Mục đích nghiên cứu của luận văn là phân tích sự biến đổi đất nơng nghiệp nên các đối tượng sau khi phân loại từ ảnh đã được gộp lại như bảng chú giải, thành 4 đối tượng chính: dân cư bao gồm: dân cư + khu cơng nghiệp và phần đất đang xây dựng; đất nông nghiệp: đất lúa + hoa màu; mặt nước, và đất trống. Trong đó: đất trống là khu vực bãi cát trống ở giữa sông Hồng.
- Kết quả phân loại ảnh
Sau quá trình phân loại cho ra các kết quả phân loại ảnh như Hình 2.8
(a) (b)
(c) (d)
Hình 2.8: Kết quả phân loại ảnh: (a)-LandsatTM 1993; (b)-Landsat TM 1999; (c)-Landsat ETM 2005; (d)-Spot 5 2011
2.3 Kiểm chứng độ chính xác phân loại ảnh vệ tinh
Kết quả phân loại ảnh được kiểm chứng theo nhiều phương pháp khác nhau. Học viên lựa chọn hai phương pháp: thực địa kiểm chứng và kiểm chứng trong phòng. Kiểm chứng trong phòng bằng cách so sánh kết quả phân loại năm 2005 với bản đồ sử dụng đất của huyện Đông Anh năm 2005. Kiểm chứng thực địa cùng với bảng hỏi điều tra về nông lịch để kiểm chứng cho ảnh năm 2011.
2.3.1. Kiểm chứng độ chính xác trong phịng
Độ chính xác của kết quả phân loại là yếu tố quyết định đến việc phân tích các nội dung chuyên đề đúng hay sai. Kiểm tra độ chính xác của kết quả phân loại bằng ma trận sai số và hệ số Kappa.
Để kiểm tra độ chính xác, học viên đã dùng phương pháp lựa chọn số ô mẫu. Số lượng ơ mẫu được tính theo cơng thức sau:
[37].
Trong đó: N là số lượng ơ mẫu, Z =2 từ độ lệch chuẩn thông thường của 1,96 cho 95% độ tin cậy, E là sai số cho phép, p là phần trăm độ chính xác kỳ vọng của toàn bản đồ, q = 100 – p.
Việc lựa chọn số ô mẫu dùng để kiểm chứng phụ thuộc vào số lớp đối tượng muốn kiểm chứng, diện tích khu vực nghiên cứu. Theo kinh nghiệm của các nhà nghiên cứu, đối với những bản đồ có diện tích nhỏ hơn 4000 ha và nhỏ hơn 12 lớp thì số lượng ơ mẫu nhỏ nhất là 50 ô [37].
Hệ số Kappa được tính tốn theo cơng thức sau:
[30]
Trong đó: r là số hàng trong ma trận, xii là số giá trị trong hàng i và cột I, xi+ và x+I là tổng giá trị của hàng i và cột i, trong đó chú ý N là tổng số các giá trị.
Giá trị của hệ số Kappa thể hiện độ chính xác của kết quả phân loại như sau: Độ chính xác rất thấp: < 0,20
Độ chính xác thấp: 0,20 – 0,40 Độ chính xác trung bình: 0,40 – 0,60 Độ chính xác cao: 0,60 – 0,80
Độ chính xác rất cao: 0,80 – 1,00
Học viên đã tính số lượng ô mẫu cho khu vực nghiên cứu là 51 ô với độ chính xác kỳ vọng là 85%, sai số chấp nhận là 10%. Diện tích ơ mẫu bằng 2% so
với tổng diện tích tự nhiên của toàn khu vực nghiên cứu [37]. Và vị trí của các ơ mẫu được sắp xếp một cách ngẫu nhiên.
Hình 2.9: Sơ đồ vị trí các ơ mẫu
Sau khi thành lập bảng ma trận sai số từ kết quả phân loại ảnh và bản đồ sử dụng đất thì sẽ cho thấy sai số của từng lớp đối tượng và sai số tổng thể. Từ bảng ma trận Bảng 2.3, học viên tính sai số tổng quát và hệ số Kappa.
Bảng 2.3: Bảng ma trận sai số năm 2005 Dân cƣ Nông Dân cƣ Nông nghiệp Đất trống Mặt nƣớc Tổng hàng User Dân cƣ 3024900 418500 4500 12600 3460500 0,87 Nông nghiệp 253800 6660900 9000 110700 7034400 0,95 Đất trống 0 6300 87300 3600 97200 0,90 Mặt nƣớc 28800 106200 12600 893700 1041300 0,86 Tổng cột 3307500 7191900 113400 1020600 11633400 Producer 0,91 0,93 0,77 0,88
Độ chính xác tổng quát = 0,916 Hệ số Kappa = 0,844
Độ chính xác tổng thể và hệ số Kappa rất cao. Chứng tỏ độ tin cậy của kết quả phân loại của ảnh này năm 2005 rất cao và đủ cơ sở để phân tích các yếu tố chuyên đề.
2.3.2. Kiểm chứng ngoài thực địa
Các ảnh vệ tinh dùng trong luận văn là tháng 12 nên chuyến thực địa của học viên được lựa chọn vào tháng 12 năm 2012. Đây là thời gian lúa đã được gặt và một số xã đã chuyển sang trồng rau màu.
