Bài viết này sẽ trình bày phương pháp giải đoán địa hình đáy biển ven bờ, đặc biệt là các bãi ngập triều tại khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ Sentinel-2 có độ phân giải 10 m. Các kết quả giải đoán bãi ngập triều khu vực cửa Tiên Châu được kiểm tra bằng các số liệu khảo sát địa hình được thực hiện cùng thời kỳ, được tiến thành trong khuôn khổ đề tài.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 GIẢI ĐOÁN BÃI NGẬP TRIỀU BẰNG ẢNH SENTINEL-2, ÁP DỤNG CHO KHU VỰC CỬA TIÊN CHÂU, TỈNH PHÚ YÊN Trần Thanh Tùng1, Dường Công Điển2 Khoa Công trình - Trường Đại học Thủy lợi, email: t.t.tung@tlu.edu.vn Viện Cơ học - Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam MỞ ĐẦU Dữ liệu địa hình đáy biển vùng ven bờ nói chung, khu vực cửa sơng nói riêng có vai trị quan trọng quản lý khai thác vùng cửa sông phục vụ ngành kinh tế vận tải thủy, nuôi trồng thủy sản, lũ mơi trường Các biến động địa hình đáy biển ven bờ khu vực cửa sơng cịn liệu quan trọng để nghiên cứu quy luật biến động cửa sông đề xuất giải pháp chỉnh trị, ổn định cửa sông Bài báo trình bày phương pháp giải đốn địa hình đáy biển ven bờ, đặc biệt bãi ngập triều khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ Sentinel-2 có độ phân giải 10 m Các kết giải đoán bãi ngập triều khu vực cửa Tiên Châu kiểm tra số liệu khảo sát địa hình thực thời kỳ, tiến thành khuôn khổ đề tài [1] So sánh kết giải đoán với số liệu khảo sát địa hình đáy biển cho thấy phương pháp cho kết giải đoán tốt có khả ứng dụng để giải đốn bãi ngập triều cửa sông nước ta Cửa Tiên Châu nằm cửa sông Cái (đoạn hạ lưu sông Kỳ Lộ), phía nam vịnh Xuân Đài thuộc, xã An Ninh Đông, huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên Bên cửa Tiên Châu cảng cá khu neo đậu tránh trú bão cho 400 tàu thuyền xã An Ninh Tây, xã An Ninh Đông, huyện Tuy An địa phương khác thuộc tỉnh Phú Yên Cửa Tiên Châu và khu vực cảng cá thường xuyên bị bồi lấp, gây nhiều khó khăn cho tàu thuyền vào cảng, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động đội tàu đánh bắt thủy sản huyện Tuy An vùng lân cận Đối tượng nghiên cứu báo bãi ngập triều khu vực cửa Tiên Châu, thuộc xã An Ninh Đông, huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên bao gồm doi cát bồi phía bắc cửa Tiên Châu bãi ngập triều khu vực cửa giai đoạn từ tháng năm 2019 đến tháng năm 2020 Kết giải đốn địa hình đáy biển ven bờ cung cấp tư liệu quan trọng để phân tích biến động theo mùa doi cát phía bắc cửa Tiên Châu bãi ngập triều phía ngồi cửa phục vụ đánh giá quy luật diễn biến đề xuất giải pháp chỉnh trị cửa Tiên Châu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Địa hình bãi bồi vùng cửa sơng thường đo đạc phương pháp khảo sát truyền thống, đo sâu máy hồi âm đơn tia đa tia kết hợp với hệ thống định vị DGPS công nghệ bay quét chụp ảnh số Lidar (Airborne Lidar Bathymetry) vào thời điểm triều kiệt, quang mây nhằm tăng cường tối đa khả thu nhận tín hiệu đo độ cao địa hình Khảo sát địa hình phương pháp truyền thống có ưu điểm độ xác cao hạn chế tốc độ khảo sát, chi phí đắt khó đo đạc vùng nước nơng có địa hình phức tạp, nhiều vật cản, thuyền đo khó tiếp cận Phương pháp khảo sát công nghệ bay quét chụp ảnh số Lidar phụ hợp với vùng khảo sát