Nghiên cứu hiệu quả giảm nhiệt của không gian xanh đô thị tại thành phố hà nội sử dụng công nghệ viễn thám

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM NHIỆT CỦA KHÔNG GIAN XANH ĐÔ THỊ TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM NHIỆT CỦA KHÔNG GIAN XANH ĐÔ THỊ TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHÙNG VĂN KHOA Hà Nội, 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan, cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Nếu nội dung nghiên cứu trùng lặp với cơng trình nghiên cứu cơng bố, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm tuân thủ kết luận đánh giá luận văn Hội đồng khoa học Hà Nội, ngày 08 tháng 10 năm 2017 Học viên Nguyễn Quang Huy ii LỜI CẢM ƠN Luận văn thực hồn thành theo Chương trình đào tạo thạc sỹ Khoa học môi trường Trường Đại học Lâm nghiệp, Thị Trấn Xuân Mai, Chương Mỹ, Hà Nội, từ năm 2015 đến Nhân dịp Luận văn hồn thành, tác giả bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Phùng Văn Khoa, người dành tình cảm tốt đẹp cho tác giả từ hình thành, phát triển ý tưởng, xây dựng đề cương nghiên cứu, đến lời động viên, Email khích lệ tinh thần thời gian tác giả thực luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể thầy (cô) Trường Đại học Lâm nghiệp, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, Đại học Công nghệ Hà Nội, Đại học Tài nguyên môi trường Hà Nội cán Phòng Sau đại trường Đại học Lâm nghiệp giúp tác giả hồn thành mơn học chương trình Đối với Viện Sinh thái rừng Môi trường – Trường Đại học Lâm nghiệp, tác giả chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện đồng nghiệp quan tâm ủng hộ để tác giả hồn thành chương trình học thạc sĩ Xin cảm ơn bạn bè đồng nghiệp xa gần khuyến khích giúp đỡ tác giả, nhờ Luận văn hồn thiện Do tính phức tạp vấn đề nghiên cứu hạn chế trình độ chun mơn tác gỉa nên luận văn thiếu sót định Tác giả mong nhận lời đóng góp phê bình nhà khoa học xin chân thành tiếp thu ý kiến đóng góp Tác giả xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Quang Huy iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỀU ĐỒ vii MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Định nghĩa, phân loại, lợi ích khơng gian xanh đô thị 1.1.1 Định nghĩa không gian xanh 1.1.2 Phân loại không gian xanh 1.1.3 Lợi ích không gian xanh 19 1.2 Tổng quan kết nghiên cứu giới 23 1.3 Tổng quan kết nghiên cứu Việt Nam 26 1.3.1 Khái niệm phân loại không gian xanh 26 1.3.2 Danh mục nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám để xác định nhiệt độ bề mặt đất 29 Chƣơng 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 32 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 32 2.3 Nội dung nghiên cứu 33 2.4 Phương pháp nghiên cứu 33 2.4.1 Phương pháp tiếp cận 33 2.4.2 Phương pháp cụ thể 34 2.4.3 Các cơng cụ sử dụng để tính tốn xử lý liệu 40 Chƣơng 3: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI, MÔI TRƢỜNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU 41 iv 3.1 Đặc điểm tự nhiên 41 3.1.1 Vị trí, địa hình 41 3.1.2 Thủy văn 42 3.1.3 Khí hậu 44 3.1.4 Tài nguyên đất 44 3.1.5 Tài nguyên rừng 45 3.