(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước dựa trên phương pháp phân vùng cảnh quan và ứng dụng công nghệ viễn thám, gis

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ NGUYỄN THANH THUỶ NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC PHÂN VÙNG ƯU TIÊN BẢO VỆ, PHỤC HỒI HỆ SINH THÁI ĐẤT NGẬP NƯỚC DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP PHÂN VÙNG CẢNH QUAN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM, GIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội, năm 2023 n BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ NGUYỄN THANH THUỶ NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC PHÂN VÙNG ƯU TIÊN BẢO VỆ, PHỤC HỒI HỆ SINH THÁI ĐẤT NGẬP NƯỚC DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP PHÂN VÙNG CẢNH QUAN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM, GIS NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 9.52.05.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn 1: TS Lê Anh Dũng Hướng dẫn 2: PGS.TS Trần Quốc Bình Hà Nội, năm 2023 n LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị nào; số liệu, liệu mà nghiên cứu sinh thu thập kế thừa trích dẫn rõ ràng, quy định Phương pháp luận, kết thực khuôn khổ luận án sử dụng vào trình thực đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ Tài nguyên Môi trường “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS, viễn thám công cụ phân tích cảnh quan thành lập đồ phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước (Thử nghiệm Đồng Tháp Mười)”, mã số TNMT.2017.07.01 nghiên cứu sinh làm chủ nhiệm n LỜI CẢM ƠN Luận án “Nghiên cứu xác lập sở khoa học phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước dựa phương pháp phân vùng cảnh quan ứng dụng công nghệ viễn thám GIS” tác giả thực vòng năm, từ tháng 12/2016-03/2022 Để hoàn thành luận án này, trình học tập, nghiên cứu, nghiên cứu sinh nhận hỗ trợ lớn từ sở đào tạo Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ, Bộ Tài nguyên Môi trường, cụ thể Phịng Khoa học cơng nghệ Hợp tác quốc tế (nay Phòng Khoa học, Đào tạo, Hợp tác quốc tế Tạp chí), Phịng Nghiên cứu Đo vẽ ảnh Viễn thám Đặc biệt tạo điều kiện Lãnh đạo Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ qua thời kỳ, hướng dẫn tận tình, sát giáo viên, giúp đỡ đồng nghiệp, người thân Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn thầy giáo, người trực tiếp hướng dẫn, định hướng nghiên cứu khoa học suốt trình học tập, nghiên cứu TS Lê Anh Dũng - Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ, PGS TS Trần Quốc Bình - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Gia đình người động viên, hỗ trợ, bên cạnh nghiên cứu sinh lúc khó khăn, vất vả sống q trình nghiên cứu, học tập để hồn thành luận án Nghiên cứu sinh xin gửi tới họ lịng biết ơn, kính trọng, tình u chân thành Trân trọng cảm ơn! Nghiên cứu sinh: Nguyễn Thanh Thuỷ n MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU Mục tiêu luận án 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 11 Điểm luận án 12 Các luận điểm bảo vệ 12 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14 1.1 Tổng quan khái niệm 14 1.1.1 Khái niệm hệ sinh thái hệ sinh thái đất ngập nước 14 1.1.2 Khái niệm cảnh quan phân vùng cảnh quan 14 1.1.3 Khái niệm phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 15 1.2 Chức năng, áp lực lên hệ sinh thái đất ngập nước Việt Nam 15 1.2.1 Chức hệ sinh thái đất ngập nước Việt Nam 15 1.2.2 Những thách thức hệ sinh thái đất ngập nước Việt Nam 17 1.3 Tình hình nghiên cứu phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 18 1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám GIS liên quan đến việc phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 18 1.3.2 Các nghiên cứu phân tích cảnh quan liên quan đến phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 19 1.3.3 Các nghiên cứu xác định tiêu chí đánh giá mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 21 1.3.4 Các văn pháp lý liên quan đến bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Việt Nam 27 1.3.5 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp đánh giá, xếp hạng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 