rộng, độ xác vừa phải quang mây Đặc biệt phù hợp khu vực ven bờ khu vực cửa sông có độ đục nhỏ, nước khó tiếp cận, đo đạc thiết bị đo sâu hồi âm Tuy nhiên 540 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 phương pháp đắt phù hợp cần đo đạc cho vùng rộng thường quan khảo sát địa hình nhà nước thực liên quan tới an ninh, quốc phòng tiến hành bay quét chụp ảnh số Giải đốn địa hình đáy biển cho vùng nước nông ven bờ từ ảnh vệ tinh đa phổ có độ phân giải cao phát triển mạnh thời gian gần đây, nguồn ảnh vệ tinh đa phổ có độ phân giải cao miễn phí LANDSAT, IKONOS, SENTINEL ngày nhiều Mặc dù địa hình đáy biển giải đốn từ cơng nghệ chưa đạt tới độ xác cao phương pháp đo đạc truyền thống thiết bị đo sâu hồi âm có ưu điểm chi phí rẻ, độ xác vừa phải, tiến hành cho phạm vi rộng phù hợp cho vùng nước nơng, có địa hình phức tạp, mà thuyền đo khó tiếp cận Phương pháp giải đoán Cơ sở khoa học phương pháp giải đốn địa hình đáy biển từ ảnh vệ tinh đa thời gian có độ phân giải cao nghiên cứu nhiều tác giả giới Stumpf cộng [2] phát triển phương pháp giải đoán độ sâu đáy biển dựa tỉ lệ biến đổi tín hiệu theo hàm logarit dải tần ánh sáng Nghiên cứu Stumpf bước sóng ánh sáng mặt trời vào nước bị hấp thụ cột nước hấp thụ tuân theo hàm logarit Thuật toán giải đoán độ sâu đáy biển sử dụng suy giảm tín hiệu phản xạ hai dải tần số ánh sáng nhìn thấy màu xanh dương (blue) màu xanh (green) để xác định độ sâu đáy biển cho khu vực ven bờ theo quan hệ tuyến tính cơng thức (1) Đối với mơi trường nước hồn tồn suốt, độ sâu giải đốn lên đến 25 m Trong điều kiện nước trong, độ sâu giải đoán lên tới 15-20 m, phù hợp với đặc điểm vùng nước biển ven bờ khu vực miền Trung nước ta Cơng thức giải đốn độ sâu đáy biển sau ln nRi m0 (1) z m1 ln nR j Trong z độ sâu đáy biển (m); Ri Rj tương ứng tín hiệu phản xạ màu xanh dương xanh cây; m1 m0 hệ số xác định thông qua số liệu quan trắc với m0 hệ số ứng độ sâu nước Tài liệu sử dụng nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành thu thập tài liệu có liên quan tới khu vực nghiên cứu, bao gồm: ảnh vệ tinh Sentinel-2, mực nước triều độ sâu đáy biển khu vực cần giải đoán Các liệu ảnh vệ tinh sử dụng nghiên cứu ảnh Sentinel-2 có độ phân giải 10 m thu thập từ trang web Copernicus Open Access Hub [3] Chu kỳ quay cặp vệ tinh 10 ngày, hai vệ tinh xuất phát cách ngày, vị trí sau chu kỳ ngày có ảnh quét Dữ liệu ảnh quét 12 dải tần số, dải tần, đỏ, xanh lá, xanh dương cận hồng ngoại có độ phân giải 10 m Hệ tọa độ sử dụng ảnh UTM hệ chiếu WGS1984 Dữ liệu mực nước triều số liệu quan trắc mực nước cảng Tiên Châu giai đoạn từ tháng 5/2019 đến tháng 7/2020 sử dụng để phân tích hiệu chỉnh đường bờ bãi bồi [1] Dữ liệu độ sâu đáy biển trích xuất từ bình đồ khảo sát địa hình khu vực cửa Tiên Châu, tỷ lệ 1/5000, đồng mức m đo đạc vào tháng 10 năm 2019 khuôn khổ đề tài [4] KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Các bước giải đoán độ sâu đáy biển từ ảnh vệ tinh Trình tự giải đốn độ sâu địa hình đáy biển từ ảnh vệ tinh tóm tắt sau: - Thu thập ảnh vệ tinh Sentinel-2 - Hiệu chỉnh giá trị ảnh tăng cường chất lượng ảnh (tiền xử lý ảnh) - Xác định ranh giới đất nước theo số NDWI mNDWI - Hiệu chỉnh đường bờ theo mực nước triều - Đọc xử lý tín hiệu