Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu: Các phương pháp lập quy hoạch sử dụng đất, các phương pháp đánh giá thích nghi đất đai, kỹ thuật bố trí không gian sử dụng đất, mô hình CLUE-S, phân
Mục tiêu
Nghiên cứu phương pháp quy hoạch sử dụng đất Nghiên cứu phân tích không gian trong GIS Nghiên cứu mô hình chuyển đổi sử dụng đất CLUE-S Xây dựng mô hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ lập QHSDĐ Ứng dụng mô hình tích hợp CLUE-S và GIS để thành lập bản đồ quy hoạch sử dụng đất trên địa bàn huyện Cát Tiên, tỉnh Lâm Đồng Đánh giá kết quả mô hình.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
hoạch định chính sách ra quyết định chọn lựa chọn không gian bố trí cây trồng trong sản xuất nông nghiệp
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đánh giá thích nghi đất đai và bố trí sử dụng đất cho các loại hình sử dụng đất nông nghiệp (chỉ nghiên cứu phần trồng trọt) trên địa bàn huyện Cát Tiên – tỉnh Lâm Đồng
5 Nội dung nghiên cứu - Lý thuyết về quy hoạch sử dụng đất: phương pháp quy hoạch sử dụng đất non-FAO của GTZ để áp dụng trong luận văn
- Phân tích không gian trong GIS [53] : Ứng dụng đại số bản đồ (Map Algebra), phân tích dữ liệu không gian để xử lý bản đồ đầu vào, đầu ra trong môi trường raster GIS
- Nghiên cứu cấu trúc và sự vận hành của mô hình CLUE-S
- Tích hợp CLUE-S và GIS: thành lập bản đồ quy hoạch sử dụng đất 6 Phương pháp tiến hành
- Phương pháp kế thừa và tổng hợp: các lý thuyết về quy hoạch sử dụng đất, đánh giá đất, bố trí sử dụng đất, phương pháp thống kê, xây dựng mô hình hồi quy, lý thuyết về ra quyết định để từ đó xây dựng mô hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ cho lập quy hoạch sử dụng đất
- Phương pháp chuyên gia: tham khảo ý kiến chuyên gia (Quy hoạch và ra quyết định, khoa học đất, thống kê, công nghệ thông tin, mô hình…) về các vấn đề liên quan đến sử dụng đất
7 Thu thập và xử lý các tài liệu hiện có: Tài liệu về thổ nhƣỡng, địa hình, hiện trạng sử dụng đất, ảnh mô hình độ cao số có liên quan đến đánh giá đất đai
Trong đó tài liệu về thổ nhƣỡng thu thập từ Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp Bản đồ địa hình xử lý từ ảnh SRTM (nguồn từ USGS và NASA) Tài liệu hiện trạng sử dụng đất thu thập từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Cát Tiên Không gian quy hoạch đất nông nghiệp được xác định khi phối hợp với Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Cát Tiên, cùng các phòng ban chuyên môn khảo sát các quy hoạch ngành, thu thập ý kiến, các góp ý và nguyện vọng của người dân
8 Sơ đồ nội dung nghiên cứu Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu, các nội dung cần thiết phải nghiên cứu thể hiện theo sơ đồ sau:
Hình 0.1: Sơ đồ các nội dung cần nghiên cứu
Lý thuyết quy hoạch sử dụng đất
Bản đồ thích nghi đất đai
Bố trí sử dụng đất Đánh giá thích nghi đất đai
Xây dựng bản đồ tính chất đất đai Lựa chọn loại hình sử dụng đất Xây dựng các mô hình hồi quy Logistic trong ngôn ngữ R Đánh giá kết quả mô hình hồi quy bằng đường cong ROC Phân tích không gian vùng nghiên cứu trong môi trường GIS
Thủ tục bố trí sử dụng đất trong CLUE-S
Cài đặt các tham số trong mô hình
CLUE-S Xác định diện tích, ranh giới phân định đất nông nghiệp
Nhu cầu sử dụng đất
Phân tích hiện trạng và biến động sử dụng đất
Bản đồ quy hoạch sử dụng đất Luật ra quyết định
Phân tích Markov (tần suất chuyển đổi SDĐ)
PHẦN 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến quy hoạch sử dụng đất làm cơ sở cho xác định hướng nghiên cứu của đề tài Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất liên quan đến 3 nhóm vấn đề chính: (i) các phương pháp quy hoạch sử dụng đất, (ii) các phương pháp đánh giá đất đai và (iii) bố trí sử dụng đất
1.1.1 Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất Năm 1993 là mốc thời gian quan trọng trong tiến trình phát triển của các phương pháp quy hoạch sử dụng đất khi FAO đưa ra Hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất (FAO 1993a) [11] Do vậy có thể phân loại các phương pháp quy hoạch sử dụng đất như sau: (i) các phương pháp của FAO (kể từ khi có FAO, 1993a), (ii) các phương pháp non-FAO
(i) Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất của FAO:
Năm 1993, FAO đã công bố cuốn sách Hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất (Guideline for Land use Planning, FAO, 1993a [11]), đây là bước phát triển mới trong công tác lập quy hoạch sử dụng đất Nội dung của FAO (1993a) gồm đánh giá thích nghi đất đai và đánh giá các yếu tố kinh tế - xã hội Tài nguyên đất đai cho phép xác định tiềm năng đất đai, sử dụng đất phụ thuộc vào định hướng phát triển kinh tế xã hội FAO 1993a ra đời dựa trên phương pháp tiếp cận từ trên - xuống (top-down) với hướng dẫn cụ thể là QHSDĐ cần tiến hành theo 10 bước :
Hình 1.1: Các bước thực hiện quy hoạch sử dụng đất (FAO, 1993a)
FAO cập nhật phiên bản FAO 1993b - FESLM [12] có bổ sung các yếu tố bền vững đƣợc đƣa vào xem xét trong quá trình đánh giá đất đai Năm 1995, FAO chính thức đưa ra hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất bền vững nhưng hướng tiếp cận vẫn là từ trên – xuống (top – down) [15] Năm 1996, FAO giới thiệu phương pháp lập quy hoạch tổng hợp (intergrated planning) là hướng tiếp cận mới trong quy hoạch sử dụng đất(FAO|UNEP,1996)[16] Năm 1999, quan điểm về quy hoạch tổng hợp được thống nhất trong cuốn hướng dẫn Integrated Planning for Sustainable Management Land Resources – IPSMLR (FAO|UNEP, 1999a) [17], khi đã tích hợp các phương pháp QHSDĐ bền vững của FAO với hướng tiếp cận từ trên – xuống kết hợp với phương pháp QHSDĐ có sự tham gia của người dân (PLUP) với hướng tiếp cận từ dưới – lên (bottom – up)
So với hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất đầu tiên (FAO, 1993a), đến nay FAO đã có nhiều cải tiến trong phương pháp tiếp cận: (i) kết hợp cả 2 hướng tiếp cận từ trên xuống ( top – down) và từ dưới lên (bottom – up) có sự tham gia của các đối tượng sử dụng đất, và (ii) tiếp cận đa mục tiêu (theo hướng bền vững: xem xét đồng thời các yếu tố về kinh tế - xã hội, môi trường) (Định, 2011) [21]
(ii) Các phương pháp non-FAO: các phương pháp dùng để nhấn mạnh một số lĩnh vực nhƣ phân vùng nông nghiệp (Wisconsin – Hoa Kỳ), bảo vệ tài nguyên đất đai, cân bằng nước, dựa vào mức độ thích nghi đất đai để đề xuất sử dụng đất [10]
GTZ(1999) [9] đã phát triển hệ thống các phương pháp lập quy hoạch sử dụng đất tổng hợp, trong đó có sự tham gia của người dân (Participatory Land Use Planning – PLUP) PLUP trở thành hệ thống phương pháp có tính khả thi cao trong việc quy hoạch, phù hợp với yêu cầu của người dân
Kết luận: Với hướng nghiên cứu trong luận văn này (trong công đoạn đánh giá thích nghi đất đai) là đi sâu vào phân tích mối tương quan về không gian giữa các loại cây trồng và các tính chất đất đai Điều đó có nghĩa là tìm mối quan hệ về lịch sử canh tác với tài nguyên đất đai trong vùng nghiên cứu, cụ thể xem mức độ thích nghi về sinh thái của mỗi loại cây trồng với các tính chất đất đai theo không gian phân bố Theo cách phân tích đó, thì sự tham gia của người dân là yếu tố quan trọng Phương pháp lập quy hoạch GTZ và FAO|UNEP, 1999a đều có sự tham gia của người dân, tuy nhiên không thể áp dụng phương pháp lập QHSDĐ theo FAO 1999a vì phương pháp đánh giá đất đai là không phù hợp Chỉ có phương pháp lập quy hoạch của GTZ là thích hợp nhất trong hoàn cảnh của nghiên cứu này
Nội dung nghiên cứu
non-FAO của GTZ để áp dụng trong luận văn
- Phân tích không gian trong GIS [53] : Ứng dụng đại số bản đồ (Map Algebra), phân tích dữ liệu không gian để xử lý bản đồ đầu vào, đầu ra trong môi trường raster GIS
- Nghiên cứu cấu trúc và sự vận hành của mô hình CLUE-S
Phương pháp tiến hành
- Phương pháp kế thừa và tổng hợp: các lý thuyết về quy hoạch sử dụng đất, đánh giá đất, bố trí sử dụng đất, phương pháp thống kê, xây dựng mô hình hồi quy, lý thuyết về ra quyết định để từ đó xây dựng mô hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ cho lập quy hoạch sử dụng đất
- Phương pháp chuyên gia: tham khảo ý kiến chuyên gia (Quy hoạch và ra quyết định, khoa học đất, thống kê, công nghệ thông tin, mô hình…) về các vấn đề liên quan đến sử dụng đất
7 Thu thập và xử lý các tài liệu hiện có: Tài liệu về thổ nhƣỡng, địa hình, hiện trạng sử dụng đất, ảnh mô hình độ cao số có liên quan đến đánh giá đất đai
Trong đó tài liệu về thổ nhƣỡng thu thập từ Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp Bản đồ địa hình xử lý từ ảnh SRTM (nguồn từ USGS và NASA) Tài liệu hiện trạng sử dụng đất thu thập từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Cát Tiên Không gian quy hoạch đất nông nghiệp được xác định khi phối hợp với Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Cát Tiên, cùng các phòng ban chuyên môn khảo sát các quy hoạch ngành, thu thập ý kiến, các góp ý và nguyện vọng của người dân.
