ỨNG DỤNG VIỄN THÁM và GIS TRONG NGHIÊN cứu hạn hán tại TỈNH BÌNH THUẬN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHỐNG SẢN LÂM HỒNG KHA ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU HẠN HÁN TẠI TỈNH BÌNH THUẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ ĐỊA CHẤT HỌC Mã ngành: 52440201 TP HỒ CHÍ MINH – 12/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU HẠN HÁN TẠI TỈNH BÌNH THUẬN Sinh viên thực hiện: Lâm Hồng Kha Khóa: 2012 – 2017 Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Thu Hiền TP HỒ CHÍ MINH – 12/2016 MSSV: 0150100017 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập trường, em nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy cô trường đặc biệt quý thầy cô Khoa Địa chất Khoáng sản, Trường Đại học Tài nguyên Mơi trường Để hồn thành Báo cáo khóa luận tốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - ThS Lê Thị Thu Hiền, Trường Đại học khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh giảng viên hướng dẫn em suốt thời gian thực khóa luận - Anh Nguyễn Duy Khang, bạn Phạm Thị Diệu Ly anh chị khác Trung tâm Viễn thám hệ thông tin địa lý hỗ trợ nhiều cho em trình thực đề tài Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè gắn bó, ủng hộ động viên em suốt trình học tập làm báo cáo Trong q trình thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế định Vì vậy, em mong nhận nhận xét, bảo, đóng góp ý kiến quý thầy cô hướng dẫn giảng viên nhà trường để em cải thiện, rèn luyện thêm Em xin chân thành cảm ơn! i MỤC LỤC TÓM TẮT MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Phương pháp thu thập tài liệu 4.2 Phương pháp viễn thám 4.3 Phương pháp GIS 4.4 Phương pháp khảo sát thực địa CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1 Hạn hán đặc trưng hạn hán 1.1.2 Nguyên nhân hạn hán 1.1.3 Tác hại hạn hán 1.1.4 Tình hình hạn hán Việt Nam năm gần đây: 1.1.5 Ảnh hưởng hạn hán khu vực tỉnh Bình Thuận năm qua 11 1.2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI 13 1.2.1 Đặc điểm tự nhiên 13 1.2.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 18 1.3 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 19 1.3.1 Các nghiên cứu nước 19 1.3.2 Các nghiên cứu nước 20 1.4 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 22 1.4.1 Giới thiệu sơ lược viễn thám 22 1.4.2 Tổng quan ảnh vệ tinh LANDSAT ảnh MODIS 23 1.4.3 Vệ tinh đo đạc lượng mưa nhiệt đới TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 24 ii 1.5 TỔNG QUAN VỀ GIS 25 CHƯƠNG .27 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP TÀI LIỆU 27 2.1.1 Dữ liệu lượng mưa 27 2.1.2 Dữ liệu bốc thoát 29 2.1.3 Dữ liệu ảnh Landsat 29 2.2 PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM 31 2.2.1 Chỉ số cán cân nước K 31 2.2.2 Chỉ số khô hạn TVDI 32 2.3 PHƯƠNG PHÁP GIS 40 2.4 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA 40 CHƯƠNG .41 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 KẾT QUẢ XỬ LÝ DỮ LIỆU 41 3.1.1 Dữ liệu lượng mưa 41 3.1.2 Dữ liệu bốc thoát 42 3.1.3 Xử lý liệu ảnh LANDSAT 44 3.2 KẾT QUẢ TÍNH TỐN CÁC CHỈ SỐ 46 3.2.1 Chỉ số cán cân nước K 46 3.2.2 Chỉ số khô hạn TVDI 47 3.3 SO SÁNH HAI CHỈ SỐ 56 3.4 BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG KHÔ HẠN 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 KẾT LUẬN 68 KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 PHỤ LỤC 72 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐHSP : Đại học sư phạm GIS : Geography Information System GVHD : Giảng viên hướng dẫn JAXA : Japan Aerospace Exploration Agency KTTV : Khí tượng thủy văn LST : Land Surface Temperature NASA : National Aeronautics and Space Administration NDVI : Normalized Difference Vegetation Index SPI : Standardized Precipitation Index SỞ NN – PTNT : Sở Nông nghiệp Phát triển nông thôn TDVI : Temperature Vegetation Dryness Index TRMM : Tropical Rainfall Measuring Mission USGS : United States Geological Survey iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số liệu cung cấp số liệu mưa toàn cầu 25 Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý liệu lượng mưa 27 Hình 2.2 Vị trí điểm đo mưa từ vệ tinh TRMM tỉnh Bình Thuận 28 Hình 2.3 Giá trị bốc nước tồn cầu năm 2014 từ ảnh MODIS 29 Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý liệu bốc nước 29 Hình 2.5 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý ảnh viễn thám Landsat 30 Hình 2.6 Dấu hiệu nhiệt số kiểu thảm phủ 33 Hình 2.7 Sơ đồ tóm tắt quy trình tính số khơ hạn TVDI 34 Hình 2.8 Tam giác khơng gian nhiệt độ bề mặt số NDVI 39 Bảng 3.1 Lượng mưa nội suy từ vệ tinh TRMM cho Bình Thuận qua năm…… 42 Bảng 3.2 Lượng bốc nước tồn tỉnh Bình Thuận qua năm 44 Bảng 3.3 Thống kê số hàng/cột (Path/Row) ảnh 44 Bảng 3.4 Diện tích mức độ khơ hạn địa bàn tồn tỉnh Bình Thuận 55 Bảng 3.5 Tỉ lệ diện tích hạn hán ngưỡng nặng huyện so với tổng diện tích tỉnh qua năm (%) 65 Bảng 3.6 Mô tả sơ thực tế số vị trí khảo sát 67 v DANH MỤC HÌNH Hình Sơ đồ tóm tắt nội dung quy trình thực đề tài Hình 1.1.Vị trí địa lý tỉnh Bình Thuận 13 Hình 1.2 Các nhóm đất địa bàn tỉnh Bình Thuận 16 Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý liệu lượng mưa 27 Hình 2.2 Vị trí điểm đo mưa từ vệ tinh TRMM tỉnh Bình Thuận 28 Hình 2.3 Giá trị bốc nước toàn cầu năm 2014 từ ảnh MODIS 29 Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý liệu bốc thoát nước 29 Hình 2.5 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý ảnh viễn thám Landsat 30 Hình 2.6 Dấu hiệu nhiệt số kiểu thảm phủ 33 Hình 2.7 Sơ đồ tóm tắt quy trình tính số khơ hạn TVDI 34 Hình 2.8 Tam giác khơng gian nhiệt độ bề mặt số NDVI 39 Hình 3.1 Lượng mưa tỉnh Bình Thuận năm 2000 41 Hình 3.2 Lượng bốc nước tỉnh Bình Thuận năm 2000 43 Hình 3.3 Diện tích khu vực tỉnh ghép từ ảnh Landsat 45 Hình 3.4 Ảnh sau nắn chỉnh cắt theo ranh giới tỉnh Bình Thuận 45 Hình 3.5 Ảnh số cán cân nước K khu vực Bình Thuận qua năm 46 Hình 3.6 Ảnh số NDVI Bình Thuận qua thời kì 48 Hình 3.7 Nhiệt độ bề mặt (LST) tỉnh Bình Thuận qua năm 49 Hình 3.8 Mối tương quan nhiệt độ bề mặt LST NDVI 50 Hình 3.9 Biểu đồ phương trình hồi quy tuyến tính mối tương quan NDVI LST 52 Hình 3.10 Chỉ số khơ hạn TVDI tỉnh Bình Thuận qua năm 53 Hình 3.11 Diễn biến mức độ khơ hạn qua thời kì tỉnh Bình Thuận 54 Hình 3.12 Vị trí điểm mẫu so sánh 56 Hình 3.13 Chỉ số K TVDI qua năm điểm (108°26'E : 11°10'N) 57 Hình 3.14 Chỉ số K TVDI qua năm điểm (108°33'E : 11°25’N) 57 Hình 3.15 Chỉ số K TVDI qua năm điểm (107°38'E : 11°11'N) 58 Hình 3.16 Chỉ số K TVDI qua năm điểm (108°1'E : 10°56'N) 58 Hình 3.17 Phân vùng hạn hán tỉnh Bình Thuận năm 1998 60 Hình 3.18 Phân vùng hạn hán tỉnh Bình Thuận năm 2002 61 vi Hình 3.19 Phân vùng hạn hán tỉnh Bình Thuận năm 2005 62 Hình 3.20 Phân vùng hạn hán tỉnh Bình Thuận năm 2016 63 Hình 3.21 Diện tích mức độ hạn nặng nặng huyên qua năm 64 Hình 3.22 Hồ Đá Bạc (Tuy Phong) xuống mực nước chết hoạt động hạn hán 66 Hình 3.23 Nhiều đập hệ thống dẫn nước cặp tuyến đường tỉnh 715 cạn khơ nước 66 Hình 3.24 Khơ hạn làm tăng q trình hoang mạc hóa (Mũi Né), đồi cát ngày lấn sâu vào đất liền, nhiều hồ nước bị cạn khô 66 vii TÓM TẮT Hạn hán sa mạc hóa Việt Nam diễn ngày gay gắt diện rộng, gây thiệt hại lớn cho kinh tế vấn đề môi trường, sinh thái xã hội Trong biến đổi khí hậu tồn cầu, Bình Thuận nói riêng khu vực Nam Trung Bộ nói chung nước biết đến vùng chịu nhiều tác động nước, làm cho khí hậy khu vực khắc nghiệt Phần lớn dân cư tỉnh sống chủ yếu dựa vào sản xuất nông - lâm nghiệp ni trồng thủy hải sản Vào mùa khơ, tình trạng nắng nóng kéo dài, lượng mưa q dẫn đến thiếu nước phục vụ cho sản xuất sinh hoạt diễn thường xuyên gây thiệt hại lớn đến đời sống kinh tế sống người dân Nghiên cứu nhằm tìm phương pháp đánh giá hạn cách sử dụng liệu khí tượng từ vệ tinh để tính tốn số phục vụ đánh giá hạn hán như: số cácn cân nước K, số thảm thực vật khô TVDI với kết hợp nhiệt độ bề mặt đất LST số thực vật chuẩn hóa NDVI Các liệu sử dụng lấy từ vệ tinh ảnh LANDSAT, lượng bốc từ ảnh MODIS lượng mưa từ hệ thống đo mưa tồn cầu TRMM Kết tính toán từ số phân chia theo ngưỡng mức độ để đánh giá khô hạn địa bàn tỉnh Bình Thuận số thời kì từ năm 1998 đến năm 2016 Từ thành lập đồ phân vùng hạn hán để cung cấp thông tin cần thiết cho công tác chuẩn bị giải pháp giảm thiểu tác động, phân phối nguồn nước hợp lý cảnh báo vùng có nguy xảy cháy rừng Qua kết phân vùng dựa số khô hạn TVDI, hạn hán xảy nghiêm trọng vào mùa khơ thời kì bao gồm năm 2002, 2005, 2011 2015 nghiên cứu, số ngưỡng hạn nằm mức cảnh báo từ nặng đến nặng chiếm 50% diện tích tồn tỉnh có xu hướng ngày mở rộng quy mơ mức độ tượng hoang mạc hóa Mùa khơ năm 2016, diện tích hạn nặng chiếm 47 % diện tích, nhiều sơng hồ địa bàn tỉnh bị khô kiệt Các tương tác đại dương khí ảnh hưởng lớn đến mức độ hạn khu vực, cụ thể vào năm 1998 hạn xảy nghiêm trọng kết hợp với tượng El Nino làm phần lớn diện tích tỉnh (>82%) nằm ngưỡng hạn nặng gây thiệt hại lớn kinh tế tỉnh Từ khóa: Hạn hán Bình Thuận, số khô hạn TVDI, số thực vật NDVI, nhiệt độ bề mặt LST, số thực vật NDVI, ứng dụng viễn thám Hình 3.18 Phân vùng hạn hán tỉnh Bình Thuận năm 2002 61 Hình 3.19 Phân vùng hạn hán tỉnh Bình Thuận năm 2005 62 Hình 3.20 Phân vùng hạn hán tỉnh Bình Thuận năm 2016 63 Bản đồ phân vùng dựa số khô hạn với độ phân giải cao 30 x 30m thể rõ vị trí, vùng cảnh báo có nguy hạn hán cao (màu đỏ) Theo kết nhận đồ, huyện có diện tích cảnh báo mức khơ hạn nặng nặng tập trung chủ yếu huyện Bắc Bình, Hàm Tân, Hàm Thuận Bắc…trong huyện Bắc Bình coi khô hạn tỉnh đặc điểm địa lớp phủ, hệ thống thủy hệ địa bàn huyện thưa thớt nên cần có biện pháp thủy lợi để ứng phó với khu vực mức cảnh báo hạn hán nặng HECTA DIỆN TÍCH MỨC ĐỘ HẠN NẶNG TẠI CÁC HUYỆN NĂM 1998 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 KHÔ HẠN NẶNG 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 KHƠ HẠN RẤT NẶNG Hình 3.21 Diện tích mức độ hạn nặng nặng huyện qua năm 64 ... vệ tinh, GIS tính cấp thiết hạn hán xảy gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tỉnh Bình Thuận, sinh viên thực đề tài "Ứng dụng viễn thám GIS nghiên cứu hạn hán tỉnh Bình Thuận" MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Phân... Phân vùng khô hạn khu vực tỉnh Bình Thuận dựa phương pháp viễn thám GIS NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu Tính tốn số khô hạn nghiên cứu mức độ khô hạn khu vực nghiên cứu dựa số...TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU HẠN HÁN TẠI TỈNH BÌNH THUẬN Sinh viên thực hiện: Lâm