lý bền vững tại khu vực nghiên cứu
- Giải pháp kỹ thuật. - Giải pháp quản lý. - Giải pháp về mặt xã hội.
3.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Một số phương pháp đã được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài như: Thu thập và nghiên cứu tài liệu có liên quan đến vùng nghiên cứu, phương pháp GPS, viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS), phương pháp điều tra khảo sát thực địa. Trong đó thu thập và nghiên cứu tài liệu có liên quan và khảo sát thực địa là nội dung chính để thực hiện các công việc trong suốt quá trình nghiên cứu. GPS, Viễn thám và Hệ thông tin địa lý là công cụ để thực hiện công việc đánh giá hiện trạng rừng ngập mặn nói chung và rừng trồng ngập mặn nói riêng trong quá trình nghiên cứu. Các kiến thức và kỹ thuật, kinh nghiệm về GPS, giải đoán ảnh viễn thám được sử dụng trong quá trình liên kết dữ liệu (số hoá các đối tượng từ ảnh vệ tinh vùng nghiên cứu) đầu vào với Hệ thông tin địa lý. Thực địa là bước quan trọng nhằm kiểm chứng lại kết quả của công việc giải đoán để có thể đưa ra các bổ sung, chỉnh sửa cần thiết.
3.5.1. Thu thập số liệu
3.5.1.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
Thu thập và nghiên cứu các tài liệu các liên quan đến vùng nghiên cứu. Tài liệu được thu thập chủ yếu được lưu trữ tại phòng kinh tế và hạt kiểm lâm thị xã Quảng Yên. Các tài liệu thu thập chủ yếu liên quan đến biến động, hiện trạng diện tích rừng, rừng trồng, đất ngập mặn trong khu vực nghiên cứu, bao gồm:
Tài liệu về trồng rừng ngập mặn các năm. Tài liệu điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế.
3.5.1.2. Phương pháp điều tra thực địa 3.5.1.2.1. Sơ thám
Tiến hành khảo sát toàn bộ khu vực, nghiên cứu, xác định trên bản đồ các diện tích rừng ngập mặn, rừng ngập mặn là rừng trồng, tham khảo thêm tài liệu có liên quan về điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế, tình hình đặc điểm cấu trúc rừng ngập mặn. Trên cơ sở đó thiết lập các OTC điển hình trên hiện trạng rừng ngập mặn là rừng trồng.
3.5.1.2.2. Xác định diện tích rừng ngập mặn
Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.
Sử dụng phương pháp GPS để xác định diện tích rừng trồng ngập mặn hiện có.
Trên cơ sở hồ sơ thiết kế và nghiệm thu hàng năm, tiến hành xác định diện tích rừng trồng ngập mặn ngoài thực địa bằng cách dùng GPS cầm tay để xác định diện tích rừng trồng ngập mặn hiện có. Cách xác định như sau:
Bước 1: Khởi động máy bằng cách nhấn nút power rồi giữ nguyên khoảng 3s.
Bước 2: Nhấn phím MENU hai lần cho ra Main MENU Vào Track ENTER Nhấn MENU một lần vào Area Caculation ENTER. Máy sẽ quay trở về màn hình bản đồ với lệnh Start nằm phía dưới.
Bước 3: Nhấn vào phím ENTER một lần bắt đấu đi vòng quanh lô đất. Trong quá trình đi đo, ta có thể nhấn hai phím IN và OUT để tiện theo dõi hình dáng lô đất, lúc này chỗ lệnh Star đã được thay thế bằng lệnh Stop.
Bước 4: Khi đến điểm cuối cùng (cũng là điểm xuất phát) thì ta nhấn phím ENTER một lần, diện tích lô đất hiện ra ngay trên màn hình. Muốn lưu lại kết quả của lô đất, ta nhấn tiếp tục phím ENTER một lần.
3.5.1.2.3. Điều tra các chỉ tiêu sinh trưởng rừng trồng ngập mặn
Sử dụng phương pháp ÔTC để điều tra các chỉ tiêu sinh trưởng rừng ngập mặn.
a. Hình dạng OTC: Ô nghiên cứu hình vuông.
b. Diện tích (kích thước) OTC: Ở mỗi khu vực trồng rừng tập trung, 3 OTC được thiết lập bố trí dọc theo tuyến từ mép nước mặn đi vào phía trong: ô thứ nhất ở phía trong gần bờ nhất, ô thứ hai ở giữa, ô thứ ba ở phía ngoài cùng tiếp giáp với nước sông. Kích thước của ÔTC là 100m2 (10m x 10m). Trên các OTC thu thập các số liệu sau:
+ Thành phần loài.