Sơ đồ nội dung nghiên cứu
Hình 0.1: Sơ đồ các nội dung cần nghiên cứu
Lý thuyết quy hoạch sử dụng đất
Bản đồ thích nghi đất đai
Bố trí sử dụng đất Đánh giá thích nghi đất đai
Xây dựng bản đồ tính chất đất đai Lựa chọn loại hình sử dụng đất Xây dựng các mô hình hồi quy Logistic trong ngôn ngữ R Đánh giá kết quả mô hình hồi quy bằng đường cong ROC Phân tích không gian vùng nghiên cứu trong môi trường GIS
Thủ tục bố trí sử dụng đất trong CLUE-S
Cài đặt các tham số trong mô hình
CLUE-S Xác định diện tích, ranh giới phân định đất nông nghiệp
Nhu cầu sử dụng đất
Phân tích hiện trạng và biến động sử dụng đất
Bản đồ quy hoạch sử dụng đất Luật ra quyết định
Phân tích Markov (tần suất chuyển đổi SDĐ)
TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất
1.1.1 Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất Năm 1993 là mốc thời gian quan trọng trong tiến trình phát triển của các phương pháp quy hoạch sử dụng đất khi FAO đưa ra Hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất (FAO 1993a) [11] Do vậy có thể phân loại các phương pháp quy hoạch sử dụng đất như sau: (i) các phương pháp của FAO (kể từ khi có FAO, 1993a), (ii) các phương pháp non-FAO
(i) Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất của FAO:
Năm 1993, FAO đã công bố cuốn sách Hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất (Guideline for Land use Planning, FAO, 1993a [11]), đây là bước phát triển mới trong công tác lập quy hoạch sử dụng đất Nội dung của FAO (1993a) gồm đánh giá thích nghi đất đai và đánh giá các yếu tố kinh tế - xã hội Tài nguyên đất đai cho phép xác định tiềm năng đất đai, sử dụng đất phụ thuộc vào định hướng phát triển kinh tế xã hội FAO 1993a ra đời dựa trên phương pháp tiếp cận từ trên - xuống (top-down) với hướng dẫn cụ thể là QHSDĐ cần tiến hành theo 10 bước :
Hình 1.1: Các bước thực hiện quy hoạch sử dụng đất (FAO, 1993a)
FAO cập nhật phiên bản FAO 1993b - FESLM [12] có bổ sung các yếu tố bền vững đƣợc đƣa vào xem xét trong quá trình đánh giá đất đai Năm 1995, FAO chính thức đưa ra hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất bền vững nhưng hướng tiếp cận vẫn là từ trên – xuống (top – down) [15] Năm 1996, FAO giới thiệu phương pháp lập quy hoạch tổng hợp (intergrated planning) là hướng tiếp cận mới trong quy hoạch sử dụng đất(FAO|UNEP,1996)[16] Năm 1999, quan điểm về quy hoạch tổng hợp được thống nhất trong cuốn hướng dẫn Integrated Planning for Sustainable Management Land Resources – IPSMLR (FAO|UNEP, 1999a) [17], khi đã tích hợp các phương pháp QHSDĐ bền vững của FAO với hướng tiếp cận từ trên – xuống kết hợp với phương pháp QHSDĐ có sự tham gia của người dân (PLUP) với hướng tiếp cận từ dưới – lên (bottom – up)
So với hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất đầu tiên (FAO, 1993a), đến nay FAO đã có nhiều cải tiến trong phương pháp tiếp cận: (i) kết hợp cả 2 hướng tiếp cận từ trên xuống ( top – down) và từ dưới lên (bottom – up) có sự tham gia của các đối tượng sử dụng đất, và (ii) tiếp cận đa mục tiêu (theo hướng bền vững: xem xét đồng thời các yếu tố về kinh tế - xã hội, môi trường) (Định, 2011) [21]
(ii) Các phương pháp non-FAO: các phương pháp dùng để nhấn mạnh một số lĩnh vực nhƣ phân vùng nông nghiệp (Wisconsin – Hoa Kỳ), bảo vệ tài nguyên đất đai, cân bằng nước, dựa vào mức độ thích nghi đất đai để đề xuất sử dụng đất [10]
GTZ(1999) [9] đã phát triển hệ thống các phương pháp lập quy hoạch sử dụng đất tổng hợp, trong đó có sự tham gia của người dân (Participatory Land Use Planning – PLUP) PLUP trở thành hệ thống phương pháp có tính khả thi cao trong việc quy hoạch, phù hợp với yêu cầu của người dân
Kết luận: Với hướng nghiên cứu trong luận văn này (trong công đoạn đánh giá thích nghi đất đai) là đi sâu vào phân tích mối tương quan về không gian giữa các loại cây trồng và các tính chất đất đai Điều đó có nghĩa là tìm mối quan hệ về lịch sử canh tác với tài nguyên đất đai trong vùng nghiên cứu, cụ thể xem mức độ thích nghi về sinh thái của mỗi loại cây trồng với các tính chất đất đai theo không gian phân bố Theo cách phân tích đó, thì sự tham gia của người dân là yếu tố quan trọng Phương pháp lập quy hoạch GTZ và FAO|UNEP, 1999a đều có sự tham gia của người dân, tuy nhiên không thể áp dụng phương pháp lập QHSDĐ theo FAO 1999a vì phương pháp đánh giá đất đai là không phù hợp Chỉ có phương pháp lập quy hoạch của GTZ là thích hợp nhất trong hoàn cảnh của nghiên cứu này
1.1.2 Các phương pháp đánh giá đất đai (Land Evaluation) Theo FAO (2007)[13], quá trình phát triển các phương pháp đánh giá đất đai có thể chia làm 3 giai đoạn: (i) Trước khi có phương pháp đánh giá đất đai (FAO, 1976),
(ii) Các phương pháp của FAO (FAO 1976, FAO 2007), (iii) Các phương pháp khác FAO kể từ khi có FAO (1976)[6]
(i) Các phương pháp trước FAO (1976)
Khoảng giữa thế kỷ 20, việc đánh giá khả năng sử dụng đất được xem như là bước nghiên cứu kế tiếp của công tác nghiên cứu đặc điểm đất (soil) Những nghiên cứu và các hệ thống đánh giá đất đai sau đây khá phổ biến:
- Phân loại khả năng đất có tưới (Irrigation land suitability classification) của Cục cải tạo đất đai – Bộ Nội vụ Mỹ (USBR) biên soạn năm 1951 Trong phân loại này, ngoài đặc điểm đất đai, một số chỉ tiêu kinh tế cũng được xem xét nhưng giới hạn trong phạm vi thủy lợi (Định, 2011)[21]
- Phân hạng khả năng đất đai (The land capability classification) do Cơ quan bảo vệ đất – Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) soạn, 1961 Mặc dù hệ thống này đƣợc xây dựng nhằm áp dụng trong nước Mỹ nhưng các nguyên lý của nó được áp dụng ở nhiều nước Trong đó, phân hạng đất đai chủ yếu dựa vào những hạn chế của đất đai gây trở ngại đến sử dụng đất, những hạn chế khó khắc phục cần phải đầu tƣ về vốn, lao động, kỹ thuật,… mới có thể khắc phục đƣợc Hạn chế đƣợc chia thành 2 mức: hạn chế tức thời và hạn chế lâu dài Đất đai đƣợc xếp hạng chủ yếu dựa vào hạn chế lâu dài (vĩnh viễn) Hệ thống đánh giá đất đai chia ra làm 3 cấp: lớp (class), lớp phụ (sub-class) và đơn vị (unit) Đất đai đƣợc chia làm 8 lớp và những hạn chế tăng dần từ lớp I đến lớp VIII, từ lớp I đến lớp IV có khả năng sử dụng cho nông- lâm nghiệp, lớp V đến lớp VII chỉ có thể sử dụng cho lâm nghiệp, lớp VIII chỉ sử dụng cho các mục đích khác (Davidson, 1992) [20]
Kết luận: Đây là một trong những cách tiếp cận trong đánh giá đất đai, có quan tâm đến các yếu tố hạn chế và hướng khắc phục các hạn chế, nhưng chưa xét đến vấn đề kinh tế-xã hội ảnh hưởng đến sử dụng đất.(Định, 2011) [21], cũng như không thể xem xét mối tương quan về không gian giữa các loại hình sử dụng đất và các tính chất đất đai, do vậy không phù hợp trong nghiên cứu này
(ii) Phương pháp đánh giá thích nghi đất đai của FAO
Sau Hội nghị về Môi trường và Phát triển của Liên hiệp quốc (UNCED) tổ chức tại Rio de Janero – Brazil (Tháng 8 /1992), yếu tố bền vững đƣợc đƣa vào các ấn phẩm cũng nhƣ các dự án của FAO Năm 1993, FAO cho ra đời “Khung đánh giá đất đai phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững (An International Framework for
Evaluating Sustanable Land Management – FESLM, 1993b) [12] Trong đó nhấn mạnh quan điểm sử dụng đất bền vững, và yếu tố bền vững đƣợc xem xét trong quá trình đánh giá thích nghi đất đai.(Định, 2011) [25] Ấn bản về đánh giá đất của FAO (2007) [13] nêu quan điểm “đánh giá thích nghi đất đai trên cơ sở bền vững”, có nghĩa là mục tiêu chính của đánh giá đất đai (Land
Evaluation) là phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững (Sustainble Land
Nhận xét: Phương pháp đánh giá thích nghi đất đai FAO 2007 là phương pháp tiên tiến, nhưng cũng không thể xem xét mối tương quan về không gian giữa các loại hình sử dụng đất và các tính chất đất đai, do vậy không phù hợp trong nghiên cứu này
(iii) Các phương pháp đánh giá thích nghi khác FAO (Non-FAO) (a) Phương pháp thống kê - hồi quy Logistic trong đánh giá đất
Tổng quan tình hình ứng dụng CLUE-S và GIS
Fresco (1996), nhằm mô phỏng sự thay đổi sử dụng đất bằng các bản đồ trong môi trường GIS Mô hình này được áp dụng và phát triển ở hơn 30 quốc gia tại Trung Mỹ, Ecuador, Trung Quốc, Indonesia Mô hình CLUE sau đó đƣợc Peter Verburg cùng các đồng nghiệp tại Bộ môn Khoa học Môi trường ở Đại học Wageningen, Hà Lan điều chỉnh và đƣợc gọi là CLUE-S (Convertion of Land-Use and its Effects at Small regional extent) (Verburg et al., 2002) Các phát triển sau đó cũng tại chính bộ môn này, ví dụ nhƣ Dyna-CLUE (phiên bản khác đƣợc Verburg and Overmars, 2009) và CLUE-Scanner (Perez et al., 2010) Đó là mô hình cho phép cài đặt các lựa chọn tổ hợp các phương pháp (phương pháp lai) như: Phân tích thống kê, Luật ra quyết định
1.2.1 Tình hình nghiên cứu, áp dụng trên thế giới Qua gần 20 năm xây dựng và phát triển với các phiên bản CLUE khác nhau, CLUE nói chung và CLUE-S nói riêng đƣợc dùng rất nhiều nơi trên thế giới, với nhiều loại cảnh quan, sinh thái khác nhau CLUE đƣợc ứng dụng trong mô phỏng thay đổi sử dụng đất, phục vụ hoạch định chính sách ở nhiều khu vực, từ vùng nhiệt đới (châu Á, Nam Mỹ, Trung Phi) đến vùng ôn đới (châu Âu, Hoa Kỳ) hay từ vùng nhiệt đới gió mùa ở Đông Nam Á đến vùng sa mạc ở Nội Mông, Trung Quốc
