Ứng dụng công nghệ địa không gian cho giám sát tổng chất rắn lơ lửng trong nước cửa sông, lấy ví dụ cửa đáy ninh bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Nhung ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN CHO GIÁM SÁT TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC CỬA SÔNG, LẤY VÍ DỤ CỬA ĐÁY - NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Nhung ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN CHO GIÁM SÁT TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC CỬA SƠNG, LẤY VÍ DỤ CỬA ĐÁY - NINH BÌNH Chuyên ngành: Mã số: Địa chất Mơi trường Chương trình đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ THU HÀ XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học TS Nguyễn Thị Thu Hà PGS.TS Chu Văn Ngợi Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, học viên xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Thu Hà, người trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn học viên suốt thời gian hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học Đồng thời, học viên chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ln nhiệt tình giảng dạy cho học viên suốt chương trình đạo tạo thạc sĩ Học viên xin gửi lời cảm ơn đến anh/chị/em bạn bè đồng nghiệp nhóm nghiên cứu Địa chất môi trường tạo điều kiện giúp đỡ cho học viên hoàn thành luận văn Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình ln quan tâm, chia sẻ khó khăn ủng hộ học viên suốt trình học tập nghiên cứu Hà ội, ngà 26 tháng 01 năm 2017 Học viên Phạm Thị Nhung MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý vùng nghiên cứu 1.2 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.2.1 Đặc điểm tự nhiên 1.2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 1.2.1.2 Đặc điểm địa chất 1.2.1.3 Đặc điểm khí hậu 1.2.1.4 Đặc điểm thủ văn, hải văn 1.2.2 Tai biến thiên nhiên 12 1.2.3 Hiện trạng bồi tụ - xói lở 14 1.2.3.1 Giai đoạn trước năm 1989 14 1.2.3.2 Giai đoạn 1989 - 1995 15 1.2.3.3 Giai đoạn 1995 đến 15 1.2.4 Đặc điểm kinh tế - xã hội 15 1.2.4.1 Dân cư 15 1.2.4.2 Nông nghiệp 16 1.2.4.3 Diêm nghiệp 17 1.2.4.4 Khai thác nuôi trồng thủy sản 17 1.2.4.5 Công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp 19 1.2.4.6 Du lịch dịch vụ 20 1.2.5 Cảng sông Đáy kế hoạch nạo vét luồng 21 1.3 Lịch sử nghiên cứu 22 1.3.1 Công nghệ địa không gian nghiên cứu môi trường 22 1.3.2 Ứng dụng công nghệ địa không gian nghiên cứu TSS 23 1.3.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu khu vực cửa Đáy 28 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Phƣơng pháp thu thập tổng hợp số liệu 31 2.2 Phƣơng pháp khảo sát thực địa 31 2.3 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng TSS 33 i 2.4 Phƣơng pháp viễn thám - đồ 33 2.4.1 Dữ liệu ảnh vệ tinh sử dụng 33 2.4.2 Các phần mềm sử dụng 34 2.4.3 Phương pháp xử lý ảnh 34 2.5 Phƣơng pháp lập đồ sử dụng mơ hình địa thống kê ArcGis 35 2.6 Phƣơng pháp thống kê, đánh giá độ xác 37 CHƢƠNG DIỄN BIẾN PHÂN BỐ HÀM LƢỢNG TSS VÙNG CỬA ĐÁY THEO KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN 38 3.1 Phƣơng trình tính tốn hàm lƣợng TSS vùng cửa Đáy 38 3.2 Phân bố hàm lƣợng TSS theo không gian thời gian 42 3.2.1 Phân bố hàm lượng TSS tháng mùa mưa 42 3.2.1.1 Phân bố hàm lượng TSS ngày 22/09/2013 42 3.2.1.2 Phân bố hàm lượng TSS ngày 08/10/2013 43 3.2.1.3 Phân bố hàm lượng TSS ngày 23/07/2014 44 3.2.1.4 Phân bố hàm lượng TSS ngày 11/10/2014 45 3.2.1.5 Phân bố hàm lượng TSS ngày 10/07/2015 47 3.2.2 Phân bố hàm lượng TSS tháng mùa khô 48 3.2.2.1 Phân bố hàm lượng TSS ngày 27/12/2013 48 3.2.2.2 Phân bố hàm lượng TSS ngày 30/12/2014 49 3.2.2.3 Phân bố hàm lượng TSS ngày 15/01/2015 50 3.2.2.4 Phân bố hàm lượng TSS ngày 15/11/2015 51 3.3 Xu hƣớng phân bố hàm lƣợng TSS theo mùa 52 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH HĨA TSS TRONG NƢỚC VÙNG CỬA SƠNG ĐÁY SỬ DỤNG DỮ LIỆU SENTINEL 2A 57 4.1 So sánh đặc trƣng ảnh Landsat ảnh Sentinel 2A 57 4.2 Phân bố hàm lƣợng TSS nƣớc vùng cửa Đáy dựa liệu ảnh Sentinel 2A 60 KẾT LUẬN 63 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Vị trí vùng nghiên cứu (Google Earth) Hình 1.2 Địa hình khu vực cửa Đáy [18] Hình 1.3 Nhiệt độ trung bình tháng