Nghiên Cứu Khoa Học - Đề Tài - Ứng Dụng Gis Và Viễn Thám Đánh Giá Tác Động Của Hạn Hán Đến Đất Trồng Lúa Tại Huyện Hòa Vang, Thành Phố Đà Nẵng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ Khoa Tài Nguyên Đất Môi Trường Nông nghiệp BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG NĂM 2017 TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA HẠN HÁN ĐẾN ĐẤT TRỒNG LÚA TẠI HUYỆN HÒA VANG, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Sinh viên thực hiện: Đỗ Hoàng Hữu Nguyễn Thị Diệu Linh Nguyễn Thị Hoàng Linh Đỗ Kỳ Tài Thái Tăng Ngọc Huế, tháng 12 năm 2017 Mục lục I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 Mục tiêu đề tài 2.1.1 Mục tiêu tổng quát 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .9 2.3 Nội dung nghiên cứu .10 2.4 Phương pháp nghiên cứu 10 2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu 10 2.4.2 Phương pháp tính số hạn hán 10 2.4.3 Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám 11 2.4.4 Phương pháp ứng dụng GIS 13 2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 14 2.4.6 Phương pháp tính tương quan (R) .15 2.4.7 Phương pháp nội suy 15 2.4.8 Phương pháp chuyên gia .16 2.4.9 Phương pháp khảo sát thực địa 16 III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 17 3.1 Thực trạng hạn hán thông qua số chuẩn hóa giáng thủy (SPI) huyện Hòa Vang 17 3.1.1 Diễn biến lượng mưa giai đoạn 1997-2016 17 3.1.2 Diễn biến nhiệt độ giai đoạn 1997-2016 21 3.1.3 Chỉ số chuẩn hóa giáng thủy - SPI 22 3.2.2 Thành lập đồ trạng sử dụng đất trồng lúa huyện Hòa Vang 35 3.1.3 Biến động diện tích sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 1997-2016 41 3.3.Ảnh hưởng hạn hán đến diện tích đất trồng lúa huyện Hịa Vang .45 3.3.1 Sự phân bố không gian hạn hán đất trồng lúa huyện Hòa Vang 45 3.3.2 Ảnh hưởng hạn hán đến sử dụng đất trồng lúa huyện Hòa Vang51 3.3.3 Thành lập đồ dự báo hạn hán đất trồng lúa đến năm 2035 .53 3.4 Đề xuất giải pháp nhằm giảm thiểu ảnh hưởng hạn hán huyện Hòa Vang 65 3.5 Kết luận 66 Ý nghĩa đề tài 67 4.1 Ý nghĩa khoa học đề tài .67 4.2 Ý nghĩa thực tiễn khả ứng dụng kết nghiên cứu 67 ĐÁNH GIÁ, KIẾN NGHỊ 68 5.1 Đánh giá việc thực đề tài .68 Kết đề tải đạt mục đích nghiên cứu đặt Đề tài thực theo tiến độ quy định .68 5.2 Kiến nghị quản lý, tổ chức thực cấp 68 PHỤ LỤC .73 THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI Tên đề tài: Ứng dụng GIS viễn thám đánh giá tác động hạn hán đến đất trồng lúa huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Hoàng Hữu, Nguyễn Thị Diệu Linh, Nguyễn Thị Hồng Linh, Đỗ Kì Tài, Thái Tăng Ngọc Danh sách cán tham gia nghiên cứu đề tài: Họ tên: Trần Thị Phượng Học vị: Thạc sĩ Chức danh khoa học: Giảng viên, Trưởng Bộ môn Địa chỉ: Khoa Tài nguyên đất MTNN Nội dung đăng ký đề tài (trong năm thực đề tài): copy nội dung nghiên cứu mục 2.3 đưa vào Thời gian nghiên cứu: từ ngày 1/2017 đến ngày 12/2017 Thời gian kết thúc thực tế: 2/12/2017 Kinh phí duyệt năm: triệu đồng Chữ ký chủ trì đề tài, BCN Khoa, Phòng KHCN & HTQT Thừa Thiên Huế, ngày TRƯỞNG KHOA tháng CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Thừa Thiên Huế, ngày tháng PHÒNG KHCN & HTQT năm năm MỤC LỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT GIS Hệ thống thông tin địa lý SPI Chỉ số chuẩn hóa giáng thủy TP Thành phố FAO Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hợp