Ứng dụng công nghệ địa không gian (gis rs gps) theo dõi biến động rừng ngập mặn khu vực ven biển tỉnh quảng ninh giai đoạn 2010 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT ` TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN BÁ HÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN (GIS-RS-GPS) THEO DÕI BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NINH GIAI ĐOẠN 2010 – 2019 CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ NGÀNH: 8620211 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN HẢI HÒA Hà Nội - 2021 i LỜI CẢM ƠN Đề tài thực hỗ trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) mã số 105.08-2017.05 Để hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ chuyên ngành Quản lý Tài nguyên rừng, đồng ý Phòng Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Lâm nghiệp, tiến hành thực nghiên cứu đề tài tốt nghiệp: "Ứng dụng công nghệ địa không gian (GIS- RS-GPS) theo dõi biến động rừng ngập mặn khu vực ven biển tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2010 - 2019" Sau thời gian tiến hành nghiên cứu thực đề tài tốt nghiệp đến luận văn hoàn thành Cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Quản lý Tài nguyên Rừng, thầy, cô giáo trực tiếp giảng dạy giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu Đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn trân thành tới PGS.TS Nguyễn Hải Hòa - người thầy tận tình trực tiếp hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn trân thành đến Ban lãnh đạo quan đơn vị: Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh Quảng Ninh, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Quảng Ninh, huyện Vân Đồn, TP Hạ Long TP Cẩm Phả, Ủy ban nhân dân xã khu vực nghiên cứu cán bộ, đồng chí, đồng nghiệp, bạn bè người dân khu vực nghiên cứu tạo kiện thuận lợi để giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Mặc dù thân cố gắng, song thời gian hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, vui lịng nhận góp ý, bổ sung thầy cô bạn bè để luận văn hồn chỉnh Tơi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2021 Tác giả Nguyễn Bá Hà ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tôi, số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, ngày 02 tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Bá Hà iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vấn đề chung 1.1.1 Công nghệ địa không gian 1.1.2 Công nghệ viễn thám (RS) 1.1.3 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.2 Ứng dụng viễn thám GIS giới Việt Nam 1.2.1 Ứng dụng viễn thám GIS giới 1.2.2 Ứng dụng viễn thám GIS Việt Nam 1.3 Ứng dụng công nghệ viễn thám GIS đánh giá RNM giới Việt Nam 11 1.3.1 Trên giới 11 1.3.2 Tại Việt Nam 13 Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 14 2.1.1 Mục tiêu chung 14 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 14 2.2 Đối tượng điều tra khảo sát 14 2.3 Phạm vi nghiên cứu 15 2.3.1 Phạm vi không gian 15 iv 2.3.2 Phạm vi thời gian 15 2.3.3 Phạm vi nội dung 15 2.4 Nội dung nghiên cứu 15 2.4.1 Đánh giá trạng rừng đất rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu giai đoạn 2010 – 2019 15 2.4.2 Đánh giá biến động tài nguyên rừng đất rừng ngập mặn giai đoạn 2010 – 2019 15 2.4.3 Xác định nguyên nhân gây thay đổi diện tích rừng đất ngập mặn 15 2.4.4 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quản lý rừng đất ngập mặn khu vực nghiên cứu 16 2.5 Phương pháp nghiên cứu 16 2.5.1 Phương pháp luận 16 2.5.2 Phương pháp nghiên cứu chi tiết 18 2.5.3 Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp 19 2.5.4 Phương pháp viễn thám 20 Chương ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 32 3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 32 3.1.1 Thành phố Hạ Long 32 3.1.2 Thành Phố Cẩm Phả 35 3.1.3 Huyện Vân Đồn 38 3.2 Đặc điểm điều kiện kinh tế xã hội 40 3.2.1 Thành phố Hạ Long 40 3.2.2 Thành phố Cẩm Phả 42 3.3.2 Thành phố Cẩm Phả 50 3.3.3 Huyện Vân Đồn 51 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 54 v 4.1 Hiện trạng rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu giai đoạn 20102019 54 4.1.1 Xây dựng khóa giải đốn ảnh viễn thám 54 4.1.2 Thực giải đốn ảnh viễn thám theo mẫu khóa giải đốn 59 4.1.3 Thành lập đồ trạng rừng giai đoạn năm 2010 đến năm 2019 63 4.2 Biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2010 đến năm 2019 69 4.2.1 Cơ sở thành lập đồ biến động rừng ngập mặn 69 4.2.2 Kết thành lập đồ biến động diện tích rừng ngập mặn 71 4.3 Xác định nguyên nhân biến động rừng ngập giai đoạn nghiên cứu 77 4.4 Giải pháp quản lý sử dụng rừng đất rừng ngập mặn hợp lý 80 4.4.1 Tăng cường cơng tác quản lý rừng ngập mặn có tham gia bên liên quan 80 4.4.2 Thực giải pháp kỹ thuật để nâng cao hiệu chất lượng rừng ngập mặn 80 4.4.3 Thực giải pháp kinh tế xã hội 83 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT NGHĨA TIẾNG ANH NGHĨA TIẾNG VIỆT DC Residential Dân cư DKH Other land Đất khác DT Vacant land Đất trống GIS Geographical Information System GPS Global Positioning System Hệ thống thông tin Địa lý Hệ thống định vị toàn cầu KNTTS Aquaculture zones Khu nuôi trồng thủy sản MN Water surface Mặt nước NDVI Normalized Difference Vegetation Index Chỉ số khác biệt thực vật RNM Mangroves Rừng ngập mặn RT Plantation forest Rừng trồng RTN Natural forest Rừng tự nhiên UTM Universal trasverse mercator Hệ toạ độ chuyển đổi Mỹ vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Dữ liệu ảnh Landsat sử dụng nghiên cứu 20 Bảng 2.2 Khoá giải đoán đối tượng ảnh vệ tinh 26 Bảng 2.3 Bảng mã hóa đối tượng để thực tính tốn biến động 29 Bảng 4.1 Khóa giải đốn ảnh tổ hợp màu tự nhiên 56 Bảng 4.2: Phân loại để đánh giá chất lượng 58 Bảng 4.3: Ma trận sai số trạng thái giải đoán 61 Bảng 4.4 Khóa giải đốn NDVI khu vực nghiên cứu 62 Bảng 4.5 Diện tích đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2010 63 Bảng 4.6: Diện tích đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2013 65 Bảng 4.7 Diện tích đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2015 66 Bảng 4.8: Diện tích đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2017 67 Bảng 4.9: Diện tích đối tượng khu vực nghiên cứu năm 2019 68 Bảng 4.10 Diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu giai đoạn 20102019 (ha) 69 Bảng 4.11 Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2010 – 2013 72 Bảng 4.12: Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2013 – 2015 73 Bảng 4.13 Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2015 – 2017 74 Bảng 4.14: Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2017 – 2019 75 Bảng 4.15: Tổng hợp biến động diện tích RNM giai đoạn 2010 – 2019 77 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơng nghệ địa khơng gian Hình 1.2 Thành phần hệ thống định vị toàn cầu Hình: 1.3: Sơ đồ thu thập thông tin viễn thám Hình: 2.1 Tổng quan phương pháp xử lý, giải đốn ảnh viễn thám 19 Hình 2.2 Phân bố khơng gian khố giải đốn đối tượng 25 Hình 2.3 Cơng cụ Polygon to Raster 29 Hình 2.4: Cơng cụ Reclassify mã hóa trạng thái đối tượng 30 Hình 2.5 Bảng tính diện