năm trạm Ninh Bình (0C) Hình 1.4 Nhiệt độ trung bình tháng năm trạm Nam Định (0C) Hình 1.5 Lượng mưa trung bình tháng năm trạm Ninh Bình (mm) Hình 1.6 Lượng mưa trung bình tháng năm trạm Nam Định (mm) Hình 1.7 Trường mực nước dòng chảy tổng cộng số thời điểm pha triều xuống đại diện cho đặc trưng mùa [18] 10 Hình 1.8 Độ cao hướng sóng có nghĩa đặc trưng cho tháng năm [18] 11 Hình 1.9 Đường bão Côn Sơn năm 2010 13 Hình 1.10 Đường bão Sơn Tinh năm 2012 13 Hình 1.11 Biến động đường bờ vùng cửa Đáy từ 2001 - 2011 [15] 14 Hình 1.12 Đầm ni tơm xã Kim Trung 19 Hình 1.13 Cơ sở thu gom ngao xã Kim Tân 19 Hình 1.14 Sản phẩm TTCN làm từ cói 20 Hình 1.15 Cơ sở sản xuất TTCN xã Kim Chính 20 Hình 1.16 Nhà thờ đá Phát Diệm 21 Hình 1.17 Đền thờ Nguyễn Cơng Trứ 21 Hình 2.1 Sơ đồ mạng lưới lấy mẫu nước hai đợt khảo sát thực địa cửa Đáy 32 Hình 2.2 Ảnh gốc (a) ảnh sau hiệu chỉnh khí (b) 35 Hình 3.1 Mối quan hệ phổ đo ngồi thực địa (bước sóng 655 nm) phổ chiết tách từ kênh ảnh Landsat theo phương pháp FLAASH 39 Hình 3.2 Mối quan hệ phổ phản xạ bước sóng đỏ đo thực địa hàm lượng TSS cửa Ba Lạt 39 Hình 3.3 Mối quan hệ phổ phản xạ bước sóng đỏ hàm lượng TSS [51] 40 Hình 3.4 Quan hệ phổ phản xạ rời mặt nước với hàm lượng TSS theo hàm mũ bước sóng 650 nm dải phổ đỏ vùng ven biển châu thổ sơng Hồng [17] 40 Hình 3.5 Mối quan hệ hàm lượng TSS phổ phản xạ kênh ảnh Landsat 41 iii Hình 3.6 Mối quan hệ hàm lượng TSS phân tích từ mẫu nước TSS tính tốn từ phương trình (8) 41 Hình 3.7 Phân bố hàm lượng TSS ngày 22/09/2013 43 Hình 3.8 Phân bố hàm lượng TSS ngày 08/10/2013 44 Hình 3.9 Phân bố hàm lượng TSS ngày 23/07/2014 45 Hình 3.10 Phân bố hàm lượng TSS ngày 11/10/2014 46 Hình 3.11 Phân bố hàm lượng TSS ngày 10/07/2015 47 Hình 3.12 Phân bố hàm lượng TSS ngày 27/12/2013 48 Hình 3.13 Phân bố hàm lượng TSS ngày 30/12/2014 50 Hình 3.14 Phân bố hàm lượng TSS ngày 15/01/2015 51 Hình 3.15 Phân bố hàm lượng TSS ngày 15/11/2015 52 Hình 3.16 Xu hướng biến động hàm lượng TSS theo mùa phía sơng Đáy 53 Hình 3.17 Xu hướng biến động hàm lượng TSS theo mùa phía Đơng Nam cửa Đáy 53 Hình 3.18 Xu hướng biến động hàm lượng TSS theo mùa phía Đơng Bắc cửa Đáy 54 Hình 3.19 Xu hướng biến động hàm lượng TSS theo mùa khu vực biển xa bờ 54 Hình 3.20 Phân bố hàm lượng TSS mùa mưa khu vực cửa Đáy 55 Hình 3.21 Phân bố hàm lượng TSS giai đoạn chuyển mùa khu vực cửa Đáy 55 Hình 3.22 Phân bố hàm lượng TSS mùa khô khu vực cửa Đáy 56 Hình 4.1 Sự tương đồng kênh phổ dải ánh sáng nhìn thấy Landsat Sentinel 2A 59 Hình 4.2 Phân bố hàm lượng TSS ngày 21/12/2015 60 Hình 4.3 Phân bố hàm lượng TSS ngày 18/07/2016 61 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tần suất (%) hướng gió lặng gió (%) trạm Văn Lý Bảng 1.2 Xác suất tốc độ gió theo cấp tốc độ (tính % tổng số trường hợp) trạm Văn Lý Bảng 1.3 Độ cao trung bình h (m), chu kỳ trung bình  (s) sóng trạm Văn Lý 11 Bảng 1.4 Thống kê bão đổ vào vùng Cửa Đáy từ năm 1980 - 2012 12 Bảng 1.5 Thống kê trận lũ lịch sử từ năm 1971 đến 2011 13 Bảng 1.6 Diện tích, dân số mật độ dân số vùng Cửa Đáy năm 2015 16 Bảng 1.7 Diện tích số lương thực có hạt chất bột có củ (ha) 16 Bảng 1.8 Diện tích đất làm muối huyện Nghĩa Hưng (ha) 17 Bảng 1.9 Diện tích, sản lượng thủy sản vùng nghiên cứu năm 2015 18 Bảng 1.10 Số sở sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp địa bàn năm 2015 19 Bảng 1.11 Tổng mức bán lẻ hàng hóa doanh thu dịch vụ năm 2015 (triệu đồng) 21 Bảng 2.1 Các ảnh vệ tinh Landsat sử dụng nghiên cứu 33 Bảng 3.1 Kết thống kê hàm lượng TSS hai đợt khảo sát cửa Đáy 38 Bảng 4.1 So sánh thông số ảnh Landsat Sentinel 2A 57 Bảng 4.2 Dữ liệu kênh phổ Landsat Sentinel 2A 58 v KÍ HIỆU VIẾT TẮT TSS Tổng chất rắn lơ lửng ISS Chất vô lơ lửng OMC Hàm lượng chất hữu CN-TTCN Công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp TTCN Tiểu thủ công nghiệp RNM Rừng ngập mặn NTTS Nuôi trồng thủy sản SLR Nước biển dâng UBND Ủy ban nhân dân GIS Hệ thông tin địa lý TN & MTB Tài nguyên môi trường biển ĐNN Đất ngập nước GTNN Giá trị nhỏ GTLN Giá trị lớn vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tập hợp phần tử vơ hữu khơng bị hịa tan nước, hình thành trình vận chuyển, tái lắng đọng trầm tích xác