Mô hình CLUE (bao gồm các phiên bản CLUE-S và Dyna-CLUE) đƣợc sử dụng nhiều nơi trên thế giới Mô hình đã đƣợc áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp, đô thị hóa…
Các phiên bản của mô hình đã áp dụng ở: Sibuyan Island – Philippines 2001,
Selangor River – Malaysia 2002, Arcterhoek – Hà Lan 2007, Taips County – Trung Quốc 2007, Pennsylvania County – USA 2009, miền Bắc Thái Lan 2010, Sangong Watersheld – Trung Quốc 2010, Kenya, các nước Trung Mỹ…
Hình 1.2 – Các quốc gia, khu vực trên thế giới đã ứng dụng mô hình CLUE
Hầu hết các khu vực mà mô hình áp dụng đều dùng phương pháp hồi quy logistic để tìm mối tương quan của từng loại hình sử dụng đất (LUT) với các lớp nhân tố phát động có liên quan Mục đích của việc làm đó là để thiết lập nên các bản đồ thích nghi vị trí (bản đồ xác suất) cho từng loại hình sử dụng đất Sau đó, các kết quả từ mô hình hồi quy được đánh giá bằng phương pháp ROC (Relative Operating Characteristic) để lựa chọn hay loại bỏ các lớp nhân tố ảnh hưởng đến từng loại hình sử dụng đất (Pontius and Schneider (2001) [49]
- Tại Sibuyan Island – Philipines (2001)[39], Soepboer áp dụng mô hình
CLUE-S để mô phỏng sự thay đổi sử dụng đất Khu vực nghiên cứu cần thể hiện có tổng diện tích tự nhiên xấp xỉ 45.600 ha với các loại hình sử dụng đất là đất nông nghiệp, đất khai thác mỏ và đất thổ cƣ Khu vực khảo sát có đặc điểm địa hình đồi núi, độ dốc dốc, đƣợc bao phủ bởi tán rừng Mô hình đƣợc sử dụng để biết đƣợc sự thay đổi sử dụng đất giai đoạn từ 1997-2012, với độ phân giải của pixels ở mức
250m*250m (=6,25 ha) Tất cả các phân tích không gian đƣợc xử lý trong môi trường GIS với phần mềm ArcGIS 9.3 Trong mô hình này sử dụng 13 lớp nhân tố ảnh hưởng đã được phân loại thành 3 nhóm:
(a) Nhóm các nhân tố địa lý: Khoảng cách từ biển, đường, thành phố và các nguồn nước
(b) Nhóm các nhân tố lý-sinh: loại đất, độ dốc, tầng dày, góc chiếu, xói mòn, đá điôrrit, phù sa…
(c) Nhóm các nhân tố thuộc về nhân khẩu: mật độ phân bố dân cƣ
Kết quả cho thấy mô hình CLUE-S có khả năng hỗ trợ việc ra quyết định trong quy hoạch sử dụng đất và quản lý tài nguyên thiên nhiên
- Tại vùng lưu vực sông Selangor, Malaysia (2002) [40], Englesman cũng áp dụng mô hình CLUE-S để nghiên cứu sự lan rộng của vùng đô thị hóa Vùng nghiên cứu có tổng diện tích bề mặt tự nhiên là 161.700 ha với mật độ dân số cao và nhiều loại hình cảnh quan Mục tiêu là dự báo sự thay đổi sử dụng đất trong 15 năm, giai đoạn từ 1999-2014 Trong nghiên cứu này, 15 nhân tố ảnh hưởng được chia làm 3 nhóm sau:
(1) Nhóm các nhân tố tự nhiên có 9 nhân tố: cao độ, 4 loại kết cấu đất, 4 loại cho các lớp thích nghi đất đai
(2) Nhóm các nhân tố địa lý: Khoảng cách đến đường giao thông, thủy văn, khu dân cƣ, vùng giữa rừng
(3) Nhóm các nhân tố nhân khẩu: mật độ dân số và lực lƣợng lao động nông nghiệp
Các phân tích xử lý không gian thực hiện trong môi trường GIS với độ phân giải không gian là 750m*750m (V,25 ha)
- Tại Achterhoek, Hà Lan (2007) [41]: Năm 2007, Verburg và Overmars đã dùng mô hình CLUE-S để mô phỏng thay đổi sử dụng đất trong khu vực Khu vực nghiên cứu có diện tích bề mặt tự nhiên là 42000 ha, loại hình sử dụng đất đặc trƣng của vùng này là chăn nuôi bò sữa Mô hình đƣợc dùng nhằm mục đích so sánh 2 kich bản: (i) kịch bản thứ nhất là diễn tả sự thay đổi sử dụng đất mà không áp dụng các chính sách ràng buộc về không gian, (ii) kịch bản thứ 2 là có áp dụng các chính sách ràng buộc về không gian sinh thái nhằm ngăn chặn sự thay đổi sử dụng đất trong các vùng đó Khoảng thời gian mô phỏng là 18 năm, giai đoạn từ 2000 – 2018 Trong mô hình này sử dụng độ phân giải không gian rất cao 50m* 50m (=0,25 ha) Trong môi trường GIS, tiến hành phân tích không gian, xử lý 2 nhóm nhân tố đƣợc lựa chọn để áp dụng trong mô hình nhƣ sau:
(1) Nhóm nhân tố về địa lý : khoảng cách đến đường cao tốc, tỉnh lộ, thành phố, nguồn nước
(2) Nhóm nhân tố về điều kiện tự nhiên : độ dốc, độ cao, thổ nhưỡng, mực nước ngầm
Họ kết luận rằng CLUE-S là công cụ tốt để đánh giá, thảo luận và điều chỉnh các chính sách trong quy hoạch sử dụng đất và hơn thế nữa, họ khuyến nghị sử dụng mô hình cho các nghiên cứu so sánh trong tương lai
- Tại quận Taips, vùng Nội Mông (Inner Mongolia) – Trung Quốc (2007)
[42], Jinyan và các cộng sự đã sử dụng CLUE-S để lập mô hình thay đổi sử dụng đất tại quận Taips, Trung Quốc Khu vực nghiên cứu có diện tích tự nhiên là 341.500 ha, loại hình sử dụng đất chính ở đây là canh tác nông nghiệp và chăn thả gia súc Độ phân giải không gian đề xuất là 100m*100m (=1 ha) Có 3 nhóm nhân tố đƣợc sử dụng trong mô hình sử dụng đất ở vùng nghiên cứu này là:
(1) Nhóm nhân tố điều khiển: độ cao địa hình, độ dốc, góc chiếu, thổ nhƣỡng
(2) Nhóm nhân tố thay đổi theo mùa: nhiệt độ không khí, lƣợng mƣa
(3) Nhóm nhân tố về kinh tế - xã hội Kết quả của nghiên cứu cho thấy có sự tương quan đáng kể giữa những thay đổi sử dụng đất và các nhân tố đưa vào mô hình Qua đó, cho phép người ta lựa chọn phương án phát triển bền vững cho vùng Taips
- Tại quận Centre, Pennsylvania – Hoa Kỳ (2009) [43]: Batisati và Yarnal đã áp dụng mô hình CLUE-S để nghiên cứu sự chuyển đổi sử dụng đất từ nông nghiệp sang đô thị Diện tích tự nhiên của quận Centre là 288.700 ha Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng kết hợp 3 phương pháp: (i) lập bảng hai chiều để xác định các chuyển đổi sử dụng đất phi ngẫu nhiên, (ii) phân tích hồi quy logistic để xác định các nhân tố ảnh hương và (iii) mô phỏng các chuyển đổi đó bằng mô hình CLUE-S Các nhân tố đƣợc chọn để đƣa vào mô phỏng là: địa hình, thổ nhƣỡng và mật dộ dân số Độ phân giải không gian áp dụng là 100m*100m (=1 ha) Nhìn chung trong nghiên cứu này, các tác giả nhận định đây là phương pháp phân tích hữu ích bổ sung thêm các công cụ phục vụ cho các nhà hoạch định chính sách trong việc thể hiện sự đô thị hóa ở cấp độ quận, huyện
- Tại miền Bắc Thái Lan (2010) [44]: Nạn phá rừng diễn ra liên tục trong các thập niên trước và hiện nay vẫn còn đang tiếp diễn Y Trisurat, R Alkemake, P.H
Verburg đã nghiên cứu sự thay đổi sử dụng đất do nạn phá rừng ở vùng Bắc Thái Lan trong bối cảnh chính phủ nước này thực hiện các chính sách nhằm duy trì độ che phủ của rừng đạt từ 50% trở lên, nhƣng vẫn thúc đẩy các phát triển kinh tế từ nông nghiệp, lâm nghiệp và phát triểu du lịch trong vùng Mục tiêu của nghiên cứu này là phân tích những tác động có thể có từ các hướng phát triển kinh tế đã nêu 03 mục tiêu cụ thể của nghiên cứu này là (i) dự báo thay đổi sử dụng đất trong vùng theo 03 kịch bản, (ii) phân tích các tác động ảnh hưởng đến đa dạng sinh học, (iii) xác định các khu vực nhạy cảm nhất ảnh hưởng bởi nạn phá rừng và mất đa dạng sinh học Để thực hiện các mục tiêu đó, trong nghiên cứu này đã kết hợp mô hình thay đỏi sử dụng đất ở dạng động (Dyna-CLUE) và một mô hình đánh giá đa dạng sinh học (GLOBIO3) Trong đó:
- Mô hình Dyna-CLUE dùng để xác định các vùng không gian xảy ra thay đổi sử dụng đất trong khu vực Các thông số đƣợc sử dụng để xây dựng mô hình là: thời gian nghiên cứu thay đổi sử dụng đất từ 2002-2050, độ phân giải không gian 500m*500m (% ha) Các nhà nghiên cứu sử dụng 13 nhân tố ảnh hưởng để phân tích cho các LUTs được chia làm 3 nhóm nhân tố sau:
(1) Nhóm nhân tố tự nhiên: lƣợng mƣa hằng năm, thổ nhƣỡng, độ cao, độ dốc và góc chiếu
(2) Nhóm nhân tố về địa lý: Khoảng cách đến hồ, sông, suối, đường giao thông, cụm dân cƣ, đô thị
(3) Nhóm nhân tố về kinh tế - xã hội: mật độ dân số, thu nhập
- Mô hình GLOBIO3 dùng để ƣớc lƣợng mức độ tác động đến đa dạng sinh học (GLOBIO3) thông qua chỉ số mean species abundance (MSA)
Dựa trên các kết quả từ mô hình, các bản đồ mô phỏng với GIS, các nhà quy hoạch, hoạch định chính sách đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động từ nạn phá rừng và mất đa dạng sinh học trong vùng Sau khi đánh giá các kết quả của nghiên cứu này, các tác giả cũng khuyến nghị cần bổ sung thêm các nhân tố ảnh hưởng vào nhóm kinh tế - xã hội vì nhận thấy rằng các nhân tố trong nhóm này ảnh hưởng rất lớn đến nạn phá rừng
- Tại vùng lưu vực sông Sangong, Tân Cương, Trung Quốc (2010) [45]:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết về quy hoạch sử dụng đất
Trong nội dung này, trình bày các lý thuyết và kỹ thuật đƣợc sử dụng trong mô hình CLUE-S ở trong hai hạng mục quan trọng là đánh giá thích nghi và bố trí sử dụng đất
2.1.1 Các khái niệm, định nghĩa trong quy hoạch sử dụng đất