phản xạ Blue Green, xác định hệ số m1 m0 từ số liệu khảo sát địa hình đo đạc thời điểm - Kiểm tra độ sâu đo đạc độ sâu giải đoán từ ảnh vệ tinh 541 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Kết giải đoán Hình So sánh độ sâu đo đạc độ sâu giải đốn, tháng 10/2019 Hình Tương quan độ sâu tỉ lệ suy giảm tính hiệu, tháng 10/2019 Kết giải đốn địa hình đáy biển ven bờ từ ảnh vệ tinh Sentinel cho khu vực cửa Tiên Châu trình bày hình hình Tương quan độ sâu tỷ lệ suy giảm tín hiệu ảnh vệ tinh chụp tháng 10/2019 trình bày hình cho thấy hệ số tương quan độ sâu tỷ lệ suy giảm tín hiệu tốt Từ tương quan này, xác định hệ số m0 m1 Sau xác định tham số trên, chúng tơi giải đốn địa hình đáy biển ven bờ, trình bày hình Kết giải đoán thể rõ bãi ngập triều khu vực phía ngồi cửa Tiên Châu Sau tác giả tiến hành so sánh độ sâu đáy biển dọc theo track đo sâu (hình 2), đo đạc tháng 10/2019 đề tài [4] với độ sâu giải đoán từ ảnh vệ tinh Kết so sánh cho thấy độ sâu giải đoán phù hợp với độ sâu đo đạc (hình 3) Hình Kết giải đốn địa hình đáy biển ven bờ khu vực cửa Tiên Châu, T10/2019 KẾT LUẬN Dữ liệu địa hình đáy biển vùng cửa sơng có vai trò quan trọng quản lý khai thác vùng cửa sông, ven biển nghiên cứu quy luật biến động vùng cửa sông Nghiên cứu trình bày phương pháp giải đốn địa hình đáy biển ven bờ, áp dụng cho cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ Sentinel 2, độ phân giải 10 m Kết giải đoán địa hình đáy biển ven bờ khu vực cửa Tiên Châu, huyện Tuy An tỉnh Phú Yên phù hợp với số liệu đo đạc địa hình đáy biển tháng 10 năm 2019 cho thấy phương pháp có khả ứng dụng để giải đốn địa hình đáy biển ven bờ nói chung bãi ngập triều nói riêng cửa sông nước ta LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu thực khuôn khổ Đề tài: “Nghiên cứu giải pháp chỉnh trị chống sa bồi luồng tàu cho cảng cá khu neo đậu tàu thuyền tỉnh Phú Yên vùng lân cận, áp dụng cho cửa Tiên Châu”, mã số ĐTĐLCN.33/18 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T T Tung and nnk 2020 "Báo cáo chuyên đề phân tích quy luật diễn biến cửa Tiên Châu” Đề tài KHCN cấp Nhà nước mã số ĐTĐLCN.33/18," Đại học Thủy lợi, Hà Nội [2] R P Stumpf, K Holderied and M Sinclair 2003."Determination of water depth with high-resolution satellite imagery over variable bottom types," Limnology and Oceanography Vol 48, pp 547-556 [3] "Copernicus Masters Website," May 2019 [Online] Available: https://copernicus-masters.com/data-access/ [4] T T Tùng and nnk 2019 "Báo cáo khảo sát địa hình khu vực cửa Tiên Châu Đề tài KHCN cấp Nhà nước, mã số ĐTĐLCN.33/18," Đại học Thủy lợi, Hà Nội 542 ... bờ, áp dụng cho cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ Sentinel 2, độ phân giải 10 m Kết giải đốn địa hình đáy biển ven bờ khu vực cửa Tiên Châu, huyện Tuy An tỉnh Phú Yên phù hợp... sử dụng nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành thu thập tài liệu có liên quan tới khu vực nghiên cứu, bao gồm: ảnh vệ tinh Sentinel-2, mực nước triều độ sâu đáy biển khu vực cần giải đoán Các liệu ảnh. .. giải đoán thể rõ bãi ngập triều khu vực phía ngồi cửa Tiên Châu Sau tác giả tiến hành so sánh độ sâu đáy biển dọc theo track đo sâu (hình 2), đo đạc tháng 10/2019 đề tài [4] với độ sâu giải đoán