chết sinh vật phù du TSS tiêu quan trọng đánh giá chất lượng môi trường nước cửa sông, ven biển Phân bố hàm lượng TSS vùng cửa sông ven biển yếu tố quan trọng để đánh giá tương tác sông biển, đồng thời nhân tố có vai trị quan trọng chu trình sinh địa hóa chúng chứa đựng thành phần hóa học khác mơi trường nước Hàm lượng TSS nước vùng cửa sông, ven biển thường xuyên biến đổi theo không gian thời gian ảnh hưởng thủy triều, sóng, gió, dịng chảy hoạt động người [38] Cửa Đáy cửa sơng lớn phía bắc Việt Nam, khu vực có chế độ thủy lực tương đối phức tạp, chế độ dòng chảy dọc bờ dòng chảy từ sông Đáy chảy yếu tố định đến q trình bồi lắng Ở khu vực này, trầm tích chủ yếu cát hạt nhỏ mịn với đường kính hạt trung bình 0,17 mm Lưu lượng dịng chảy từ sơng Đáy đưa khoảng 195.000 m3/năm Ngồi ra, lưu lượng dòng chảy tổng hợp năm qua mặt cắt bờ khu vực Nghĩa Hưng - Nam Định có hướng từ bắc xuống nam với lưu lượng khoảng 1.807.000 m3/năm Lượng bùn cát cửa Đáy tiếp nhận từ hai nguồn lớn: nguồn thứ nguồn từ sông Đáy đưa khoảng 34.000 bùn cát/năm nguồn thứ hai dòng dọc bờ mang bùn cát từ phía bắc trở xuống khoảng 220.000 bùn cát/năm [18] Hàm lượng TSS cao ảnh hưởng đến phát triển hệ sinh thái suất sinh học chúng Do đó, thường xuyên quan trắc thay đổi hàm lượng TSS việc làm cần thiết để hiểu rõ trình tương tác sông - biển hoạt động người tác động lên khu vực ven biển Tuy nhiên, phương pháp truyền thống để quan trắc hàm lượng TSS nước vùng rộng lớn cửa Đáy thường gây tốn mặt thời gian kinh phí Ngày nay, giới, ứng dụng liệu ảnh vệ tinh để quan trắc chất lượng môi trường nước (cụ thể TSS) giải pháp hữu hiệu để giải vấn đề nêu Xuất phát từ thực tiễn đó, học viên lựa chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ địa không gian cho giám sát tổng chất rắn lơ lửng nước cửa sơng, lấy ví dụ Cửa Đá - Ninh Bình” làm đề tài nghiên cứu luận văn Hình 3.20 Phân bố hàm lƣợng TSS mùa mƣa khu vực cửa Đáy Hình 3.21 Phân bố hàm lƣợng TSS giai đoạn chuyển mùa khu vực cửa Đáy 55 Hình 3.22 Phân bố hàm lƣợng TSS mùa khô khu vực cửa Đáy Như vậy, từ đặc điểm nêu thấy hàm lượng TSS nước phía sơng phụ thuộc chủ yếu vào chế độ dòng chảy, thủy triều lưu lượng trầm tích khu vực nước biển ven bờ khơi lại chịu ảnh hưởng mạnh mẽ hướng gió theo mùa q trình tái lắng đọng vật liệu trầm tích phía bờ biển cửa Đáy Xét xu hướng biến thiên hàm lượng TSS theo mùa khu vực phía sơng Đơng Nam cửa Đáy có hàm lượng TSS mùa mưa cao mùa khô, khu vực Đông Bắc cửa Đáy vùng biển ngồi khơi có hàm lượng TSS mùa mưa thấp mùa khô 56 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH HĨA TSS TRONG NƢỚC VÙNG CỬA SÔNG ĐÁY SỬ DỤNG DỮ LIỆU SENTINEL 2A 4.1 So sánh đặc trƣng ảnh Landsat ảnh Sentinel 2A Ứng dụng công nghệ địa không gian cho giải đốn thơng tin địa chất ứng dụng cấu trúc địa chất, trầm tích, khai khống, địa tầng, địa chất cơng trình, nước ngầm, địa chất mơi trường đặc biệt nghiên cứu biến động quản lý tài nguyên - môi trường vùng cửa sông, ven biển thực từ lâu Ngày nay, với phát triển cơng nghệ thơng tin cơng nghệ địa khơng gian ngày đạt nhiều thành tựu, đáng ý gần đời hệ ảnh vệ tinh Landsat Sentinel 2A cung cấp nguồn liệu mở hướng nghiên cứu phục vụ cho nghiên cứu khoa học Bảng 4.1 So sánh thông số ảnh Landsat Sentinel 2A Thông số Landsat Sentinel 2A Độ rộng vệt quét 185 km 290 km Chu kỳ lặp lại 16 ngày 10 ngày Góc nhìn 150 20,60 Thời gian bay qua xích 10 13 phút đạo 10 30 phút Phạm vi phổ 440 - 2300 nm 440 - 2300 nm Lượng tử hóa liệu 12 bit 12 bit Số lượng kênh phổ 11 kênh (9 kênh sóng ngắn, 13 kênh kênh nhiệt sóng dài) - kênh dải - kênh độ phân giải 30 m; sóng nhìn thấy cận - kênh toàn sắc độ phân giải hồng ngoại độ phân giải 10 m; 15m; - kênh hồng ngoại nhiệt độ phân - kênh hồng ngoại sóng ngắn độ phân giải 100 m giải 20 m; kênh hiệu chỉnh khí độ phân giải 60 m 57 Vệ tinh Landsat quan khảo sát địa chất Hoa Kỳ (NASA) phóng vào ngày 11/02/2013 Vệ tinh Landsat cung cấp thông tin quan trọng nhiều lĩnh vực quản lý lượng nước, theo dõi rừng, sức khỏe người môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa lĩnh vực nông nghiệp [64] Landsat mang cảm: thu nhận mặt đất (OLI) cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS) Dữ liệu Landsat có phát triển tiến so với liệu Landsat cũ có cảm OLI thu nhận thêm liệu dải phổ mới, kênh dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ kênh để phát mật độ dày, mỏng đám mây ti Bộ cảm TIRs thu nhận liệu dải phổ hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 11) dùng để đo tốc độ bốc nước, nhiệt độ bề mặt Bộ cảm OLI TIRS thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí (SNR), cho phép lượng tử hóa liệu 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên trước [27] Hai cảm cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa độ phân giải khơng gian 30 m (các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại sóng ngắn), 100 m kênh nhiệt 15 m kênh toàn sắc Dải quét Landsat giới hạn khoảng 185 km x 180 km Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất Chu kỳ lặp lại 16 ngày (Bảng 4.1) [64] Landsat có 11 kênh phổ bao gồm kênh sóng ngắn kênh nhiệt sóng dài (Bảng 4.2) Bảng 4.2 Dữ liệu kênh phổ Landsat Sentinel 2A Các kênh Landsat (nm) Độ phân giải (m) Các kênh Sentinel 2A (nm) Độ phân giải (m) Kênh (430 - 450) 30 Kênh (433 - 453) 60 Kênh (450 - 510) 30 Kênh (458 - 523) 10 Kênh (530 - 590) 30 Kênh (543 - 578) 10 Kênh (640 - 670) 30 Kênh (650 - 680) 10 Kênh (850 - 880) 30 Kênh (698 - 713) 20 Kênh (1570 - 1650) 30 Kênh (733 - 748) 20 Kênh (2110 - 2290) 30 Kênh (765 - 785) 20 Kênh (500 - 680) 15 Kênh (785 - 900) 10 Kênh (136 - 138) 30 Kênh 8A (855 - 875) 20 Kênh 10 (1060 - 1119) 100 Kênh (930 - 950) 60 Kênh 11 (1150 - 1251) 100 Kênh 10 (1365 - 1385) 60 Kênh 11 (1565 - 1655) 20 Kênh 12 (2100 - 2280) 20 58 Hình 4.1 Sự tƣơng đồng kênh phổ dải ánh sáng nhìn thấy Landsat Sentinel 2A Vệ tinh Sentinel thuộc Chương trình Copernicus Cơ quan Khơng gian Châu Âu (ESA) Các vệ tinh đặt tên từ Sentinel - tới Sentinel - có thiết bị thu nhận quan sát đất liền, đại dương khí Hiện có Sentinel - Sentinel - quỹ đạo, từ Sentinel - tới Sentinel - chế tạo Sentinel 2A phóng lên quỹ đạo ngày 23/06/2015 Sentinel - 2A vệ tinh gắn thiết bị thu nhận ảnh đa phổ với 13 kênh phổ (443 nm - 2190 nm) từ dải ánh sáng nhìn thấy cận hồng ngoại đến dải hồng ngoại sóng ngắn với độ phân giải không gian khác nhau: độ phân giải 10 m (4 kênh dải ánh sáng nhìn thấy cận hồng ngoại), 20 m (6 “rìa đỏ”-red edge/hồng ngoại sóng ngắn) 60 m (3 kênh hiệu chỉnh khí quyển) (Bảng 4.2), độ rộng vệt quét (swath width) 290 km Chu kỳ lặp lại 10 ngày (Bảng 4.1) Sentinel 2A có nhiệm vụ giám sát hoạt động canh tác nông nghiệp, rừng, sử dụng đất, thay đổi thực phủ/sử dụng đất, Hình 4.1 thể kênh phổ dải ánh sáng nhìn thấy ảnh Landsat Sentinel 2A khơng có khác biệt nhiều Đáng ý dải sóng đỏ (kênh 4) Landsat Sentinel 2A chênh lệch không đáng kể (10 nm) Nhằm mục đích rút ngắn thời gian quan trắc ảnh Landsat Sentinel 2A có chu kỳ lặp lại lệch ngày nhau, phương trình tính toán TSS xây dựng từ phổ phản xạ kênh ảnh Landsat áp dụng thử nghiệm để tính TSS liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2A 59 4.2 Phân bố hàm lƣợng TSS nƣớc vùng cửa Đáy dựa liệu ảnh Sentinel 2A Sử dụng phương trình (8) tính tốn hàm lượng TSS chương (xây dựng dựa liệu phổ phản xạ kênh ảnh Landsat 8) để áp dụng tính tốn hàm lượng TSS liệu ảnh Sentinel 2A Nghiên cứu lựa chọn cảnh ảnh để thử nghiệm, vào ngày 21/12/2015 (mùa khô) ngày 18/07/2016 (mùa mưa Kết phân bố hàm lượng TSS thể chi tiết sơ đồ hình 4.2, hình 4.3 Hình 4.2 Phân bố hàm lƣợng TSS ngày 21/12/2015 Hình 4.2 thể hàm lượng TSS tăng dần từ phía sơng Đáy cửa sơng, giảm dần từ ven bờ ngồi khơi xa Tháng 12 thời điểm thuộc mùa khô chịu ảnh hưởng mạnh gió mùa đơng bắc phần ven biển huyện Nghĩa Hưng có hàm lượng TSS cao Hàm lượng TSS ngày 18/07/2016 thể hình 4.3 phân bố có xu hướng tăng dần từ phía sông cửa sông giảm dần từ vùng biển ven bờ biển khơi Phần ven biển huyện Kim Sơn có hàm lượng phân bố TSS cao 60 vào tháng thời điểm hoạt động mạnh gió mùa đơng nam nên ảnh hưởng tới q trình tái lắng đọng trầm tích khu vực Hình 4.3 Phân bố hàm lƣợng TSS ngày 18/07/2016 Ngoài ra, hai sơ đồ phân bố TSS ngày 21/12/2015 ngày 18/07/2016 vùng biển nông ven bờ chịu ảnh hưởng sóng, dịng chảy tác động vào vật liệu bở rời ven bờ mà khu vực có hàm lượng TSS cao khu vực khơi xa