tích trạng thái thay đổi rừng 31 Hình 4.1 Cơng cụ chọn mẫu khóa eCognition 55 Hình 4.2 Cửa sổ Signature Separability 58 Hình 4.3 Khác biệt đối tượng mẫu khóa 58 Hình 4.4 Kết giải đoán ảnh khu vực nghiên cứu năm 2010 60 Hình 4.5 Cơng cụ tính NDVI phần mềm ArcGIS 62 Hình 4.6 Hiện trạng rừng năm 2010 (Landsat-7 27/12/2010) 63 Hình 4.7 Hiện trạng rừng năm 2013 (Landsat-8 08/10/2013) 64 Hình 4.8 Hiện trạng rừng năm 2015 (Landsat-8 21/04/2015) 65 Hình 4.9: Hiện trạng rừng năm 2017 (Landsat-8 28/05/2017) 66 Hình 4.10: Hiện trạng rừng năm 2019 (Landsat-8 10/11/2019) 67 Hình 4.11: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2010 – 2013 72 Hình 4.12: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2013 – 2015 73 Hình 4.13: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2015 – 2017 74 Hình 4.14: Biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2017 – 2019 75 Hình 4.15 Biến động rừng nập mặn giai đoạn 2010 – 2019 76 ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng ngập mặn hệ sinh thái rừng đặc biệt mà Việt Nam Quốc gia thiên nhiên ban tặng Rừng ngập mặn phân bố nước nhiệt đới, nhiệt đới, có vai trị bảo vệ môi trường người Việt Nam, với bờ biển dài 3620 km, phù sa bồi đắp nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển rừng ngập mặn kinh tế biển Rừng ngập mặn cịn có vai trị quan trọng việc bảo vệ mơi trường sống cho loài động thực vật cung cấp nguồn thức ăn cho người, bên cạnh rừng ngập mặn có vai trị chắn sóng, tăng lượng bồi đắp phù sa, điều hịa khơng khí, nhân tố góp phần chống lại biến đổi khí hậu Hiện nay, trình phát triển kinh tế xã hội với tốc độ thị hóa diễn ngày mạnh, với tốc độ gia tăng dân số nên người khai thác sử dụng rừng ngập mặn vào nhiều mục đích khác làm cho diện tích rừng ngập mặn ngày bị thu hẹp, thành phần loài thực vật chất lượng rừng ngày bị suy giảm Gần đây, vấn đề nuôi trồng thủy sản nhân dân vùng ven biển gặp nhiều khó khăn tình trạng nhiễm mơi trường khu đầm vùng nước ven biển Tình trạng bệnh dịch loài thủy sản ngày xuất với tần suất lớn hơn, bãi bồi ngày bị thu hẹp, nguyên nhân chủ yếu rừng ngập mặn bị khai thác mức làm giảm chức bảo vệ môi trường sống, vấn đề ni trồng thủy sản có mâu thuẫn lớn cộng đồng nên hiệu đạt thấp Với vị trí địa lý thành phố Hạ Long, Cẩm Phả huyện Vân Đồn khu vực có diện tích rừng ngập mặn lớn tỉnh Quảng Ninh Rừng ngập mặn có vai trị lớn người dân địa phương: bảo vệ đê biển, góp phần làm giảm biến đổi khí hậu, cung cấp nguồn lợi thủy sản… Tuy nhiên, thời gian gần nhiều yếu tố khách quan, chủ quan làm diện PHỤ LỤC Phụ lục 01 Danh mục điểm GPS điều tra thực địa TT Kinh độ (X) Vĩ độ (Y) Đối tượng Khu vực 730050 2320200 San đổ đất làm dự án TP Cẩm Phả 730159 2320465 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 747765 2333405 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 746567 2334846 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 746483 2335551 Đầm nuôi Hải sản TP Cẩm Phả 746537 2335588 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 747182 2335993 747416 2336288 747039 2336636 10 746857 2337121 11 747953 2337872 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 12 747783 2337908 Đầm nuôi Hải sản TP Cẩm Phả 13 747886 2339014 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 14 747757 2343172 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 15 730352 2322694 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả 16 731247 2322664 San đổ đất làm dự án TP Cẩm Phả 17 732047 2324035 Rừng ngập mặn TP Cẩm Phả Rừng ngập mặn