Tổng quan nghiên cứu

Huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn, nằm trong vùng núi Đông Bắc Việt Nam với địa hình phức tạp, chủ yếu là đồi núi cao và hệ thống sông suối dày đặc. Diện tích đất rừng chiếm trên 80% tổng diện tích huyện, tạo nên hệ sinh thái phong phú, đặc biệt là khu vực Vườn quốc gia Ba Bể – một điểm du lịch sinh thái nổi tiếng. Tuy nhiên, địa hình dốc, chia cắt mạnh cùng với biến động lớp phủ rừng đã làm gia tăng nguy cơ sạt lở đất, gây thiệt hại nghiêm trọng về tài sản và ảnh hưởng đến phát triển kinh tế xã hội địa phương. Trong giai đoạn 2010-2020, hiện tượng sạt lở đất tại Ba Bể diễn biến phức tạp với tần suất ngày càng tăng, đặc biệt do tác động của việc khai thác rừng trái phép và biến đổi lớp phủ rừng.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng bản đồ lớp phủ rừng, đánh giá biến động lớp phủ và phân vùng nguy cơ sạt lở đất trên địa bàn huyện Ba Bể trong giai đoạn 2010-2020. Nghiên cứu nhằm làm rõ mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và nguy cơ sạt lở đất, từ đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên địa bàn huyện Ba Bể, với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 của các năm 2010 và 2020, cùng các dữ liệu địa chất, thổ nhưỡng, lượng mưa và điểm trượt lở đất trong giai đoạn 2010-2020.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, bảo vệ rừng và phòng chống thiên tai tại địa phương, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong lĩnh vực lâm nghiệp và quản lý rủi ro thiên tai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Khái niệm sạt lở đất: Sạt lở đất là quá trình chuyển động của đất, đá xuống dốc dưới tác động của trọng lực, bao gồm các dạng như trượt, chảy, rơi, với thời gian diễn ra từ vài giây đến hàng trăm năm. Độ dốc địa hình và lớp phủ thực vật là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và mức độ sạt lở.

  • Khái niệm lớp phủ rừng: Lớp phủ rừng là quần xã thực vật rừng trên mặt đất, bao gồm các đặc trưng về nguồn gốc, mật độ, độ che phủ, tuổi cây và cấu trúc rừng. Luật Lâm nghiệp 2017 và các văn bản pháp luật liên quan quy định rõ các tiêu chí phân loại rừng tự nhiên, rừng trồng, rừng phòng hộ và rừng đặc dụng.

  • Ứng dụng viễn thám và GIS: Viễn thám (Remote Sensing) là khoa học thu nhận thông tin về bề mặt Trái Đất mà không tiếp xúc trực tiếp, sử dụng ảnh vệ tinh như Landsat 8 với độ phân giải từ 15-30m. GIS (Geographic Information System) là hệ thống thu thập, quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu địa lý, hỗ trợ xây dựng bản đồ và phân tích không gian các yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở đất.

  • Chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Thuật toán đánh giá mật độ và sức khỏe thảm thực vật dựa trên phản xạ bước sóng đỏ và cận hồng ngoại, giúp phân loại và đánh giá biến động lớp phủ rừng.

  • Phân tích đa tiêu chí (MCA): Phương pháp tích hợp các yếu tố ảnh hưởng như lớp phủ rừng, độ dốc, lượng mưa, thổ nhưỡng, địa chất và khoảng cách đến đường giao thông để xây dựng bản đồ nguy cơ sạt lở đất.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Ảnh vệ tinh Landsat 8 năm 2010 và 2020 được tải từ trang Earthexplorer.gov, dữ liệu mô hình số độ cao (DEM), bản đồ địa chất, thổ nhưỡng, lượng mưa tại các trạm quan trắc tỉnh Bắc Kạn, cùng dữ liệu điểm trượt lở đất giai đoạn 2010-2020 từ Viện Khoa học Địa chất & Khoáng sản Việt Nam.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm ArcGIS để xử lý ảnh vệ tinh, bao gồm tổ hợp màu, trộn ảnh nâng cao độ phân giải, tăng cường chất lượng ảnh, nắn chỉnh hình học và chuyển đổi hệ tọa độ từ WGS84 sang VN2000. Phân loại lớp phủ rừng bằng phương pháp phân loại có kiểm định (Supervised classification) với thuật toán Maximum Likelihood. Tính toán chỉ số NDVI để hỗ trợ phân loại.

  • Kiểm chứng và đánh giá độ chính xác: Thiết lập 30 ô tiêu chuẩn khảo sát thực địa, bao gồm 11 ô đất rừng, 8 ô đất nông nghiệp, 7 ô đất phi nông nghiệp và 4 ô đất mặt nước, sử dụng GPS để xác định vị trí và đối chiếu với kết quả phân loại ảnh.