FAO đã sử dụng các khái niệm khá phong phú, bao gồm: Đất đai, đơn vị đất đai, đặc tính đất đai, chất lượng đất đai, loại hình sử dụng đất đai… Dưới đây là một số khái niệm đƣợc sử dụng phổ biến: Đất đai (Land): là diện tích bề mặt của trái đất, các đặc tính của nó bao gồm các thuộc tính tương đối ổn định, hoặc có thể dự báo theo chu kỳ của sinh quyển bên trên và bên dưới nó như: không khí, thổ nhưỡng, địa chất, thủy văn, quần thể động thực vật Đất đai cũng là kết quả hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại, mà những thuộc tính này có ảnh hưởng đáng kể tới việc sử dụng đất đai bởi con người trong hiện tại và tương lai
Tính chất đất đai (Land Characteristic – LC): là những thuộc tính của đất đai có thể đo đạc hoặc ước lượng được, thường được sử dụng làm phương tiện để mô tả các chất lƣợng đất đai hoặc để phân biệt giữa các đơn vị đất đai có khả năng thích hợp cho các loại hình sử dụng đất đai khác nhau
Chất lượng đất đai (Land Quality – LQ): là những thuộc tính phức hợp phản ánh mối quan hệ và tương tác của nhiều đặc tính đất đai Chất lượng đất đai thường đƣợc chia thành ba nhóm: Nhóm theo yêu cầu sinh thái cây trồng, nhóm theo yêu cầu quản trị và nhóm theo yêu cầu bảo tồn
Loại sử dụng đất chính (Major kind of land use): là sự phân chia ở mức cao các loại hình sử dụng đất ví dụ: Nông nghiệp nhờ mưa, nông nghiệp có tưới, cây hằng năm, cây lâu năm, đất trồng cỏ, đất lâm nghiệp…
Loại hình sử dụng đất (Land Utilization Type hay Land Use Type – LUT): Là loại sử dụng đất đƣợc mô tả hoặc đƣợc xác định chi tiết hơn loại sử dụng đất chính Một loại hình sử dụng đất có thể là một loại cây trồng hoặc một số loại cây trồng trong một điều kiện kỹ thuật và kinh tế - xã hội nhất định Các thuộc tính của loại hình sử dụng đất bao gồm các thông tin về sản xuất, thị trường tiêu thụ sản phẩm, đầu tư, lao động, biện pháp kỹ thuật, yêu cầu về cơ sở hạ tầng, mức thu nhập
2.1.2 Lý thuyết quy hoạch sử dụng đất tổng hợp có sự tham gia của người dân Những năm gần đây, thuật ngữ: ―Sự tham gia‖ hay ―Sự tham gia của người dân‖ đã được sử dụng rãi bởi cộng đồng các nhà nghiên cứu phát triển ở trong nước cũng như quốc tế Mục tiêu của sự tham gia của người dân trong các dự án quy hoạch là nhằm năng cao chất lƣợng, tính khả thi và khả năng áp dụng vào thực tiễn
Hai thập kỷ qua, nhiều tổ chức quốc tế đã tiến hành nghiên cứu phát triển các chiến lược, phương pháp và công cụ để tiến hành công tác quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia của người dân FAO (Food and Agriculture Organization- Tổ chức nông lương thế giới) và GTZ (Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH) là hai tổ chức đã có những đóng góp to lớn cho công tác này thông qua kinh nghiệm thực hiện dự án ở các nước đang phát triển như Philippines, Thailand, Cambodia, và một số nước khác Tuy nhiên phương pháp luận này chỉ mới được chính thức thâm nhập vào nước ta gần gây thông qua dự án hợp tác giữa Việt Nam và Đức, cụ thể là, dự án Phát triển Lâm nghiệp Xã hội sông Đà (SFDP) bắt đầu năm 1995 Kết quả của dự án đã chứng minh rằng đây là một phương pháp luận phù hợp cho công tác quy hoạch sử dụng đất đai, đặc biệt cho quy hoạch sử dụng đất đai ở cấp vi mô [87] Định nghĩa về sự tham gia:
Tham gia là một quá trình tương tác và hợp tác trong phân tích, hoạch định và ra quyết định trong đó có sự tham gia của tất cả các nhóm có liên quan Nó là quá trình cho phép những người tham gia trình bày những điều quan tâm và chú ý của họ, để dẫn đến những quyết định hài hòa với lợi ích của các nhóm khác nhau Hoặc có thể định nghĩa là ―một quá trình trong đó các nhóm liên quan tác động và chia sẻ giám sát đối với hoạt động phát triển, các quyết định và các nguồn gây ảnh hưởng đến họ‖(Nguồn: http://www.worldbank.org/wbi/sourcebook/sb0100.htm)
Trong một dự án có sự tham gia, đóng góp của người bản địa đến việc đưa ra quyết định trong quá trình xây dựng ý tưởng, hoạch định và thực thi dự án phải được tôn trọng Định nghĩa về quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia:
Trước khi thảo luận thế nào là PLUP, chúng ta cần biết thế nào là quy hoạch sử dụng đất Theo FAO (1993, 1), ―quy hoạch sử dụng đất đai có nghĩa là đánh giá một cách có hệ thống tiềm năng đất đai, nước, các lựa chọn sử dụng đất và các điều kiện kinh tế xã hội nhằm lựa chọn và làm theo các chọn lựa sử dụng đất đai một cách tốt nhất… ‖ Quy hoạch sử dụng đất đai nhằm cân đối nhu cầu sử dụng đất đai khác nhau của các đối tƣợng sử dụng đất khác nhau khi có sự cạnh tranh đối với nguồn tài nguyên đất đai có giới hạn FAO cho rằng có hai điều kiện phải đƣợc thoả mãn cho một quy hoạch phù hợp: nhu cầu thay đổi sử dụng đất phải đƣợc chấp nhận bởi những người có liên quan, và sự quyết tâm về mặc chính sách để đưa quy hoạch vào thực thi Trong định nghĩa này, sự tham gia của người dân đã được nhấn mạnh
Có nhiều định nghĩa về quy hoạch sử dụng đất đai có sự tham gia (PLUP) đề xuất bởi nhiều cơ quan khác nhau, tuy nhiên, hai định nghĩa sau đây thường được trích dẫn:
- PLUP là một quá trình lặp đi lặp lại và có hệ thống đƣợc thực hiện nhằm tạo nên môi trường thích hợp cho sự phát triển bền vững tài nguyên đất đai đáp ứng nhu cầu cần thiết và cấp bách của con người Nó đánh giá các tiềm năng và hạn chế về mặt tự nhiên, kinh tế xã hội, thể chế và pháp lý đối với sự chọn lựa và sử dụng bền vững tài nguyên đất đai, và cho phép người dân đƣa ra các quyết định về việc làm thế nào để phân bổ các nguồn tài nguyên đó
- PLUP là một quá trình lặp đi lặp lại trên cơ sở hội thoại giữa các nhóm có liên quan nhằm đạt đƣợc sự thoả thuận và quyết định một hình thức sử dụng đất đai bền vững ở khu vực nông thôn cũng nhƣ việc triển khai và giảm sát việc thực thi Ở cả hai định nghĩa trên, như thuật ngữ PLUP ngụ ý, vai trò của người bản địa được ghi nhận và trao quyền trong quá trình quy hoạch Người bản địa được tạo điều kiện để nói lên ý kiến của họ liên quan đến việc sử dụng tài nguyên đất đai, và làm thế nào để đất đai mang lại lợi ích cho cả cộng đồng
Tại sao quy hoạch sử dụng đất cần có sự tham gia của người dân?
Như các định nghĩa về PLUP cho thấy, việc kết hợp người dân trong quá trình quy hoạch rất quan trọng đối với sự thành công và hiệu quả của một dự án Đặc biệt, sự giam gia của người dân có thể giúp:
- Tăng cường chất lượng của quy hoạch
Các lý thuyết và phương pháp có liên quan
2.2.1 Hồi quy logistic phục vụ cho đánh giá thích nghi đất đai
Trong nội dung này, phân tích các vấn đề liên quan đến hồi quy logistic (LRM): (i) tầm quan trọng, (ii) lịch sử phát triển, (iii) phương pháp ước lượng của LRM, (iv) phương pháp đánh giá LRM
(i) Tầm quan trọng của hồi quy logistic
Do dữ liệu phân tích ứng dụng trong đề tài nghiên cứu gồm có biến nhân tố đầu vào và biến đầu ra Biến nhân tố đầu vào (driving factor) thì có đạng dữ liệu phong phú, có thể là nhị phận, liên tục Biến đầu ra (outcome) hay còn gọi biến phụ thuộc (dependent variables) là các LUTs, dạng dữ liệu của các biến này là nhị phân (binary variable), chỉ có 2 giá trị 0|1 (không xuất hiện | xuất hiện) Trong trường hợp nghiên cứu này, không thể dùng mô hình hồi quy tuyến tính thông thường, vì định dạng dữ liệu của biến phụ thuộc không thỏa mãn điều kiện là biến liên tục Do vậy một mô hình hồi quy mới đƣợc các nhà thống kê phát triển là LRM (Logistic
Regression Model) được đề xuất sử dụng để áp dụng trong trường hợp này LRM đƣợc sử dụng vì các mục tiêu chính là [47]:
mô tả mối liên quan giữa biến outcome và biến driving factor,
kiểm soát các biến nhiễu (controlling for confounders)
phát triển một mô hình tiên đoán, dự báo (developing a prediction model)
(ii) Lịch sử hình thành và phát triển của mô hình hồi quy logistic
Hàm Logistic (có đồ thị đường cong sigmoid hay đường cong logistic) do nhà toán học Pierre Franỗois Verhulst (1804-1849) phỏt triển vào giai đoạn 1844-1845 trong một nghiên cứu về tăng trưởng dân số Trước đó, thầy giáo của P.F.Verhulst là
Adolphe Quetelet (1796-1874) quan sát thấy sự tăng trưởng của các sinh vật và con người nói chung không theo quy luật của hàm mũ (exponential), mà theo hàm chữ S Nhƣng ông chƣa tìm ra đƣợc hàm mô tả, nên giao vấn đề trên cho Verhulst, sau này chính Verhulst mới là người viết ra phương trình logistic đầu tiên Nhưng Verhulst chết sớm, theo thời gian công trình của Verhulst bị trôi vào quên lãng, ngay cả Quitelet cũng không nhắc đến hàm logistic nữa [51]
Công thức và đồ thị dạng hình chữ S của hàm logistic dạng chuẩn do nhà toán học Pierre Franỗois Verhulst viết ra (cũn gọi là hàm sigmoid)
Hình 2.1: Đồ thị hàm logistic
Tuy nhiên, sang thế kỷ 20 do nhu cầu nghiên cứu của nhiều ngành khoa học khác nhau cần dùng một hàm có chức năng chuyển đổi, hàm logistic của Verhulst là một điển hình trong số đó Hàm logistic ứng dụng phổ biến trong mạng neural nhân tạo (artificial neural networks), sinh học, nhân khẩu học, kinh tế, thống kê…
Theo đó, ở lĩnh vực thống kê ứng dụng, hàm logistic đại diện cho xác xuất p thông qua phép chuyển đổi logit để thực hiện hồi quy, mục đích là để xử lý dữ liệu outcome ở dạng phân loại Năm 1938, Ronald Fisher và Frank Yates đã có ý tưởng chuyển p thành đơn vị logit cho mô hình hồi quy nhị phân nhƣng chƣa phát triển đƣợc thành LRM [47]
