Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội tỉnh hòa bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH HỊA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ HÀ NỘI, 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH HỊA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CƠNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ Mã số: 62 44 02 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Nguyễn Ngọc Thạch TS Trần Vân Anh HÀ NỘI - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Thúy Hạnh iii LỜI CẢM ƠN Sau nhiều năm học tập nghiên cứu trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đến luận án đƣợc hoàn thành Tác giả xin trân trọng cảm ơn Đại học Quốc gia Hà Nội, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên quan tâm, giúp đỡ nghiên cứu sinh suốt trình đào tạo Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, thày cô giáo, cán Khoa Địa lý, Bộ môn Bản Đồ-Viễn thám GIS trực tiếp giảng dạy, trao đổi đóng góp nhiều ý kiến quý báu nhƣ động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo trƣờng Đại học Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội, Ban lãnh đạo khoa Trắc địa - Bản đồ - nơi tác giả cơng tác tồn thể đồng nghiệp, bạn bè tạo điều kiện giúp đỡ, chia sẻ cơng việc để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch TS.Trần Vân Anh tận tình hƣớng dẫn suốt trình nghiên cứu động viên, tạo điều kiện giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Đinh Thị Bảo Hoa, PGS.TS Phạm Văn Cự, TS Hoàng Thị Thu Hƣơng - Khoa Địa lý- Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên TS.Vũ Kim Chi - Viện Việt Nam học Khoa học phát triển - Đại học Quốc Gia Hà Nội nhiều Nhà khoa học khác - ngƣời tiên phong nghiên cứu lớp phủ, biến động lớp phủ để đến hôm tác giả đƣợc kế thừa tiếp tục phát triển hƣớng nghiên cứu, đặc biệt gợi ý từ khóa luận, luận án góp phần bổ sung, hoàn thiện luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới nhà khoa học thuộc quan: Viện Địa lý, Viện Công nghệ Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Đại học Sƣ phạm Hà Nội; Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, Đại học Lâm nghiệp,… đóng góp ý kiến từ nhiều khía cạnh để luận án trở nên hoàn thiện Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Sở Tài ngun Mơi trƣờng Hịa Bình, Cục Thống kê Hịa Bình, Trung tâm Viễn thám Địa chất – Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc, …đã cung cấp tƣ liệu cho luận án Cuối nhƣng không phần quan trọng, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, đặc biệt ngƣời bạn đời luôn sát cánh, chia sẻ động viên tinh thần suốt nhiều năm tác giả thực luận án Hà nội, ngày 10 tháng năm 2016 Tác giả Nguyễn Thị Thúy Hạnh iv MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nội dung nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Điểm luận án Luận điểm bảo vệ Cơ sở tài liệu thực đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận án CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ VÀ LỚP PHỦ RỪNG 1.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu có liên quan 1.1.1 Tổng quan tình hình sử dụng tƣ liệu viễn thám nghiên cứu lớp phủ lớp phủ rừng giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu lớp phủ lớp phủ rừng Việt Nam 11 1.1.3 Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến lớp phủ lớp phủ rừng Hịa Bình 13 1.2 Cơ sở lý luận nghiên cứu lớp phủ rừng 17 1.2.1 Khái niệm lớp phủ rừng hệ thống phân loại lớp phủ 17 1.2.2 Các phƣơng pháp chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám 21 1.2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu biến động viễn thám GIS .23 1.2.4 Các