Hệ thống hỗ trợ quyết định dựa trên cơ sở GIS để quản lý và phát các loài mây nước bền vững ở huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế

Mục tiêu của nghiên cứu là ứng dụng các chức năng của hệ thống hỗ trợ quyết định (HTHTQĐ) dựa trên cơ sở GIS để phân tích, truy vấn, thiết lập bản đồ vùng phân bố tự nhiên và cảnh báo nguy cơ khai thác các loài mây nước.

TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ NƠNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 4(1)-2020: 1625-1636 HỆ THỐNG HỖ TRỢ QUYẾT ĐỊNH DỰA TRÊN CƠ SỞ GIS ĐỂ QUẢN LÝ VÀ PHÁT CÁC LOÀI MÂY NƯỚC BỀN VỮNG Ở HUYỆN A LƯỚI, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Nguyễn Văn Lợi Khoa Lâm nghiệp trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế Tác giả liên hệ: nguyenvanloi@huaf.edu.vn Nhận bài: 05/08/2019 Hoàn thành phản biện: 12/11/2019 Chấp nhận bài: 25/11/2019 TÓM TẮT Mục tiêu nghiên cứu ứng dụng chức hệ thống hỗ trợ định (HTHTQĐ) dựa sở GIS để phân tích, truy vấn, thiết lập đồ vùng phân bố tự nhiên cảnh báo nguy khai thác loài mây nước Kết nghiên cứu cho thấy loài mây nước phân bố chủ yếu rừng thứ sinh, chiếm khoảng 72,0% tổng diện tích tự nhiên huyện A Lưới, diện tích xác định vùng phân bố chung cho hai loài mây nước mỡ nghé 39.070,6 (31,9%) diện tích phân bố riêng cho lồi mây nước nghé mây nước mỡ chiếm 32.026,1 (26,1%) 17.151,4 (14,0%) Diện tích có nguy khai thác cao lồi mây nước tìm thấy khu vực có lồi mây phân bố lên đến độ cao 500 m tiếp cận từ mạng lưới đường khu dân cư khoảng km Từ khóa: GIS, Hệ thống hỗ trợ định, Mây nước, Nguy cơ, Phân bố GIS-BASED DECISION SUPPORT SYSTEM FOR SUSTAINABLE WATER RATTAN DEVELOPMENT AND MANAGEMENT IN A LUOI DISTRICT OF THUA THIEN HUE PROVINCE Nguyen Van Loi Faculty of Forestry, University of Agriculture and Forestry, Hue University ABSTRACT The objective of this research was to apply the functions of decision support system (DSS) to analyze, query and create maps of natural distribution of water rattan and warn of the risk of exploitation The research results showed that the water rattan species were mainly distributed in the secondary forests, accounting for about 72.0% of the total natural area of A Luoi district, of which the general distribution area of both Daemonorops poilanei and D.jenkinsiana was 39,070.6 (31.9%), and the distribution area of each Daemonorops poilanei and D.jenkinsiana was 32,026.1 (26.1%) and 17,151.4 (14.0%) respectively The high risk areas were found in the area with water rattan species distributed up to 500 m elevation, accessible from the road network and residential area about kilometers Keywords: GIS, Decision support system, Water rattan, Risk, Distribution MỞ ĐẦU A Lưới huyện miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế, có tổng diện tích tự nhiên 122.521,5 ha, với tỷ lệ che phủ rừng đạt khoảng 73,4% (kết kiểm kê rừng, 2016) Phần lớn diện tích rừng tự nhiên ghi nhận nơi phân bố loài song mây (Nguyễn Văn Lợi cs., 2018) http://tapchi.huaf.edu.vn/ Song mây gắn liền với đời sống người dân tộc thiểu số huyện A Lưới, nguồn sinh kế quan trọng người dân địa phương, giúp họ giải khó khăn, ổn định cải thiện sống (Nguyễn Văn Lợi cs., 2019) Đồng thời, song mây đóng vai trị quan trọng sinh thái rừng tự nhiên Theo 1625 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY kết điều tra cơng trình nghiên