28 Tiểu kết Chương 1: 30 CHƯƠNG XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH CẢNH QUAN, n CƠNG NGHỆ VIỄN THÁM, GIS, ĐÁNH GIÁ ĐA TIÊU CHÍ PHÂN VÙNG ƯU TIÊN BẢO VỆ, PHỤC HỒI HỆ SINH THÁI ĐẤT NGẬP NƯỚC 32 2.1 Quy trình ứng dụng phân tích cảnh quan, cơng nghệ viễn thám, GIS, đánh giá đa tiêu chí phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 32 2.2 Xây dựng tiêu chí xác định mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Việt Nam 33 2.2.1 Nguyên tắc, phương pháp xác định mục tiêu, tiêu chí, tiêu đánh giá mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 33 2.2.2 Xác định mục tiêu ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 35 2.2.3 Đề xuất tiêu chí xác định mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Việt Nam 37 2.3 Xác định ranh giới hệ sinh thái đất ngập nước dựa phân tích cảnh quan, cơng nghệ viễn thám GIS 50 2.3.1 Cơ sở lý luận cảnh quan xác định ranh giới hệ sinh thái đất ngập nước 50 2.3.2 Quy trình phương pháp xác định ranh giới hệ sinh thái đất ngập nước 52 2.4 Xây dựng liệu theo tiêu chí lựa chọn đánh giá mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước công nghệ viễn thám GIS 66 2.4.1 Xây dựng liệu dịch vụ hệ sinh thái đất ngập nước công nghệ viễn thám GIS 66 2.4.2 Xây dựng liệu áp lực rủi ro lên hệ sinh thái công nghệ viễn thám GIS 69 2.4.3 Xây dựng liệu tình trạng suy thối hệ sinh thái công nghệ viễn thám GIS 71 2.5 Xếp hạng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 72 2.5.1 Xác định trọng số tiêu chí đánh giá AHP 73 2.5.2 Xếp hạng mức độ ưu tiên phương pháp TOPSIS 73 2.6 Phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 76 Tiểu kết Chương 2: 76 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM PHÂN VÙNG ƯU TIÊN BẢO VỆ, PHỤC HỒI HỆ SINH THÁI ĐẤT NGẬP NƯỚC KHU VỰC ĐỒNG THÁP MƯỜI 78 3.1 Tổng quan khu vực Đồng Tháp Mười 78 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 79 3.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 81 3.1.3 Áp lực tác động lên vùng đất ngập nước Đồng Tháp Mười 82 n 3.1.4 Tổng quan liệu nghiên cứu 85 3.2 Xác định mục tiêu, tiêu chí tiêu đánh giá phục vụ phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười 88 3.3 Xác định ranh giới hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười công nghệ GIS, viễn thám 89 3.3.1 Xử lý, ghép cắt ảnh vệ tinh 89 3.3.2 Xây dựng, chuẩn hóa liệu thành phần cảnh quan Đồng Tháp Mười 91 3.3.3 Chồng xếp, chuẩn hóa liệu tích hợp 96 3.3.4 Phân loại cảnh quan 96 3.3.5 Xác định ranh giới hệ sinh thái đất ngập nước khu vực Đồng Tháp Mười 98 3.4 Xây dựng liệu theo tiêu chí lựa chọn đánh giá mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười 102 3.4.1 Xây dựng liệu dịch vụ hệ sinh thái đất ngập nước công nghệ viễn thám GIS 102 3.4.2 Xây dựng lớp liệu áp lực rủi ro lên hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười 103 3.4.3 Xây dựng lớp liệu tình trạng suy thối hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười 106 3.4.4 Tích hợp liệu phục vụ đánh giá mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước khu vực Đồng Tháp Mười 108 3.5 Phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước khu vực Đồng Tháp Mười 109 3.5.1 Phân vùng ưu tiên bảo vệ hệ sinh thái đất ngập nước 109 3.5.2 Phân vùng ưu tiên phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước 115 3.6 Kiểm chứng kết thành lập đồ phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười 117 3.7 Đề xuất giải pháp bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười 120 Tiểu kết Chương 3: 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH 125 CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 PHỤ LỤC 142 Phụ lục Các phương pháp, số, liệu trích xuất dựa ảnh viễn thám n phục vụ xây dựng liệu khả năng, áp lực rủi ro lên dịch vụ hệ sinh thái đất ngập nước 143 Phụ lục Các phương pháp, số, liệu trích xuất dựa ảnh viễn thám phục vụ xây dựng liệu mức độ suy thoái dịch vụ hệ sinh thái đất ngập nước 170 Phụ lục Bảng giải phân loại cảnh quan khu vực Đồng Tháp Mười 180 Phụ lục Mẫu phiếu cho điểm mức độ quan trọng tương đối cặp tiêu đánh giá mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước khu vực Đồng Tháp Mười 185 Phụ lục Một số hình ảnh khu đất ngập nước Đồng Tháp Mười 196 n DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TT Viết tắt Tiếng nước AHP Analytic Hierarchy Process ANP ARVI BUi Analytical Network Process Atmospherically Resistant Vegetation Index Built-Up Index CCC Canopy Chlorophyll Content 10 11 12 13 14 Chl-a CI COD CP CR CSDLĐL CT DEM ĐNN Chlorophyll a Concentration Consistency Index Chemical Oxygen Demand Compromise Programming Consistency Ratio 15 DO Dissolved Oxygen 16 DPSIR Driver - Pressure - State Impact - Response 17 18 DSM DSS 19 EDVI 20 ELECTRE ELimination Et Translating REality 21 22 ESI ETI Evaporative Stress Index Evapotranspiration Index 23 EVI Enhanced Vegetation Index 24 F-AHP 25 F-ANP 26 FCE Digital Elevation Model Digital Surface Model Decision Support System Emissivity Difference Vegetation Index Choice Fuzzy Analytic Hierarchy Process Fuzzy Analytical Network Process Fuzzy Comprehensive i n Tiếng Việt Phương pháp phân tích thứ bậc Phân tích mạng lưới Chỉ số thực vật kháng khí Chỉ số xây dựng Hàm lượng diệp lục tán Nồng độ chất diệp lục a Chỉ số quán Nhu cầu oxy hóa học Lập trình thỏa dụng (CP) Tỷ số quán Cơ sở liệu địa lý Chỉ tiêu Mơ hình số độ cao Đất ngập nước Lượng oxy hoà tan nước Khung đánh giá Động lực - Áp lực - Hiện trạng/Trạng thái - Tác động - Phản hồi/Đáp ứng Mơ hình số bề mặt Hệ hỗ trợ định Chỉ số thực vật khác biệt phát xạ Phương pháp phân tích định đa tiêu chí ELECTRE Chỉ số áp lực bốc Chỉ số thoát nước Chỉ số thực vật tăng cường Phương pháp phân tích thứ bậc mờ Phương pháp phân tích mạng lưới mờ Phương pháp đánh giá 27 F-MAA 28 F-TOPSIS 29 FVC 30 GIS 31 32 GPP HST 33 HST ĐNN 34 35 39 KV LAI Landsat ETM+ LANDSAT MSS LANDSAT TM LG 40 LiDAR 41 LULC 42 MCDA 43 MEW 44 MFA 45 MNDWI 46 MODIS 47 MSAVI 48 MUPOM 49 50 NBR NDBI 36 37 38 Evaluation Fuzzy Multiple Attribute Analysis Fuzzy - Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution Fractional Vegetation Cover Geographical Information System Gross Primary Productivity toàn diện mờ Phân tích đa thuộc tính mờ Phương pháp TOPSIS mờ Tỷ số bao phủ thực vật Hệ thống thông tin địa lý Tổng suất sơ cấp Hệ sinh thái Hệ sinh thái đất ngập nước Khu vực Chỉ số diện tích Leaf Area Index Landsat Enhanced Thematic Vệ tinh Landsat ETM+ Mapper Plus Landsat Multispectral Scanner Vệ tinh LANDSAT MSS System Vệ tinh LANDSAT TM Landsat Thematic Mapper (LANDSAT 4, 5) Lời giải Light Detection And Thiết bị đo khoảng cách Ranging/Light Imaging, ánh sáng đo Detection, And Ranging xung phản xạ laser Land use/Land cover Sử dụng đất/Lớp phủ đất Multiple Criteria Decision Phân tích định đa Analysis tiêu chí Multiplicative Exponential Phương pháp trọng số Weighting luỹ thừa nhân (MEW) Phương pháp phân tích Material Flow Analysis dịng ngun vật liệu Modified Normalized Chỉ số nước khác biệt Difference Water Index chuẩn hoá hiệu chỉnh Moderate Resolution Imaging Vệ tinh chụp ảnh phổ độ Spectroradiometer phân giải trung bình Chỉ số thực vật thực vật Modified Soil Adjusted hiệu chỉnh phản xạ mặt Vegetation Index đất hiệu chỉnh MUlti-criteria multi-Period Phương pháp phân tích Outranking Method đa tiêu chí MUPOM Normalized Burn Ratio Tỷ số cháy chuẩn hoá Normalized Difference Built-up Chỉ số xây dựng khác ii n 190 n 191 n 192 n - Xác định mức độ quan trọng tương đối cặp tiêu ưu tiên phục hồi 193 n 194 n 195 n Phụ lục Một số hình ảnh khu đất ngập nước Đồng Tháp Mười Hình ảnh cỏ Năng kim - thức ăn, mơi trường sống loài Sếu đầu đỏ Vườn quốc gia Tràm Chim 9/2020 196 n Hình ảnh rừng Tràm Vườn quốc gia Tràm Chim 9/2020 197 n Hình ảnh Sen, súng Vườn quốc gia Tràm Chim 9/2020 198 n Sự xâm lấn loài ngoại lai - Cây Mai dương Vườn quốc gia Tràm Chim 9/2020 199 n Cảnh quan rừng Tràm khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 10/2020 200 n Sân Chim Gáo Giồng 10/2020 201 n Cây mai dương xâm lấn khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 10/2020 202 n Dịch vụ du lịch sinh thái Gáo Giồng 10/2020 203 n Dịch vụ du lịch Đồng Sen (Mỹ Hoà) mùa nước 8/2020 Dịch vụ du lịch Đồng Sen mùa cạn 4/2020 Dịch vụ du lịch sinh thái Đồng Sen, Tháp Mười 204 n