quản Lý Lưu Vực Thủy Điện Đa Nhim
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên
• 2.1.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.1.2. Thổ nhưỡng
• 2.1.1.3. Khoáng sản
• 2.1.1.4. Về tài nguyên đa dạng sinh học trong khu vực nghiên cứu
• 2.1.2. Đặc điểm dân cư
• 2.1.3. Hiện trạng sử dụng đất
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ LƯU VỰC
• 2.2.1. Khái quát chung
• 2.2.2. Các vấn đề về lưu vực Đa Nhim
• 2.2.2.1. Suy thoái tài nguyên rừng
• 2.2.2.2. Suy giảm tính đa dạng sinh học
• 2.2.2.3. Xói mòn đất và ô nhiễm nước mặt
• 2.3. TỔNG QUAN VỀ XÓI MÒN VÀ BỒI LẮNG
• 2.3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu xói mòn đất
• 2.3.1.1. Tình hình nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới
• 2.3.1.2. Tình hình nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam
• 2.3.2. Tổng quan về quá trình xói mòn đất do nước
• 2.3.2.1. Định nghĩa quá trình xói mòn đất
• 2.3.2.2. Phân loại xói mòn do nước
• 2.3.2.3. Những tác nhân chính ảnh hưởng tới quá trình xói mòn đất
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KHOA HỌC
• 3.1. VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG THỰC PHỦ
• 3.1.1. Tổng quan viễn thám
• 3.1.2. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật
• 3.1.3. Viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ thực vật
• 3.2. TÍCH HỢP GIS VÀ PHƯƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ DỤNG (USLE)
• 3.2.1. Mô hình hóa quá trình xói mòn đất
• 3.2.1.1. Lịch sử phát triển mô hình hóa xói mòn
• 3.2.1.2. Mô hình toán phương trình mất đất phổ dụng USLE
• 3.2.1.3. Các yếu tố xói mòn của phương trình mất đất phổ dụng
• 3.2.2. Hệ thống thông tin địa lý trong nghiên cứu xói mòn
• 3.2.2.1. Mô hình độ cao số (DEM)
• 3.2.2.2. Tính toán độ dốc địa hình từ mô hình số độ cao
• 3.2.2.3. Tính toán hướng dòng chảy
• 3.2.2.4. Tính toán khu vực tập trung dòng chảy
• 3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH TRONG NGHIÊN CỨU BỒI LẮNG
• 3.3.1. Quá trình trầm tích và xói mòn
• 3.3.1.1. Đặc điểm của quá trình trầm tích
• 3.3.1.2. Các khu vực trầm tích
• 3.3.2. Nghiên cứu sự bồi lắng (trầm tích) bằng đồng vị phóng xạ
• 3.3.2.1. Xác định bồi lắng bằng sự cân bằng Po-210/Pb-210 trong trầm tích
• 3.3.2.2. Xác định tốc độ lắng đọng trầm tích bằng Cs-137
• 3.3.3. Tích hợp GIS và SWAT trong tính toán dòng chảy và bồi lắng hồ
• 3.3.3.1. Giới thiệu SWAT
• 3.3.3.2. Lịch sử mô hình SWAT
• 3.3.3.3. Các thành phần của mô hình SWAT
• 3.3.3.4. Cơ sở lý thuyết của tích hợp GIS và Mô hình SWAT trong tính toán dòng chảy và bồi lắng
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRONG QUẢN LÝ LƯU VỰC
• 4.1. ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỘNG VỀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT
• 4.1.1. Thu thập ảnh viễn thám
• 4.1.1.1. Ảnh viễn thám
• 4.1.1.2. Nguồn ảnh và đặt tính của ảnh
• 4.1.2. Xử lý ảnh, xác định phạm vi và tính chỉ số thực vật NDVI
• 4.1.2.1. Tính giá trị bức xạ
• 4.1.2.2. Tính độ phát xạ và NDVI
• 4.1.3. Phân tích đánh giá sự biến động lớp phủ của lưu vực
• 4.1.3.1. Đánh giá trên phần diện tích thống kê
• 4.1.3.2. Dự đoán sự mất rừng của toàn lưu vực
• 4.2. TÍCH HỢP GIS VÀ USLE XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
• 4.2.1. Xác định hệ số địa hình (LS) cho mô hình USLE
• 4.2.1.1. Mô hình số độ cao vùng nghiên cứu
• 4.2.1.2. Xác định hệ số địa hình (LS) từ mô hình số độ cao trong GIS
• 4.2.2. Xác định hệ số xói mòn đất (K)
• 4.2.3. Xác định hệ số xói mòn do mưa (R)
• 4.2.4. Xác định hệ số cây trồng (C)
• 4.2.5. Xác định hệ số bảo vệ đất (P)
• 4.3. MỨC ĐỘ XÓI MÒN ĐẤT TRÊN ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG ĐẤT
• 4.3.1. Ứng dụng GIS và USLE thành lập bản đồ dự báo xói mòn hiện trạng
• 4.3.2. Phân tích kết quả hiện trạng xói mòn trên lưu vực
• 4.4. DỰ BÁO LƯỢNG PHÙ SA BỒI LẮNG LÒNG HỒ
• 4.4.1. Mô tả tóm tắt nghiên cứu của Lee H.
• 4.4.2. Dự báo lượng phù sa chuyển đến hồ hằng năm
• 4.4.2.1. Lượng phù sa chuyển đến hồ theo nghiên cứu
• 4.4.2.2. Lượng phù sa chuyển đến hồ theo Lee H.
• 4.4.3. Khảo sát và đánh giá thực địa
• 4.4.3.1. Kết quả phân tích hàm lường phù sa (SS)
• 5. CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BẢO VỆ
• 5.1. GIẢI PHÁP QUẢN LÝ QUY HOẠCH TỔNG THỂ
• 5.2. ĐẢM BẢO TÍNH BỀN VỮNG CỦA RỪNG
• 5.2.1. Công tác quản lý và bảo vệ rừng
• 5.2.2. Xây dựng và phát triển
• 5.2.3. Công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành lâm nghiệp
• 5.2.4. Khai thác tiềm năng giá trị dịch vụ môi trường rừng, dịch vụ hệ sinh thái với những hoạt động ứng phó giảm nhẹ thiên tai, biến đổi khí hậu
• 5.3. BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT VÀ GIẢM XÓI MÒN DO CANH TÁC
• 5.4. CÁC BIỆN PHÁP KHÁC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Ứng dụng GIS và Viễn thám trong Quản lý Môi trường

