Xây dựng hệ hỗ trợ quyết định không gian trong quản lý bền vững lưu vực sông – áp dụng trường hợp lưu vực sông đắkb’la, tỉnh kon tum, việt nam

24 KIẾN NGHỊ Từ kết đạt luận án, số định hướng nghiên cứu nâng cao kiến nghị sau : - Trên sở Khung hệ hỗ trợ định không gian quản lý bền vững sử dụng đất đai cấp lưu vực, cần tiếp tục hồn thiện mơ cần mở rộng thành phần Hệ quản lý sở tri thức để giải toán phi cấu trúc bán cấu trúc phức tạp, kế thừa tri thức tất đối tượng sử dụng để tạo hệ thống hoàn chỉnh thân thiện - Do tài nguyên nước phân bố theo ranh giới lưu vực không theo ranh giới hành nên việc quản lý tài nguyên nước địa bàn cần phải xem xét tác động hoạt động khai thác, sử dụng bảo vệ tài nguyên thiên nhiên nhánh sông lên lưu vực nghiên cứu - Duy trì, mở rộng phạm vi ứng dụng hệ thống SDSS, không dừng lại quản lý tổng hợp tài nguyên thiên nhiên (đánh giá tác động thay đổi sử dụng đất đến tài nguyên đất nước, tối ưu hóa phân phối sử dụng đất) mà phục vụ cơng tác quản lý lĩnh vực chuyên ngành (nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy điện) quản lý thiên tai lũ lụt, hạn hán, đặc biệt bối cảnh biến đổi khí hậu diễn - Thiết kế, lập trình website quản lý tổng hợp tài nguyên thiên nhiên với giao diện thiết kế linh hoạt, phù hợp cho đối tượng (cán quản lý người dân) sử dụng tảng công nghệ PostgreSQL/PostGIS, GeoServer, PHP, OpenLayers, GeoExt, ExtJS, ArcGIS Desktop, Udig 1 MỞ ĐẦU SỰ CẦN THIẾT CỦA LUẬN ÁN Suy thoái lưu vực tượng diễn nhiều nơi tồn giới Có nhiều nguyên nhân làm cho lưu vực suy thoái, quan trọng việc sử dụng không hợp lý dạng tài nguyên lưu vực, đặc biệt tài nguyên đất đai Việc thay đổi kiểu sử dụng đất đai ảnh hưởng lớn đến việc hình thành dòng chảy xói mòn đất, gây vấn đề suy thoái tài nguyên đất nước Hậu việc suy thoái lưu vực trận lũ lụt hạn hán nguy hiểm xảy tác động đến người tài nguyên thiên nhiên Lưu vực sơng (LVS) ĐắkB’la, có dạng hình nan quạt với diện tích khoảng 3.507 km2, thuộc địa phận tỉnh Kon Tum phần Gia Lai, nơi có diện tích rừng lớn (chiếm 60% diện tích), với thành phần loài sinh vật đa dạng Hệ thống sông suối phát triển (mật độ sông 0.58km/km2), mức độ gây lũ chủ yếu từ tháng 10, 11 có bão áp thấp nhiệt đới với khơng khí lạnh Do địa hình hình dạng LVS ĐắkB’la có nhiều điểm khác biệt nên diễn biến thuỷ văn phức tạp Lũ xảy lớn hay nhỏ tuỳ thuộc yếu tố thời tiết gây mưa, phân bố mưa Vùng thượng lưu sông bắt nguồn từ núi cao Ngọc Linh nên sơng có độ dốc lớn, ảnh hưởng bão áp thấp nhiệt đới, kết hợp với khơng khí lạnh thường xảy lũ qt ác liệt Việc thay đổi sử dụng đất đai lưu vực ảnh hưởng lớn đến tài nguyên đất đai, gây xói mòn đất; tài ngun nước ngày bị cạn kiệt ô nhiễm, ảnh hưởng đến an nguy phần lớn cư dân sinh sống lưu vực sông, tới vùng sản xuất nơng nghiệp, cơng nghiệp lượng tồn khu vực nghiên cứu Sự phát triển kinh tế xã hội với gia tăng dân số, đặt cho nhà quản lý lưu vực ĐắkB’la nhiều thách thức Quản lý bền vững lưu vực sông nhằm hài hòa ba mục tiêu: Văn hóaxã hội, Kinh tế Sinh thái, với nhiều nguồn thông tin liệu Kinh tế, Xã hội, Pháp luật, Chính sách, Mơi trường…Chính việc tiếp cận quản lý bề vững lưu vực sông dựa vào Hệ hỗ trợ định hướng bền vững lâu dài Hệ hỗ trợ định không gian giúp giải 23 vấn đề mang tính cấu trúc, tóm tắc thơng tin cho người dùng tích hợp nguồn thơng