Mãi đến năm 1970, bước ngoặt xảy ra khi giáo sư thống kê lỗi lạc người Anh, Sir
David Roxbee Cox (1924 - ) đƣa ra khái niệm logit để hình thành LRM hoàn chỉnh đƣợc sử dụng đến ngày nay D.R.Cox đã thực hiện động tác chuyển đổi sau đây [48]: logit log
Trong đó LRM dựa trên khái niệm logit:
Gọi X là biến nhân tố (driving factor), p là xác suất của một biến cố (outcome)
LRM phát biểu rằng: logit p X (3) hay log
1 p X p (4) Điều này cũng có nghĩa là:
(5) Mối liên quan giữa X, p và logit(p)
Mối liên quan giữa X và logit(p) Mối liên quan giữa X và p log
Hình 2.2: Hai đồ thị thể hiện mối liên quan X và logit(p), X và p
Hai đồ thị trên cho thấy lý do tại sao cần phải hoán chuyển tính từ p sang logit
Logit(p) ―đại diện‖ cho các biến outcome trong thực tế để thực hiện hồi quy với các biến driving factor Một ý nghĩa khác hết sức quan trọng là khi đổi từ p sang logit(p) là mở rộng miền giá trị dễ cho để thực hiện mô hình hồi quy ở dạng tuyến tính Cụ thể hơn, vì p [0;1] nên [0; )
1 p p Ý nghĩa logistic nằm ở chỗ này Cũng vì lý do đó, LRM đƣợc xếp vào nhóm mô hình hồi quy tuyến tính tổng quát (Generalized Linear Model - GLM), khác với mô hình hồi quy tuyến tính thường gặp Điểm khác biệt rõ ràng nhất là biến outcome của LRM có biến phân loại, biến outcome của mô hình hồi quy tuyến tính là biến liên tục
Một cách viết khác ở dạng tổng quát cho LRM đa biến:
Hay viết dưới dạng logit logit log 0 1 1 2 2
Các giả định về LRM về mặt toán học:
- Mô hình cung cấp một sự ―đại diện‖ tiêu biểu giữa biến outcome và X
- Các biến Outcomes (LUTs) độc lập với nhau
- Biến nhân tố (driving factors) không có sai số ngẫu nhiên
Các lợi thế của LRM:
- Mô tả mối liên quan giữa biến outcome và các nhân tố, xác suất của outcome (LUTs) có thể thay đổi với giá trị của biến nhân tố (driving factors)
- Phát triển đƣợc mô hình tiên đoán, áp dụng đƣợc cho nhiều lĩnh vực đặc biệt là tạo đƣợc bản đồ thích nghi đất đai
- Nhiều chương trình, phần mềm có thể dùng để ước tính tham số
(iii) Ước tính tham số của LRM bằng phương pháp ước lượng hợp lý cực đại - Maximum Likelihood Estimation (MLE)
Maximum likelihood estimator (MLE) ƣớc tính (β 0 ,β 1, β2,…) bằng cách tối đa hóa hàm :
Trong thực tế, phần mềm ngôn ngữ R hay các phần mềm thống kê thương mai khác nhƣ SAS, SPSS… đều có khả năng ƣớc tính các tham số của mô hình theo phương pháp MLE Riêng trong môi trường ngôn ngữ R việc ước tính thông qua việc triển trai qua hàm ―generalized linear model - glm‖, ―logistic regression model - lrm‖ trong package(regression modeling strategies – rms)
Trong đề tài này sẽ viết một chương trình với các hàm có sẵn trong ngôn ngữ lập trình R để ƣớc tính tham số và chọn lọc các i có độ tin cậy ≥ 95%.và đánh giá LRM của từng biến outcome (LUT)
(iv) Đánh giá LRM bằng đường cong Receiver Operating Characteristics (ROC)
Curve (iv.a) Hoàn cảnh ra đời Đường cong ROC là một biểu đồ có dạng đường cong, biểu diễn mức độ hiệu quả của một hệ thống phân loại nhị phân (binary classifier) Đường cong ROC dùng để đánh giá các kết quả của một dự đoán Ứng dụng đầu tiên của nó là cho việc nghiên cứu các hệ thống nhận diện trong việc phát hiện các tín hiệu radio khi có sự hiện diện của nhiễu vào thập niên 1940, sau sự kiện cuộc tấn công Trân Châu Cảng Công trình nghiên cứu đầu tiên nhằm mục đích xác định lý do tại sao mà các ―bộ phận thu nhận tín hiệu radar‖ của hải quân Hoa Kỳ lại bỏ qua tín hiệu của các máy bay Nhật Bản [62] Vào thập niên 1960, ROC đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu y dƣợc Ngày nay, ROC sử dụng rất hữu ích trong quản lý tài nguyên , dự báo thảm họa thiên nhiên Trong lĩnh vực thành lập bản đồ từ ảnh viễn thám, kỹ thuật ROC đƣợc dùng để đánh giá các phương pháp xử lý ảnh siêu phổ (hyperspectral imagery)[83], [84] hay đánh giá độ chính xác của phân tích biến động [85], đánh giá kết quả phân loại [86]
(iv.b) Mô tả về biểu đồ ROC:
ROC là một đồ thị với trục tung thể hiện Độ nhạy (Sensitivity), trục hoành thể hiện
[1-đặc trƣng (specificity)] (một số phần mềm có khi thể hiện giá trị đặc trƣng) cho một hệ thống phân loại nhị phân khi mà ngƣỡng phân loại của nó bị thay đổi (giá trị ngưỡng – cutpoint – là nằm trên trục hoành, đường thẳng đứng cho thấy sự phân tách: phần bên trái đƣợc xem là không có thuộc tính cần kiểm tra, phần bên phải đƣợc xem là có thuộc tính cần kiểm tra
Giá trị của ngƣỡng sẽ quyết định số lƣợng: true positives, true negatives, false positives, false negatives Đường cong ROC biểu diễn bằng một dạng tương đương bằng cách vẽ phần true positive (TP) theo phần false positive (FP)
Cấu trúc và sự vận hành của CLUE-S
Năm 1996, lần đầu tiên mô hình CLUE (Veldkamp và Fresco,1996) [1] đƣợc đƣợc ứng dụng trên thế giới với phiên bản CLUE-CR (áp dụng cho Costa Rica) [2], [3],sau này đƣợc P.H.Verburg kế thừa và phát triển ở mức chi tiết hơn với tên gọi là CLUE-S Sự khác biệt cơ bản này giữa CLUE (nguyên thủy lúc ban đầu) và CLUE- S liên quan đến mức độ chi tiết thể hiện do khác biệt về độ phân giải không gian
Hình: So sánh sự khác biệt về tỉ lệ bản đồ, cấp quy hoạch trong thực tế ứng dụng của CLUE và CLUE-S (Phỏng theo P H Verburg -2002)
Khi phạm vi không gian nghiên cứu tương đối nhỏ thì có sự khác biệt trong thể hiện dữ liệu ở so với khi áp dụng ở phạm vi không gian lớn mô hình CLUE nguyên thủy không thể trực tiếp đƣợc áp dụng ở quy mô khu vực nhỏ Do đó, cách tiếp cận mô hình đã đƣợc thay đổi và bây giờ gọi là CLUE-S (Convertion of Land-Use and its Effects at Small regional extent)
2.3.2 Cấu trúc, các thiết lập và vận hành trong mô hình CLUE-S
Mô hình CLUE-S gồm hai hợp phần riêng biệt là phi không gian và không gian
Chức năng của hợp phần phi không gian là tính toán tổng hợp các nhu cầu sử dụng đất trong tương lai dựa trên các kịch bản Sau đó, ở hợp phần không gian sẽ đưa các thông số từ hợp phần phi không gian vào trong các thay đổi sử dụng đất nhằm mục đích bố trí vào các vị trí khác nhau Kết quả của quá trình chạy mô phỏng là các bảng thông tin mô tả biến động sử dụng đất từng năm và các bản đồ thể hiện thay đổi về sử dụng đất mỗi năm
Nhu cầu sử dụng đất Đánh giá kinh tế - xã hội,
Phân tích quy hoạch ngành, Quy hoạch cơ sở hạ tầng
Bố trí không gian sử dụng đất Đánh giá thích nghi đất đai
Phân tích phi không gian
Bản đồ mô phỏng SDĐ năm thứ 1
Bản đồ mô phỏng SDĐ năm thứ i
Bản đồ mô phỏng SDĐ năm cuối Kế hoạch SDD năm 1
Kế hoạch SDĐ năm thứ i
Kế hoạch SDĐ năm cuối
Hình 3.1: 2 hợp phần trong mô hình CLUE-S
Việc bố trí không gian dựa trên sự kết hợp của thực nghiệm và phân tích không gian Hình 4 cho một tổng quan về các thành phần cần thiết để chạy mô hình
CLUE-S Các hợp phần này đƣợc chia thành 4 loại mà cùng nhau tạo ra một tập hợp các điều kiện và xác suất mà mô hình tính toán các giải pháp tốt nhất theo thủ tục chạy vòng lặp
Các thành phần đƣợc chia làm 4 loại là: o Phân định ranh đất nông nghiệp và phi nông nghiệp o Cài đặt các tham số của mô hình CLUE-S o Nhu cầu sử dụng đất đƣợc xác định từ Quá trình đánh giá kinh tế - xã hội o Kết quả từ quá trình đánh giá thích nghi đất đai
Thủ tục bố trí thay đổi sử dụng đất Xác định diện tích, ranh giới phân định đất nông nghiệp
Bản đồ thích nghi đất đai
-Các tính chất đất đai (LCi)
-Các loại hình sử dụng đất
(LUTs) Đánh giá thích nghi đất đai
Hồi quy Logistic QH cơ sở hạ tầng
QH các ngành KT-XH QH sử dụng đất
Nhu cầu sử dụng đất Đánh giá kinh tế - xã hội
Cài đặt các tham số về không gian, thuộc tính trong mô hình CLUE-S
Vùng chuyên canh nông nghiệp QH phi nông nghiệp
Hình3.2: Tổng quan về 4 thành phần đƣa vào mô hình CLUE-S
2.3.2.1 Đánh giá thích nghi trong CLUE-S
Chuyển đổi sử dụng đất dự kiến sẽ diễn ra tại các địa điểm với độ 'ƣu tiên - ƣa thích' cao nhất cho các loại hình sử dụng đất cụ thể Ƣu tiên đại diện cho kết quả của sự tương tác giữa các tác nhân khác nhau và ra quyết định đã dẫn đến một cấu hình sử dụng đất không gian Sở thích của một vị trí đƣợc ƣớc tính theo kinh nghiệm từ một tập hợp các yếu tố đó đƣợc dựa trên sự khác nhau, hiểu biết của các yếu tố quyết định của sự thay đổi sử dụng đất Các mức độ ―ƣu tiên‖ đó đƣợc tính nhƣ sau:
Rki = akX1i + bkX2i + trong đó R là ƣu tiên dành vị trí i sử dụng đất loại k X1, 2, những đặc điểm lý sinh hay kinh tế xã hội của vị trí i và ak và bk tác động tương đối của các đặc điểm trên các ƣu đãi cho loại hình sử dụng đất k
Một mô hình thống kê có thể đƣợc phát triển nhƣ là một mô hình logit nhị thức của hai lựa chọn: chuyển đổi vị trí i vào loại sử dụng đất k hay không Tuy nhiên, R ki sở thích không thể quan sát hoặc đo trực tiếp và do đó nó đƣợc tính theo xác suất
Chức năng có liên quan xác suất này với các đặc điểm vị trí tự nhiên và kinh tế xã hội đƣợc định nghĩa trong một mô hình logit sau đây: nơi Pi là xác suất của từng điểm ảnh (pixel) cho sự xuất hiện của các loại hình sử dụng đất xem xét trên vị trí i và X là những nhân tố vị trí (Location factors) Các hệ số (β) đƣợc ƣớc tính thông qua hồi quy Logistic dùng mẫu của lớp sử dụng đất hiện trạng nhƣ là biến phụ thuộc Hầu hết các đặc điểm vị trí liên quan đến vị trí trực tiếp, chẳng hạn nhƣ tính chất đất và độ cao…
2.3.2.2 Các thiết lập về chuyển đổi sử dụng đất
Ma trận chuyển đổi sử dụng đất: Trong CLUE-S Ma trận chuyển đổi sử dụng đất đóng vai trò rất quan trọng để có thể tính toán, chu chuyển sử dụng đất giữa các
LUT Trong mô hình CLUE-S quy ƣớc số 1 là có khả năng chuyển đổi sử dụng đất, số 0 là không có khả năng chuyển đổi Ví dụ trong trường hợp nghiên cứu ở huyện Cát Tiên có ma trận chuyển đối sử dụng đất nhƣ sau:
Sử dụng đất trong tương lai Lúa Điều Rau-màu Phi nông nghiệp
Hiện trạng sử dụng đất
2.3.2.3 Bố trí không gian sử dụng đất trong CLUE-S
Khi tất cả các yếu tố đầu vào cung cấp cho mô hình CLUE-S tính toán, với các bước thời gian rời rạc, thường thì dùng bước nhảy thời gian là từng năm một Toàn bộ quá trình bố trí được tóm tắt trong Hình 7 Các bước sau đây được thực hiện để phân bổ những thay đổi trong sử dụng đất:
1 Bước đầu tiên bao gồm việc xác định tất cả các điểm ảnh (pixel) được phép thay đổi Các pixel có phải là một phần của một khu vực đƣợc bảo vệ (protected area) hoặc hiện trạng đang là một loại hình sử dụng đất mà không đƣợc phép thay đổi thì nó sẽ bị loại trừ khỏi tính toán tiếp nữa
2 Đối với mỗi vị trí i (cell i) xác suất tổng (TPROPi, u) đƣợc tính toán cho từng loại hình sử dụng đất u theo:
TPROP P ELAS ITER nơi Pi, u là khả năng thích nghi của loại hình sử dụng đất u (dựa trên mô hình logit) tại vị trí I (cell i), ELASu là tần suất chuyển đổi sử dụng đất của LUT thứ u và ITERu là một biến lặp đặc trƣng cho khả năng cạnh tranh giữa các LUT
Phân tích không gian raster trong môi trường GIS
Trong nghiên cứu này, phần lớn các phân tích đƣợc thực hiện với mô hình dữ liệu raster trong môi trường GIS Các chức năng phân tích dữ liệu này là cần thiết để xử lý các dữ liệu không gian đầu vào và đầu ra của mô hình CLUE-S
Phải khẳng định rằng: CLUE-S sẽ không hoạt động đƣợc, nếu không có khâu tham gia của GIS trong xử lý dữ liệu đầu vào cho mô hình Các chức năng phân tích không gian của GIS sẽ giúp chuẩn hóa dữ liệu đầu vào về hệ tọa độ, làm nhất quán về vùng không gian nghiên cứu, cũng nhƣ can thiệp vào quá trình tùy biến thuộc tính của mô hình dữ liệu raster
Trong nghiên cứu này, các chức năng về phân tích dữ liệu raster trong môi trường GIS đƣợc thực hiện trong phần mềm ArcGIS 10 của Esri - sử dụng các chức năng phân tích dữ liệu với bản quyền thử nghiệm
Bộ công cụ phân tích không gian (Spatial Analyst Tools) là rất cần thiết, thực sự hữu ích cho việc biên tập, chuẩn hóa dữ liệu đầu vào cho mô hình CLUE-S
Về phân tích không gian theo khoảng cách (Distance), công cụ Euclidean Allocation cần giải pháp để ―trám‖ các vùng không gian bị thiếu dữ liệu trong vùng nghiên cứu Đó là cách để làm đầy nội dung bằng cách thay đổi các cell có giá trị là Nodata thành các cell có giá trị theo giải thuật của nhà toán học Euclid
Hình 3.2: Thuật toán bố trí Euclidean để xử lý lỗi Nodata trong ảnh raster Về công cụ trích xuất (Extraction): Extract by mask
Nhóm công cụ tính toán (Math): Times, Logical (Is Null)
Do dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, nên về cơ bản, dữ liệu không gian dạng vector có vài điểu khác biệt ở các vùng ranh giới hành chính cấp huyện Do vậy khi raster hóa, các bản đồ không nhất quán đƣợc về mặt không gian ở vùng rìa(vùng ranh giới) của khu vực nghiên cứu Do vậy cần phải chọn 1 lớp làm chuẩn gọi là mask để chuẩn hóa, nhất quán về mặt không gian của các lớp dữ liệu còn lại
Trong tình huống này, khi cần lấy thêm dữ liệu ở vùng bị khuyết ở các lớp nhân tố vào vị trí không gian tương ứng ở lớp mask là “Is Null” Nhưng công cụ Is Null thường ít khi sử dụng riêng lẻ, nó nằm trong bộ Raster Calculator nhằm phối hợp với các công cụ phân tích không gian khác Công cụ “Is Null” đƣợc minh họa theo hình dưới đây:
Hình 3.3: Minh họa chức năng Is Null trong phân tích không gian
Times: Cho phép tạo ra một ảnh raster mới khi nhân giá trị thuộc tính của tất cả các cell trong một lớp với 1 hằng số Hoặc nếu nhân 2 ảnh raster với nhau, cho phép giá trị cell ở vị trí tương ứng trong lớp thứ nhất nhân với giá trị của cell trong lớp thứ 2
Hình 3.4: Minh họa chức năng Math/Times trong phân tích không gian
Trong tất cả các chức năng phân tích trên, chức năng Map Algebra là quan trọng nhất, cụ thể ở đây là công cụ Raster calculator Đây là một công cụ quan trọng, có chức năng phối hợp các hoạt động tính toán của các hàm luận lý, hàm điều kiện…để tạo ra sản phẩm bản đồ mà không phải tạo ra sản phẩm trung gian
Map Algebra : là một môn đại số dựa trên các thiết lập tính toán với dữ liệu địa lý
Nó là một tập hợp các hoạt động đơn giản trong một hệ thống GIS, khi cho phép hai hoặc nhiều lớp raster (―bản đồ‖) có kích thước giống nhau tạo ra một lớp raster mới (―bản đồ‖) sử dụng phép toán đại số nhƣ cộng, trừ,…[53] Map Algebra đƣợc tiến sĩ Dana Tomlin đề xuất vào những năm đầu thập niên 80 thế kỷ 20 Sau đó Tomlin cho xuất bản cuốn sách mang tính bước ngoặc là ―Geographic Information Systems and Cartographic Modeling‖ vào năm 1990 khi nâng cấp thêm các chức năng cho Map Algebra, một phiên bản mới hơn đƣợc xuất bản năm 2012 Bộ công cụ phân tích không gian của Esri đã tính hợp hầu hết các khái niệm Map Algebra từ Dana Tomlin Hiện nay, Map Algebra đang tiếp tục phát triển và đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhƣ phân tích bề mặt, thống kê, thủy văn…
Hình 3.5: Minh họa về đại số bản đồ Công cụ phân tích, tính toán đại số trong phân tích không gian raster: Map
Trong đề tài nghiên cứu này, Raster calculator đƣợc sử dụng để làm đầy dữ liệu bị NoData trong khu vực nghiên cứu, tách các lớp nhân tố chi tiết từ một lớp tổng hợp.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH CLUE-S & GIS HỖ TRỢ QHSDĐ
Khung mô hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất
Hình 3.1: Khung mô hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ QHSDĐ
Trao đổi dữ liệu giữa CLUE-S với GIS
Polygon), raster sang ASCII (Conversion/raster to ASCII, ASCII sang raster(ASCII to raster)
Khung chi tiết mô hình tích hợp CLUE-S và GIS trong quy hoạch
Qua quá trình phân tích cơ sở lý thuyết CLUE-S đi theo phương pháp quy hoạch tổng hợp của GTZ [9] Trong đó đánh giá thích nghi sử dụng phương pháp thống kê, với mô hình LRM
3.3.1 Mô hình tích hợp tổng quát trong quy hoạch
Mảng tài nguyên đất đai:
- Các bản đồ tính chất đất đai
Trích xuất từng lớp nhân tố trong môi trường GIS
(∃ Pr LCi ≤ 0,05) AND (AUC LUTj ≥ 0,7)
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất
( II ) Đánh giá thích nghi bằng cách lấy mẫu bởi chương trình Convert.exe (Chương trình con của CLUE-s) Đánh giá đất đai (Hồi quy Logistic)
Mảnh xã hội, cơ sở hạ tầng:
Bản đồ Quy hoạch Cơ sở hạ tầng
Quy hoạch phát triển ngành
Trích xuất từng lớp LUT trong môi trường GIS
Bản đồ của mỗi lớp tính chất đất đai, nhân tố KT-XH
Bản đồ phân bố hiện trạng của mỗi LUT (Dạng ASCII)
Mẫu Dataset thể hiện mối quan hệ giữa từng LUT với các nhân tố (Dữ liệu quan sát)
Trong môi trường ngôn ngữ lập trình R:
- Ƣớc tính tham số mô hình hồi quy Logistic
- Đánh giá mô hình hồi quy Logistic bằng đường cong ROC
File ASCII xác suất từng LUT
- Xây dựng ma trận chuyển đổi sử dụng đất - Cài đặt các tham số của mô hình CLUE-s Xác định nhu cầu sử dụng đất
Trích xuất các đối tƣợng vùng trong môi trường GIS theo luật ra quyết định
Bảng nhu cầu SDĐ của từng LUT theo năm
(Numerical Data) – (File demand.in) Các khu vực cần bảo vệ, giữ nguyên hiện trạng (File region.fil - Dạng
Main Parameter Settings (File main.1) Đánh giá kinh tế, xã hội
Bản đồ bố trí sử dụng đất theo từng năm
File lưu các tham số (có ý nghĩa thống kê) của tất cả nhân tố thể hiện sự thích nghi tất cả
Bản đồ thích nghi đất đai từng LUT
Chuyển đổi từ ASCII sang Raster Tính xác suất xuất hiện của mỗi
LUT tại tất cả các pixels trong vùng nghiên cứu Bố trí sử dụng đất
Hình 3.6: Khung chi tiết mô hình tích hợp CLUE-S và GIS hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất
3.3.2 Mô hình đánh giá thích nghi
Mảng tài nguyên đất đai:
- Các bản đồ tính chất đất đai
Trích xuất từng lớp tính chất đất đai
(∃ Pr LCi ≤ 0,05) AND (AUC LUTj ≥ 0,7)
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Lấy mẫu ngẫu nhiên bởi chương trình Convert.exe (Chương trình con của CLUE- s) Đánh giá đất đai (Phương pháp Non-FAO Sử dụng mô hình hồi quy Logistic)
Bản đồ của mỗi lớp tính chất đất đai, nhân tố KT-XH
Bản đồ phân bố hiện trạng của mỗi LUT (Dạng ASCII)
Mẫu Dataset thể hiện mối quan hệ giữa từng LUT với các tính chất đất đai
- Ƣớc tính tham số mô hình hồi quy Logistic
- Đánh giá mô hình hồi quy Logistic bằng đường cong ROC
Bản đồ thích nghi No
File lưu các tham số (có ý nghĩa thống kê) của tất cả nhân tố thể hiện sự thích nghi tất cả LUTs
Tính xác suất P LUTj (CLUE-S)
Hình 3.7: Khung chi tiết mô hình tích hợp CLUE-S và GIS trong đánh giá đất
3.3.3 Mô hình bố trí sử dụng đất
Quy hoạch phát triển Cơ sở hạ tầng
Quy hoạch phát triển ngành
- Xây dựng ma trận chuyển đổi sử dụng đất - Cài đặt các tham số của mô hình CLUE-s Xác định nhu cầu sử dụng đất,
Chu chuyển sử dụng đất Trích xuất các đối tƣợng vùng trong môi trường GIS theo luật ra quyết định
(Numerical Data) – (File demand.in)
Không gian QH đất Nông nghiệp
Main Parameter Settings (File main.1) Đánh giá kinh tế, xã hội
Bản đồ bố trí sử dụng đất theo từng năm
Bố trí sử dụng đất (CLUE-S) Bản đồ thích nghi đất đai
Hình 3.8: Khung chi tiết mô hình tích hợp CLUE-S và GIS trong bố trí sử dụng đất
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP CLUE-S VÀ GIS HỖ TRỢ
Phân tích những vấn đề thực tiễn có liên quan
4.1.1 Điều kiện tự nhiên i Vị trí địa lý
Huyện Cát Tiên nằm ở phía Tây Nam của tỉnh Lâm Đồng, cách thành phố Đà Lạt khoảng 200km về phía Tây Nam và cách Tp.HCM khoảng 185km về phía Đông Bắc, ranh giới hành chính đƣợc xác định nhƣ sau:
- Phía Bắc và phía tây giáp tỉnh Bình Phước và tỉnh Đak Nông
- Phía Nam giáp tỉnh Đồng Nai
- Phía Đông giáp huyện Bảo Lâm và huyện Đạ Tẻh thuộc tỉnh Lâm Đồng
Tổng diện tích tự nhiên toàn Huyện là 42.657ha, dân số năm 2010 khoảng 37,5 ngàn người, chiếm 4,4% diện tích tự nhiên và 3,1% dân số toàn tỉnh Lâm Đồng
Mật độ dân số bình quân 88 người/km2, xếp vào hàng thứ 7 so với 12 đơn vị hành chính cấp huyện của tỉnh Lâm Đồng
Huyện có 12 đơn vị hành chính cấp xã, bao gồm 01 thị trấn (Đồng Nai) và 11 xã:
Phù Mỹ, Quảng Ngãi, Tư Nghĩa, Mỹ Lâm, Đức Phổ, Phước Cát 1, Phước Cát 2, Gia Viễn, Nam Ninh, Tiên Hoàng và Đồng Nai Thƣợng
Do phạm vi hành chính của Huyện bị giới hạn bởi 3 mặt giáp sông Đồng Nai, hiện tại giao lưu phát triển kinh tế- xã hội của Huyện chủ yếu qua tỉnh lộ 721 Lâu dài triển vọng giao lưu phát triển kinh tế của Huyện sẽ phát triển theo hướng Tây và Tây Nam, gắn liền với tỉnh Bình Phước qua quốc lộ 14 và quốc lộ 13 về thành phố Hồ Chí Minh, các tỉnh Đông Nam Bộ ii Địa hình, địa mạo
Huyện Cát Tiên nằm trong khu vực chuyển tiếp giữa địa hình vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, do đó có địa hình khá phức tạp, nhƣng nhìn chung có địa hình thấp từ Bắc xuống Nam và đƣợc chia thành 2 tiểu vùng:
- Tiểu vùng thấp trũng lƣợn sóng:
Diện tích khoảng 10 ngàn ha, chiếm khoảng 23-24% diện tích tự nhiên toàn Huyện, phân bố chủ yếu ở thị trấn Đồng Nai, xã Quảng Ngãi, xã Phù Mỹ và một phần của các xã Tƣ Nghĩa, Mỹ Lâm, Gia Viễn, Đức Phổ và Phước Cát 1 Do 3 mặt giáp các dãy núi cao, mặt còn lại tiếp giáp với sông Đồng Nai nên địa hình của vùng này có tính chất đặc trƣng của một thung lũng hở có cao độ dao động trung bình từ 124- 152m, bên cạnh đó lại bị chia cắt bởi nhiều suối lớn đã tạo nên những dải lƣợn sóng cao thấp và các bàu trũng xen kẽ lẫn nhau Trong mùa mƣa, đặc biệt là những ngày mưa lớn, dòng chảy nước mặt tập trung nhanh về sông suối và các khu vực trũng gây ra tình trạng ngập úng diện rộng, thời gian ngập úng từ ngày 15 tháng 7 đến ngày 30 tháng 11 hàng năm, mức ngập phổ biến là 1m đến 3m, chỗ ngập sâu nhất trên 6m Đây là vùng sản xuất nông nghiệp chính của Huyện, trong đó chủ yếu là lúa nước
Diện tích 32-33 ngàn ha, chiếm 76-77% diện tích tự nhiên toàn Huyện, phân bố tập trung tại các xã Tiên Hoàng, Đồng Nai Thượng, Nam Ninh, Phước Cát 2 và một phần ở các xã Quảng Ngãi, Mỹ Lâm, Gia Viễn, Đức Phổ, Phước Cát 1 Địa hình tiểu vùng này là các dãy núi cao, trên 300m tạo thành vòng cung án ngữ
Hình 4.1: Ảnh nền DEM từ ảnh SRTM
Nguồn: Do tác giả xử lý & biên tập phía Tây, Tây Bắc và Đông Bắc, chuyển dần sang phía Đông là dạng địa hình đồi bát úp, thảm thực vật chủ yếu là rừng gỗ, rừng hỗn giao tre –gỗ hoặc lồ ô iii Khí hậu
Theo kết quả phân vùng khí hậu của tỉnh Lâm Đồng, huyện Cát Tiên nằm trong vùng 3 với những đặc trƣng chủ yếu sau:
• Nhiệt độ trung bình 25-28 o C, cao nhất 34-35 o C, tổng tích ôn đạt trên 6.000 o C, khá thích hợp cho việc đầu tƣ thâm canh tăng năng suất cây trồng – vật nuôi
• Vùng này trực tiếp đón gió mùa Tây – Nam, nên lƣợng mƣa bình quân năm cao (2.500–2.800 mm), cường độ mưa lớn, số ngày mƣa cao hơn một số vùng khác trong tỉnh
• Mùa mƣa bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 11 với lƣợng mƣa chiếm trên 95% tổng lƣợng mƣa năm, trong đó có 4 tháng (từ tháng 6 đến tháng 9) lƣợng mƣa trên 1.400mm, đặc biệt tháng 8 lƣợng mƣa lên tới 612 mm
Do mƣa tại chỗ lớn và tập trung (lƣợng mƣa ngày lớn nhất ứng với tần suất 1% là
290mm, 2% là 250mm, 5% là 198mm và 10% là 161mm), cộng với nước từ thượng nguồn đổ về làm mực nước sông Đồng Nai dâng nhanh tràn vào đồng ruộng đã gây tình trạng ngập úng cục bộ ở các khu vực trũng thấp
Hình 4.2: Ảnh nền nhiệt bức xạ trích từ Band10 –
Nguồn: Do tác giả xử lý & biên tập
- Ngƣợc lại, mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến 4 (năm sau) với lƣợng mƣa chỉ chiếm khoảng 5% tổng lượng mưa năm, dẫn đến tình trạng thiếu nước cho cây trồng - vật nuôi iv Thủy văn
- Mạng lưới sông suối chính trong khu vực:
Mạng lưới sông suối trong huyện khá phong phú, lưu lượng lớn, phân bố đều khắp
Ngoại trừ sông Đồng nai bắt nguồn từ cao nguyên Lâm viên, còn lại các suối trong huyện đều bắt nguồn từ các dãy núi cao khu vực Đông – Bắc của huyện rồi đổ ra sông Đồng Nai Dưới đây là đặc điểm của một số sông suối chính:
• Sông Đồng Nai: có diện tích lưu vực tính đến suối DarSi là 7.480km2, chiều dài đoạn chảy qua huyện Cát tiên dài 72,5km
• Các suối chính: Trên địa bàn huyện có 4 suối chính sau:
• Suối DarBo: Bắt nguồn từ dãy núi phía Đông – Bắc, chảy theo hướng Bắc – Nam đổ ra sông Đồng Nai, chiều dài toàn bộ suối 17 km
• Suối DarSi: Cũng bắt nguồn từ dãy núi phía Đông – Bắc, chảy theo hướng Bắc – Nam đổ ra sông Đồng Nai, chiều dài toàn bộ suối 29 km
• Suối DakLo: Bắt nguồn từ dãy núi phía Tây – Bắc, chảy theo hướng Đông – Nam đổ ra sông Đồng Nai, chiều dài toàn bộ suối 12 km
• Suối Da Thai: Đây là con suối khá lớn, bao gồm 2 nhánh chính là Da Thai và Da Dim Bô, bắt nguồn từ dãy núi phía Đông – Bắc, chảy theo hướng Tây – Nam đổ ra sông Đồng Nai, chiều dài nhánh Da Thai 15km và nhánh Da Dim Bô 25 km
4.1.2 Các nguồn tài nguyên a) Tài nguyên đất
Theo tài liệu ―Báo cáo khoa học kết quả điều tra, đánh giá đất huyện Cát Tiên, tỉnh Lâm Đồng‖ do Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường tỉnh Lâm Đồng xây dựng năm 1998, qua khảo sát và điều chỉnh bổ sung bản đồ đất tỷ lệ 1/25.000 của Phân viện Quy hoạch và TKNN thực hiện năm 2005, toàn Huyện có 03 nhóm đất với 8 đơn vị phân loại
(1) Nhóm đất phù sa (P): Có diện tích là 5.734ha, chiếm 13% tổng DTTN, đƣợc hình thành trên mẫu chất bồi đắp của sông Đồng Nai và một số sông suối khác, đƣợc chia thành 04 đơn vị phân loại:
- Đất phù sa ít được bồi (Pib): Diện tích 90ha, chỉ chiếm 0,2% diện tích tự nhiên toàn Huyện, phân bố rải rác trên địa hình thấp ven sông Đồng Nai thuộc địa bàn TT Đồng Nai và xã Phù Mỹ Đây là loại đất trẻ, hàng năm đƣợc phù sa bồi đắp tùy theo mức độ lũ từng năm Đất có độ phì nhiêu tương đối cao, ít chua (PH
Phân tích hiện trạng và biến động sử dụng đất
Đánh giá hiện trạng sử dụng đất và biến động đất đai nhằm đánh giá hiện trạng sử dụng đất và những nguyên nhân ảnh hưởng đến biến động các loại đất trong quá khứ đến thời điểm năm 2010, rút ra những bài học kinh nghiệm cho sử dụng đất trong tương lai
4.2.1 Phân tích hiện trạng sử dụng các loại đất
Căn cứ Thông tƣ 19/2009/TT-BTNMT (02/11/2009) Quy định chi tiết về việc lập, điều chỉnh và thẩm định quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất; Công văn số 429/TCQLĐĐ – CQHĐĐ (16/4/2012) về việc hướng dẫn về quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, thì quy hoạch sử dụng đất cấp huyện bao gồm 35 chỉ tiêu sử dụng đất và đƣợc tổng hợp thành 03 nhóm sử dụng đất chính: nông nghiệp, phi nông nghiệp, chƣa sử dụng và 04 chỉ tiêu trung gian: Đất đô thị, đất khu bảo tồn thiên nhiên, đất khu du lịch, đất khu dân cƣ nông thôn
Theo số liệu tổng hợp từ kết quả thống kê đất đai đến ngày 01/01/2011 trên địa bàn huyện Cát Tiên, hiện trạng sử dụng các loại đất đƣợc tổng hợp nhƣ sau:
Bảng 4.2: Hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện Cát Tiên - tỉnh Lâm Đồng
TT Chỉ Tiêu Mã Hiện trạng năm 2010
TỔNG DIỆN TÍCH TỰ NHIÊN 42.677 % 100,00
Trong đó: Đất chyên trồng lúa nước LUC 3.555 8,33
1.2 Đất trồng cây lâu năm CLN 7.138 16,61
1.3 Đất rừng phòng hộ RPH
1.4 Đất rừng đặc dụng RDD 20.642 48,51
1.5 Đất rừng sản xuất RSX 6.545 15,34
1.6 Đất nuôi trồng thuỷ sản NTS 138 0,32
2 Đất phi nông nghiệp PNN 1.698 3,98
Nguồn: Số liệu thống kê đất đai đến ngày 01/01/ 2011 –Phòng TN và MT huyện Cát Tiên
4.2.2 Phân tích biến động sử dụng đất nông nghiệp
Mục đích của phân tích các biến động sử dụng đất để xác định tần suất chuyển đổi sử dụng đất trong quá khứ dựa trên lý thuyết về phân tích Markov đã trình bày ở mục (2.3.3) Đây là cơ sở để chọn các hệ số ELASu cho các loại hình sử dụng đất nông nghiệp trong mô hình CLUE-S
Bảng 4.3: Biến động diện tích sử dụng đất nông nghiệp giai đoạn 2001-2010