mơ hình nghiên cứu biến động 27 1.3 Quan điểm, phƣơng pháp quy trình nghiên cứu 35 1.3.1 Quan điểm nghiên cứu 35 1.3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 36 1.3.3 Quy trình nghiên cứu 38 CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HỊA BÌNH QUA CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI 40 2.1 Các nhân tố ảnh hƣởng đến lớp phủ rừng 40 2.1.1 Vị trí địa lý 40 2.1.2 Điều kiện tự nhiên 41 v 2.1.3 Điều kiện kinh tế xã hội 49 2.2 Tích hợp viễn thám GIS nghiên cứu trạng lớp phủ rừng qua giai đoạn 67 2.2.1 Nghiên cứu thay đổi trạng thái lớp phủ rừng 68 2.2.2 Nghiên cứu phân bố không gian biến động lớp phủ rừng .74 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HỊA BÌNH VÀ ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN-BẢO VỆ 87 3.1 Đặc điểm xu hƣớng biến động 87 3.2 Phân tích mối quan hệ biến động lớp phủ rừng yếu tố địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội 91 3.2.1 Kết phân tích rừng suy thối rừng 97 3.2.2 Kết phân tích tái sinh rừng tự nhiên 103 3.2.3 Kết phân tích mở rộng rừng trồng 108 3.3 Kiểm chứng thảo luận yếu tố gây biến động lớp phủ rừng qua hai giai đoạn nghiên cứu 113 3.3.1 Các yếu tố tác động trực tiếp đến biến động lớp phủ rừng qua hai giai đoạn nghiên cứu 113 3.3.2 Kết điều tra điểm chìa khóa 114 3.3.3 Biến động lớp phủ rừng sách phát triển kinh tế xã hội 120 3.4 Dự báo biến động lớp phủ rừng định hƣớng phát triển-bảo vệ lớp phủ rừng đến năm 2020 123 3.4.1 Dự báo biến động lớp phủ rừng đến năm 2020 123 3.4.2 Định hƣớng phát triển bảo vệ lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình đến năm 2020 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ .137 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 PHỤ LỤC 151 Phụ lục 1: Tƣ liệu sử dụng 151 Phụ lục 2: Mã hóa biến giải thích 184 Phụ lục 3: Bản đồ tƣơng ứng với biến giải thích 185 Phụ lục 4: Kết chạy mơ hình hồi quy 186 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Những lớp đối tƣợng nghiên cứu luận án 21 Bảng Số liệu thống kê mật độ dân số tỉnh Hịa Bình 50 Bảng 2 Tăng trƣởng kinh tế tỉnh Hòa Bình………………………………….54 Bảng Cơ cấu giá trị sản xuất công nghiệp phân theo ngành…………… 55 Bảng Một số số tăng trƣởng kinh tế ngành nông nghiệp………… 57 Bảng Kết thực số số phát triển ngành lâm nghiệp……….58 Bảng Số lƣợng trƣờng học huyện 62 Bảng Số lƣợng học sinh giáo viên huyện .62 Bảng Thay đổi sử dụng đất qua năm 63 Bảng Chỉ số NDVI biến động số NDVI 70 Bảng 10 Thống kê diện tích loại lớp phủ 77 Bảng 11 Độ xác kết phân loại năm 1994 82 Bảng 12 Độ xác kết phân loại năm 2005 82 Bảng 13 Độ xác kết phân loại năm 2015 82 Bảng Gộp nhóm loại biến động………………………………… .92 Bảng Các biến phụ thuộc 95 Bảng 3 Các biến độc lập 95 Bảng Mơ hình rừng suy thối rừng 1994-2005 97 Bảng So sánh đồ xác suất rừng suy thoái rừng với đồ biến động thực tế 99 Bảng Mơ hình rừng suy thoái rừng giai đoạn 2005-2015 100 Bảng Mơ hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994-2005 .103 Bảng So sánh đồ xác suất tái sinh rừng tự nhiên đồ tái sinh rừng thực tế………………………………………………………………………….108 Bảng Mô hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 2005-2015 .106 Bảng 10 Mơ hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 1994-2005 108 Bảng 11 So sánh đồ xác suất mở rộng rừng trồng với BĐBĐ thực tế 110 Bảng 12 Mô hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 2005-2015 110 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1 Phân tích vector biến động………………………………………… 25 Hình Ngun tắc kỹ thuật trừ ảnh 25 Hình Diện tích dƣới đƣờng cong ROC 35 Hình Bản đồ hành tỉnh Hịa Bình 40 Hình 2 Mơ hình số độ cao tỉnh Hịa Bình 