tin kinh tế, xã hội, mơi trường từ liệu thuộc tính liệu khơng gian, xác định lựa chọn thích hợp cho phát triển bền vững  Hệ hỗ trợ định không gian quản lý bền vững lưu vực sông sở đánh giá thay đổi sử dụng đất đai khu vực thượng nguồn, tác nhân gây ảnh hưởng lớn đến tài nguyên đất đai tài nguyên nước Để giải vấn đề quản lý bền vững lưu vực, việc xây dựng mơ hình dự báo định lượng kịch thay đổi trạng sử dụng đất đai, độ che phủ rừng thay đổi yếu tố khí hậu hệ hỗ trợ định không gian (SDSS) cần thiết, kết đạt đề tài sở quan trọng cho việc đưa sách phát triển kinh tế - xã hội gắn liền với quản lý bền vững lưu vực sơng nhằm ứng phó với biến đổi khí hậu lưu vực sơng ĐắkB’la Xuất phát từ lập luận trên, Nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu “Xây dựng hệ hỗ trợ định không gian quản lý bền vững lưu lưu vực Bằng việc tích hợp GIS mơ hình tốn Markov, nghiên cứu biến động loại hình sử dụng đất đai qua gian đoạn, hỗ trợ nhà quản lý có nhìn tổng quan xu biến động đất đai nhằm đề xuất phát phát triển phù hợp cho khu vực Ứng dụng mơ hình SWAT để đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đai đến tài nguyên đất nước lưu vực, tập trung vào hai yếu tố dòng chảy bùn cát Đã xác định thông số tối ưu cho khu vực nghiên cứu qua kết hiệu chỉnh kiểm định trạm Kon Tum Qua phân tích diễn biến dòng chảy bùn cát tồn lưu vực, nhận thấy tác động rõ nét thay đổi sử dụng đất, điều cho thấy vai trò thảm phủ ảnh hưởng đến trình cân nước tự nhiên Phát triển mơ hình đánh giá thích nghi đất đai bền vững ứng dụng kỹ thuật công nghệ mơ tiến trình đánh giá đất đai dựa tri thức FAO (2007) kết hợp phương pháp trọng số AHP-GDM đánh giá thích nghi đất đai, xác định diện tích thích nghi bền vững cho loại hình sử dụng đất đai Xây dựng mơ hình tốn, lời giải tối ưu cho phương án sử dụng đất đai thuật toán Quy hoạch tuyến tính (LP) Tối ưu tồn cục (GP) theo mục tiêu tối ưu kinh tế (tối đa thu nhập), xã hội (tối đa yêu cầu lao động), môi trường (tối đa độ che phủ, tối thu nhu cầu nước) lưu vực nghiên cứu Thiết lập mơ hình bố trí khơng gian phương án sử dụng đất đai tối ưu với thuật toán Cellular Automata, mạng tế bào thiết lập với kích thước tế bào ha, phù hợp với điều kiện khu vực nghiên cứu theo ranh giới lưu vực, tự động hóa bố trí khơng gian phương án sử dụng đất đai tối ưu phần mềm SALUP vực sông: Áp dụng trường hợp lưu vực sông ĐăkB’la, tỉnh Kon Tum, Việt Nam” MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1.1 Mục tiêu chung Xây dựng Khung hỗ trợ định không gian quản lý bền vững sử dụng đất đai cấp lưu vực sông, nhằm hỗ trợ nhà định việc quản lý bền vững LVS ĐắkB’la qua cách tiếp cận tích hợp mơ hình (Markov, SWAT, LP/GP, CA) tiêu chí đánh giá thích nghi đất đai bền vững theo FAO (2007) kết hợp với GIS quản lý tài nguyên đất nước 1.2    Các mục tiêu cụ thể Mục tiêu cụ thể luận án sau:  Đánh giá thay đổi sử dụng đất đai LVS ĐắkB’la từ năm 2000 đến năm 2015  Đánh giá ảnh hưởng việc thay đổi sử dụng đất đai đến lưu lượng dòng chảy lượng bùn cát LVS ĐắkB’la sở ứng dụng GIS mơ hình SWAT  Xây dựng khung hệ hỗ trợ định không gian quản lý bền vững sử dụng đất đai LVS ĐắkB’la sở ứng dụng Qui hoạch  22 3.5.2 Bố trí khơng gian sử dụng dất Phân tích yêu cầu thực tiễn địa bàn nghiên cứu, số vấn đề gặp phải sau: - Có cạnh tranh LUT vùng đất : ví