Ứng dụng hệ thông tin địa lý và viễn thám đánh giá trầm tích hiện đại khu vực cửa sông trà lý thái bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG ỨNG DỤNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ TRẦM TÍCH HIỆN ĐẠI KHU VỰC CỬA SƠNG TRÀ LÝ-THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG ỨNG DỤNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ TRẦM TÍCH HIỆN ĐẠI KHU VỰC CỬA SƠNG TRÀ LÝ-THÁI BÌNH Chun Ngành: Địa chất Khống sản Thăm dị Mã số: Mã số: 60.44.59 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TRƯƠNG XUÂN LUẬN HÀ NỘI, 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, xuất phát từ yêu cầu phát sinh công việc để hình thành hướng nghiên cứu, hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Trương Xuân Luận Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ nguyên tắc kết trình bày luận văn thu thập trình nghiên cứu trung thực chưa công bố trước Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Hà Nội ngày 18/4/2013 Tác giả Nguyễn Thị Thu Hương MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………………… Danh mục bảng………………………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị…………………………………………………….6 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 11 1.1 Lịch sử nghiên cứu địa chất trầm tích đại vùng Thái Bình 11 1.1.1 Giai đoạn trước 1954 11 1.1.2 Giai đoạn sau 1954 đến 11 1.2 Khái quát đặc điểm địa lý, tự nhiên vùng cửa sông Trà Lý 13 1.2.1 Vị trí địa lý 14 1.2.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế, nhân văn 15 1.2.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 15 1.2.2.2 Đặc điểm kinh tế 21 1.2.2.3 Đặc điểm xã hội, nhân văn 24 1.3 Đặc điểm địa chất 25 1.3.1 Đặc điểm địa tầng 25 1.3.2 Đặc điểm kiến tạo 45 1.3.2.1 Phân vùng cấu trúc móng trước Kainozoi 45 1.3.2.2 Đặc điểm tân kiến tạo 46 1.3.3 Đặc điểm địa mạo 50 1.3.3.1 Đặc điểm bể trầm tích Đệ Tứ 50 1.3.3.2 Đặc điểm thành phần trầm tích quy luật phân bố 51 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 57 2.1 Phương pháp tiếp cận truyền thống 57 2.2 Phương pháp thực địa 58 2.3 Một số phương pháp toán - tin 58 2.3.1 Phương pháp viễn thám 58 2.3.1.1 Khái niệm viễn thám 58 2.3.1.2 Tư liệu ảnh viễn thám 61 2.3.1.3 Lý thuyết chung phân loại 64 2.3.2 Hệ thông tin địa lý (GIS) 65 2.3.2.1 Khái niệm GIS 65 2.3.2.2 Chức phân tích GIS 65 2.3.3 Nghiên cứu đánh giá biến động trầm tích đại từ ảnh viễn thám công nghệ GIS 69 2.3.3.1 Đánh giá biến động sau phân loại 71 2.3.3.2 Đánh giá biến động từ ảnh đa thời gian 71 2.3.3.3 Đánh giá biến động phản xạ phổ trước phân loại 72 2.3.3.4 Phương pháp kết hợp: 72 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH 74 HIỆN ĐẠI KHU VỰC CỬA SÔNG TRÀ LÝ BẰNG DỮ LIỆU 74 VIỄN THÁM VÀ GIS 74 3.1 Mô tả liệu 74 3.1.1 Mô tả liệu viễn thám 74 3.1.2 Mô tả liệu khác 75 3.2 Quy trình nghiên cứu 75 3.2.1 Tiền xử lý liệu ảnh 76 3.2.2 Phân loại