Việc ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý môi trường lưu vực thủy điện Đa Nhim mang lại nhiều lợi ích quan trọng. Đầu tiên, hệ thống thông tin địa lý cho phép phân tích và trực quan hóa dữ liệu không gian, từ đó hỗ trợ việc ra quyết định trong quản lý tài nguyên nước và đất. Sử dụng viễn thám giúp theo dõi biến động lớp phủ thực vật, đánh giá xói mòn và bồi lắng, từ đó đưa ra các giải pháp bảo vệ môi trường hiệu quả. Các công nghệ này không chỉ giúp cải thiện khả năng giám sát mà còn tăng cường khả năng dự báo các tác động môi trường trong lưu vực. Như một ví dụ, luận văn đã chỉ ra rằng việc tích hợp viễn thám và GIS có thể dự đoán được sự suy giảm diện tích rừng trong vòng 10 năm tới, điều này có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

II. Phân tích biến động lớp phủ thực vật và xói mòn đất

Sử dụng ảnh viễn thám để đánh giá biến động lớp phủ thực vật là một trong những ứng dụng chính của công nghệ GIS. Luận văn đã thực hiện phân tích trên diện tích 31.550 ha, cho thấy mức độ xói mòn đất và bồi lắng là vấn đề nghiêm trọng. Kết quả cho thấy, xói mòn đất ở các khu vực khác nhau có sự khác biệt rõ rệt, với mức xói mòn cao nhất ở rừng thông. Đặc biệt, lượng phù sa đến hồ Đa Nhim hàng năm ước tính lên tới 99.101 tấn, điều này có thể gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước và khả năng lưu trữ của hồ. Việc đánh giá này không chỉ cung cấp thông tin về tình trạng hiện tại mà còn giúp dự báo xu hướng trong tương lai, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.

III. Đề xuất giải pháp quản lý bền vững cho lưu vực

Dựa trên các phân tích và kết quả thu được, luận văn đã đề xuất một số giải pháp nhằm phát triển bền vững cho lưu vực Đa Nhim. Trong đó, việc quản lý bảo vệ rừng theo định hướng xã hội hóa lâm nghiệp được nhấn mạnh như một chiến lược quan trọng. Giải pháp này không chỉ giúp bảo vệ tài nguyên rừng mà còn nâng cao nhận thức của cộng đồng về vai trò của rừng trong việc duy trì hệ sinh thái. Bên cạnh đó, việc áp dụng các biện pháp kiểm soát xói mòn đất và giảm thiểu lượng bùn cát đến hồ là cần thiết để bảo vệ chất lượng nước. Các giải pháp này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn đảm bảo tính bền vững cho môi trường trong dài hạn.

IV. Tác động môi trường và đánh giá hiệu quả quản lý

Đánh giá tác động môi trường từ hoạt động thủy điện là một phần quan trọng trong việc quản lý bền vững lưu vực. Luận văn đã chỉ ra rằng, sự phát triển thủy điện không chỉ mang lại lợi ích về năng lượng mà còn có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến tài nguyên nước và đất. Việc sử dụng công nghệ GIS trong đánh giá tác động môi trường giúp nhận diện các vấn đề một cách kịp thời, từ đó có thể đưa ra các biện pháp giảm thiểu hiệu quả. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc quản lý bền vững không chỉ dựa vào công nghệ mà còn cần sự tham gia tích cực từ cộng đồng và các bên liên quan để đạt được hiệu quả cao nhất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông và hồ chứa thủy điện đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm an ninh năng lượng và cân bằng hệ sinh thái khu vực miền núi. Tuy nhiên, tình trạng suy thoái thảm phủ thực vật do mở rộng đất sản xuất nông nghiệp đang làm gia tăng mức độ xói mòn và đẩy nhanh tốc độ bồi lắng tại nhiều công trình thủy điện trọng điểm. Tại tỉnh Lâm Đồng, dù tỷ lệ che phủ rừng đạt khoảng 61,5% với hệ thống 57 dự án thủy điện vừa và nhỏ, chất lượng rừng đầu nguồn vẫn đối mặt với nhiều áp lực khai thác.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm tập trung vào việc đánh giá biến động lớp phủ thực vật, xác định mức độ mất đất và dự báo nguy cơ bồi lắng lòng hồ chứa. Mục tiêu cụ thể là xây dựng giải pháp công nghệ tích hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS), kỹ thuật viễn thám và mô hình toán phương trình mất đất phổ dụng (USLE) nhằm cung cấp cơ sở khoa học định lượng phục vụ công tác quản lý lưu vực thượng nguồn hồ thủy điện Đa Nhim.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ lưu vực thượng nguồn với tổng diện tích tự nhiên 73.860 ha, nằm trên địa bàn 2 huyện Lạc Dương (chiếm 77% diện tích với 56.813 ha), Đơn Dương (chiếm 13% diện tích với 9.447 ha) và thành phố Đà Lạt (chiếm 10% diện tích với 7.600 ha). Hồ thủy điện Đa Nhim sở hữu dung tích trữ nước 165 triệu m3 cùng công suất thiết kế 160MW, giữ vị trí then chốt ở bậc thang thượng nguồn sông Đa Dâng - Đa Nhim - Đồng Nai. Khung thời gian đối sánh dữ liệu tập trung vào chu kỳ 10 năm giữa hai mốc năm 2001 và năm 2010.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc lượng hóa nguy cơ bồi lắng lên đến 99.101 tấn phù sa mỗi năm và thất thoát 19.104 tấn carbon hữu cơ hàng năm. Dữ liệu số hóa này hỗ trợ trực tiếp cho các nhà hoạch định chính sách xây dựng phương án chi trả dịch vụ môi trường rừng, bảo vệ độ phì nhiêu của đất và kéo dài tuổi thọ vận hành công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của 3 khối lý thuyết chuyên sâu: lý thuyết phản xạ phổ thực vật trong viễn thám, lý thuyết xói mòn đất do nước của phương trình mất đất phổ dụng (USLE) do Wischmeier và Smith phát triển, cùng nguyên lý lan truyền dòng chảy và bồi lắng trầm tích hồ chứa kế thừa từ mô hình SWAT.

Hệ thống khái niệm chính bao gồm:

• Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI): Phản ánh trạng thái sinh trưởng và sinh khối xanh dựa trên đặc tính hấp thụ ánh sáng đỏ tại kênh 3 (bước sóng 0,63 - 0,69 µm) và phản xạ mạnh ở dải cận hồng ngoại tại kênh 4 (bước sóng 0,76 - 0,90 µm) của hệ thống Landsat.
• Mô hình mất đất phổ dụng USLE: Mô phỏng lượng đất mất bình quân hàng năm qua công thức tích hợp 5 biến số gồm hệ số xói mòn do mưa (R), hệ số độ bền xói mòn của đất (K), hệ số chiều dài và độ dốc sườn đồi (LS), hệ số quản lý thảm phủ thực vật (C), và hệ số biện pháp canh tác bảo vệ đất (P).
• Cấp độ xói mòn đất: Phân loại tiềm năng xói mòn từ mức nhẹ đến rất mạnh theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN 5299:1995.
• Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS): Nồng độ hạt phù sa mịn trôi nổi trong nước mặt, đại diện cho cường độ bào mòn tầng đất mặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm ảnh viễn thám vệ tinh Landsat đa thời đoạn chụp năm 2001 và năm 2010, hệ thống bản đồ số độ cao (DEM) trích xuất từ đường bình độ do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lâm Đồng cung cấp, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ quy hoạch 3 loại rừng và chuỗi số liệu khí tượng thủy văn giai đoạn 2000 - 2009.

Cỡ mẫu phân tích không gian bao phủ toàn bộ 73.860 ha lưu vực, trong đó mẫu thống kê chi tiết biến động thảm phủ thực vật thực hiện trên diện tích 31.550 ha. Mẫu khảo sát thực địa được thu thập tại 4 tiểu lưu vực đại diện cho các phương thức sử dụng đất điển hình: rừng kín lá rộng thường xanh, rừng thông ba lá thuần loài, rừng thông xen kẽ đất nông nghiệp và vùng canh tác nông nghiệp tập trung.