So sánh xu hướng phân bố TSS ngày 21/12/2015 với xu hướng phân bố ngày tháng thuộc mùa khô ngày 18/07/2016 với xu hướng phân bố ngày tháng thuộc mùa mưa thể chương TSS có xu hướng phân bố, điều chứng tỏ dạng phương trình tính TSS theo hàm mũ (ex) phù hợp Tuy nhiên, xét giá trị độ lớn hàm lượng TSS phân tích ảnh Landsat Sentinel có chênh lệch nhiều, điều giải thích bước sóng trung tâm kênh đỏ ảnh Landsat Sentinel 2A khác khau (lệch 10 nm) nên ảnh hưởng đến hệ số phương trình tính tốn dẫn đến sai khác tính giá trị độ lớn hàm lượng TSS 61 Như vậy, qua thử nghiệm tính tốn TSS liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2A, nghiên cứu đưa số kết nhận xét sau: - Dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2A có độ phân giải khơng gian cao so với ảnh Landsat 8; - Phương trình tính tốn hàm lượng TSS liệu ảnh Sentinel 2A phương trình có dạng hàm mũ (ex) ổn định; - Khi áp dụng tính tốn hàm lượng TSS liệu ảnh Sentinel 2A cần xác định lại hệ số phương trình hàm mũ (ex) hệ số phương trình phụ thuộc vào bước sóng trung tâm kênh đỏ Tuy nhiên, thời gian tới cần thực nghiên cứu chuyên sâu để kiểm chứng lại kết thử nghiệm phía 62 KẾT LUẬN Trong nghiên cứu, luận văn sử dụng liệu ảnh vệ tinh Landsat để tính tốn hàm lượng TSS nước cửa Đáy Kết nghiên cứu đạt sau: Phương pháp hiệu chỉnh khí FLAASH phù hợp để hiệu chỉnh ảnh Landsat với hệ số tương quan cao phổ phản xạ thực địa phổ phản xạ chiết tách từ ảnh Landsat (R = 0,86) Giá trị phổ phản xạ thu từ kênh đỏ ảnh Landsat hồn tồn phù hợp cho tính tốn TSS nước cửa sơng Phương trình thể mối quan hệ giá trị phổ phản xạ kênh đỏ ảnh Landsat TSS nước cửa Đáy thể phương trình mũ (ex) với hệ số thu tiến hành đồng thời phân tích hàm lượng TSS mẫu nước cửa Đáy giá trị phổ ảnh chụp thời điểm lấy mẫu nước Xu hướng phân bố hàm lượng TSS theo mùa nước cửa Đáy phân thành khu vực: phía sơng Đáy, Đơng Nam cửa Đáy, Đơng Bắc cửa Đáy ngồi biển Phía sơng Đáy khu vực phía Đơng Nam cửa Đáy có xu hướng hàm lượng TSS mùa mưa cao so với mùa khơ; phía Đơng Bắc cửa Đáy vùng biển ngồi khơi có xu hướng hàm lượng TSS mùa mưa thấp mùa khô Hàm lượng TSS nước phía sơng phụ thuộc chủ yếu vào chế độ dịng chảy, thủy triều lưu lượng trầm tích khu vực nước biển ven bờ khơi lại chịu ảnh hưởng mạnh mẽ hướng gió theo mùa q trình tái lắng đọng vật liệu trầm tích phía bờ biển cửa Đáy Dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel 2A có độ phân giải khơng gian cao Thử nghiệm mơ hình hóa phân bố TSS ảnh Sentinel 2A có xu hướng phân bố với kết tính ảnh Landsat cho thấy phương trình tính TSS ảnh Sentinel 2A tuân theo dạng phương trình mũ (ex) KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU TIẾP THEO TSS nước cửa Đáy chịu tác động nhiều yếu tố như: lượng mưa, loại vật liệu trầm tích, sóng, dịng chảy, thủy triều, chế độ gió, Vì vậy, thời gian tới, nghiên cứu cần mở rộng áp dụng thêm cho nhiều cảnh ảnh để thấy rõ ảnh hưởng yếu tố xu hướng phân bố theo mùa thể rõ nét Nghiên cứu cần thực chuyên sâu liệu ảnh Sentinel 2A để kiểm chứng kết thử nghiệm 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Hồng Long, 2004 Một số kết khảo sát, nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ khu vực ven biển Bình Thuận Tuyển tập nghiên cứu biển, tập XIV, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Bùi Phương Thảo, 2013 Ứng dụng viễn thám GIS nghiên cứu biến động sử dụng đất cửa Nam Triệu - cửa Cấm (Hải Phòng) vùng cửa Đáy (Nam Định - Ninh Bình) giai đoạn 1987 - 2010, Luận văn thạc sĩ, chuyên ngành Địa lý tự nhiên Cục thống kê tỉnh Nam Định, 2016 Niên giám thống kê tỉnh Nam Định 2015 NXB Thống kê, Hà Nội Cục thống kê tỉnh Ninh Bình, 2016 Niên giám thống kê tỉnh Ninh Bình 2015 NXB Thống kê, Hà Nội Đào Đình Châm, Nguyễn Thái Sơn, Nguyễn Quang Minh, 2013 Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thông tin địa lý đánh giá diễn biến bãi bồi ven biển cửa Đáy qua thời kỳ 1966 - 2011 Tạp khoa học Trái đất, 35(4), 349-356 Đinh Văn Ưu, 2009 Mơ hình vận chuyển trầm tích biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sơng cảng Hải Phịng Tạp chí Khoa học ĐHQG Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 25, số 1S, tr 133 - 139 Lê Thị Thu Hương, 