đất (trầm tích đại) 78 3.2.2.1 Chọn mẫu 78 3.2.2.2 Lấy mẫu 79 3.2.2.3 Tính tốn NDVI 79 3.2.2.4 Phân loại 80 3.2.2.5 Kiểm chứng thực địa 81 3.3 Kết phân loại đánh giá biến động 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………96 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Cc: Trầm tích đại cồn cát trắng GIS: Hệ thông tin địa lý Kz: Kainozoi LK: Kích thước hạt trung bình M: Trầm tích đại (đất) nhiễm mặn Mz: Mesozoi N: Neogen Nt: Trầm tích đại ngập triều NDVI: Chỉ số thực vật Ro: Độ mài tròn Sf: Độ cầu Sk: Hệ số bất đối xứng So: Độ chọn lọc SP1Mn: Trầm tích đại (đất) phèn tiềm tàng nơng mặn nhiều P/c: Trầm tích đại (đất) phù sa cát biển Pe: Trầm tích đại (đất) phù sa Pg: Trầm tích đại (đất) phù sa Glay Q: Đệ Tứ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Đặc trưng quỹ đạo vệ tinh Landsat Bản 2.2: Bước sóng, độ phân giải, ứng dụng kênh ảnh Landsat ETM+ Bảng 3.1: Ma trận biến động đối tượng năm 1994-2005 Bảng 3.2: Ma trận biến động đối tượng năm 2005-2011 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơng Trà Lý đoạn chạy qua tỉnh Thái Bình Hình 1.2 : Ảnh khảo sát thực địa khu vực cửa sơng Trà Lý Hình 1.3: Địa hình vùng cửa sơng Trà Lý Hình 1.4: Cột địa tầng vùng Thái Bình Hình 1.5: Vị trí đường bờ biển Holocen muộn Hình 2.1: Phản xạ phổ đất, nước thực vật Hình 2.2: Độ phân giải khơng gian Hình 2.3: Ngun lý chồng xếp đồ Hình 2.4: Việc chồng lắp đồ theo phương pháp cộng ví dụ Hình 2.5: Một thí dụ việc phân loại lại đồ Hình 2.6: Ứng dụng thuật tốn logic tìm kiếm khơng gian Hình 3.1: Ảnh Landsat tổ hợp RGB 4:3:2 khu vực Đơng Bắc Hình 3.2: Sơ đồ tính tốn biến động trầm tích cửa sơng Trà Lý Hình 3.3: Ảnh cửa sơng Trà Lý sau cắt Hình 3.4: Bản đồ trầm tích đại (đất) vùng cửa sơng Trà Lý năm 1994 Hình 3.5: Bản đồ trầm tích đại (đất) vùng cửa sơng Trà Lý năm 2005 Hình 3.6: Bản đồ trầm tích đại (đất) vùng cửa sơng Trà Lý năm 2011 Hình 3.7: Biểu đồ loại trầm tích đại (đất) qua năm Hình 3.8: Bản đồ biến động giai đoạn 1994 – 2005 Hình 3.9: Bản đồ biến động giai đoạn 2005 – 2011 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Việt Nam có đường bờ biển dài 3.260 km không kể đảo hệ thống sơng ngịi dày đặc với 2680 sơng ngịi lớn nhỏ tổng lượng dòng chảy khoảng 867 tỷ m3/năm Các loại hình trầm tích vùng cửa sơng Việt Nam đa dạng, chiếm diện tích lớn dạng tài nguyên quan trọng Phần lớn thóc, gạo, cá, tôm loại lương thực, thực phẩm khác sản xuất từ vùng có trầm tích ngập nước Ngồi vai trị sản xuất nơng nghiệp thủy sản, trầm tích ngập nước cịn đóng vai trị quan trọng thiên nhiên mơi trường lọc nước thải, điều hòa dòng chảy (giảm lũ lụt hạn hán), điều hịa khí hậu địa phương, chống xói lở bờ biển, ổn định vùng nước ngầm cho vùng sản xuất nơng nghiệp, tích lũy nước ngầm, nơi trú chân nhiều loài chim quý hiếm, nơi giải trí, du lịch có giá trị Với tầm quan trọng vậy, thành tạo trầm tích đại vùng cửa