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội – môi trường 46 3.2.1 Diện tích dân số 46 3.2.2 Hiện trạng sử dụng đất 46 3.2.3 Không gian xanh đô thị Hà Nội 47 Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55 4.1 Kết giải đoán trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu 55 4.2 Kết tính tốn nhiệt độ khu vực nghiên cứu từ ảnh vệ tinh Landsat 58 4.3 Kết so sánh nhiệt độ quan trắc nhiệt độ tính tốn từ ảnh vệ tinh 58 4.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ không gian xanh đến nhiệt độ đô thị 60 4.5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố kích thước hình dạng đến cường độ phạm vi giảm nhiệt không gian xanh 62 4.6 Kết xác định tỷ lệ không gian xanh hợp lý cho quận nội thành thành phố Hà Nội 68 4.7 So sánh kết nghiên cứu với số nghiên cứu khác 70 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết luận 72 Tồn 72 Kiến nghị 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ 73 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT EPA United States Environmental Protection Agency: Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ GE Google Earth GIS Geography Infomation System: Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu KGX Không gian xanh LST Land Surface Temperature: Nhiệt độ bề mặt đất LS8 Landsat MTV Một thành viên NDVI Normalized Difference Vegetation Index: Chỉ số khác biệt thực vật PCI Park Cool Intensity: Cường độ giảm nhiệt QCXDVN Quy chuẩn xây dựng Việt Nam SI Shape Index: Chỉ số hình dạng TNHH Trách nhiệm hữu hạn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VQG Vườn quốc gia vi DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 1.1 Tiêu chuẩn tối thiểu cho không gian xanh đô thị Châu Âu 1.2 Phân loại không gian xanh thành phố Aalborg – Đan Mạch 1.3 Phân loại không gian xanh Mỹ 1.4 Phân loại không gian xanh Trung Quốc 1.5 Mô tả 44 kiểu khơng gian xanh hình ảnh minh họa 1.6 Tổng hợp cơng trình nghiên cứu cường độ giảm nhiệt không gian xanh 24 1.7 Tổng hợp cơng trình nghiên cứu phạm vi giảm nhiệt không gian xanh 26 1.8 Tổng hợp tiêu chuẩn diện tích đất xanh sử dụng cơng cộng 28 2.1 Tham số phân mảnh ảnh vệ tinh GE khu vực nghiên cứu 34 2.2 Các loại hình sử dụng đất khu vực nghiên cứu 35 3.1 Diện tích tự nhiên dân số quận nội thành Hà Nội 46 3.2 Hiện trạng sử dụng đất quận nội thành Hà Nội 47 3.3 Tỷ lệ loài bóng mát trồng quận nội thành Hà Nội 48 3.4 Một số hồ khu vực nội thành Hà Nội 50 4.1 Nhiệt độ trạm quan trắc tính tốn từ ảnh vệ tinh 59 4.2 Phân tích tương quan tỷ lệ xanh, mặt nước tỷ lệ tổng hợp (cây xanh mặt nước) với nhiệt độ đô thị ô mẫu 60 4.3 Phân tích hiệu giảm nhiệt theo tỷ lệ diện tích xanh, mặt nước tỷ lệ tổng hợp lớn ô mẫu 62 4.4 Cường độ giảm nhiệt theo khoảng cách vào mùa hè 63 4.5 Cường độ giảm nhiệt theo khoảng cách vào mùa đông 64 4.6 Thống kê cường độ giảm nhiệt (Max) khoảng cách giảm nhiệt (Max) mùa hè mùa đồng 21 khu vực không gian xanh 65 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỀU ĐỒ Tên hình ảnh, biểu đồ TT 2.1 Sơ đồ vị trí quận nội thành Hà Nội 2.2 Quy trình xác định nhiệt độ vệ tinh kênh 10 11 ảnh LS8 Trang 32 36 2.3 Quy trình tính tốn nhiệt độ bề mặt đất từ Band 10 Band 11 37 2.4 Sơ đồ minh họa thiết kế ô mẫu nghiên cứu 38 2.5 Sơ đồ thiết kế minh họa cách xác định phạm vi ảnh hưởng 39 3.1 Sơ đồ độ cao địa hình thành phố Hà Nội tạo từ Aster GDEM 30 m x 30 m 41 3.2 Sơ đồ hệ thống thủy văn thành phố Hà Nội 43 4.1 Tham số phân loại ảnh phần mềm eCognition 8.7 55 4.2 Kết phân mảnh ảnh phần mềm eCognition 8.7 56 4.3 Bản đồ biểu đồ diện tích loại loại hình sử dụng đất khu vực nghiên cứu 57 4.4 Nhiệt độ khu vực nghiên cứu mùa hè (1/7/2015) 58 4.5 Nhiệt độ khu vực nghiên cứu vào mùa đông (18/12/2013) 58 4.6 4.7 4.8 Phân tích tương quan cường độ giảm nhiệt (PCI) kích thước (diện tích) khơng gian xanh Phân tích tương quan kích thước khơng gian xanh khoảng cách giảm nhiệt đến vùng xung quanh Phân tích tương quan cường độ giảm nhiệt số hình dạng khơng gian xanh 66 67 68 MỞ ĐẦU Trên giới vấn đề ảnh hưởng không gian xanh đô thị đến môi trường nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu cách có hệ thống Theo Tara Zupancic (2015)[20], để trả lời cho câu hỏi: chứng khẳng định khơng gian xanh có vai trị cải thiện chất lượng sống cho cộng đồng người dân đô thị? Các nhà khoa học giới tập trung nghiên cứu theo hướng chính: (1) kiểu phạm vi không gian xanh phù hợp với việc giảm nhiệt đô thị giảm ô nhiễm không khí (phát triển kiểu xanh phân tán, xanh công viên, rừng đô thị; phạm vi ảnh hưởng khu vực có xanh, ngồi khu vực có xanh, ảnh hưởng đến phần thị hay toàn vùng); (2) loại xanh phù hợp cho đô thị (so sánh hiệu loại xanh khác nhau); (3) đặc trưng khơng gian xanh mật độ cây, cách bố trí (phân tán, tập trung) ảnh hưởng đến chức thị; (4) nhân tố bên ngồi ảnh hưởng đến mối quan hệ không gian xanh việc làm mát đô thị giảm ô nhiễm môi trường như: chế độ gió, mùa, thời gian ngày, hạ tầng xung quanh…); (5) tác động tiêu cực không gian xanh (phát thải chất hữu dễ bay hơi, giảm tầm nhìn…) Về lĩnh vực nghiên cứu ảnh hưởng không gian xanh đến hiệu giảm nhiệt đô thị, theo Theo Lucy Taylor et al (2017)[12], từ năm 1975 đến 2014 có 367 cơng trình khoa học không gian xanh công bố tạp chí chuyên ngành (sinh thái học, khoa học trái đất, khoa học môi trường, kiến trúc môi trường đô thị, khoa học sức khỏe y tế, khoa học xã hội) Trong số cơng trình cơng bố nghiên cứu khơng gian xanh có cơng trình số tác giả nghiên cứu hiệu giảm nhiệt không gian xanh thị Nội dung nghiên cứu chia 72 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu, đề tài rút kết luận sau: - Kết nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ không gian xanh giải thích cao 46% thay đổi nhiệt độ thị, điều nói lên mối quan hệ phức tạp không gian xanh cường độ giảm nhiệt phản ánh thông qua tỷ lệ khơng gian xanh mà cịn phụ thuộc vào nhân tố khác - Nghiên cứu rằng, kích thước khơng gian xanh nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến cường độ giảm nhiệt phạm vi giảm nhiệt Vì vậy, tăng kích thước không gian xanh đô thị cách để tăng cường độ giảm nhiệt tăng phạm vi giảm nhiệt - Cường độ giảm nhiệt có tương quan tuyến tính nghịch với số hình dạng khơng gian xanh Do để tăng cường