42 Hình Ảnh vệ tinh Landsat TM band 5, band tổ hợp band 432 .42 Hình Bản đồ địa mạo tỉnh Hịa Bình 43 Hình Bản đồ sinh khí hậu tỉnh Hịa Bình 47 Hình Mạng lƣới sơng suối tỉnh Hịa Bình 46 Hình Bản đồ thổ nhƣỡng tỉnh Hịa Bình 48 Hình 2 Cơ cấu lao động theo ngành kinh tế năm 1994, 2001 2011……….56 Hình Cơ cấu ngành kinh tế năm 1994, 2000, 2010 2014 54 Hình 10 Hệ thống đƣờng giao thơng tỉnh Hịa Bình 60 Hình Phƣơng pháp trƣớc phân loại nghiên cứu biến động trạng thái lớp phủ rừng……………………………………………………………… 71 Hình 12 Ảnh NDVI qua năm 69 Hình 13 Histogram ảnh NDVI 1994-2005 (trái) 2005-2015 (phải) 70 Hình 14 Biểu đồ biến động trạng thái lớp phủ 1994-2005-2015 71 Hình 15 Biến động số NDVI giai đoạn 1994 - 2005 72 Hình 16 Biến động số NDVI giai đoạn 2005 - 2015 73 Hình 17 Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng theo phƣơng pháp sau phân loại 74 Hình 18 Biểu đồ phân bố pixel không gian phổ 75 Hình 19 Kết phân loại ảnh 76 Hình 20 Biểu đồ cấu diện tích loại lớp phủ 76 Hình 21 Ảnh phân loại sau gộp nhóm 78 Hình 22 Biến động lớp phủ rừng khu Bảo tồn Phu Canh 78 Hình 23 Biến động lớp phủ rừng khu vực lịng hồ sơng Đà 79 Hình 24 Biến động lớp phủ rừng khu bảo tồn Thƣợng Tiến .79 Hình 25 Biến động lớp phủ rừng khu vực Lạc Thủy 80 viii Hình 26 Biến động lớp phủ rừng khu vực Lƣơng Sơn 80 Hình 27 Phân bố khơng gian lớp phủ rừng năm 1994 83 Hình 28 Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 2005 84 Hình 29 Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 2015 85 Hình Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thơng giai đoạn 1994-2005 …………………………………………………………………87 Hình Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông phụ giai đoạn 1994-2005 87 Hình 3 Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối lớn giai đoạn 1994-2005 88 Hình Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối nhỏ giai đoạn 1994-2005 88 Hình Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 1994-2005 88 Hình Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 1994-2005 .89 Hình Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thơng giai đoạn 2005-2015 89 Hình Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông phụ giai đoạn 2005-2015 89 Hình Diện tích biến động theo khoảng cách đến sơng suối lớn giai đoạn 2005-2015 90 Hình 10 Diện tích biến động theo khoảng cách đến sơng suối nhỏ giai đoạn 2005-2015 90 Hình 11 Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 2005-2015 90 Hình 12 Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 2005-2015 .91 Hình 13 Bản đồ biến động LPR 93 Hình 14 Bản đồ biến động LPR 94 Hình 15 Sơ đồ bƣớc phân tích mối quan hệ biến động lớp phủ rừng yếu tố địa lý 96 Hình 16 Xác suất rừng suy thoái rừng giai đoạn 1994-2005 .98 Hình 17 Đƣờng cong ROC kiểm chứng mơ hình rừng suy thối rừng 99 Hình 18 Xác suất rừng suy thoái rừng giai đoạn 2005-2015 .102 Hình 19 Xác suất tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994 - 2005 104 ix Hình 20 Đƣờng c Hình 21 Xác suất Hình 22 Xác suất Hình 23 Đƣờng co Hình 24 Xác suất Hình 25 Vị trí Hình 26 Vị trí Hình 27 Rừng keo đƣợc trồng thơn Rổng Vịng, xã Lâm Sơn, H Lƣơng Sơn 116 Hình 28 Ngôi nhà đƣợc xây dựng khang trang tiền thu nhập từ trồng rừng thơn Rổng Vịng, xã Lâm Sơn, H Lƣơng Sơn Hình 29 Ngơi nhà ngƣời Kinh thơn Bình Tiến, xã Dân Hạ, H Kỳ Sơn 117 Hình 30 Bên nhà ngƣời Dao xã Hiền Lƣơng, Đà Bắc 118 Hình 31 Cơ cấu số hộ gia đình theo nguồn thu nhập nhóm Hình 32 Những ngơi nhà ngƣời Tày, xã Tân Minh, H Đà Bắc Hình 33 Những đố Hình 34 Bản đồ d Hình 35 Bản đồ d Hình 36 Bản đồ d Hình Bản đồ phân vùng địa lý tự nhiên… x 180 STT Tọa độ Y (m) 263 2284805 264 2293838 265 2285493 266 2282489 267 2277281 268 2293458 269 2295800 181 Thống kê điểm kiểm tra: 130 số 269 điểm thực địa đƣợc sử dụng để kiểm chứng kết phân loại ảnh Kết đƣợc tổng hợp bảng dƣới: Bảng Kết kiểm tra thực địa Lớp phủ RTN giàu RTN nghèo RT khép tán RT chƣa khép tán Nông nghiệp Đất trống, bụi Dân cƣ Mặt nƣớc Tổng số điểm xác Ghi chú: Đ: đúng, S: sai APL: kết phân loại 1.3 Một số hình ảnh thực địa Phỏng vấn ngƣời dân Đà Bắc (6/2015) 182 Phỏng vấn ngƣời dân Thung Rếch (Kim Bắc – Kim Bôi) 3/2015 Hoạt động khai thác đất đá đoạn gần cầu Hịa Bình (6/2015) Thị Trấn Mai Châu (8/2014) Lạc Thủy 183 Phụ lục 2: Mã hóa biến giải thích 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 184 10 11 12 13 14 15 16 17 Mã Kí hiệu IA1a IB1b IB1c IC1c IIA1a IIA1b IIB1b IIIA2a IIIA2b 10 IIIB2b 11 IVB3b Phụ lục 3: Bản đồ tƣơng ứng với biến giải thích 3.1 Các đồ kinh tế xã hội năm 2001 (Nguồn: Số liệu điều tra Nông nghiệp nông thôn cấp xã năm 2001) 185 Phụ lục 4: Kết chạy mơ hình hồi quy 4.1 Giai đoạn 1994-2005 4.1.1 Mất rừng suy thoái rừng Omnibus Tests of Model Coefficients Step Ste Bl Mo Model Summary -2 Step likelihood 5,526 a, Estimation terminated at iteration number 20 because maximum iterations has been reached, Final solution cannot be found, Classification Table a Observed Step Defor Overall Percentage a, The cut value is ,500 4.1.2 Tái sinh rừng tự nhiên Omnibus Tests of Model Coefficients Step Step Block Model a Model Summary Step -2Log likelihood 2,747 a, Estimation terminated at iteration number 20 because maximum iterations has been reached, Final solution cannot be found, 186 a Classification Table a Observed Step Natu Overall Percentage a, The cut value is ,500 4.1.3 Mở rộng rừng trồng Omnibus Tests of Model Coefficients Step Step Block Model Model Summary -2 likelihood Step 6,093 a a, Estimation terminated at iteration number 20 because maximum iterations has been reached, Final solution cannot be found, Classification Table a Observed Step Plan Overall Percentage a, The cut value is ,500 187 4.2 Giai đoạn 2005-2015 4.2.1 Mất rừng suy thoái rừng Omnibus Tests of Model Coefficients Step Model Summary Step -2 likelihood 3,487 a, Estimation terminated at iteration number 20 because maximum iterations has been reached, Final solution cannot be found, Classification Table a Observed Step Defor Overall Percentage a, The cut value is ,500 4.2.2 Tái sinh rừng tự nhiên Omnibus Tests of Model Coefficients Step Step Block Model Model Summary Step -2 likelihood 57,500 a a a, Estimation terminated at iteration number 20 because maximum iterations has been reached, Final solution cannot be found, 188 Classification Table a Observed Step Natu Overall Percentage a, The cut value is ,500 4.2.3 Mở rộng rừng trồng Omnibus Tests of Model Coefficients Step Step Block Model Model Summary Step -2 likelihood 6,445 a a, Estimation terminated at iteration number 20 because maximum iterations has been reached, Final solution cannot be found, Classification Table a Observed Step Plan Overall Percentage a, The cut value is ,500 189 ... THÚY HẠNH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH HỊA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG... trƣờng Hịa Bình Đó lý tác giả lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trình phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hịa Bình với trợ giúp cơng nghệ viễn thám GIS? ?? Mục tiêu nội dung nghiên cứu 2.1... Biến động lớp phủ rừng sách phát triển kinh tế xã hội 120 3.4 Dự báo biến động lớp phủ rừng định hƣớng phát triển- bảo vệ lớp phủ rừng đến năm 2020 123 3.4.1 Dự báo biến động lớp phủ rừng