sơng trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn song vô phức tạp, địi hỏi phương pháp nghiên cứu có tính ứng dụng cao, khả khái quát, phân tích tổng hợp Chính vậy, luận văn này, tác giả muốn sử dụng phương pháp phân tích khơng gian, sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian phương pháp phân tích thống kê kết hợp với liệu bổ trợ Sự biến động trầm tích đại dễ dàng phát từ ảnh vệ tinh, tích hợp xử lý lớp thơng tin qua năm đánh giá biến động giai đoạn nghiên cứu Cụ thể, tác giả thực đề tài “Ứng dụng hệ thông tin địa lý viễn thám đánh giá trầm tích đại khu vực cửa sơng Trà Lý-Thái Bình” Mục tiêu nghiên cứu: Dùng viễn thám phân chia loại trầm tích khu vực cửa sơng Trà Lý, sau dùng GIS để đánh giá q trình biến đổi trầm tích vùng cửa sơng Trà Lý-Thái Bình sở ứng dụng thông tin viễn thám đa thời gian hệ 82 thể độ xác kết phân loại, hệ số Kappa (K) tính sau: Trong đó: + r : số hàng ma trận sai số + xii: phần tử hàng chéo + xi+: tổng phần tử hàng i kể từ đường chéo sang phía phải + x+i: tổng phần tử hàng i kể từ đường chéo xuống phía + N : tổng số pixel mẫu kiểm chứng 3.3 Kết phân loại đánh giá biến động Sau tiến hành phân loại, tác giả thu kết phân loại loại trầm tích đại (đất) có vùng nghiên cứu: + Cồn cát trắng (Cc) + Trầm tích đại (đất) nhiễm mặn (M) + Trầm tích đại (đất) phèn tiềm tàng nơng mặn nhiều (SP1Mn) + Trầm tích đại (đất) phù sa (Pe) + Trầm tích đại (đất) phù sa cát biển (P/C) + Trầm tích đại ngập triều (Nt) + Trầm tích đại (đất) phù sa glay (Pg) 83 Hình 3.4: Bản đồ trầm tích đại (đất) khu vực cửa sơng Trà Lý năm 1994 84 Hình 3.5: Bản đồ trầm tích đại (đất) khu vực cửa sơng Trà Lý năm 2005 85 Hình 3.6 : Bản đồ trầm tích đại (đất) khu vực cửa sơng Trà Lý năm 2011 86 Tính tốn GIS, diện tích loại đất năm 1994, 2005 2011 thống kê thể biểu đồ sau đây: Hình 3.7: Biểu đồ loại đất qua năm Nhìn vào biểu đồ ta thấy, vùng nghiên cứu, đất bị nhiễm mặn chiếm diện tích lớn tổng diện tích, tiếp đến đất phù sa cát biển Xét tổng thể, diện tích đất bị nhiễm mặn chiếm diện tích đa số, cho thấy tác động xâm thực nước biển làm mặn hóa trầm tích đại vùng nghiên cứu Qua khảo sát thực tế cho thấy, đất mặn hầu hết mức độ trung bình, vùng mặn nhiều phân bố chủ yếu gần biển chiếm diện tích khơng nhiều Diện tích cồn cát tăng dần qua năm, giai đoạn 1994 – 2005 tăng xấp xỉ 2000000 m2, giai đoạn 2005 – 2011 tăng xấp xỉ 2500000 m2, cho thấy trình bồi lắng xảy thường xuyên với tốc độ lớn tốc độ bào xói Diện tích bãi ngập triều có xu hướng giảm giai đoạn 1994 – 2005 phần q trình bào xói, phần tạo thành cồn cát, phần liệu ảnh viễn thám chụp vào thời gian khác nhau, mực nước triều khác 87 dẫn đến sai số kết phân tích Đây hạn chế sử dụng ảnh mà khơng có đủ liệu ảnh chụp khu vực vào thời điểm Sau phân loại đối tượng ảnh dùng phương pháp nghiên cứu biến động sau phân loại kết hợp với điều tra thực địa để thành lập