Quốc TRMM Lượng mưa trạm mô KNNL Khuyến ngư nông lâm HTX DVSXNN Hợp tác xã dịch vụ sản xuất Nông nghiệp UBNN Ủy ban nhân dân TNHH MTV Trách nhiệm hữuu hạn thành viên LUC Đất trồng lúa ĐK Đất khác LỜI MỞ ĐẦU Hạn hán tượng thiên tai gây thiệt hại lớn giới ảnh hưởng lớn đến sống người Theo Trung tâm giảm nhẹ hạn hán Quốc Gia (2006), hạn cho bắt nguồn từ thiếu hụt lượng mưa thời gian dài, dẫn đến khan nước phục vụ hoạt động kinh tế- xã hội môi trường Hàng năm, theo Viện phân tích rủi ro Maplecroft, Việt Nam đứng thứ 13/16 nước chịu tác động mạnh gia tăng hạn hán Cịn theo thống kê Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, vòng 50 năm qua, Việt Nam có tới 38 năm xảy hạn hán (chiếm 76%) Những nghiên cứu gần cho thấy khả xuất nhiều đợt hạn hán nặng nhiều vùng Việt Nam Ở Việt Nam, năm gần đây, tình trạng hạn hán ngày trở nên nghiêm trọng hơn, tần suất xuất nhiều phần tác động biến đổi khí hậu Sau lũ lụt bão, hạn hán xếp vào loại thiên tai thường xuyên xảy Việt Nam Thành phố Đà Nẵng diện tích sản xuất lúa TP Đà Nẵng năm 2016 dự kiến khoảng 5.403 Trong vụ Đơng Xn 2.861,5 (nước tưới từ hồ, đập 1.151,0 ha; từ trạm bơm 1.414,5 ha; từ biện pháp khác 296,0 ha) Kế hoạch sản xuất vụ Hè Thu 2.534 (nước tưới từ hồ, đập 1.190,0 ha; từ trạm bơm 1.291,0 ha; từ biện pháp khác 53,0 ha) Với nguồn nước trữ địa bàn thành phố Đà Nẵng tỉnh Quảng Nam không đáp ứng nhu cầu tưới tiêu địa bàn gây nên hạn hán, thiếu nước, xâm nhập mặn xảy từ vụ Đông Xuân 2015 - 2016 kéo dài đến vụ Hè Thu năm 2016 Ở Huyện Hòa Vang (Đà Nẵng), địa phương xã: Hòa Tiến, Hòa Khương, Hòa Liên, Hòa Sơn, Hịa Phong nằm diện “cảnh báo sớm”, đặc điểm địa phương nằm gần sơng, việc giữ nước khó, nước tưới dễ bị ngấm theo mạnh nước ngầm chảy dòng sơng mực nước sơng bị cạn kiện Khó khăn hơn, nhiều địa phương lại nằm vùng đất cát, khó cho việc giữ tưới mùa khơ Từ thực tế này, vấn đề đặt cần phải xác định vùng nguy bị hạn để từ hỗ trợ cho ban ngành chức việc đưa định nhằm giảm thiểu ảnh hưởng hạn hán đến phát triển kinh tế-xã hội đời sống người dân Ngày nay, việc ứng dụng khoa học công nghệ phục vụ quản lý dự báo thiên tai quan nước quan tâm nghiên cứu Việc sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS để xây dựng đồ hạn hán giúp đánh giá tác động hạn hán đến sử dụng đất vùng nghiên cứu cần thiết phải thực NỘI DUNG CHÍNH CỦA BÁO CÁO I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài Việt Nam nước có nghề truyền thống trồng lúa nước cổ xưa giới Nông nghiệp trồng lúa vừa đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, vừa sở kinh tế sống đất nước Dân số nước ta đến 80 triệu người, dân số nơng thơn chiếm gần 80% lực lượng lao động nghề trồng lúa chiếm 72% lực lượng lao động nước Điều cho thấy lĩnh vực nông nghiệp trồng lúa thu hút đại phận lực lượng lao động nước, đóng vai trò lớn kinh tế quốc dân Bên cạnh đó, ưu lớn nghề trồng lúa cịn thể rõ diện tích canh tác tổng diện tích đất nơng nghiệp tổng diện tích trồng lương thực Ngành trồng trọt chiếm 4/5 diện tích đất canh tác lúa giữ vị trí độc tơn, gần 85% diện tích lương thực Theo thống kê nông nghiệp FAO, loại lương thực sản xuất tiêu thụ giới bao gồm trước hết loại cụ thể lúa gạo, lúa mì, ngơ, lúa mạch kê… Trong lúa gạo lúa mì loại sản xuất tiêu dùng nhiều Với nhu cầu trung bình giới trì sống cho khoảng 3.008 triệu người, chiếm gần 53% dân số giới Tuy sản lượng lúa gạo thấp lúa mì chút, vào tỉ lệ hư hao khâu thu hoạch, lưu thông chế biến, vào giá trị dinh dưỡng loại, riêng lúa gạo nuôi sống nửa dân số giới Gần nửa dân số cịn lại đảm bảo lúa mì loại lương thực khác.