2002 Nghiên cứu quy luật bồi tụ xói lở trầm tích ven bờ biển cửa Ba Lạt - cửa Đáy giai đoạn Holocen muộn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật.102 trang Nguyễn Kiên Quyết, 2014 Nghiên cứu quy luật diễn biến định hướng giải pháp khoa học công nghệ chỉnh trị cửa Đáy phục vụ giao thông thủy Nguyễn Quốc Phi, Nguyễn Phương, Hạ Quang Hưng, Nguyễn Đình Tuấn, 2013 Đánh giá mức độ tổn thương nguy tai biến thay đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy Kỷ yếu Hội thảo Khoa học Công nghệ trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội 2013, Hà Nội, p.98-110 10 Nguyễn Quốc Phi, Nguyễn Thị Hạnh Như, Nguyễn Đức Mạnh, Lê Phú Cường, Lê Văn Huy, Lê Hải Hoàn, Nguyễn Thị Ánh Nguyệt, 2014 Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước mặt khu vực ven biển Cửa Đáy ứng dụng công nghệ viễn thám Kỷ yếu Hội thảo Ứng dụng GIS toàn quốc 2014, NXB ĐH Cần Thơ, p.633-643 64 11 Nguyễn Tác An, Tống Phước Hoàng Sơn, Phan Minh Thụ, 2003 Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu phân bố chlorophyll Biển Đông, Việt Nam Hội nghị “Những vần đề nghiên cứu Khoa học Sự sống 2003″, Huế, 25-26/7/2003 548-551 12 Nguyễn Thế Tưởng, 2000 Sổ tay tra cứu đặc trưng khí tượng thủy văn vùng thềm lục địa Việt Nam, NXB Nông Nghiệp 13 Nguyễn Thị Hồng Huế, Trần Đăng Quy, Phạm Minh Quyên, Nguyễn Thùy Linh, 2012 Báo cáo đánh giá mức độ tổn thương tai biến khu vực cửa Đáy Chương trình SRV-07/056 Tăng cường lực giảm thiểu thích ứng với địa tai biến liên quan đến môi trường phát triển lượng Việt Nam, Hà Nội 14 Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngố Chí Tuấn, Đặng Đình Khá, 2010 Biến động trầm tích diễn biến hình thái khu vực cửa sơng ven bờ cửa Tùng, Quảng Trị Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 26, số 3S (2010), tr 427 - 434 15 Nguyễn Thùy Dương nnk, 2012 Báo cáo quy luật vận chuyển, lắng đọng trầm tích, bồi tụ, xói lở tiến hóa cửa sơng Đáy Chương trình SRV-07/056 Tăng cường lực giảm thiểu thích ứng với địa tai biến liên quan đến môi trường phát triển lượng Việt Nam, Hà Nội 16 Nguyễn Thùy Linh, Hoàng Thị Phương Thảo, Trần Thị Lụa, 2014 Đánh giá mức độ tổn thương tai biến khu vực Cửa Đáy (huyện Kim Sơn Nghĩa Hưng) Tạp chí Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 30 (2S), tr 143-154 17 Nguyễn Văn Thảo, Vũ Duy Vĩnh, Nguyễn Đắc Vệ, Phạm Xuân Cảnh, 2016 Xây dựng thuật toán xử lý liệu viễn thám xác định hàm lượng vật chất lơ lửng vùng biển ven bờ châu thổ sơng Hồng Tạp chí Khoa học Công nghệ Biển, 16(2), tr 129 - 135 18 Nguyễn Xuân Hiển, Dương Ngọc Tiến, Nguyễn Thọ Sáo, 2012 Tính tốn phân tích xu bồi tụ, xói lở khu vực cửa Đáy Tuyển tập báo cáo Hội thảo Khoa học Quốc gia Khí tượng, Thủy văn, Mơi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XV, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, tr 241-246 19 Phạm Quang Sơn, 2004 Diễn biến lòng dẫn hạ lưu sông Hồng 15 năm vận hành khai thác nhà máy thủy điện Hồ Bình TC Các Khoa học Trái đất, 26/4: 520-531 Hà Nội 20 Phạm Quang Sơn, 2006 Diễn biến vùng cửa sông ven biển đồng Sông Hồng năm đầu vận hành cơng trình thủy điện Hịa Bình Tạp chí Địa chất, (295) 65 21 Phạm Sỹ Hoàn, 2009 Nghiên cứu vận chuyển trầm tích từ cửa sơng biển vịnh Bình Cang-Nha Trang mơ hình tốn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 22 Phạm Thị Vân Anh, Nguyễn Khắc Giảng, Lê Tiến Dũng, 2015 Đặc điểm cấu trúc địa chất môi trường khu vực đất ngập nước Kim Sơn (Ninh Bình) Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 49, tr 31 - 40 23 Phạm Văn Vy, 2009 Ảnh hưởng số yếu tố khí tượng tới q trình thủy lực vùng cửa sơng Hồng - Thái Bình Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, (1S), tr 140-144 24 Phan Minh Thụ, Nguyễn Tác An, 2005 Mơ hình hóa phân bố hàm lượng Chlorophyll-a thực vật Biển Đông Hội nghị “Những vần đề nghiên cứu Khoa học Sự sống 2005″, Hà Nội, 3/11/2005 10781080 25 Phan Minh Thụ, Nguyễn Tác An, 2011 Mơ hình hóa phân bố chlorophyll-a vùng biển Nam Trung khuôn khổ dự án hợp tác Việt Đức Tuyển tập báo cáo Hội thảo Quốc tế “Hợp tác quốc tế điều tra, nghiên cứu tài nguyên môi trường biển” Hà Nội, 15-16/9/2011: 413-419 26 Tạ Văn Đa nnk, 2006 Đánh giá tài nguyên khả khai