cứu trước thống kê 18 loài mây tiềm huyện A Lưới (Peters cs., 2014; Nguyễn Quốc Dựng, 2017; Nguyễn Văn Lợi cs., 2018) Trong số lồi mây ghi nhận đây, có lồi mây mây nước mỡ (Daemonorops poilanei J.Dransf) mây nước nghé (D.jenkinsiana Mart) người dân địa phương lựa chọn cho mục tiêu kinh tế Trước đây, tình hình khai thác loài mây cách ạt, thiếu quy hoạch quản lý nên làm cho diện tích loài mây nước tự nhiên huyện A Lưới vào tình trạng khan hiếm, ảnh hưởng đến tính đa dạng rừng tự nhiên Để phục vụ cho hoạt động bảo tồn, khai thác phát triển bền vững loài mây nước, cần phải phát triển hệ thống hỗ trợ định (HTHTQĐ) dựa sở GIS, hệ thống sở liệu, gồm chương trình sở liệu, lưu trữ, phân tích xử lý thơng tin thơng qua mơ hình Bản đồ kinh tế xã hội Bản đồ ranh giới hành huyện A Lưới Bản đồ trạng rừng ISSN 2588-1256 Vol 4(1)-2020:1625-1636 tối ưu hóa dựa sở GIS để giải cho ứng dụng cụ thể nhằm hỗ trợ đưa định quản lý có hiệu (Nguyễn Văn Lợi, 2011) Do đó, xây dựng HTHTQĐ dựa sở GIS quản lý loài mây nước bền vững nhiệm vụ cần thiết, có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn, từ giúp cho nhà quản lý lâm nghiệp đưa định đắn kịp thời việc quản lý, quy hoạch khai thác, bảo tồn phát triển mây loài mây nước bền vững rừng tự nhiên huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trình tự bước phát triển HTHTQĐ dựa sở GIS để quản lý phát triển bền vững loài mây nước huyện A Lưới thể Hình Số liệu điều tra thực địa Tư liệu viễn thám Dữ liệu GPS Cơ sở liệu dựa sở GIS Thống kê truy vấn liệu mây Phân tích trạng rừng mây Mơ hình tối ưu hóa dựa sở GIS Kiểm tra thực địa Phân bố mây theo thảm thực vật che phủ Phân bố mây theo đai cao Phân bố mây theo độ dốc Phân bố mây theo nguồn nước BĐ phân bố loài mây BĐ nguy khai thác mây nước Giải pháp quản lý, quy hoạch khai thác, bảo tồn phát triển mây loài mây nước Hình Hệ thống hỗ trợ định dựa sở GIS huyện A Lưới 1626 Nguyễn Văn Lợi TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ NƠNG NGHIỆP Xây dựng hệ thống hỗ trợ định: HTHTQĐ dựa sở GIS thiết lập bao gồm bước sau: i) nghiên cứu sở lý thuyết mơ hình tối ưu HTHTQĐ, ii) xây dựng sở liệu loài mây nước, iii) ứng dụng để phân tích liệu, iv) sử dụng mơ hình hóa nhằm giải vùng phân bố tự nhiên nguy khai thác loài mây nước Xây dựng lớp liệu ảnh hưởng: Vùng phân bố nguy khai thác loài mây nước phụ thuộc vào trạng thái cấu trúc gỗ, địa hình đặc điểm phân bố lồi Qua điều tra thực địa, kết cho thấy hai loài mây nước phân bố chủ yếu khu rừng bị tác động có độ tàn che từ 0,3-0,5 Tuy nhiên, khu rừng bị tác động có độ tàn che > 0,7 khơng thấy xuất hai lồi mây Mây nước mỡ phân bố độ cao 700 m, thấp mây nước nghé 900 m Thông thường hai loài mây nước mọc ven khe suối, phạm vi khoảng 500 m, lên cao dần Nơi đất phẳng mật độ phân bố nhiều nơi đất dốc Nhưng thấy mây nước mỡ mọc sườn đồi dốc ≥ 30 độ mây nước nghé mọc sườn đồi dốc ≥ 35 độ Trên sở vào kết điều tra yêu câu sinh thái loài mây nước, nghiên cứu chọn nhân tố sinh thái bao trùm lên nhân tố khác để xây dựng đồ phân bố cho loài mây nước, bao gồm thảm thực vật rừng, độ cao, độ dốc tiếp cận nguồn nước Đồng thời, sở vào khả tiếp cận khu vực có loài mây nước phân bố, nghiên cứu chọn nhân tố ảnh hưởng để xây dựng đồ nguy khai thác loài mây nước, bao gồm mạng lưới đường, khu dân cư, độ cao độ dốc http://tapchi.huaf.edu.vn/ ISSN 2588-1256 Tập 4(1)-2020: 1625-1636 