đồ biến động ma trận biến động giai đoạn 88 Hình 3.8: Bản đồ biến động trầm tích đại (đất) khu vực cửa sơng Trà Lý giai đoạn 1994 – 2005 89 Hình 3.9 : Bản đồ biến động trầm tích đại (đất) cửa sông Trà Lý giai đoạn 2005 – 2011 90 Ma trận biến động: Bảng 3.1 : Ma trận biến động đối tượng trầm tích đại (đất) năm 1994 2005 (Đơn vị: m2) Năm 2005 Cc Cc Nă 790821 M Nt P/C Pe Pg SP1Mn 0 0 0 522053 210003 0 64690 80899 36021 0 4463783 M Nt 29354 0 162633 Pe 164368 0 Pg 178023 0 824133 353331 59026 688917 142451 m 199 P/C SP1M n 1957115 455153 0 644767 0 452452 91 Bảng 3.2 : Ma trận biến động đối tượng trầm tích đại (đất) năm 2005 2011 (Đơn vị: m2) Năm 2011 Cc C 961391 c M N Nă t M Nt P/C Pe Pg SP1Mn 0 0 0 4371668 702066 1574401 39114 407683 288178 0 465890 0 235653 0 0 676463 0 703296 m 200 P/C Pe P 1882913 361975 743550 94712 0 585428 92 g SP1M n 23756 59497 9653 0 474029 Qua ma trận biến động ta thấy: Trong giai đoạn 1994 – 2005, diện tích đất bị nhiễm mặn (M) chuyển thành đất phù sa (Pe) diện tích 1424519 m 2, giai đoạn 2005 – 2011, số 39114 m2; đất phù sa trung tính (Pe) chuyển thành đất mặn diện tích 164368 m2; giai đoạn 2005 – 2011 diện tích tương ứng 235653 m 2, đường bờ biển ngày tiến phía biển, song thay đổi diễn không đồng dọc đường bờ biển, tác động xâm thực nước biển khu vực khác khác Tốc độ đất phèn tiềm tàng nông mặn nhiều (SP1Mn) chuyển thành bãi ngập triều giai đoạn 2005-2011 giảm nhiều so với giai đoạn 19942005 Ngược lại, bãi ngập triều chuyển thành đất phèn tiềm tàng nông mặn nhiều ngày tăng qua hai giai đoạn, hình thành mở rộng khu đầm ni tơm cua ngồi đê 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua việc nghiên cứu, học viên rút số kết luận sau: Sự biến động bề mặt mơi trường trầm tích đại có thay đổi, có đối tượng thu hẹp – mở rộng qua năm Việc áp dụng công nghệ viễn thám vào nghiên cứu biến động sử dụng đất trầm tích cho thấy ưu phương pháp là: cung cấp lượng thông tin phong phú, trình xử lý nhanh khả định lượng hóa thơng tin tốt, với phối hợp thông tin thực địa tài liệu liên quan nhằm tăng mức độ tin cậy phương pháp Khu vực nghiên cứu có tiềm kinh tế biển lớn, nơi mạnh ni trồng thủy sản, quai đê lấn biển để phục vụ mở rộng đất nơng nghiệp Do đó, hoạt động ni trồng, đánh bắt chế biến thủy sản địa phương ngày phát triển với nhiều hình thức khác Bên cạnh 94 tiềm kinh tế bật nêu trên, khu vực nghiên cứu nơi có tiềm phát triển du lịch to lớn, sở cho địa phương phát triển ngành công nghiệp du lịch hợp lý với nguồn tài nguyên văn hóa lịch sử vùng Tuy nhiên, việc bảo tồn đa dạng sinh học, khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên vùng cửa sông chưa giải cách tổng hợp, triệt để với phương thức quản lý phức tạp, không đồng bộ… dẫn đến hậu kinh tế vùng chậm phát triển, dân trí cịn thấp thiên nhiên ưu đãi tài nguyên Theo xu phát triển chung vùng ven biển qua thời kỳ lịch sử quan trọng, việc sử dụng khai thác tài nguyên khu vực nghiên cứu có biến đổi mạnh mẽ mục đích khơng gian thể qua biến đổi mang tính chất cục bộ, tác động người kết hợp điều kiện tự nhiên khu vực cửa sơng Trà Lý có địa hình bãi bồi phẳng, diện tích đất nhiễm mặn lớn, ô nhiễm môi trường đất nước chuyển đổi đất trồng lúa cói sang ni trồng thủy sản cách ạt, suy giảm đa dạng sinh học Do vậy, việc quản lý để điều chỉnh biến động diện tích phân bố trầm tích đại cần phải quan tâm điều chỉnh, khống chế phù hợp Kiến nghị Trong luận văn sử dụng tư liệu ảnh viễn thám với độ phân giải 30m với kênh ảnh khác nhau, mức độ chi tiết việc nghiên cứu bị hạn chế Để có mức độ chi tiết gần với thực tế cần thiết sử dụng tư liệu ảnh viễn thám có độ phân giải cao có nhiều kênh phổ Ảnh chụp thời điểm mùa khác gây nhiều khó khăn việc chiết tách xác định đối tượng Vì vậy, việc thống tư liệu viễn thám để nghiên cứu tăng thêm độ xác cho kết nghiên cứu Việc nghiên cứu biến động diện phân bố trầm tích đại tác động tự nhiên nhân sinh mặt trình nghiên cứu biến động 95 trầm tích đại Để quản lý nguồn tài nguyên cách khoa học cần phải có kết hợp nghiên cứu nhiều quan ban ngành TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Phương Thảo (2011).“Ứng dụng viễn thám GIS nghiên cứu biến động sử dụng đất cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phịng) vùng Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) giai đoạn 1987-2010” Luận án Thạc sĩ Địa lý, Viện Địa chất Nhiều tác giả (1996) Báo cáo “Đo vẽ đồ địa chất tìm kiếm khống sản tỷ lệ 1/50.000 nhóm tờ Thái Bình-Nam Định” Lưu trữ Cục địa chất, Hà Nội Nhiều tác giả, 1998 Tập đồ địa chất, địa mạo, địa hóa từ 0-100m vùng Thái Bình, tỷ lệ 1/500.000 Lưu trữ trung tâm địa chất biển, Hà Nội Nguyễn Ngọc Thạch (2005) “Cơ sở viễn thám” Đại học Quốc gia Hà Nội Phòng Thổ nhưỡng Viện QH&TKNN, 2005 Bản đồ đất tỉnh Thái Bình tỷ lệ 1/50.000 96 Trần Nghi, Ngơ Quang Tồn, 1991 “Đặc điểm chu kỳ trầm tích lịch sử tiến hóa địa chất Đệ Tứ vùng đồng sông Hồng” Lưu trữ thư viện Đại học Khoa học Tự nhiên_ĐHQGHN Vũ Anh Tuân (2004) “Nghiên cứu biến động trạng lớp phủ thực vật ảnh hưởng tới trình xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc phương pháp viễn thám hệ thông tin địa lý” Luận án TS Địa lý, Lưu trữ Trường ĐH Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG ỨNG DỤNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ TRẦM TÍCH HIỆN ĐẠI KHU VỰC CỬA SƠNG TRÀ LÝ-THÁI BÌNH Chun Ngành: Địa. .. xử lý lớp thông tin qua năm đánh giá biến động giai đoạn nghiên cứu Cụ thể, tác giả thực đề tài ? ?Ứng dụng hệ thông tin địa lý viễn thám đánh giá trầm tích đại khu vực cửa sơng Trà Lý- Thái Bình? ??... Dùng viễn thám phân chia loại trầm tích khu vực cửa sơng Trà Lý, sau dùng GIS để đánh giá trình biến đổi trầm tích vùng cửa sơng Trà Lý- Thái Bình sở ứng dụng thông tin viễn thám đa thời gian hệ thông