+ Mật độ: đếm số cây trong mỗi ÔTC rồi tính ra số cây/ha.
+ Tần số gặp được tính theo công thức của Nguyễn Nghĩa Thìn: Tần số gặp (%) = (Số ô tìm thấy loài/ Tổng số ô nghiên cứu) x 100 + Xác định độ tàn che: được xác định là phần diện tích mặt đất mà tán cây che phủ tính theo giá trị phần trăm so với diện tích khu vực nghiên cứu.
Sở dĩ chúng ta lập OTC 100 m2 là vì thành phần loài cây trong rừng trồng ngập mặn cơ bản là giống nhau, điều kiện đi lại trong rừng ngập mặn rất khó khăn cho nên lạp OTC 100m2
là phù hợp để thuận lợi cho công tác điều tra thành phần loài của rừng trồng ngập mặn.
3.5.1.3. Phương pháp viễn thám
“Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) nh- một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính của đối tượng”. Mỗi đối tượng trên bề mặt trái đất sẽ có một đặc trưng riêng về bức xạ, phản xạ hay hấp thu các tia sóng điện từ. Các đặc trưng này được ghi chụp và được thể hiện dưới dạng ảnh (ảnh vệ tinh, ảnh máy bay;
ảnh số, ảnh giấy...). Từ nguồn dữ liệu ảnh này các chuyên gia có thể phân loại, chỉ ra các đối tượng khác nhau dựa vào các đặc trưng nêu trên kết hợp với quan hệ không gian gữa các đối tượng với nhau. Đây chính là quá trình
giải đoán ảnh viễn thám bằng mắt của các chuyên gia. Có một cách thứ hai để thực hiện công việc giải đoán này là giải đoán tự động bằng các phần mềm máy tính chuyên dụng.
Dữ liệu nghiên cứu được sử dụng là ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian được được hiệu chỉnh và cung cấp bởi Trung tâm Khoa học và Quan sát Trái đất (Earth Resources Observation and Science - EROS), Cục Địa chất Hoa Kỳ (USGS) qua trang Web (http://earthexplorer.usgs.gov/). Từ trang Web này có thể tải về miễn phí ảnh Landsat gốc cùng với những sản phẩm dạng bức xạc bề mặt (surface reflectance products) đã qua hiệu chỉnh, độ phân giải không gian 30m, độ phân giải xạ 16bit, phép chiếu UTM, Zone 48 N, hệ quy chiếu WGS84).
Bảng 3.1: Thông tin cơ bản về các ảnh Landsat sử dụng trong nghiên cứu
TT Mã số ảnh Thời gian chụp Path Row Mức độ xử lý /Định dạng dữ liệu Độ phân giải (m)
7 LE71260452005283EDC00 10-OCT-08 126 45 L1T/GEOTIFF 30
8 LE71260462005283EDC00 10-OCT-08 126 46 L1T/GEOTIFF 30
9 LE71260452010057EDC00 26-FEB-15 126 45 L1T/GEOTIFF 30
10 LE71260462010057EDC02 26-FEB-15 126 46 L1T/GEOTIFF 30
11 LC81260452015015LGN00 15-JAN-18 126 45 L1T/GEOTIFF 30
12 LC81260462015015LGN00 15-JAN-18 126 46 L1T/GEOTIFF 30
Nguồn: USGS
Các dữ liệu ảnh được lấy theo các mốc giai đoạn năm năm 2008, năm 2015 và năm 2018.
Khóa giải đoán được thực hiện qua việc xác định phân tích hình ảnh theo cấp phổ màu tại các khu vực nghiên cứu trong mỗi khoảng thời gian khác nhau đối với mỗi trạng thái khác nhau. Để thành lập khóa giải đoán chúng ta cần áp dụng nghiêm nghặt phương pháp lựa chọn khóa đặc trưng cho từng đối tượng theo các nguyên tắc về sự khác nhau trong “tone” màu. Mỗi một đối tượng khác nhau sẽ có sự phản xạ các bước sóng ánh sáng khác nhau, do vậy chúng tạo ra những độ sắc nét, độ đậm nhạt khác nhau trong mỗi loại màu sắc. Đây là cơ sở quan trọng để thành lập các khóa giải đoán.
Khóa giải đoán là tập hợp các chuẩn dùng để giải đoán một đối tượng nhất định. Kết quả giải đoán phụ thuộc vào khóa giải đoán. Mục đích của việc sử dụng khóa giải đoán là làm chuẩn hóa các kết quả giải đoán của nhiều người khác nhau. Thông thường khóa giải đoán do những người có kinh nghiệm và hiểu biết thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng. Tất cả 8 chuẩn giải đoán cùng với các thông tin về thời gian chụp, tỷ lệ ảnh, mùa chụp đều phải đưa vào khóa giải đoán.