a) Lớp liệu thực vật rừng che phủ: Ảnh vệ tinh Sentinel tháng năm 2019 chọn để phân tích tách lớp thảm thực vật rừng che phủ Nghiên cứu sử dụng kết phân loại ISODATA kết phân tích số thực vật NDVI với liệu thứ cấp số liệu điều tra thực địa để chiết xuất năm dạng thảm thực vật rừng che phủ ảnh hưởng đến phân bố loài mây nước: i) Rừng tự nhiên (RTN) có độ tàn che 0,1-0,3; ii) RTN có độ tàn che 0,3-0,5; iii) RTN có độ tàn che 0,5-0,7; iv) RTN có độ tàn che > 0,7 v) dạng che phủ khác Độ tàn che thảm thực vật rừng xác định sở mức độ che kín tán rừng theo phương pháp thẳng đứng ô mẫu điều tra tính tốn tỷ lệ phần mười Đánh giá độ xác phân loại thực thơng qua phương pháp mô tả Congalton, Green, Landis Koch dựa sở mẫu đánh giá thông qua ma trận sai số, mẫu chọn theo phuơng pháp chọn mẫu ngẫu nhiên b) Lớp liệu đai cao độ dốc: Lớp đồ đai cao độ dốc tiêu tương ứng ảnh hưởng đến phân bố nguy khai thác loài mây nước thiết lập từ mơ hình số độ cao (DEM) phần mềm 3D Analyst Spatial Analyst c) Lớp liệu tiếp cận nguồn nước, khu dân cư mạng lưới đường: Các lớp đồ đơn tính xây dựng từ cơng cụ buffer có sẵn phần mềm chuyên dụng GIS Sử dụng phần mềm ArcGIS để nội suy tính tốn khoảng cách tiếp cận nguồn nước, khu dân cư, mạng lưới đường tiêu tương ứng ảnh hưởng đến phân bố nguy khai thác loài mây nước Thực tế cho thấy tầm ảnh hưởng lớp nhân tố đến phân bố tự nhiên 1627 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY nguy khai thác lồi mây nước khác nhau, đó, việc xác định mức độ quan trọng hay trọng số cho nhân tố ảnh hưởng cần thiết Trọng số nhân tố ảnh hưởng xác định thơng qua mơ hình phân tích thứ bậc AHP (Analytic Hierarchy Process) Saaty (2000) kết hợp với việc tham khảo ý kiến năm cán kỹ thuật từ Trạm khuyến nông, Ban quản lý rừng phong hộ huyện A Lưới Khu bảo tồn Sao la Huế Theo phương pháp này, nhân tố ảnh hưởng so sánh cặp đôi với nhân tố ảnh hưởng khác để xác định tầm quan trọng nhân tố ảnh hưởng đến phân bố nguy khai thác loài mây nước, 1628 ISSN 2588-1256 Vol 4(1)-2020:1625-1636 tổng trọng số nhân tố ảnh hưởng có giá trị 1, nhân tố có tầm quan trọng có giá trị trọng số lớn Mỗi mức độ ảnh hưởng tương ứng với số điểm đánh sau: phù hợp cao/nguy cao: điểm, phù hợp trung bình/nguy trung bình: điểm, phù hợp thấp/ nguy thấp: điểm khơng có mây phân bố/ nguy thấp: điểm Trọng số điểm đánh giá thích hợp nhân tố ảnh hưởng đến phân bố nguy khai thác lồi mây nước tích hợp vào GIS để xây dựng đồ phân bố tự nhiên cho loài mây nước (Bảng 1) đồ dự báo nguy khai thác loài mây nước (Bảng 2) Nguyễn Văn Lợi TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 4(1)-2020: 1625-1636 Bảng Trọng số điểm đánh giá ảnh hưởng nhân tố đến vùng phân bố mây nước Trọng Mây nước mỡ (Daemonorops poilanei) Mây nước nghé (D.jenkinsiana) Nhân tố số Chỉ tiêu Điểm đánh giá Chỉ tiêu Điểm đánh giá RTN (độ tàn che 0,3 -0,5) RTN (độ tàn che 0,3 -0,5) Thảm RTN (độ tàn che 0,1- 0,3) RTN (độ tàn che 0,1- 0,3) thực vật RTN (độ tàn che 0,5- 0,7) 2 0,367 RTN (độ tàn che 0,5- 0,7) rừng RTN (độ tàn che > 0,7), RTN (độ tàn che > 0,7), che phủ 1 dạng che phủ khác dạng che phủ khác Tiếp < 500 < 500 4 cận 500-1000 500-1000 nguồn 0,279 1000-1500 1000-1500 nước ≥ 1500 ≥ 1500 1 (m) < 300 < 300 4 300-500 300-600 3 Đai cao 0,218 (m) 500-700 600-900 2 ≥ 700 ≥ 900 < 10 < 15 4 Độ dốc 10-20 15-25 0,135 (độ) 20-30 25-35 2 ≥ 30 ≥ 35 1 Bảng Trọng số điểm