điều chứng tỏ vai trị quan trọng đất trồng lúa (đảm bảo an ninh lương thực cho tồn giới nói chung cho quốc gia nói riêng) Hạn tượng bình thường, mang tính qui luật Hạn xuất tất vùng khí hậu với đặc trưng khác từ vùng đến vùng khác 1.2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2.1 Những nghiên cứu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu đề tài Việt Nam Ở Việt Nam, nghiên cứu hạn hán tiến hành đến vùng khí hậu, tỉnh, địa phương Huình Văn Chương cộng (2015), Trần Thị Phượng cộng (2015) nghiên cứu hạn hán ảnh hưởng hạn hán sản xuất lúa vụ Hè Thu Quảng Nam Nghiên cứu sử dụng cơng nghệ GIS có tham gia người dân để đánh giá dự báo hạn hán đất trồng lúa Chỉ số hạn hán SPI sử dụng để nghiên cứu mức độ hạn hán mối tương quan số hạn hán với suất lúa vụ Hè Thu Kết nghiên cứu hạn hán có mối tương quan chặt với suất lúa vụ Hè Thu Quảng Nam Nguyễn Hữu Ngữ, Dương Quốc Nõn (2014) nghiên cứu rủi ro hạn hán phục vụ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp địa bàn huyên Đại Lộc tỉnh Quảng Nam Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chồng ghép đồ công nghệ GIS để mô hạn hán địa bàn huyên Đại Lộc Kết nghiên cứu có khoảng 26% diện tích đất trồng lúa hàng năm thường xuyên bị hạn hán Lê Sâm, Nguyễn Đình Vượng năm 2008 tiến hành nghiên cứu lựa chọn cơng thức tính số khơ hạn áp dụng vào việc tính tốn tần suất khô hạn năm Ninh Thuận Nghiên cứu lựa chọn số cán cân nước K cho vùng Ninh Thuận sau so sánh phân tích số Vũ Thanh Hằng, Trần Thị Thu Hà trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội nghiên cứu so sánh vài số hạn hán vùng khí hậu Việt Nam năm 2013 sử dụng số SPI, EDI CZI để đánh giá hạn hán Nghiên cứu kết luân số SPI CZI có phù hợp tương đối vùng khí hậu Việt Nam 1.2.2 Những nghiên cứu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu đề tài nước khác Trên giới, nghiên cứu thực với nhiều thời kì khác với qui mơ khơng gian khác nhau: qui mơ tồn cầu (Diaz, 1989), qui mô bán cầu (Bradley, 1987), qui mô khu vực (Schoenwiese, 1990, 1994; Piervitali CS, 1998) qui mô địa phương (Busuioc von Storch, 1996; Baeriswyl, 1997) Schoenwiese CS (1994), Schoenwiese Rapp (1997) đưa nghiên cứu khái quát biến đổi mùa xu giáng thủy số nước Châu Âu thời kì 1961-1990 18911990 Từ năm 1961-1990 xu tăng lên giáng thủy vào mùa xuân phía bắc nước Ý xu giảm vào mùa thu phía nam Châu Âu, thời kì 1891-1990 lại quan trắc xu khí hậu khơ vài vùng khu vực Địa Trung Hải Nghiên cứu Piervitali CS (1998) cho thấy xu giảm lượng giáng thủy năm vùng trung tâm phía tây Địa Trung Hải thời kì 1951-1995 Một vài nghiên cứu biến đổi dài hạn lượng giáng thủy năm trung bình phía tây bắc Trung Quốc (Shi CS, 2003) lượng giáng thủy mùa hè (tháng 6, 8) vùng phía đông Trung Quốc thực năm gần (Weng CS, 1999 [333]; Gong Ho, 2002) Những nghiên cứu cho thấy tồn biến đổi thập kỉ giáng thủy số chế liên quan tới biến đổi hồn lưu qui mơ lớn hệ thống gió mùa mùa hè Đơng Á (Fu CS, 2004; Huang CS, 2004; Yang Lau, 2004) Sự biến đổi hồn lưu qui mơ lớn ảnh hưởng tới hoạt động đối lưu qui định cường độ tần suất tượng mưa Trong việc xác định, giám sát cảnh báo