thác lượng gió lãnh thổ Việt Nam Viện Khí tượng Thủy Văn, Hà Nội 27 TCVN/QS 1488:2011 Tiêu chuẩn quốc gia Địa hình quân - Sản phẩm Đo đạc Bản đồ, 2011 28 Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải, 2010 Mô phỏng, dự báo trình vận chuyển bùn cát lơ lửng khu vực cửa Ông Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10, Viện Khoa học KTTV&MT, tr.332-341 29 Trung tâm hải văn, 2009 Bảng thủy triều 2010 NXB Khoa học Tự nhiên công nghệ, Hà Nội 30 Trương Xuân Luận, Trương Xuân Quang, Trần Thị Oanh, Nguyễn Mai Lương, 2009 Nghiên cứu sử dụng liệu viễn thám công nghệ thông tin địa lý nghiên cứu đánh giá biến động môi trường địa chất đại ví dụ cho vùng cửa Đáy 31 UBND huyện Kim Sơn, 2012 Phương án phòng chống lụt bão, tìm kiếm cứu nạn giảm nhẹ thiên tai năm 2012 huyện Kim Sơn, Ninh Bình 32 Vũ Thị Thu Hoài, Nguyễn Xuân Huyên, 2010 Đặc điểm thành phần trầm tích bãi bồi đại vùng cửa sơng ven biển từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy Tạp chí Khoa học Cơng nghệ biển, 10(3), tr 53 - 67 33 WL/Delft Hydraulics, 1999 Delft3D-FLOW User Manual Version 3.05, Delft3D-Waq User Manual Version 3.01 Delft, Netherlands 66 Tiếng Anh 34 Acker J G., A Vasilkov, D Nadeau, and N Kuring, 2004 Use of SeaWiFS ocean color data to estimate neritic sediment mass transp ort from carbonate platforms for two hurricane-forced events Coral Reefs, 23(1), pp 39-47 35 Antoine D., Andre J M., Morel A., 1996 Oceanic primary production Estimation of global scale from satellite (coastal zone color scanner) chlorophyll Global Biogeochemical Cycles, V 10, pp 57-69 36 Avinash K., B Jena, M S Vinaya, K S Jayappa, A C Narayana, and H G Bhat, 2012 Regionally tuned algorithm to study the seasonal variation of suspended sediment concentration using IRS-P4 Ocean Colour Monitor data Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 15(1), pp 67-81 37 Chen J., W Quan W., 2012 An improved algorithm for retrieving chlorophyll-afrom the Yellow River Estuary using MODIS imagery Environmental monitoring and assessment, pp 1-13 38 Chen X., Y S Li, Z Liu, K Yin, Z Li, O W H Wai, and B King., 2004 Integration of multi-source data for water quality classification in the Pearl River estuary and its adjacent coastal waters of Hong Kong Continental Shelf Research, 24(16), pp 1827-1843 39 Chen Z., J D Hanson, and P J Curran., 1991 The form of the relationship between suspended sediment concentration and spectral reflectance: its implications for the use of Daedalus 1268 data International Journal of Remote Sensing, 12(1), pp 215-222 40 Chen Z., P J Curran, and J D Hansom, 1992 Derivative reflectance spectroscopy to estimate suspended sediment concentration Remote Sensing of Environment, 40(1), pp 67-77 41 Doxaran D., J M Froidefond, P Castaing, and M Babin, 2009 Dynamics of the turbidity maximum zone in a macrotidal estuary (the Gironde, France): Observations from field and MODIS satellite data Estuarine, Coastal and Shelf Science, 81(3), pp 321-332 42 Fang L., S Chen, H Wang, J Qian, and L Zhang, 2010 Detecting marine intrusion into rivers using EO-1 ALI satellite imagery: Modaomen Waterway, Pearl River Estuary, China International Journal of Remote Sensing, 31(15), pp 4125-4146 43 Ha N T T and Koike K., 2011 Integrating satellite imagery and geostatistics of point samples for monitoring spatio-temporal changes of total suspended solids in bay waters: application to Tien Yen Bay (Northern Vietnam) Frontiers of Earth Science, V.5 (3): 305-316 67 44 Han L and Rundquist D C., 1994 The response of both surface reflectance and the underwater light field to various levels of suspended sediments: preliminary results Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 60(12), pp 1463-1471 45 Harrington Jr J R., F R Schiebe, and J F Nix., 1992 Remote sensing of Lake Chicot, Arkansas: Monitoring suspended sediments, turbidity, and Secchi depth with Landsat MSS data Remote Sensing of Environment, 39(1), pp 15-27 46 Lorthiois T., D Doxaran, and M Chami, 2012 Daily and seasonal dynamics of suspended particles in the Rh’one River plume based on remote sensing and field optical measurements Geo-Marine Letters, 32(2), pp 