Phương pháp chọn mẫu thực địa tuân thủ nguyên tắc phân tầng theo đặc trưng thổ nhưỡng và dạng lập địa địa hình dốc, kết hợp lấy mẫu nước mặt trực tiếp để phân tích chỉ tiêu SS trong phòng thí nghiệm. Lý do lựa chọn giải pháp tích hợp phần mềm ENVI 4.5 và ArcGIS 9.3 là khả năng tự động hóa việc chồng lớp ma trận dữ liệu raster, tính toán hệ số LS từ mô hình mạng lưới tam giác không đều (TIN) với độ chính xác cao, giúp giải quyết triệt để sự phức tạp của địa hình chia cắt mạnh trên cao nguyên Lang Biang. Tiến trình nghiên cứu được triển khai từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 02 năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích dữ liệu không gian và thực nghiệm hiện trường mang lại 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, phân tích biến động thảm phủ thực vật trên diện tích thống kê 31.550 ha cho thấy xu hướng biến động rõ nét trong giai đoạn 2001 - 2010. Tính toán cho toàn lưu vực dự báo trong chu kỳ 10 năm, diện tích rừng hỗn giao và rừng lá rộng bị suy giảm khoảng 88 ha, trong khi diện tích rừng thông giảm tới 4.506 ha do chịu sức ép chuyển đổi sang đất sản xuất nông nghiệp.

Thứ hai, mức độ xói mòn đất có sự phân hóa cực kỳ lớn giữa các loại hình che phủ. Năm 2010, mức xói mòn bình quân tính ở cận trên của phân cấp xói mòn trên diện tích rừng hỗn giao là 0,41 tấn/ha/năm, rừng lá rộng là 0,43 tấn/ha/năm, rừng thông đạt 0,51 tấn/ha/năm. Ngược lại, mức độ xói mòn trên đất sản xuất nông nghiệp năm 2001 lên tới 10,68 tấn/ha/năm, cao gấp hơn 20 lần so với đất có rừng thông che phủ.

Thứ ba, mô hình dự báo lượng bồi lắng xác định tổng lượng phù sa đổ về lòng hồ thủy điện Đa Nhim hàng năm đạt mức 99.101 tấn/năm trong kịch bản xói mòn cực đại. Đi kèm với lượng đất bị rửa trôi là sự thất thoát dinh dưỡng nghiêm trọng với 19.104 tấn carbon hữu cơ bị cuốn trôi mỗi năm khỏi bề mặt lưu vực.

Thứ tư, kết quả phân tích nồng độ chất rắn lơ lửng (SS) tại các nhánh sông suối ghi nhận hàm lượng phù sa từ lưu vực nông nghiệp thuần túy cao gấp 31 lần lưu vực rừng lá rộng tự nhiên, gấp 11 lần lưu vực rừng thông thuần loại và gấp 3 lần khu vực rừng thông xen kẽ đất sản xuất nông nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự chênh lệch lớn về mức độ mất đất bắt nguồn từ sự suy giảm lớp phủ thực vật và tập quán canh tác nông nghiệp trên sườn dốc vượt quá 15 độ. Tán rừng tự nhiên có khả năng triệt tiêu khoảng 30% động năng va đập của hạt mưa, kết hợp lớp thảm mục và hệ thống rễ cây chằng chịt giữ ẩm, làm tăng độ thấm nước và duy trì độ bền liên kết của nhóm đất Humic Acrisol. Khi chuyển đổi sang đất nông nghiệp mà không áp dụng biện pháp che phủ, dòng chảy tràn mặt đất tăng vọt, cuốn trôi lớp mùn màu mỡ.

Kết quả định lượng phù sa của đề tài có sự tương đồng sâu sắc với công trình công bố năm 2011 của nhà khoa học Lee H. MacDonald khi nghiên cứu dòng chảy mặt và bồi lắng phục vụ cơ chế chi trả dịch vụ môi trường tại Lâm Đồng. Sự phù hợp này khẳng định độ tin cậy của phương trình USLE tích hợp viễn thám.

Để phục vụ quản lý trực quan, dữ liệu xói mòn được thể hiện qua các bản đồ chuyên đề phân vùng theo tiêu chuẩn quốc gia và hệ thống biểu đồ cột so sánh trực tiếp tỷ lệ phần trăm xói mòn giữa năm 2001 và 2010. Bảng ma trận chồng lớp chuyển đổi hiện trạng sử dụng đất giúp nhà quản lý xác định chính xác các điểm nóng sạt lở tại các tiểu khu lâm nghiệp thuộc huyện Lạc Dương.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu định lượng, 4 nhóm giải pháp trọng tâm được kiến nghị thực hiện:

Thứ nhất, thực hiện quy hoạch và phục hồi rừng đầu nguồn. Ban Quản lý rừng phòng hộ Đa Nhim cùng Vườn Quốc gia Bidoup - Núi Bà cần khẩn trương khoanh nuôi tái sinh 4.506 ha rừng thông đang bị suy thoái, thiết lập hành lang đai rừng phòng hộ ven hồ chứa nhằm mục tiêu cắt giảm ít nhất 40% lượng bùn cát bồi lắng về hồ trong giai đoạn 2014 - 2020.