hạn hán, tác giả thường sử dụng công cụ số hạn hán Việc theo dõi biến động giá trị số hạn hán giúp xác định khởi đầu, thời gian kéo dài cường độ hạn Chỉ số hạn hán hàm biến đơn lượng mưa, nhiệt độ, bốc hơi, dịng chảy tổng hợp biến Mỗi số có ưu điểm nhược điểm khác nhau, nước sử dụng số phù hợp với điều kiện quốc gia Việc xác định hạn hán số hạn không áp dụng với số liệu quan trắc mà áp dụng với số liệu sản phẩm mơ hình khí hậu khu vực mơ hình khí hậu tồn cầu Trong trình nghiên cứu hạn, việc xác định đặc trưng hạn cần thiết, xác định khởi đầu kết thúc hạn, thời gian kéo dài hạn, phạm vi mở rộng hạn, mức độ hạn, tần suất mối liên hệ biến đổi hạn với khí hậu Các phân tích hạn hán quy mơ mơ tồn cầu (Meshcherskaya A V cs, 1996; Dai cs, 2004; Niko Wanders cs, 2010), khu vực địa phương (Benjamin Lloyd-Hughes cs 2002; Hayes, 1999) thông qua số hạn dựa số liệu mưa, nhiệt độ độ ẩm quan trắc khứ cho thấy số đợt hạn, thời gian kéo dài hạn, tần suất mức độ số nơi tăng lên đáng kể II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 Mục tiêu đề tài 2.1.1 Mục tiêu tổng quát Đề tài thực nhằm mục đích đánh giá mức độ hạn xác định vùng đất trồng lúa có nguy hạn hán, ảnh hưởng hạn hán đến biến động diện tích đất trồng lúa huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng 2.1.2 Mục tiêu cụ thể - Xác định mức độ hạn thơng qua số chuẩn hóa giáng thủy (SPI) huyện Hịa Vang; - Phân tích thay đổi sử dụng đất trồng lúa địa bàn huyện Hòa Vang giai đoạn 1997 - 2016 ứng dụng GIS viễn thám; - Đánh giá ảnh hưởng hạn hán đến thay đổi diện tích đất trồng lúa địa bàn nghiên cứu 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu thu hẹp là diện tích đất trồng lúa vụ Đơng Xn Hè Thu huyện Hịa Vang, Thành Phố Đà Nẵng Do địa bàn huyện Hòa Vang diện tích đất trồng lúa chủ yếu vụ Hè Thu vụ chịu tác động lớn từ tượng hạn hán - Dữ liệu khí tượng thủy văn thuộc vùng nghiên cứu - Phạm vi thời gian: từ ngày 1/2017 đến ngày 12/2017 - Phạm vi khơng gian: Địa bàn Huyện Hịa Vang - Thành phố Đà Nẵng 2.3 Nội dung nghiên cứu - Thực trạng hạn hán thơng qua số chuẩn hóa giáng thủy (SPI) huyện Hòa Vang - Biến động sử dụng đất trồng lúa huyện Hòa Vang giai đoạn 1997-2016 - Ảnh hưởng hạn hán đến thay đổi diện tích đất trồng lúa huyện Hịa Vang - Các giải pháp pháp nhằm giảm thiểu ảnh hưởng hạn hán đến thay đổi diện tích đất trồng lúa huyện Hòa Vang 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu - Thu thập số liệu về: điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, trạng sử dụng đất tài liệu diện tích đất trồng lúa phịng Tài ngun Môi trường huyện - Thu thập văn quan Nhà nước cấp Trung ương địa phương sách liên quan đến hoạt động quản lí nguồn nước tưới địa bàn huyện - Kế thừa số liệu thống kê, kiểm kê, liệu số, loại đồ đồ, văn pháp lí có liên quan đến đề tài từ quan ban ngành địa bàn huyện 2.4.2 Phương pháp tính số hạn hán Các số hạn hán SPI (Standardized Precipitation Index) McKee cộng đề xuất năm 1993, sử dụng rộng rãi nghiên cứu hạn hán giới áp dụng để đánh giá hạn hán vùng nghiên cứu Chỉ số SPI tính chênh lệch lượng giáng thủy thực tế so với trung bình nhiều năm chia cho độ lệch tiêu chuẩn Cơng thức tính: SPI= R−R´ σ (2.1) Trong đó: R lượng mưa thực tế; ´ R lượng mưa trung bình nhiều năm (thời đoạn tính); σ độ lệch tiêu chuẩn Chỉ số SPI tính tốn dựa xác suất lượng mưa quan trắc cho 10