Tư liệu ảnh dùng để giải đoán tốt nhất là ảnh tổng hợp màu. Đặc điểm cơ bản của ảnh tổng hợp màu là sự mã hóa bằng màu sắc các khác biệt về phổ của các đối tượng. Ở đây chuẩn giải đoán chính là sự tương phản màu được nhấn mạnh nhờ sự lựa chọn một cách có ý thức phương án tổng hợp màu. Trong trường hợp tư liệu gốc thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật nếu sử dụng phương án tổng hợp màu chuẩn và điều kiện xử lý hóa ảnh chặt chẽ thì màu là một chuẩn giải đoán tương đối ổn định.
Nhờ khả năng phân biệt cao của màu sắc mà nó có thể truyền đạt các khác biệt về phổ của đối tượng, ảnh tổng hợp màu có tính trực quan sinh động hơn ảnh phổ đen trắng. Đối với ảnh phổ chụp ở vùng hồng ngoại, ảnh tổng hợp màu cho ta bức tranh màu giả không có thực trong tự nhiên.
Về màu sắc, ảnh tổng hợp màu so với ảnh màu vệ tinh chụp trên phim màu 3 lớp có nhiều màu sắc hơn với độ tương phản màu cao hơn. So với ảnh đa phổ
thì ảnh tổng hợp màu cũng có nhiều màu sắc hơn và độ tương phản cao hơn, nhưng lực phân giải lại kém hơn ảnh phổ màu. Khả năng giải đoán các đối tượng trên ảnh tổng hợp màu phụ thuộc vào nhiệm vụ giải đoán, khả năng ứng dụng của ảnh tổng hợp màu để giải đoán các đối tượng cụ thể.
* Giải đoán ảnh viễn thám
Thực hiện giải đoán ảnh viễn thám bằng phần mềm Erdas Image, với phương pháp phân loại có kiểm định. Thực hiện phân loại ảnh viễn thám cho năm 2015 với mẫu khóa xác định. Từ kết quả đánh giá độ chính xác của việc giải đoán thông qua ma trận sai số (Confussion matrix) để xác định chỉ số Kappa (K).
Tính toán chỉ số NDVI cho năm giải đoán 2015, xác định mẫu khóa cho các năm tiếp theo không có số liệu GPS thực địa. Chỉ số NDVI được thực hiện với công thức sau:
NDVI = Trong đó:
- NIR: là băng phổ cận hồng ngoại (Near Infra-red); - Red: là băng phổ thuộc bước sóng đỏ (Red)
* Thành lập bản đồ biến động rừng
Hệ thống thông tin địa lý với khả năng phân tích không gian, được sử dụng để phân tích và thành lập bản đồ biến động tài nguyên rừng và đất ngập mặn nhờ việc chồng xếp bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn của các thời gian khác nhau. Các dữ liệu ảnh đã có toạ độ sẽ được chuyển vào môi trường hệ thông tin địa lý cùng các dữ liệu phụ trợ khác. Kết quả giải đoán từng thời điểm sẽ được phân tích bằng phương pháp tính bảng chéo (crossing table) để tính ra biến động. Tích hợp các thông tin viễn thám với các thông tin kinh tế xã hội khác sẽ giúp cho việc đánh giá mối liên quan giữa biến động tài
nguyên rừng, đất ngập mặn với các yếu tố thời gian và kinh tế xã hội mà ta quan tâm.
* Các bước tiến hành - Thu thập số liệu
Các loại dữ liệu khác nhau được thu thập trong quá trình thực hiện đề tài được phân chia như sau:
+ Số liệu không gian:
Ảnh vệ tinh Landsat TM tổ hợp màu tự nhiên khu vực thị xã Quảng Yên chụp từ năm 1998 - 2018 độ phân giải không gian 30x30 m
+ Số liệu phi không gian:
Đây là loại số liệu thuộc tính của khu vực cũng như của đối tượng nghiên cứu. Các báo cáo, văn bản, luận văn, tạp chí khoa học… có liên quan tới vùng nghiên cứu được tham khảo để hình thành lên cái nhìn tổng quan về khu vực nghiên cứu. Đó là các loại số liệu sau:
Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu Điều kiện kinh tế xã hội của khu vực
Số liệu về tình hình khai thác và sử dụng tài nguyên môi trường khu vực cửa sông Hồng
Các loại số liệu trên là dữ liệu đầu vào cho Hệ thống thông tin địa lý. Những dữ liệu này được nhập vào máy tính, trở thành cơ sở dữ liệu để các phần mềm GIS có thể thực hiện được các chức năng phân tích, tính toán.