89-101 47 Martinez J M., J L Guyot, N Filizola, and F Sondag, 2009 Increase in suspended sediment discharge of the Amazon River assessed by monitoring network and satellite data Catena, 79(3), pp 257-264 48 Novo E M M., C A Steffen, and C Z F Braga, 1991 Results of a laboratory experiment relating spectral reflectance to total suspended solids Remote Sensing of Environment, 36(1), pp 67-72 49 Ritchie J C., C M Cooper, and F R Schiebe, 1990 The relationship of MSS and TM digital data with suspended sediments, chlorophyll, and temperature in Moon Lake, Mississippi Remote Sensing of Environment, 33(2), pp 137-148 50 Ritchie J C., C M Cooper, and J Yongqing, 1987 Using landsat multispectral scanner data to estimate suspended sediments in Moon Lake, Mississippi Remote Sensing of Environment, 23(1), pp 65-81 51 Ritchie J C., F R Schiebe, and J R McHenry, 1976 Remote sensing of suspended sediments in surface waters Journal of American Society of Photogrammetry, 42(12), pp.1539-1545 52 Schiebe F R., J A Harrington Jr, and J C Ritchie, 1992 Remote sensing of suspended sediments: the Lake Chicot, Arkansas project International Journal of Remote Sensing, 13(8), pp 1487-1509 53 Son S., Campbell J., Dowell M., Yoo S., (2005) Decadal variability in the Yellow and East China Seas as revealed by Satellite Ocean color data (19792003) Indian J Mar Sci., 34 (4): 418-429 54 Song C., C E Woodcock, K C Seto, M P Lenney, and S A Macomber, 2000 Classification and change detection using Landsat data: when and how to correct atmospheric effects?”, Remote Sensing of Environment, 75, pp 230-244 68 55 Tang D L., Kawamura H., Doan-Nhu H and Takahashi W., (2004) Remote sensing oceanography of a harmful algal bloom off the coast of southeastern Vietnam Journal of Geophysical Research, V: 109, C03014, 7p 56 Thu P M., Schaepman M E., Leemans R., An N T, Son H P, Tien N M and Bac P T, (2008) Water quality assessment in the Nha Trang Bay (Vietnam) by using in-situ and remotely sensed data The Proceedings of GIS-IDEA 2008 conference, 4-6 Dec 2008, Ha Noi, Vietnam 57 Topliss B J., C L Almos, and P R Hill, 1990 Algorithms for remote sensing of high concentration, inorganic suspended sediment International Journal of Remote Sensing, 11(6), pp 947-966 58 Yuming Y., Min H., 1992 Remote sensing analysis of the suspended sediment transport in Lingdingyang China Ocean Engineering, 6(3), pp 331-349 59 Wang J J and Lu X X., 2010 Estimation of suspended sediment concentrations using Terra MODIS: An example from the Lower Yangtze River, China Science of The Total Environment, 408(5), pp 1131-1138 60 Warrick J A., P M DiGiacomo, S B Weisberg, N P Nezlin, M Mengel, B H Jones, J C Ohlmann, L Washburn, E J Terrill, and K L Farnsworth, 2007 River plume patterns and dynamics within the Southern California Bight”, Continental Shelf Research, 27(19), pp 2427-2448 61 Pavelsky T M., L C Smith., 2009 Remote sensing of suspended sediment concentration, flow velocity, and lake recharge in the Peace-Athabasca Delta, Canada Water Resources Research, 45:W11417 62 APHA, 1998 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th edition American Public Health Association Book, Washington DC, 1220p 63 Eckert W., Parparov A., 2006 Feasibility Study for Monitoring Dissolved and Particulate Carbon in Lake Kinneret IOLR Report, T15/06, Israel Oceanographic and Limnological Research, Tabgha Các nguồn tài liệu khác 64 http://landsat.usgs.gov/landsat8.php Thông tin chi tiết vệ tinh Landsat quan Đo đạc địa chất Mỹ cung cấp USGS) 69 ... NHIÊN - Phạm Thị Nhung ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN CHO GIÁM SÁT TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC CỬA SÔNG, LẤY VÍ DỤ CỬA ĐÁY - NINH BÌNH Chun ngành: Mã số: Địa chất Mơi trường... địa không gian cho giám sát tổng chất rắn lơ lửng nước cửa sơng, lấy ví dụ Cửa Đá - Ninh Bình? ?? làm đề tài nghiên cứu luận văn Mục tiêu nghiên cứu - Xác định mối quan hệ hàm lượng TSS nước cửa. .. công tác vận tải đường thủy tuyến giao thông đường thủy Cửa Đáy - Ninh Bình, Ninh Bình - Hà Nội, Ninh Bình - Nam Định - Hải Phịng - Quảng Ninh, Ninh Bình - Thanh Hóa Gần Cảng Ninh Phúc cảng Ninh