đánh giá ảnh hưởng nhân tố đến nguy khai thác mây nước Nhân tố ảnh hưởng Trọng số Chỉ tiêu Điểm đánh giá ≤ 2000 m 2000-4000 m Khoảng cách từ khu dân cư 0,347 đến nơi khai thác mây nước 4000-6000 m > 6000 m ≤ 500 m Khoảng cách từ mạng lưới 500-1000 m đường, sông suối đến nơi 0,296 1000-1500 m khai thác mây nước > 1500 m ≤ 300 m 300-500 m Đai cao 0,239 500-700 m > 700 m ≤ 10 độ 10-20 độ Độ dốc 0,118 20-30 độ > 30 độ Tổng 1.000 - Phân tích trạng phân bố loài mây nước: Sử dụng chức truy vấn, thống kê phân tích HTHTQĐ dựa sở GIS để phân tích ảnh hưởng nhân tố đến phân bố tự nhiên nguy khai thác lồi mây nước http://tapchi.huaf.edu.vn/ Mơ hình tối ưu hóa: Bản đồ phân bố tự nhiên nguy khai thác loài mây nước thiết lập dựa sở phân tích lớp nhân tố ảnh hưởng, bao gồm, nhân tố thảm thực vật rừng, nhân tố tiếp cận mạng lưới đường, tiếp cận khu dân cư, tiếp cận sông suối, đai cao độ dốc Sau xác định trọng số lớp đồ nhân tố phân loại ảnh hưởng đến phân bố nguy khai thác loài mây nước, 1629 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 4(1)-2020:1625-1636 lớp tích hợp thơng qua mơ hình tích hợp phương trình mơ hình phối hợp tuyến tính trọng số Mơ hình tối tối ưu hóa cho cảnh báo nguy khai thác ưu hóa cho phân bố lồi mây nước mây nước tích hợp phương trình SI1 = (0, 367 * TTV + 0, 279* TCN + 0, 218* ĐD + 0,135 * ĐC) C1j (1) SI2 = (0,0347*KCTCDC+ 0,296*KCTCMLD& SS+ 0,239*ĐC+0,118*ĐD) C2j (2) Trong đó, SI1 SI2: Chỉ số phù hợp thiết lập đồ phân bố tự nhiên cho phân bố tự nhiên số cảnh báo nguy loài đồ dự báo/cảnh báo nguy cơ khai thác loài mây nước khai thác mây Trong trình thẩm định, TTV: Điểm phù hợp phân bố tập trung vào đối tượng nhân tố thảm thực vật rừng che phủ nghi ngờ hỗ trợ thiết bị TCN: Điểm phù hợp phân bố GPS Đồng thời tham khảo cơng trình nhân tố tiếp cận nguồn nước nghiên cứu mây trước người ĐD: Điểm phù hợp phân bố/nguy dân thường xuyên khai thác mây vùng nhân tố độ dốc nghiên cứu Trước hoàn thiện đồ, ĐC: Điểm phù hợp phân bố/nguy yêu cầu độ xác chung độ nhân tố độ cao xác cho phân hạng phù hợp/nguy phải KCTCDC: Điểm phù hợp nhân đáp ứng yếu cầu thực tiễn tố khoảng cách từ khu dân cư đến nơi khai KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN thác mây nước 3.1 Thiết lập đồ phân bố tự nhiên KCTCMLD& SS: Điểm phù hợp loài mây nước nhân tố khoảng cách từ mạng lưới Vùng phân bố lồi mây đường, sơng suối đến nơi khai thác mây nước rừng tự nhiên xác định nước dựa sở phân tích nhân tố ảnh C1j C2j giá trị giới hạn hưởng nhân tố độ dốc, độ cao, tiếp cận nhân tố thứ j, giá trị giới hạn nhận giá trị nguồn nước thảm thực vật rừng che cho tất nhân tố giới hạn ảnh hưởng phủ Lớp liệu thảm thực vật rừng đến phân bố tự nhiên nguy khai thác thiết lập dựa sở phân tích loài mây nước số thực vật NDVI phân loại có giám Để thiết lập đồ phân bố tự nhiên sát (Maximum Likelihood) từ liệu ảnh vệ nguy khai thác loài mây nước, tinh Sentinel tháng năm 2019 Kết nghiên cứu tiến hành phân cấp lại số SI đánh giá độ xác cho thấy số thành cấp phân bố tự nhiên nguy thống kê Kappa biểu thị cho mức độ chấp khai thác mây tương ứng với ngưỡng giá thuận kết phân loại ảnh trị: phù hợp cao/nguy cao (≥ 3,5), phù quan sát thực địa đạt 0,88 Theo hợp trung bình/nguy trung bình (2,5Landis and Koch, giá trị Kappa 0,4 3,5), phù hợp thấp/nguy thấp (1,5-2,5) (40%) cho thấy mức độ chấp thuận thấp, khơng có mây/nguy thấp (