  • Phân tích đa tiêu chí (MCA): Xác định trọng số các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ sạt lở đất dựa trên số lượng điểm sạt lở thực tế, tính toán chỉ số nguy cơ H và phân cấp nguy cơ thành 4 mức: thấp, trung bình, cao và rất cao.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong 12 tháng, từ tháng 10/2019 đến tháng 10/2020, bao gồm thu thập dữ liệu, xử lý ảnh, phân tích và kiểm chứng thực địa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng lớp phủ rừng năm 2010 và 2020:

    • Năm 2010, diện tích đất rừng chiếm 58.626 ha, tương đương 86% tổng diện tích huyện Ba Bể. Đất nông nghiệp chiếm 10,6% (7.658 ha), đất phi nông nghiệp và đất mặt nước lần lượt chiếm 1.244 ha và 839 ha.
    • Năm 2020, diện tích đất rừng giảm nhẹ còn 57.682 ha (84%), đất phi nông nghiệp tăng gấp đôi lên 2.737 ha (4%), đất nông nghiệp giảm nhẹ còn 7.126 ha (10,4%), đất mặt nước gần như không đổi (821,6 ha).

  2. Biến động lớp phủ rừng giai đoạn 2010-2020:

    • Mật độ cây xanh giảm rõ rệt, thể hiện qua chỉ số NDVI với giá trị thấp nhất năm 2010 là -0,08 và giảm hơn vào năm 2020.
    • Tình trạng khai thác rừng trái phép diễn ra phức tạp, đặc biệt tại Vườn quốc gia Ba Bể, với hơn 7 vụ khai thác gỗ nhóm IIA trong 6 tháng đầu năm 2018 và 16 vụ vi phạm trong 9 tháng đầu năm 2019, thu giữ hơn 48 m3 gỗ các loại.

  3. Đánh giá nguy cơ sạt lở đất:

    • Bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất được xây dựng dựa trên phân tích đa tiêu chí, cho thấy các khu vực có độ dốc lớn, biến động lớp phủ rừng mạnh và gần các tuyến giao thông có nguy cơ rất cao và cao về sạt lở.
    • Chỉ số nguy cơ H được tính toán và phân cấp theo 4 mức, trong đó các vùng có lớp phủ rừng suy giảm có chỉ số H cao hơn, tương ứng với nguy cơ sạt lở tăng lên.

  4. Độ chính xác phân loại lớp phủ:

    • Qua kiểm chứng thực địa tại 30 ô tiêu chuẩn, kết quả phân loại ảnh vệ tinh đạt độ chính xác cao, đảm bảo tin cậy cho việc xây dựng bản đồ và phân tích biến động lớp phủ.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy biến động lớp phủ rừng có ảnh hưởng trực tiếp đến nguy cơ sạt lở đất tại huyện Ba Bể. Việc giảm diện tích rừng tự nhiên và mật độ cây xanh làm giảm khả năng giữ đất, tăng nguy cơ trượt lở, đặc biệt ở các khu vực có địa hình dốc và đất yếu. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng chung về tác động của biến đổi lớp phủ rừng đến thiên tai sạt lở.

Việc ứng dụng viễn thám và GIS đã cung cấp công cụ hiệu quả trong việc giám sát biến động lớp phủ và xây dựng bản đồ nguy cơ sạt lở với độ chính xác cao, giúp các nhà quản lý có cơ sở khoa học để ra quyết định. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi diện tích các loại lớp phủ rừng và bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở sẽ minh họa rõ nét mối quan hệ này.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng gặp một số hạn chế như dữ liệu lượng mưa và địa chất chưa được cập nhật liên tục, ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ nguy cơ. Do đó, cần tiếp tục bổ sung dữ liệu và mở rộng phạm vi nghiên cứu trong tương lai.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường công tác quản lý và bảo vệ rừng

    • Thực hiện nghiêm túc các quy định về bảo vệ rừng, đặc biệt tại các khu vực có nguy cơ sạt lở cao.
    • Tăng cường tuần tra, kiểm soát và xử lý nghiêm các hành vi khai thác rừng trái phép.
    • Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý Vườn quốc gia Ba Bể, Hạt Kiểm lâm huyện Ba Bể.
    • Thời gian: Triển khai ngay và duy trì liên tục.

  2. Phục hồi và trồng mới rừng tại các khu vực suy giảm lớp phủ

    • Ưu tiên trồng rừng phòng hộ và rừng đặc dụng tại các vùng có độ dốc lớn và nguy cơ sạt lở cao.
    • Hỗ trợ người dân về giống cây, kỹ thuật trồng và chăm sóc rừng.
    • Chủ thể thực hiện: UBND huyện Ba Bể, các tổ chức lâm nghiệp và cộng đồng dân cư.
    • Thời gian: Kế hoạch 5 năm, đánh giá định kỳ hàng năm.