Thứ hai, áp dụng đồng bộ các kỹ thuật canh tác nông nghiệp bền vững trên đất dốc. Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp chính quyền địa phương chuyển giao kỹ thuật canh tác theo đường đồng mức, xây dựng hệ thống mương cắt dòng phủ cỏ và thiết lập các dải băng phân xanh chắn đất tại các vùng dốc từ 15 đến 20 độ tại xã Đa Sar và Đa Chais. Giải pháp này hướng tới hạ mức xói mòn đất nông nghiệp từ 10,68 tấn/ha/năm xuống dưới 3,0 tấn/ha/năm trước năm 2018.

Thứ ba, hoàn thiện cơ chế xã hội hóa lâm nghiệp và chi trả dịch vụ môi trường rừng (PES). Ủy ban nhân dân tỉnh Lâm Đồng và Công ty Thủy điện Đa Nhim cần sử dụng nguồn thu từ 160MW công suất thương phẩm để tăng mức kinh phí khoán bảo vệ rừng cho hơn 90% hộ đồng bào dân tộc thiểu số tại chỗ, tạo sinh kế ổn định lâu dài và hạn chế áp lực phá rừng làm rẫy.

Thứ tư, xây dựng hệ thống quan trắc và cảnh báo xói mòn bằng công nghệ WebGIS. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lâm Đồng định kỳ 6 tháng một lần cập nhật dữ liệu viễn thám đa thời gian để theo dõi diễn biến thảm phủ, vận hành cơ sở dữ liệu số nhằm dự báo sớm nguy cơ bồi lắng và biến động lòng hồ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và lâm nghiệp: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường, Ban Quản lý Vườn Quốc gia Bidoup - Núi Bà có thể khai thác bộ dữ liệu không gian 73.860 ha để rà soát quy hoạch 3 loại rừng và xây dựng định mức chi trả dịch vụ môi trường rừng chuẩn xác.
• Doanh nghiệp quản lý và vận hành nhà máy thủy điện: Các kỹ sư vận hành nhà máy thủy điện Đa Nhim và cụm thủy điện lưu vực sông Đồng Nai sử dụng số liệu dự báo 99.101 tấn phù sa/năm để chủ động lập kế hoạch nạo vét, tối ưu hóa dung tích 165 triệu m3 và kéo dài tuổi thọ thiết bị cơ điện.
• Cán bộ khuyến nông và chuyên gia nông nghiệp bền vững: Tài liệu cung cấp cơ sở kỹ thuật để lựa chọn loại cây trồng có hệ số che phủ C cao, thiết kế ruộng bậc thang và hướng dẫn người dân canh tác giảm thiểu bạc màu đất đồi.
• Giảng viên, học viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Môi trường: Luận văn là tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình xử lý ảnh viễn thám trên ENVI kết hợp thuật toán tính hệ số LS trong ArcGIS và mô hình USLE phục vụ các đề tài đánh giá tai biến địa chất.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao giải pháp tích hợp GIS, viễn thám và mô hình USLE lại mang lại hiệu quả vượt trội trong đánh giá lưu vực Đa Nhim? Sự kết hợp này cho phép tính toán tự động các hệ số địa hình phức tạp trên diện tích rộng 73.860 ha từ mô hình số độ cao DEM và ảnh vệ tinh Landsat. Phương pháp này rút ngắn hơn 60% thời gian khảo sát thực địa, giảm chi phí nhân lực và cho phép cập nhật định kỳ biến động thảm phủ với độ tin cậy khoa học cao.

Thảm phủ thực vật có vai trò định lượng cụ thể ra sao trong việc hạn chế xói mòn đất? Số liệu nghiên cứu chứng minh độ che phủ thực vật giữ đất vượt trội: rừng hỗn giao chỉ mất 0,41 tấn/ha/năm và rừng thông mất 0,51 tấn/ha/năm, thấp hơn 20 lần so với đất nông nghiệp (10,68 tấn/ha/năm). Tán rừng làm giảm 30% động năng hạt mưa rơi, ngăn dòng chảy mặt bóc tách tầng đất.

Mô hình USLE sử dụng các nhóm thông số đầu vào nào để tính toán lượng đất mất? Phương trình USLE tích hợp 5 hệ số tự nhiên và nhân tác gồm: hệ số xói mòn do mưa R (tính từ lượng mưa bình quân năm 1.500 mm), hệ số xói mòn đất K theo từng nhóm thổ nhưỡng, hệ số độ dài - độ dốc sườn LS, hệ số thảm phủ C và hệ số bảo vệ đất P.