- Nhập dữ liệu
Bảng 3.2: Khoá giải đoán các đối tƣợng trên ảnh vệ tinh.
TT Đối tƣợng Khoá giải đoán trên ảnh
1 Biển Màu xanh da trời đậm, tông ảnh sẫm, hoa văn mịn, chiếm vùng rộng lớn trong ảnh
2 Sông, kênh mương Màu xanh da trời nhạt, tông ảnh sẫm đến sáng, hoa văn mịn, cấu trúc dải, thường cắt qua đồng bằng
3
Rừng ngập mặn
(RNM)
Màu xanh đậm, tông ảnh sáng vừa, cấu trúc bất định, vị trí thường ở trên các cồn cát hay các bãi bồi phía ngoài đê
4
Khu nuôi trồng thuỷ sản (KNTTS)
Màu xanh nhạt, hoa văn mịn, cấu trúc dạng mảnh hay thửa có bờ bao quanh
5 KNTTS + RNM Sù xen kẽ của hai đối tượng, hoa văn chấm thô
6 Đất trống Màu trắng (cát bồi) hoặc xám (cát và phù sa). Tông ảnh sáng hoặc sẫm, hoa văn mịn.
7
Bãi bùn, cát ngập triều Màu trắng đục hơi đậm, hoặc đen xám hoa văn mịn, tông ảnh sáng vừa đến xám, hình dạng không cố định
8 Đường, đê sông và đê biển
Màu nâu hoặc trắng. Cấu trúc dạng dải kéo dài chạy dọc theo ranh giới giữa nước và bờ
9 Khu dân cư Màu trắng đốm đỏ, hoa văn chấm đốm, tôn ảnh sáng
Dựa trên các đặc điểm về bức xạ như tông ảnh, cấp độ xám, cấu trúc ảnh, và các yếu tố địa kỹ thuật mà đối tượng thể hiện trong ảnh tác giả đã xây dựng chìa khoá giải đoán cho các đối tượng trong ảnh khu vực nghiên cứu ở cả hai thời kỳ như bảng trên. Thực hiện giải đoán và thành lập bản đồ theo năm trạng thái. Đất trống; Mặt nước (Biển, sông, kênh mương); Dân cư; Rừng; Các đối tượng còn lại được cho là đất khác.
Ngoài ra, một số đối tượng đặc biệt không thể giải đoán được từ ảnh thì sau quá trình thực địa sẽ bổ xung vào phần kết quả nghiên cứu trong các bản đồ hiện trạng.
+ Số hoá các đối tượng nghiên cứu
Công việc này được thực hiện chủ yếu bằng phần mềm AcrGis, Mapinfo. Trước hết là gán cho ảnh vùng nghiên cứu các điểm toạ độ khống chế, sau đó dựa trên chìa khóa giải đoán đã được xây dựng để số hoá các đối tượng không gian trong ảnh, lập lên bản đồ vector hiện trạng sử dụng đất ở khu vực nghiên cứu trong thời kỳ 1998 và 2018.
Trong quá trình số hoá, các dữ liệu thuộc tính liên quan như diện tích, chu vi của đối tượng vùng, độ dài của đối tượng đường... được tính toán tự động bằng máy và liên kết với các đối tượng. Đồng thời các đối tượng không gian được phân loại và gán cho mã số riêng (ID). Chỉ số ID là một trường đặc biệt của lớp (layer) thông tin trong AcrGis, Mapinfo cũng nh- trong các phần mềm GIS khác. Nó được dùng để liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian cùng loại với nhau.
- Chồng lớp và phân tích dữ liệu
Các đối tượng không gian trong ảnh của vùng nghiên cứu ở các năm khác nhau sau khi được số hoá và gán thông tin thuộc tính thì được chuyển sang phần mềm AcrGis để xử lý. Phần mềm GIS AcrGis với khả năng phân tích không gian (spatial analys) mạnh và chức năng chồng lớp (overlayers) sẽ đưa ra được kết quả biến động sử dụng đất giữa hai thời điểm 1990 và 2015:
- Các lớp thông tin không gian về các đối tượng trong vùng nghiên cứu ở hai thời kỳ được chồng lên nhau bằng chức năng overlay để tìm ra quy luật biến đổi các đối tượng không gian này sang đối tượng không gian khác giữa hai thời kỳ.
- So sánh các số liệu thuộc tính như diện tích, tên, ID của các đối tượng không gian tại hai thời điểm 1998 và 2018. Thành lập bảng số liệu biến đổi và các bản đồ biểu thị sự biến động.