  3. Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong giám sát và cảnh báo sạt lở

    • Xây dựng hệ thống giám sát biến động lớp phủ rừng và cảnh báo sạt lở đất theo thời gian thực.
    • Đào tạo cán bộ kỹ thuật sử dụng công nghệ GIS để nâng cao năng lực quản lý.
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm nghiên cứu Địa tin học, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Kạn.
    • Thời gian: Triển khai trong 2 năm tới.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống sạt lở đất

    • Tổ chức các chương trình giáo dục, tập huấn cho người dân về tác động của biến động lớp phủ rừng và cách phòng tránh sạt lở.
    • Khuyến khích cộng đồng tham gia bảo vệ rừng và giám sát các hoạt động khai thác.
    • Chủ thể thực hiện: UBND xã, các tổ chức xã hội và trường học địa phương.
    • Thời gian: Liên tục, ưu tiên các vùng nguy cơ cao.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý lâm nghiệp và bảo vệ rừng

    • Lợi ích: Nắm bắt được phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý lớp phủ rừng và phòng chống sạt lở.
    • Use case: Lập kế hoạch bảo vệ rừng, giám sát biến động lớp phủ và đánh giá nguy cơ thiên tai.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Lâm nghiệp, Địa lý, Môi trường

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, xử lý dữ liệu viễn thám, GIS và phân tích đa tiêu chí trong đánh giá nguy cơ sạt lở.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn, luận án liên quan đến quản lý tài nguyên thiên nhiên và phòng chống thiên tai.

  3. Cơ quan quản lý thiên tai và quy hoạch đô thị

    • Lợi ích: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng bản đồ cảnh báo, quy hoạch phát triển bền vững, giảm thiểu rủi ro thiên tai.
    • Use case: Lập kế hoạch ứng phó, phòng chống sạt lở đất và phát triển hạ tầng an toàn.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực môi trường

    • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của biến động lớp phủ rừng đến nguy cơ sạt lở, từ đó tham gia bảo vệ rừng và phòng chống thiên tai hiệu quả.
    • Use case: Tham gia các chương trình bảo vệ môi trường, nâng cao nhận thức và thực hiện các biện pháp giảm thiểu rủi ro.

Câu hỏi thường gặp

  1. Viễn thám và GIS có vai trò gì trong nghiên cứu sạt lở đất?
    Viễn thám cung cấp dữ liệu ảnh vệ tinh giúp phân loại và đánh giá biến động lớp phủ rừng, trong khi GIS hỗ trợ phân tích không gian, xây dựng bản đồ nguy cơ sạt lở. Ví dụ, sử dụng ảnh Landsat 8 và phần mềm ArcGIS để xác định các khu vực rừng suy giảm và nguy cơ sạt lở tương ứng.

  2. Chỉ số NDVI được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    NDVI đo mật độ và sức khỏe thảm thực vật dựa trên phản xạ bước sóng đỏ và cận hồng ngoại. Giá trị NDVI giảm cho thấy mật độ cây xanh giảm, liên quan đến tăng nguy cơ sạt lở đất. Nghiên cứu đã tính toán NDVI năm 2010 và 2020 để đánh giá biến động lớp phủ rừng.

  3. Phương pháp phân tích đa tiêu chí (MCA) được áp dụng ra sao?
    MCA tích hợp các yếu tố ảnh hưởng như lớp phủ rừng, độ dốc, lượng mưa, thổ nhưỡng, địa chất và khoảng cách đến đường giao thông, gán trọng số dựa trên số điểm sạt lở thực tế để tính chỉ số nguy cơ sạt lở H, từ đó phân vùng nguy cơ thành các mức độ khác nhau.

  4. Làm thế nào để kiểm chứng độ chính xác của bản đồ lớp phủ rừng?
    Nghiên cứu thiết lập 30 ô tiêu chuẩn khảo sát thực địa, sử dụng GPS xác định vị trí và so sánh với kết quả phân loại ảnh vệ tinh, đảm bảo độ chính xác cao và tin cậy cho phân tích biến động lớp phủ.

  5. Các giải pháp giảm thiểu nguy cơ sạt lở đất được đề xuất là gì?
    Bao gồm tăng cường quản lý và bảo vệ rừng, phục hồi rừng tại các khu vực suy giảm, ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong giám sát, cảnh báo sạt lở, cùng với tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống thiên tai.

Kết luận

  • Ứng dụng viễn thám và GIS hiệu quả trong xây dựng bản đồ lớp phủ rừng và phân vùng nguy cơ sạt lở đất huyện Ba Bể giai đoạn 2010-2020.
  • Diện tích rừng tự nhiên giảm nhẹ, mật độ cây xanh giảm rõ rệt, làm tăng nguy cơ sạt lở đất tại các khu vực địa hình dốc.
  • Bản đồ nguy cơ sạt lở đất phân cấp rõ ràng theo 4 mức độ, giúp xác định vùng trọng điểm cần ưu tiên bảo vệ và phục hồi rừng.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý rừng, phòng chống thiên tai và phát triển kinh tế bền vững tại địa phương.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể, bao gồm tăng cường quản lý rừng, phục hồi lớp phủ, ứng dụng công nghệ và nâng cao nhận thức cộng đồng, nhằm giảm thiểu nguy cơ sạt lở đất trong tương lai.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu cập nhật dữ liệu mới để nâng cao độ chính xác và hiệu quả quản lý. Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững huyện Ba Bể.