Vì sao hàm lượng phù sa tại vùng canh tác nông nghiệp lại cao gấp 31 lần vùng rừng lá rộng? Do vùng nông nghiệp thường xuyên bị cày xới, thiếu tầng cây che bóng và canh tác trên địa hình dốc đứng từ 15 đến 20 độ. Khi có mưa lớn kéo dài, đất tơi xốp nhanh chóng bị cuốn trôi trực tiếp vào các suối Đa Lang Biang và Krông Klet, đẩy nồng độ chất rắn lơ lửng tăng vọt.

Kết quả nghiên cứu hỗ trợ gì cho chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng tại Lâm Đồng? Công trình cung cấp chứng cứ khoa học chuẩn xác về việc 65.062 ha đất có rừng giúp ngăn chặn 99.101 tấn phù sa lắng đọng lòng hồ mỗi năm. Đây là căn cứ pháp lý để chủ đầu tư thủy điện trích nguồn thu từ 160MW công suất để chi trả kinh phí bảo vệ rừng cho người dân bản địa.

Kết luận

• Hệ thống hóa hoàn chỉnh quy trình công nghệ kết hợp viễn thám Landsat, GIS và mô hình USLE để đánh giá biến động môi trường lưu vực.
• Lượng hóa chi tiết tốc độ suy thoái với dự báo mất 4.506 ha rừng thông trong 10 năm và bồi lắng 99.101 tấn phù sa hàng năm về hồ chứa.
• Chứng minh tính ưu việt của hệ sinh thái rừng tự nhiên với mức xói mòn chỉ khoảng 0,41 - 0,51 tấn/ha/năm so với 10,68 tấn/ha/năm của đất nông nghiệp.
• Cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa tin cậy trên 73.860 ha phục vụ công tác điều hành quy hoạch 3 loại rừng và chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng.
• Đề xuất hệ thống giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ với lộ trình thực hiện cụ thể trong giai đoạn 2014 - 2020.

Đóng góp khoa học then chốt của luận văn là thiết lập phương pháp luận định lượng xói mòn chi phí thấp, linh hoạt, phù hợp với đặc thù vùng đồi núi Tây Nguyên. Bước đi tiếp theo là mở rộng tích hợp cảm biến viễn thám độ phân giải cao và mở rộng mô hình cho toàn bộ hệ thống lưu vực sông Đồng Nai trong 2 năm tới. Các nhà quản lý lưu vực và đơn vị vận hành thủy điện cần sớm áp dụng quy trình này để đảm bảo khai thác tài nguyên nước an toàn và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Thủy điện cho đến nay vẫn được xem là nguồn cung cấp năng lượng điện đáng kể tại nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam phát triển thủy điện chủ yếu quy mô vừa và nhỏ. Đối với loại hình thủy điện này phát triển mạnh ở khu vực Tây Nguyên do có lợi thế về độ chênh địa hình và tài nguyên rừng, tài nguyên nước còn khá phong phú.

Tuy nhiên, ngày nay nhiều thủy điện đang đứng trước tình trạng thừa nước vào mùa mưa nhưng mùa khô lại cạn kiệt nước. Trong khi đó nhu cầu dùng điện của con người thì theo tỉ lệ ngược lại. Một phần là do công tác quy hoạch phát triển thủy điện chưa hợp lý, tình trạng phá rừng đầu nguồn làm giảm khả năng điều tiết và giữ nước của lưu vực. Trong những năm qua, phát triển thủy điện ở Lâm Đồng bên cạnh sự đóng góp tích cực cho tăng trưởng kinh tế còn có tác động bất lợi đến tài nguyên và môi trường, thậm chí đe dọa, gây nhiều tác hại, ảnh hưởng đến nguồn nước và phát triển không bền vững trên lưu vực các dòng sông (Đa Nhim, Đa Dâng, Đồng Nai, La Ngà và Krông Nô).

Đến năm 2008 tỉnh Lâm Đồng có tổng cộng 57 dự án thủy điện vừa và nhỏ với tổng công suất lắp máy là 364MW với diện tích ngập 2.609 ha và diện tích chiếm đất để xây dựng đường giao thông, kênh dẫn, lưới truyền tải điện gần 3. Trong đó, những công trình thủy điện có công suất và dung tích hồ chứa lớn đã và đang được xây dựng như Đa Nhim 165 triệu m3 (160MW), Đại Ninh 300 triệu m3, Hàm Thuận 695 triệu m3, Đạ Mí 140,78 triệu m3, Đồng Nai 3 là 1,4 tỷ m3, Đồng Nai 4 là 337 triệu m3, Đồng Nai 2 là 240 triệu m3 (Công trình Thuỷ điện Đồng Nai 2, 3, 4 đang triển khai xây dựng). Hiện tại, ở Lâm Đồng các công trình thủy điện chủ yếu tập trung trên dòng sông Đa Dâng - Đa Nhim - Đồng Nai, với năm (05) thủy điện dạng bậc thang, trong đó hồ thủy điện Đa Nhim là một công trình thủy điện khá lớn nằm về phía thượng nguồn và có vị trí rất quan trọng trong chiến lược bảo tồn và phát triển KT-XH của tỉnh Lâm Đồng. Mặc dù tỷ lệ che phủ rừng Lâm Đồng là 61,5% [Báo cáo hiện trạng môi trường năm 2010] nhưng chất lượng rừng và đa dạng sinh học ngày càng giảm do việc quản lý và 10 khai thác tài nguyên rừng chưa tốt, chưa hợp lý.