độ giảm nhiệt không gian xanh, nên quy hoạch không gian xanh có dạng khác với hình trịn - Qua nghiên cứu này, thấy diện tích khơng gian xanh có vai trị giảm nhiệt tốt cho khu vực nội thành Hà Nội Với diện tích khơng gian xanh quận nội thành hiệu giảm nhiệt KGX nằm khoảng 0C Hiệu giảm nhiệt KGX đô thị Hà Nội đạt – 0C tỷ lệ không gian xanh đô thị TP Hà Nội đạt từ 50 – 70% - Kết nghiên cứu lý thuyết đề tài cho phép nhà quy hoạch tính tốn tổng lượng nhiệt làm giảm với kịch phát triển không gian xanh khác Con số tổng lượng nhiệt làm giảm không gian xanh phản ánh tầm quan trọng không gian xanh thị sở lượng hóa giá trị kinh tế, xã hội, môi trường liên quan đến việc tăng giảm nhiệt đô thị Tồn Đề tài xác định mối quan hệ tỷ lệ không gian xanh, hinh dạng không gian xanh với cường độ giảm nhiệt phạm vi giảm nhiệt khu vực 73 xung quanh Một số vấn đề có liên quan cịn chưa giải đề tài như: tách riêng ảnh hưởng xanh mặt nước đến hiệu giảm nhiệt; nghiên cứu ảnh hưởng kiểu thảm phủ thực vật khác nhau, cách bố trí khơng gian xanh khác đến hiệu giảm nhiệt vv Kiến nghị Để KGX phát huy tốt hiệu giảm nhiệt đô thị, thiết kế quy hoạch KGX, nhà quy hoạch cần quan tâm đến nhân tố phạm vi không gian để quy hoạch không gian xanh cho vùng theo hướng mục tiêu tạo cơng lợi ích từ hiệu giảm nhiệt cho tất người dân đô thị Tác giả hy vọng thời gian tới, có thêm cơng trình nghiên cứu theo hướng nghiên cứu này, để có thêm sở khoa học thực tiễn cho việc quy hoạch không gian xanh đô thị Việt Nam 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO A – Tiếng Việt Bộ Xây dựng (2008) QCXDVN 01:2008/BXD, Quy hoạch xây dựng Đặng Văn Hà, Nguyễn Thị Yến (2015) Hiện trạng xanh thành phố Hà Nội đề xuất giải pháp khắc phục đổ, gãy sau mưa bão hàng năm Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, Kỳ 1, 11/2015 Nguyễn Hải Hòa (2017) Sử dụng ảnh Landsat đánh giá biến động nhiệt độ bề mặt đất đề xuất biện pháp giảm thiểu khu vực huyện Chương Mỹ, Hà Nội giai đoạn 2000 – 2015 Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, Kỳ 2, tháng 1/2017 Ngơ Đình Quế nnk (2005) Điều tra, đánh giá tác động rừng khu vực miền Trung Tây Nguyên đến số yếu tố môi trường nhằm đề xuất sở để xây dựng tiêu chuẩn môi trường lâm nghiệp Báo cáo khoa học Viện Khoa học lâm nghiệp Việt Nam Vương Văn Quỳnh (2000) Ảnh hưởng diện tích xanh mặt nước đến lượng bụi Thành phố Hà Nội Tạp chí Khoa học cơng nghệ Đại học lâm nghiệp, số 4/2000 Sở Tài nguyên Môi trường Hà Nội (2015) Thống kê, kiểm kê diện tích đất theo đơn vị hành chính, đến ngày 31/12/2014 Sở Văn hóa thể thao du lịch Hà Nội (2012) Báo cáo Quy hoạch phát triển du lịch thành phố Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9257 : 2012 Quy hoạch xanh sử dụng công cộng đô thị - tiêu chuẩn thiết kế UBND thành phố Hà Nội (2014) Quyết định số 1495/QĐ-UBND ngày 18 tháng năm 2014 việc phê duyệt hệ thống xanh, công viên, vườn hoa hồ thành phố Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 75 10 Trần Thị Vân Cs (2009) Nghiên cứu xác định nhiệt độ bề mặt đô thị phương pháp viễn thám nhiệt Tạp chí phát triển khoa học công nghệ, tập 