dụ hầu hết loại cơng nghiệp dài ngày có yêu cầu thích nghi giống nhau, vùng thích nghi cà phê thích nghi cho điều, chè, số vùng thích nghi cho lúa thích nghi cho hoa màu - Trong q trình bố trí, cần xem xét trạng sử dụng đất đai dể bố trí phù hợp, tránh gây lãng phí, hiệu kinh tế không khả thi Bố trí sử dụng đất đai hướng đến sản xuất tập trung (vùng chuyên canh) Ưu tiên bố trí loại có mức độ thích nghi S1, S2 Trong trường hợp cấp thích nghi ưu tiên loại hình nơng nghiệp có giá trị kinh tế cao, phù hợp với định hướng phát triển địa phương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Mục tiêu luận án xây dựng khung hỗ trợ định không gian quản lý bền vững LVS với hướng tiếp cận quy hoạch sử dụng đất đai bền vững nhằm quản lý bền vững sử dụng đất đai lưu vực Kết nghiên cứu luận án xây dựng Khung hỗ trợ định không gian quản lý bền vững sử dụng đất đai cấp lưu vực sông với mô hình cốt lõi : (i) Mơ hình đánh giá biến động sử dụng đất đai qua giai đoạn; (ii) Mơ hình đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đai đến lưu lượng dòng chảy bùn cát; (iii) Mơ hình đánh giá thích nghi đất đai bền vững; (iv) Mơ hình tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định cấu sử dụng đất đai bền vững và; (v) Mơ hình bố trí khơng gian phương án sử dụng đất đai tối ưu Kết nối mơ hình để giải tồn diện tốn tích hợp liệu kinh tế xã hội thay đổi sử dụng đất đai khung hệ hỗ trợ định đa mục tiêu để xây dựng đánh giá phương án quy hoạch sử dụng đất đai bền vững Từ kết nghiên cứu Luận án rút số kết luận sau: tuyến tính (LP) Qui hoạch mục tiêu (GP) kết hợp Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Đối tượng nghiên cứu luận án đánh giá sử dụng đất đai bền vững theo hướng tiếp cận ranh giới lưu vực sơng, tập trung vào khía cạnh bao gồm: xác định biến động sử dụng đất đai lưu vực qua giai đoạn, đánh giá thích nghi đất đai bền vững kinh tế, xã hội môi trường để tái phân bổ sử dụng đất đai nông nghiệp hợp lý lưu vực, dựa vào kịch sử dụng đất đai để đánh giá lượng bùn cát lưu lượng dòng chảy LVS, đảm bảo cân nước Phạm vi nghiên cứu luận án: Việc xây dựng Khung hỗ trợ định không gian cho quản lý bền vững sử dụng đất đai theo ranh giới LVS tốn rộng lớn Trong khn khổ nghiên cứu luận án, nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu giải toán làm tích hợp liệu kinh tế xã hội thay đổi sử dụng đất đai Khung hỗ trợ định không gian đa mục tiêu để xây dựng đánh giá phương án quy hoạch sử dụng đất đai Nghiên cứu không xét đến ảnh hưởng hoạt động khai thác tài nguyên nước nhánh sông lưu vực nghiên cứu ĐĨNG GĨP CỦA LUẬN ÁN Luận án có đóng góp sau:  Luận án xây dựng Khung hỗ trợ định quản lý bền vững lưu vực sông theo hướng tiếp cận quản lý bền vững sử dụng đất đai việc tích hợp sở liệu với mơ hình tốn đại môi trường không gian để giải toán xung đột mục tiêu phát triển lưu vực nghiên cứu, hỗ trợ công tác định liên quan đến quy hoạch sử dụng đất đai bền vững  Luận án xây dựng mô hình dự báo định lượng tác động việc thay đổi sử dụng đất đai đến tài nguyên đất nước, đồng thời đánh giá khả thích nghi đất đai bền vững lưu vực nghiên cứu nhằm tái phân bổ sử dụng đất đai hợp lý hỗ trợ nhà định việc đưa sách phát triển nơng nghiệp bền vững CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Luận án gồm 166 