Biến động Tần suất chuyển đổi sử dụng đất (ELASu) Năm
Nguồn: Phòng TN&MT Cát Tiên (2011);
Xây dựng dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất đƣợc kế thừa từ số liệu liệu kiểm kê đất đai và bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Cát Tiên năm 2010 (file dgn) của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lâm Đồng Trên cơ sở đó kiểm tra thực địa, điều chỉnh, bổ sung để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 của huyện trong môi trường raster GIS với độ phân giải không gian là 100m
Bản đồ hiện trạng SDĐ huyện Cát Tiên năm 2010 Bản đồ hiện trạng SDĐ lúa 2010
Bản đô hiện trạng SDĐ trồng điều 2010 Bản đồ hiện trạng SDĐ trồng rau 2010
Nguồn: Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Cát Tiên (2010)
Xây dựng dữ liệu về các tính chất đất đai
Sau khi phân tích về các vấn đề thực tiễn của vùng nghiên cứu, căn cứ vào điều kiện thực tế của huyện Cát Tiên và yêu cầu sinh thái của các loại hình sử dụng đất, các tính chất đất đai sau đây đƣợc phân loại thành 2 dạng biến dữ liệu để đƣa vào mô hình (bảng 4.1):
Dạng biến liên tục: Độ dốc, độ cao
Biến phân loại nhị phân: thổ nhưỡng (7 loại), tầng dày (4 lớp), Tưới (4 mức khả năng tưới) Từ các dữ liệu đó xử lý các loại bản đồ tổng hợp các tính chất đất đai gồm: Bản đồ độ cao, bản đồ độ dốc, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ tầng dày, bản đồ khả năng tưới
Hình 4.3 : Bản đồ độ cao địa hình huyện Cát Tiên - Tỉ lệ: 1:250.000
Bản đồ thổ nhƣỡng Bản đồ độ dốc
Bản đồ tầng dày Bản đồ khả năng tưới
Ngoài ra các yếu tố khí hậu như độ ẩm, độ bốc hơi, lượng mưa cũng ảnh hưởng đến quá trình sử dụng đất nhƣng trong điều kiện huyện Cát Tiên thì từng chỉ tiêu này có giá trị gần nhƣ đồng nhất nên không cần thiết phải đƣa các thông tin nào vào mô hình
Bảng 4.4: Bảng mô tả các tiêu chuẩn và cấu trúc dữ liệu để xây dựng các biến về tính chất đất đai LCi) trên địa bàn huyện Cát Tiên:
Tên file (.fil) Các lớp (Classes) biến nhân tố
Mô tả thuộc tính Độ dốc Liên tục Slp sc1gr00 Đơn vị: độ, miền giá trị [0 – 90] độ
So1 sc1gr01 Đất phù sa chƣa phân hóa phẫu diện (P) So2 sc1gr02 Đất phù sa đƣợc bồi (Pb) So3 sc1gr03 Đất phù sa glây (Pg)
So4 sc1gr04 Đất phù sa có tầng loang lỗ đỏ vàng (Pf) So5 sc1gr05 Đất nâu đỏ trên đá bazan (Fk)
So6 sc1gr06 Đất đỏ vàng trên đá sét và đá biến chất (Fs)
So7 sc1gr07 Đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ
De1 sc1gr08 >100 cm De2 sc1gr09 70 – 100 cm
Ir1 sc1gr12 Gần nguồn
Ir2 sc1gr13 Trung bình
Ir3 sc1gr14 Xa nguồn
Ir4 sc1gr15 Rất xa nguồn Độ cao địa hình Liên tục El sc1gr16 Đơn vị: mét, miền giá trị [124-678]
Đánh giá thích nghi đất đai theo phương pháp hồi quy logistic
Trên cơ sở xây dựng bản đồ các tính chất đất đai và lựa chọn các loại hình sử dụng đất nông nghiệp trong vùng nghiên cứu (các loại cây trồng) , tiến hành đánh giá thích nghi đất đai theo phương pháp hồi quy logistic Theo mục (2.2.1) trong phần cơ sở lý thuyết đã phân tích rất kỹ về mô hình LRM, khi đi vào áp dụng trong thực tiễn, việc lẫy mẫu giữa LUT và các tính chất đất đai thực hiện bằng chương trình Convert.exe (chương trình con của CLUE-S), tập dữ liệu mẫu đó được phân tích bằng chương trình viết bằng ngôn ngữ R Ở đây tiêu chí để chọn các tham số β dựa vào khoảng tin cậy 95%
Signif codes: 0 ‗***‘ 0.001 ‗**‘ 0.01 ‗*‘ 0.05 ‗.‘ 0.1 ‗ ‘ 1 Bảng 4.5: LRM số 1 - Đánh giá thích nghi đất đai cho LUT là Lúa
Intercept 5.018 1.052 4.771 1.84E-06 *** Độ dốc (độ) [0 - 90] Slp
Ir3 (sc1gr14) 6.929 1.066 6.502 7.93E-11 *** Độ cao địa hình
Diện tích dưới đường cong AUC của LRM số 1 là 0.9725
Vậy theo công thức (7) trong mục 2.2.1 phương trình hồi quy của loại hình sử dụng đất lúa là : logit log 5, 018 0, 058 2,871 1 0,92 3 11,19 5
LUAi p p So So So p De
Hay theo công thức (6) trong mục 2.2.1
El Slp Đây là công thức làm cơ sở cho mô hình CLUE-s tính xác suất cho từng cell thứ i để thành lập bản đồ xác suất cho loại hình sử dụng đất lúa trong vùng nghiên cứu
Signif codes: 0 ‗***‘ 0.001 ‗**‘ 0.01 ‗*‘ 0.05 ‗.‘ 0.1 ‗ ‘ 1 Bảng 4.6: LRM số 2 - Đánh giá thích nghi đất đai cho LUT là Cây lâu năm (Điều)
(Tên file.fil) Estimate β Std Error z value Pr(>|z|) S.C
(sc1gr14) 1.986 0.055 36.300 < 2e-16 *** Độ cao địa hình
Diện tích dưới đường cong AUC của LRM số 2 là 0.7588 Vậy theo công thức (7) trong mục 2.2.1 phương trình hồi quy của loại hình sử dụng đất lúa là :
So So De De Ir Ir p p Sl
Hay theo công thức (6) trong mục 2.2.1
Ir El Đây là công thức làm cơ sở cho mô hình CLUE-S tính xác suất cho từng cell thứ i để thành lập bản đồ xác suất cho loại hình sử dụng đất CLN trong vùng nghiên cứu
Mô hình logistic logistic số 3: Đánh giá thích nghi đất đai cho LUT là cây hàng năm (Rau, hoa, màu) Signif codes: 0 ‗***‘ 0.001 ‗**‘ 0.01 ‗*‘ 0.05 ‗.‘ 0.1 ‗ ‘ 1
Bảng 4.7: LRM số 3 - Đánh giá thích nghi đất đai cho LUT là Rau-màu
Tên biến Mô tả thuộc tính
Estimate β Std Error z value Pr(>|z|) S.C
(sc1gr14) 2.383 0.390 6.118 9.48E-10 *** Độ cao địa hình
Diện tích dưới đường cong AUC của LRM số 3 là 0.8919
Vậy theo công thức (7) trong mục 2.2.1 phương trình hồi quy của loại hình sử dụng đất lúa là : logit log 4,812 1, 285 Ir2 2,383 Ir3 0, 032
Hay theo công thức (6) trong mục 2.2.1
El Đây là công thức làm cơ sở cho mô hình CLUE-S tính xác suất cho từng cell thứ i để thành lập bản đồ xác suất cho loại hình sử dụng đất HNK trong vùng nghiên cứu Bảng:
Tiến hành phân nhóm các bản đồ khả năng thích nghi đất đai của các loại cây trồng (Phụ lục 3) để thành lập bản đồ thích nghi sử dụng đất cho từng loại cây trồng Mức phân loại có thể xét theo tiêu chuẩn sau của FAO, 1976 với mức rất thích nghi (S1):
0,8 < S1 ≤ 1 Thích nghi trung bình (S2): 0,4 < S2 ≤ 0,8, Thích nghi kém (S3):
Bản đồ thích nghi đất đai cây lúa Bản đồ thích nghi đất đai cây điều
Bản đồ thích nghi đất đai cây rau - màu
Thiết lập vùng cho phép bố trí sử dụng đất nông nghiệp
Không gian quy hoạch đất nông nghiệp đƣợc xác định khi phối hợp với Phòng Tài nguyên và Môi Trường huyện Cát Tiên, cùng các phòng ban chuyên môn khảo sát các quy hoạch ngành, thu thập ý kiến, các góp ý và nguyện vọng về sử dụng đất của người dân Dựa trên nhu cầu sử dụng đất đã được cân đối giữa các nhóm đất nông nghiệp, phi nông nghiệp, phân tích không gian trong môi trường GIS cho phép xác định ranh giới và diện tích đất nông nghiệp Tất cả các thay đổi sử dụng đất giữa các LUT chỉ đƣợc phép thay đổi trong nội vùng của ranh quy hoạch đất nông nghiệp đã xác định
Vùng chuyên canh nông nghiệp QH phi nông nghiệp
Ranh giới đất sản xuất nông nghiệp
Hình 4.4: Bản đồ phân vùng quy hoạch nông nghiệp và phi nông nghiệp
Nhu cầu sử dụng đất trong kỳ quy hoạch
Bảng nhu cầu sử dụng đất là sản phẩm phân tích, đánh giá về kinh tế xã hội của các nhà hoạnh định chính sách trên địa bàn huyện Cát Tiên Chúng tôi sử dụng bản nhu cầu ấy nhƣ là một kịch bản để mô phỏng các thay đổi sử dụng đất trong kỳ quy hoạch
Bảng 4.8: Bảng nhu cầu sử dụng đất trong kỳ quy hoạch (2011-2020)
Cài đặt ma trận chuyển đổi và các tham số mô hình
Ma trận chuyển đổi sử dụng đất: Trong CLUE-S Ma trận chuyển đổi sử dụng đất đóng vai trò rất quan trọng để có thể tính toán, chu chuyển sử dụng đất giữa các
LUT Trong mô hình CLUE-S quy ƣớc số 1 là có khả năng chuyển đổi sử dụng đất, số 0 là không có khả năng chuyển đổi Ví dụ trong trường hợp nghiên cứu ở Huyện Bảng 4.9: Ma trận chuyển đổi sử dụng đất
Sử dụng đất trong tương lai
Lúa Điều Rau-màu Phi nông nghiệp
Hiện trạng sử dụng đất
Tần suất chuyển đổi sử dụng đất
Thể hiện, mô phỏng các kết quả của mô hình tích hợp
Giao diện của mô hình CLUE-S : Có các tùy chọn về Kịch bản nhu cầu sử dụng đất (Demand scenario) và Tùy chọn không gian nông nghiệp-phi nông nghiệp (Area restrictions)
Hình 4.5: Mô hình CLUE-S chạy các vòng lặp tính các thay đổi sử dụng đất
Hình 4.6: Hoàn tất quá trình tính toán các thay đổi sử dụng đất trong CLUE-S
Kết quả của quá trình bố trí sử dụng đất trong mô hình CLUE-S để tạo ra bản đồ Quy hoạch sử dụng đất
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 2010 Bản đồ quy hoạch sử dụng đất 2020
Nhận xét về kết quả mô phỏng: Sau khi mô hình chạy và thể hiện kết quả, kiểm tra lại số liệu mô phỏng của mô hình qua các năm trong kỳ quy hoạch nhận thấy mô hình tính toán có sai lệch rất nhỏ so với bảng nhu cầu sử dụng đất của môi LUT trong từng năm, kiểm tra kết quả bố trí của cây rau-màu (tăng gấp đôi diện tích), ở những vùng bố trí rau-hoa mới hoàn toàn phù hợp với khả năng thích nghi rất cao của vùng đƣợc bố trí dọc ven sống Đông Nai Đồng thời quá trình đó, cây lúa cũng đƣợc mô hình bố trí lại để ít phân mảnh hơn.tập trung ở xã Quảng Ngãi.
![Hình Liên tục El sc1gr16 Đơn vị: mét, miền giá trị [124-678] - Luận văn thạc sĩ Bản đổ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý: Tích hợp mô hình Clue-S và GIS hỗ trợ cho lập quy hoạch sử dụng đất](https://media.store123doc.com/figures/005/139/hinh-lien-tuc-don-vi-met-mien-tri-5139131.webp)