Đa phần ở các lưu vực việc sử dụng đất chưa hiệu quả, công tác quản lý bảo vệ rừng và chia sẽ lợi ích về tài nguyên môi trường chưa hợp lý dẫn đến nguy cơ xói mòn mặt đất, mất chất dinh dưỡng, thay đổi lớp phủ, tăng khả năng dòng chảy mặt, giảm khả năng dòng chảy ngầm, mất khả năng giữ nước, tăng lượng bồi lắng lòng hồ, làm giảm dung tích hồ chứa thủy điện, dư thừa nước gây ngập lụt phía hạ lưu vào mùa mưa và thiếu nước vào mùa khô. Vấn đề cấp bách đặt ra là cần có những nghiên cứu với các công cụ hợp lý để đánh giá những diễn biến, từ đó đề xuất giải pháp góp phần phát triển bền vững lưu vực. Hiện nay, trên thế giới và ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu sử dụng các công cụ để đánh giá những nguy cơ gây ảnh hưởng tới lưu vực như suy thoát xói mòn đất, bồi lắng, thay đổi dòng chảy,. trên các loại hình sử dụng đất của các lưu vực khác nhau, từ đó đề xuất các giải pháp góp phần quản lý, bảo vệ tài nguyên môi trường như: Steven M.

De Jong, 1994 với đề tài “Ứng dụng Viễn thám nghiên cứu suy thoái đất ở vùng Địa Trung Hải; Amarinder Singh, 2009 với nghiên cứu “Mô hình hóa dòng chảy tràn và xói mòn đất ở một lưu vực nhỏ vùng Himalya”; Hyeon Kik Kim, 2006 với đề tài “Sử dụng mô hình RUSLE và GIS đánh giá xói mòn đất ở vùng Imha, Hàn Quốc”; Lee H. MacDonald, 2011 “Đo dòng chảy tràn bề mặt và lượng phù sa từ các lưu vực có hình thức sử dụng đất khác nhau (1- Rừng thường xanh lá rộng, 2- Rừng thông,3- Rừng thông xen lẫn đất nông nghiệp, và 4- Đất nông nghiệp)” phục vụ chi trả dịch vụ môi trường tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam; Nguyễn Thị Ngọc Anh, 2009 với đề tài “Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý đánh giá xói mòn đất phục vụ công tác quản lý và bảo vệ môi trường thành phố Đà Lạt”; Lê Hoàng Tú và cộng sự, 2011 với đề tài “Ứng dụng GIS trong đánh giá mức độ xói mòn đất tại lưu vực sông Đa Tam, tỉnh Lâm Đồng”. Chính vị trí, vai trò quan trọng của thủy điện Đa Nhim trong hệ thống các công trình thủy điện dạng bậc thang trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng, với những công cụ trong các nghiên cứu có liên quan, tác giả tiến hành thực hiện Đề tài: “Ứng dụng GIS và Viễn thám trong quản lý lưu vực thượng nguồn thủy điện Đa Nhim” được thực hiện nhằm góp phần phát triển bền vững cho lưu vực. Mục tiêu nghiên cứu Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS), Viễn thám và Mô hình toán trong đánh giá biến động thực phủ, dự báo khả năng xói mòn đất và đánh giá nguy cơ bồi lắng lòng hồ.

Từ đó, đề xuất một số biện pháp góp phần phát triển bền vững cho lưu vực. Nội dung và phạm vi nghiên cứu - Điều tra, thu thập các bản đồ (địa hình, thủy văn, thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất,…) các tài liệu liên quan đến dân cư, xây dựng, quy hoạch, số liệu khí tượng thủy văn, loại đất. - Sử dụng ảnh viễn thám LANDSAT (chụp vào 02 thời đoạn khác nhau, cách nhau 5 ít nhất năm) và bản đồ quy hoạch sử dụng đất qua các năm, ứng dụng phần mềm xử lý ảnh viễn thám ENVI 4.5 và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đánh giá sự biến động về thảm phủ bề mặt của lưu vực. - Ứng dụng GIS (phần mềm ArcGis 9.3) và mô hình toán phương trình mất đất phổ dụng (USLE) xây dựng bản đồ phân cấp mức độ xói mòn của lưu vực.

- Tiếp cận các nghiên cứu có liên quan (ứng dụng mô hình SWAT), đánh giá nguy cơ bồi lắng lòng hồ trong một đơn vị thời gian (tấn/năm). - Khảo sát thực địa, đánh giá và kiểm chứng kết quả đạt được bằng việc lấy mẫu và phân tích hàm lượng phù sa (SS) tại các sông, suối với các loại hình sử dụng đất khác nhau. Đồng thời xem xét tình trạng phá rừng và bồi lắng trên lưu vực. - Đề xuất các giải pháp góp phần phát triển bền vững cho lưu vực.

Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng quan tài liệu: Thông qua việc điều tra, thu thập các tài liệu, các bản đồ liên quan đến dân cư và phân bố dân cư, kinh tế - xã hội, hiện trạng sử dụng đât, 12 quy hoạch, xây dựng, số liệu khí tượng thủy văn, địa hình, thổ nhưỡng, ….trên phạm vi lưu vực và đặc điểm của hồ thủy điện Đa Nhim. - Phương pháp sử dụng viễn thám và GIS: Đánh giá biến động thực phủ bằng việc sử dụng ảnh viễn thám, phần mềm ENVI 4.5, phần mềm ArcGis 9. - Phương pháp chồng lớp bản đồ, phân tích không gian, phân tích thống kê trên GIS và mô hình toán về phương trình mất đất phổ dụng (USLE): Xây dựng bản đồ phân cấp mức độ xói mòn của lưu vực và đánh giá. - Phương pháp kế thừa và so sánh: Tiếp cận các nghiên cứu có liên quan (sử dụng mô hình SWAT), đánh giá nguy cơ bồi lắng lòng hồ trong một đơn vị thời gian (tấn/năm).

- Phương pháp khảo sát thực địa, lấy mẫu và phân tích: Thực hiện khảo sát thực địa, đánh giá, kiểm chứng kết quả đạt được bằng việc lấy mẫu và phân tích hàm lượng phù sa (SS) tại các sông, suối với các loại hình sử dụng đất khác nhau. Đồng thời xem xét tình trạng phá rừng và bồi lắng trên lưu vực. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn 1. Ý nghĩa khoa học của luận văn - Hệ thống hóa quy trình sử dụng ảnh viễn thám trong đánh giá sự biến động về hiện trạng sử dụng đất của lưu vực và tạo ra giải pháp phân tích nhanh và có độ tin cậy cao dựa trên chỉ số thực vật (NDVI) và hệ số cây trồng (C).

- Đề xuất mô hình xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) GIS cho phép cung cấp các tham số chủ yếu trong tích hợp với mô hình toán để dự báo khả năng xói mòn đất và đánh giá nguy cơ bồi lắng lòng hồ phục vụ cho công tác quản lý một cách thuận lợi và hiệu quả. - Kết quả cho thực nghiệm trong đánh giá khả năng bồi lắng lòng hồ theo hai (02) kịch bản khác nhau đã minh chứng giải pháp đề xuất rất hiệu quả trong việc hỗ trợ các nhà 13 quản lý và những người ra quyết định những thông tin đầy đủ và chính xác góp phần phát triển bền vững lưu vực. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn - Kết quả cho thấy Lâm Đồng có diện tích rừng tự nhiên chiếm tỷ lệ lớn trong lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai. Với tỷ lệ che phủ rừng còn khá lớn là 61,5% với 57 dự án thủy điện vừa và nhỏ, nhưng do công tác quản lý bảo vệ rừng và chia sẽ lợi ích về tài nguyên môi trường chưa hợp lý (giữa chủ sở hữu các công trình thủy điện và cộng đồng dân cư trên thượng nguồn) dẫn đến nguy cơ xói mòn mặt đất, tăng lượng bồi lắng lòng hồ, làm giảm dung tích chứa nước, dư thừa nước gây ngập lụt phía hạ lưu vào mùa mưa và thiếu nước trong mùa khô.

- Giải pháp đề xuất đã góp phần hạn chế suy giảm Tài nguyên đất và xói mòn do địa hình đồi núi, làm cho đất canh tác bị bạc màu, mất chất dinh dưỡng. Đồng thời gây tác hại đến các công trình thủy điện thuộc lưu vực. - Lần đầu tiên, Lâm Đồng có được các dữ liệu đầy đủ về xói mòn đất và tiềm năng nguy cơ bồi lắng lòng hồ được lưu trữ và quản lý trong GIS, góp phần tạo ra khả năng cập nhật và sử dụng thông tin rất linh động và tiết kiệm chi phí. - Kết quả đạt được sẽ giúp giảm nhẹ thiệt hại về kinh tế do xói mòn đất gây ra, góp phần thực hiện tốt hơn các giải pháp về chia sẽ lợi ích tài nguyên và môi trường giữa chủ đầu tư các công trình thủy điện và cộng đồng nơi thực hiện nhận khoán quản lý bảo vệ rừng đầu nguồn.