đầm nuôi thủy sản Rừng ngập mặn đầm nuôi thủy sản Rừng ngập mặn đầm nuôi thủy sản Rừng ngập mặn đầm nuôi thủy sản TP Cẩm Phả TP Cẩm Phả TP Cẩm Phả TP Cẩm Phả TT Kinh độ (X) Vĩ độ (Y) Đối tượng Khu vực 18 711031 2323255 Rừng ngập mặn TP Hạ Long 19 718620 2325298 Rừng ngập mặn TP Hạ Long 20 718607 2325385 San đổ đất làm dự án TP Hạ Long 21 711689 2325794 Rừng ngập mặn TP Hạ Long 22 713490 2325338 Rừng ngập mặn TP Hạ Long 23 716518 2325410 Rừng ngập mặn TP Hạ Long 24 714226 2325386 Rừng ngập mặn TP Hạ Long 26 727582 2318161 San đổ đất làm dự án TP Hạ Long 27 749394 2334589 Rừng ngập mặn Vân Đồn 28 749154 2335397 Rừng ngập mặn Vân Đồn 29 754453 2343396 30 755360 2345615 San đổ đất làm dự án Vân Đồn 31 755195 2345293 Rừng ngập mặn Vân Đồn 32 752567 2338963 Rừng ngập mặn Vân Đồn 33 752960 2339479 Đầm nuôi Hải sản Vân Đồn 34 753878 2341886 Đầm nuôi Hải sản Vân Đồn 35 751487 2337180 San đổ đất làm dự án Vân Đồn 36 752481 2338548 Rừng ngập mặn Vân Đồn Rừng ngập mặn đầm nuôi thủy sản Vân Đồn Phụ lục 02: Số liệu xử lý ảnh viễn thám khu vực nghiên cứu Phụ lục 2.1: Thống kê hiện trạng rừng theo năm: 2019 Row Labels Sum of DT DC 6039,63 DKH 29173,16 DT 12082,36 MN 137423,26 RNM 3444,96 RT 44123,61 RTN 12234,30 Grand Total 244699,6 Ghi chú: DC DKH DT MN RNM RT RTN 2017 Row Labels 2,47 DC 11,92 DKH 4,94 DT 56,16 MN 1,41 RNM 18,03 RT 5,00 RTN 100,00 Grand Total Dân cư Đất khác Đất trống Mặt nước Rừng ngập mặn Rừng trồng Rừng tự nhiên 2015 Sum of Area 5618,98 31546,00 12350,12 137194,61 3572,55 36610,88 12285,67 244.699,6 Row Labels 2,30 DC 12,89 DKH 5,05 DT 56,07 MN 1,46 RNM 14,96 RT 5,02 RTN 100,00 Grand Total Sum of DT 5117,82 20155,30 21240,52 134797,84 3741,33 33395,53 12205,57 244699,6 2013 Row LabelsSum of DT 2,09 DC 4117,35 8,24 DKH 15834,18 8,68 DT 30920,36 55,09 MN 142416,80 1,53 RNM 5962,23 13,65 RT 24034,81 4,99 RTN 21413,78 100 Grand Total244699,61 2010 Row LabelsSum of DT 1,68 DC 4140,04 6,47 DKH 16016,53 12,64 DT 31214,67 58,20 MN 143391,7 2,44 RNM 4385,58 9,82 RT 24076,46 8,75 RTN 21474,59 100,00 Grand Total 244699,6 Phụ lục 2.2: Biến động rừng ngập mặn qua giai đoạn Giai đoạn Diện tích (ha) Các loại trạng thái Tỷ lệ (%) 2010-2013 Row Labels Sum of dtich 239420,28 Khơng có rừng NM ổn định 97,567 4,18 Đất rừng NM 0,002 13 1580,78 Đất có rừng NM 0,644 14 4385,63 Đất có rừng NM ổn định 1,787 Grand Total 245390,87 100 2013-2015 Row Labels Sum of dtich 237549,00 Khơng có rừng NM ổn định 2379,29 Đất rừng NM 13 843,21 Đất có rừng NM 15 3583,40 Đất có rừng NM ổn định 28 Grand Total 245390,871 96,80 0,97 0,34 1,46 100,00 2015-2017 Row Labels Sum of dtich 239.930,00 15 627,60 17 0,15 32 3.798,55 Grand Total Khơng có rừng NM ổn định 97,7746 Đất rừng NM 0,2558 Đất có rừng NM 0,0001 Đất có rừng NM ổn định 1,5480 245390,871 100,0000 2017-2019 Row Labels Sum of dtich 240.552,00 Không có rừng NM ổn định 98,028 Giai đoạn Diện tích (ha) 17 363,11 19 9,37 36 3.435,59 Grand Total Các loại trạng thái Tỷ lệ (%) Đất rừng NM 0,148 Đất có rừng NM 0,004 Đất có rừng NM ổn định 1,400 245390,871 100,000 2010-2019 Row Labels Grand Total Sum of dtich Khơng có rừng NM ổn định 238.183,0 2.729,9 Đất rừng NM 1,112 19 1.789,3 Đất có rừng NM 0,729 20 1.655,7 Đất có rừng NM ổn định 0,675 245.390,9 97,063 100,000 Phụ lục 03: Một sớ hình ảnh điều tra thực địa Phụ lục 3.1: Rừng ngập mặn (RNM) Khu vực Hạ Long Khu vực Cẩm Phả Khu vực Vân Đồn Phụ lục 3.2: Mặt nước (MN) Phụ lục 3.3: Đất khác (ĐK) Phụ lục 3.4 Rừng trồng (RT) Phụ lục 3.5: Rừng tự nhiên (RTN) Phụ lục 4.6: Đất trống (ĐT)