trang Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án có chương với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu (46 trang); Chương 2: Cơ sở lý thuyết Phương pháp xây dựng SDSS (54 trang); Chương 3: Kết thảo luận (60 trang) Luận án có 48 bảng, 58 hình, 132 tài liệu tham khảo (96 tài liệu tiếng Anh, 36 tài liệu tiếng việt) phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Lưu vực sông, quản lý bền vững lưu vực sông quản lý bền vững sử dụng đất đai Theo Luật tài nguyên nước, lưu vực sông (LVS) vùng đất mà phạm vi nước mặt, nước đất chảy tự nhiên vào sông thoát cửa chung thoát biển Quản lý bền vững lưu vực sông quản lý tất có lưu vực, khơng quản lý nước truyền thống mà bao gồm phần vô quan trọng quy hoạch sử dụng đất đai, sách nơng nghiệp kiểm sốt xói mòn, quản lý mơi trường nhiều sách khác theo định hướng phát triển bền vững Quản lý bền vững sử dụng đất đai bao gồm tổ hợp cơng nghệ, sách hoạt động nhằm liên hợp nguyên lý kinh tế, xã hội với quan tâm môi trường để đồng thời thỏa mãn vấn đề sau: - Duy trì nâng cao sản lượng; - Giảm rủi ro sản xuất; - Bảo vệ tiềm nguồn lực tự nhiên ngăn ngừa thối hóa đất nước; - Có hiệu lâu dài; - Được xã hội chấp nhận 1.2 Hệ hỗ trợ định không gian quản lý lưu vực sông Hệ hỗ trợ định (DSS) nghiên cứu từ thập niên 1960 DSS đặc biệt hữu ích cho vấn đề bán cấu trúc phi cấu trúc mà việc giải vấn đề tăng cường đối thoại tương tác hệ thống 21 Bảng 3.38 Kết giải toán tối ưu đa mục tiêu Stt Loại hình sử dụng đất đai Diện tích (ha) LUT1 (Cây lúa) LUT2 (Hoa màu) LUT3 (Cây điều) LUT4 (Cây cà phê) LUT5 (Cây tiêu) LUT6 (Cây cao su) LUT7 (Cây ăn quả) Tổng cộng 14.342 36.423 3.000 29.286 1.000 30.000 15.000 129.051 Trên sở diện tích thích nghi đề xuất cho loại hình sử dụng đất đai, tiến hành bố trí mặt khơng gian 3.5 BỐ TRÍ KHƠNG GIAN SỬ DỤNG ĐẤT ĐAI CÁC PHƯƠNG ÁN 3.5.1 Cấu trúc mơ hình CA bố trí khơng gian phương án sử dụng đất đai nông nghiệp lưu vực sông ĐăkB’la: 3.5.1.1 Mạng tế bào: Bản đồ lưu vực sông ĐăkBla (tỷ lệ 1/500.000) xây dựng GIS dạng raster với kích thước (1000x1000), cell có dạng hình vng, kích thước cell 100mx100m=1ha 3.5.1.2 Trạng thái tế bào: Trạng thái sử dụng đất đai (các loại hình sử dụng đất đai nơng nghiệp cà phê, chè, tiêu…), thuộc vùng thích nghi S1, S2, S3 hay khơng thích nghi N có thuộc vùng phân định cho sản xuất nông nghiệp phân vùng phát triển sản xuất hay không 3.5.1.3 Thời điểm: Thời điểm thể trạng thái tế bào thời điểm t Ví dụ: thời điểm trạng, tế bào có trạng thái sử dụng đất đai cà phê, thích nghi S3, nằm vùng phân định cho lâm nghiệp, chuyển sang dất lâm nghiệp thời điểm quy hoạch 3.5.1.4 Tế bào lân cận : có tế bào lân cận 3.5.1.5 Luật vận hành: thơng qua thuật tốn bố trí sử dụng đất đai 20 Tương ứng với giá trị biến hàm mục tiêu Giá trị hàm mục tiêu Z1, Z2, Z3 Z4 bảng 3.36 Bảng 3.1 Giá trị hàm mục tiêu người sử dụng Hệ thống hỗ trợ định dựa sở GIS cung cấp cơng cụ mạnh hữu ích việc quản lý vấn đề tài nguyên môi trường, đưa sách đắn việc định hướng phát Stt Các mục tiêu Giá trị Tối đa thu nhập (Z1) 9.509.866.354 (triệu đồng) Tối đa công lao động (Z2); 22.410.000 (công lao động) Tối đa độ che phủ (Z3) 105.584 (ha) Tối thiểu nhu cầu sử dụng nước (Z4) 388.730.852 (m3) 3.4.5.2 Lập hàm mục tiêu toàn cục Lập hàm đa mục tiêu với hệ phương trình Min U U= d2 + d4 + d6 + d7 Với Z1 - d1+d2