12, số 4-2009 11 Sở Nông nghiệp Phát triển nông thôn Hà Nội (2015) Báo cáo tổng hợp kết kiểm kê rừng thành phố Hà Nội năm 2015 B – Tiếng nƣớc 12 Lucy Taylor et al (2017) Defining greenspace: Multiple uses across multiple disciplines Landscape and Urban Planning 157 (2017) 25-38 13 Zhibin Ren et al (2013) Estimation of the Relationship between Urban Park Characteristics and Park Cool Island Intensity by Remote Sensing Data and Field Measurement Forest 2013, 4, 868-886, ISSN 19994907 14 Armaghan Ahmadi Venhari et al (2017) Heat mitigation by greening the cities, a review study Environment, Earth and Ecology Vol.1 No (2017), 5-32 15 Hyun-Ah Choi et al.(2012) Determining the effect of green spaces on urban heat distribution using satellite imagery Asian Journal of Atmospheric Environment Vol.6-2, pp.127-135 16 C Braquinho et al (2015) The report outlines the different types of urban green spaces, ESS provisioning and demand for green space as a part of the EU FP7 (ENV.2013.6.2-5-603567) GREEN SURGE project (20132017) 17 Hamada Shuko (2011) Effect of season and land use on the cooling effect of urban green areas Forest Meteorology and Hydrology, Nagoya University 76 18.Tongliga Bao et al (2016) Assessing the distribution of urban green spaces and its anisotropic cooling distance on urban heat island pattern in Baotou, China ISPRS Int J Geo-Inf 2016, 5, 12 19 Inu Kusuma Wardana (2015) Analysis of urban surface temperature for green spaces planning in Bandung City, Indonesia Thesis submitted to the Faculty of Geo-Information science and earth observation of the University of Twente 20.Tara Zupancic (2015) The impact of green spaces on heat and air pollution in urban communities: A meta – narrative systematic review 77 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ TT Tác giả Tên báo Nơi xuất Nguyễn Quang Huy, Sử dụng ảnh viễn thám để Tạp chí Khoa học Phùng Văn Khoa xác định hiệu giảm Công nghệ Lâm nhiệt không gian xanh nghiệp, Số 4/2017, đô thị TP Hà Nội 106-115 PHỤ LỤC Phụ lục Hình ảnh phần mềm download ảnh vệ tinh Elshayal Smart Phụ lục Trích xuất thông tin với chức Zonal Statistics as Table ArcGIS Phụ lục Hình ảnh 21 khơng gian xanh đề tài nghiên cứu (Nguồn: http://news.zing.vn/toan-canh-20-ho-nuoc-tu-nhien-lam-dep-cho-ha-noi-post736685.html) Hồ Tây Hồ Bẩy Mẫu Hồ Hai Bà Trưng Hồ Nghĩa Tân Hồ Xã Đàn Hồ Thiền Quang Hồ Thành Công Hồ Thủ Lệ Hồ Ngọc Khánh Hồ Đống Đa Hồ Giảng Võ Hồ Láng Hồ Thanh Nhàn Hồ Gươm Hồ Giáp Bát Hồ Linh Quang Hồ Huy Văn Hồ Kim Liên Hồ Đền Lừ Hồ Bồ Đề Hồ Lê Trọng Tấn ... tài ? ?Nghiên cứu hiệu giảm nhiệt không gian xanh đô thị thành phố Hà Nội sử dụng cơng nghệ viễn thám? ?? nhằm góp phần cung cấp thêm sở lý luận cho việc xây dựng quy hoạch không gian xanh đô thị Việt... thống không gian xanh thành năm loại: không gian xanh công cộng, không gian xanh sân vườn, đường phố, không gian xanh thị khơng gian xanh phịng hộ Theo tài liệu Quy hoạch không gian xanh vườn đô thị. .. PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM NHIỆT CỦA KHÔNG GIAN XANH ĐÔ THỊ TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: