Áp dụng công nghệ viễn thám và GIS nghiên cứu biến động đường bờ khu vực tỉnh bình thuận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - HỒNG LÊ LONG ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - HỒNG LÊ LONG ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám GIS Mã số: 8440211.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Nguyễn Ngọc Thạch Với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Ngọc Thạch trực tiếp, tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện để thực thành công luận văn Đồng thời, xin gửi lời cám ơn tới thầy cô môn Bản đồ, viễn thám GIS thầy cô khoa Địa lý trƣờng Đại học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội tận tình bảo giúp đỡ tơi q trình thực hồn thiện luận văn Do thời gian trình độ cịn nhiều hạn chế nên luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc góp ý tích cực quy ́ th ầy cô bạn để luận văn đƣợc hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! Hà nội, tháng năm 2019 Hoàng Lê Long ii MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Mục tiêu nghiên cứu 11 Nội dung nghiên cứu 11 Phạm vi nghiên cứu 12 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 Cơ sở tài liệu 13 Cấu trúc luận văn: 14 CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ 16 1.1 Tổng quan biến động đƣờng bờ 16 1.1.1 Một số khái niệm đường bờ 16 1.1.2 Cơ sở để xác định đường bờ biển 18 1.1.3 Biến động đường bờ Việt Nam 22 1.2 Các phƣơng pháp nghiên cƣ́ u biến động đƣờng bờ 23 1.2.1 Phương pháp mơ hình Bruun 23 1.2.2 Phương pháp GIS 25 1.2.3 Phương pháp viễn thám 26 1.2.4 Phương pháp số mức độ tổn thương bờ biển 33 1.2.5 Phương pháp địa mạo 34 1.3 Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu biến động đƣờng bờ 35 1.3.1 Trên giới 35 1.3.2 Tại Việt Nam 38 1.4 Lựa chọn phƣơng pháp sử dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý để đánh giá biến động đƣờng bờ 44 CHƢƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG ĐẾN BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 46 2.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 46 2.1.1 Điều kiện tự nhiên 46 2.1.1.1 Vị trí địa lý 46 2.1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất, địa mạo 47 2.1.1.3 Đặc điểm khí hậu 48 2.1.1.4 Đặc điểm thủy văn-hải văn .49 2.1.1.5 Tài nguyên khoáng sản .51 2.1.2 Đặc điểm kinh tế, văn hóa xã hội 52 2.1.3 Hiện trạng xây dựng, sử dụng công trình ven biển 54 2.2 Những tác động làm gia tăng biến động đƣờng bờ khu vực nghiên cứu .59 2.2.1 Tác động thủy triều 59 2.2.2 Ảnh hưởng biến đổi khí hậu 59 2.2.3 Tác động người 61 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀO CÁC GIAI ĐOẠN 2003- 2010-2018 63 3.1 Xử lý ảnh thành lập đồ biến động đƣờng bờ 63 3.1.1 Tiền xử lý ảnh 63 3.1.1.1 Nắn chỉnh hình học .63 3.2.1.2 Cắt ảnh tổ hợp màu tự nhiên 64 3.1.2 Phân loại ảnh 66 3.1.3 Vector hóa 68 3.1.4 Tính tốn biến động 69 3.1.5 Thành lập đồ biến động 71 3.2 Kết nghiên cứu 75 3.2.1 Tình hình biến động đường bờ TP Phan Thiết 75 3.2.2 Nguyên nhân chế bồi tụ - xói lở bờ biển 82 3.2.3 Giải pháp phòng chống sạt lở bờ biển TP Phan Thiết 86 3.2.4 Dự báo xu bồi tụ - xói lở bờ biển TP Phan Thiết 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu GIS Geographic Informations System – Hệ thống thông tin Địa lý MNDWI Modified Normalized Difference Wate Index NDVI Normalised Difference Vegetation Index NDWI Normalized Difference Water Index TP Thành phố TW Trung ƣơng TN&MT Tài nguyên môi trƣờng UBND Ủy ban nhân dân DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Mức thủy triều thời điểm thu ảnh 19 2.1 Thơng báo Quốc gia biến đổi khí hậu Việt Nam (so với năm 1990) 59 2.2 Nguy nƣớc dâng bão mực nƣớc tổng cộng bão cho khu vực nghiên cứu 60 3.1 Sai số nắn ảnh hình học ảnh SPOT5 63 3.2 Bảng tổng hợp diện tích bồi tụ xói lở bở biển TP Phan Thiết 2003-2010 69 3.3 Bảng tổng hợp diện tích bồi tụ xói lở bở biển TP Phan Thiết 2010-2018 70 3.4 Bảng tổng hợp diện tích bồi tụ xói lở bở biển TP Phan Thiết 2003-2018 70 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ biểu diễn thuật ngữ bờ biển 15 1.2 Ảnh chụp Rạch Gốc, xã Tân An, huyện Ngọc Hiển, Cà Mau cho thấy, sau 15 năm, bờ biển khu vực bị xói lở khoảng 1km (Vũ Văn Phái) 17 1.3 Số liệu thủy triều ngày 29/12/2003 từ phần mềm wxtide32 18 1.4 Số liệu thủy triều ngày 31/5/2010 từ phần mềm wxtide32 18 1.5 Số liệu thủy triều ngày 18/5/2018 từ phần mềm wxtide32 18 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 Độ dốc khoảng cách đƣờng mép nƣớc với vị trí tác động cao sóng thời điểm thu ảnh 2003 đoạn Hòn Rơm-Mũi Né Độ dốc khoảng cách đƣờng mép nƣớc với vị trí tác động cao sóng thời điểm thu ảnh 2003 đoạn Hàm Tiến Độ dốc khoảng cách đƣờng mép nƣớc với vị trí tác động cao sóng thời điểm thu ảnh 2003 đoạn Đồi Dƣơng Độ dốc khoảng cách đƣờng mép nƣớc với vị trí tác động cao sóng thời điểm thu ảnh 2003 đoạn Tiến Thành Đƣờng bờ lựa chọn theo năm (Từ trái qua phải: 2003,2010,2018) 19 20 20 20 21 1.11 Sơ đồ minh họa quy tắc Bruun 23 1.12 Sơ đồ phân tích biến động GIS 24 1.13 Sơ đồ phân tích DSAS cho đoạn bờ huyện Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng 25 1.14 Tở hơpp̣ màu RGB=542 ảnh Landsat khu vực ven biển Cà Mau 26 1.15 Ảnh LANDSAT kênh (a), kênh (b) ảnh sau xƣ̉ lý ngƣơñ g (c) khu vực hồ nuí Cốc (04/11/2000) 28 1.16 Ví dụ số MNDWI khu vực nội thành Hà Nội 29 1.17 Dữ liệu viễn thám đa thời gian phục vụ nghiên cứu biến động 32 1.18 Ảnh vệ tinh Spot khu vực bờ sông Amazon (Nam My)̃ 36 1.19 Biến động đƣờng bờ giai đoan 1989 – 2001 nghiên cƣ́ u cuả Alesheikh 36 1.20 Ảnh vệ tinh đa thời gian khu vực cửa Tƣ Hiền, Thƣ̀ a Thiên Huế 39 1.21 Biến động đƣờng bờ khu vực Hàm Tiến, Phan Thiết 40 1.22 Kết xác đin h biến động đƣờng bờ hồ Nuí Cốc giai đoan 1993 – 2007 41 1.23 Biến động baĩ bồi khu vực Cƣ̉ a Đáy giai đoan 1966 – 2011 41 1.24 1.25 Quá trình xói lở, bồi tụ khu vực Ngocp̣ Hiển tƣ̀ ảnh vệ tinh Landsat giai đoan 1995 – 2000, 2000 – 2005, 2005 – 2010 (tƣ̀ trái sang) Chiết tách thông tin đƣờng bờ khu vực Cƣ̉ a Đaị tƣ liệu ảnh Landsat đa thời gian 42 43 1.26 Sơ đồ bƣớc đánh giá biến động đƣờng bờ đƣợc sử dụng 44 2.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 45 2.2 Đặc điểm địa mạo khu vực nghiên cứu (Nguyễn Ngọc Thạch) 47 2.3 Phân bố dịng chảy mặt mùa đơng ( tháng 12 /2015 ) đồ độ sâu vùng biển Bình Thuận 49 2.4 Phân bố bão Việt Nam ( Phan Văn Tân ) 50 2.5 Mỏ khai thác Titan Mũi Né –Bình Thuận 51 2.6 Tuyến đƣờng dọc bờ biển Phan Thiết 53 2.7 Đoạn kè khu vực bờ biển Hải Tiến 55 2.8 Đoạn kè biển Đồi Dƣơng 56 2.9 Khối bê tông TETRAPOD bảo vệ cửa sông, cửa cảng 57 3.1 Các bƣớc thành lập đồ biến động đƣờng bờ từ ảnh vệ tinh 62 3.2 Ảnh SPOT 2003 khu vực nghiên cứu 64 3.3 Ảnh SPOT 2010 khu vực nghiên cứu 64 3.4 Ảnh Sentinel-2 năm 2017 khu vực nghiên cứu 65 3.5 Ảnh SPOT 2003 khu vực nghiên cứu sau phân loại 66 3.6 Ảnh SPOT 2010 khu vực nghiên cứu sau phân loại 67 3.7 Ảnh Sentinel-2 2018 khu vực nghiên cứu sau phân loại 67 3.8 Chồng xếp đƣờng bờ giai đoạn 68 3.9 So sánh đƣờng bờ năm 2010, 2018 xác định vùng biến động 69 3.10 Bản đồ biến động đƣờng bờ thành phố Phan Thiết 2003-2010 71 3.11 Bản đồ biến động đƣờng bờ thành phố Phan Thiết 2010-2018 72 3.12 Bản đồ biến động đƣờng bờ thành phố Phan Thiết 2003-2018 73 3.13 Biến động đƣờng bờ khu vực Hòn Rơm – Mũi Né 2003-2010-2018 75 3.14 Đoạn bờ khu vực Mũi Né 75 3.15 Biến động đƣờng bờ Hàm Tiến - Cảng Phan Thiết 2003-20102018 76 3.16 Bãi biển đoạn xói lở Hàm Tiến 77 3.17 Đoạn bờ bị xói lở bãi biển Đồi Dƣơng nhìn từ Google Earth 77 3.18 Đoạn xói lở bãi biển Đồi Dƣơng 77 3.19 Sự thay đổi khu vực cửa sông Phú Hài năm 2003-2018 78 3.20 Cửa sông Phú Hài 79 3.21 Sự thay đổi cảng Phan Thiết – Cửa sông Cà Ty năm 2003-2018 79 3.22 Cảng Phan Thiết dự án Vietpearl City 79 3.23 Biến động đƣờng bờ xã Tiến Thành 2003-2010-2018 80 3.24 Khu vực xói lở xã Tiến Thành nhìn từ Google Earth 80 3.25 Một số hình ảnh xói lở khu vực bờ biển xã Tiến Thành 81 3.26 Bãi cát khu vực xã Tiến Thành 81 ... TỰ NHIÊN - HOÀNG LÊ LONG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám GIS Mã số: 8440211.01 LUẬN VĂN THẠC... lại khu vực có thể vài ngày, không tốn nhiều thời gian, công sức nhƣ chi phí so với phƣơng pháp khác Vì tơi hy vọng đề tài ? ?Áp dụng công nghệ viễn thám GIS nghiên cứu biến động đƣờng bờ khu vực. .. LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ 1.1 Tổng quan biến động đƣờng bờ 1.1.1