Số điểm thực địa được lựa chọn là 27 điểm. Các điểm được lựa chọn để đi thực địa là những điểm đặc trưng cho sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất, cho khu vực khơng chuyển đổi về mục đích sử dụng và những khu vực có sự phát triển mạnh về cơng nghiệp, đơ thị.
Kết hợp với q trình thực địa kiểm tra kết quả phân loại là điều tra về nông lịch. Phiếu điều tra nông lịch được học viên thiết kế như hình Hình 2.10 bên dưới.
Phiếu điều tra nông lịch bao gồm cả điều tra về lịch sử sử dụng đất trước và sau năm 2010.
Kết quả của việc điều tra nông lịch là huyện Đông Anh 1 năm trồng 3 vụ, trong đó có 2 vụ lúa và 1 vụ đông trồng rau màu. Lúa hè thu từ tháng 8 đến tháng 11, vụ lúa đông xuân từ tháng 2 tới tháng 5 và vụ rau màu từ tháng 12 đến tháng 1.
Hình 2.10: Phiếu điều tra ngồi thực địa
a b c
d e f
Hình 2.11: Một số hình ảnh thực địa: (a) – ruộng trồng rau màu, (b)- ruộng lúa đã gặt, (c)- khu sản xuất nhỏ, (d)- ao bèo, (e)- cụm dân cư, (f)- bãi hoa màu ven sông.
Biên tập: HV. Tống Thị Huyền Ái Hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Văn Cự
Hình 2.12: Sơ đồ tuyến thực địa trên ảnh Spot 5 năm 2011
Từ việc kiểm tra ngoài thực địa, học viên đã gộp các nhóm đối tượng kết quả phân loại ảnh thành bản đồ lớp phủ của các năm 1993, 1999, 2005 và 2011. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu sự biến đổi đất nông nghiệp nên được học viên tách lớp đất nông nghiệp để đo đạc trắc lượng hình thái.
2.4 Tính tốn đặc điểm trắc lượng lớp phủ đất nơng nghiệp huyện Đơng Anh Tính tốn đặc điểm trắc lượng hình thái của đối tượng lớp phủ đất nơng Tính tốn đặc điểm trắc lượng hình thái của đối tượng lớp phủ đất nông nghiệp được gộp thành các nhóm theo thành phần cấu trúc để mơ tả và tính tốn các đặc điểm khơng gian của các mảnh [27, 48]. Lớp đất nông nghiệp được tách riêng từ kết quả phân loại ảnh năm 1993, 1999, 2005 và 2011, và được phân tích bằng cơng cụ Patch Analysis 4 trên phần mềm ArcGIS 9.3. Sau khi chạy thì có 31 chỉ số và được gộp thành 6 nhóm: 1- chỉ số về diện tích mảnh, 2- chỉ số về mật độ và kích thước mảnh, 3- chỉ số về cạnh, 4- chỉ số hình dạng, 5- chỉ số đa dạng và tách biệt, 6- chỉ số vùng lõi. Mỗi nhóm gồm các chỉ số có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.
Để lựa chọn các chỉ số không gian nghiên cứu về đất nông nghiệp, học viên sử dụng cơng cụ phân tích thành phần chính PCA. Kết quả chạy PCA đưa ra các chỉ số có mối tương quan cao nhất, bao gồm các chỉ số về diện tích (LPI), về hình dạng (AWMSI), về mật độ và kích thước (MPS), về sự đa dạng (MPI, MNN), về lõi (TCA). Các chỉ số này sẽ được sử dụng để tính tốn cho sự thay đổi đất nông nghiệp từ năm 1993 đến năm 2011.
Bảng 2.4: Các chỉ số hình thái khơng gian sử dụng trong luận văn
Chỉ số không gian Miêu tả Đơn vị Giới hạn
Largest Patch Index Tính phần trăm diện tích của mảnh nông nghiệp lớn nhất trên tổng diện tích đất nơng nghiệp
% 0≤ LPI≤100
Area Weighted Mean Shape Index
Đo đạc mức độ phức tạp về hình dạng của các mảnh. AWMSI càng tăng khi hình dạng các mảnh càng phức tạp.
Không AWMSI ≥ 1
Mean Patch Size Đo đạc kích thước mảnh đất nơng nghiệp trung bình.
Hectares MPS ≥ 0
Mean Proximity Index
Đo đạc mức độ liền kề giữa các mảnh đất nông nghiệp. Cho thấy sự phân mảnh và tách biệt của các mảnh.
Mean Nearest Neighbor
Tính khoảng cách gần nhất giữa hai mảnh riêng lẻ (từ cạnh tới cạnh). Đo đạc mức độ bị cô lập của mảnh.
Meters MNN >0
Total core area Tính tổng diện tích vùng lõi của các mảnh nông nghiệp
Hectares TCA ≥ 0
Chỉ số AWMSI là một chỉ số tổng quát về hình thái của các mảnh đất nơng nghiệp. AWMSI bằng 1 khi hình dạng của các mảnh là hình trịn hoặc hình vng. AWMSI tăng khi sự phức tạp về hình dạng của mảnh tăng lên.
Chƣơng 3 – XU HƢỚNG BIẾN ĐỔI ĐẤT NÔNG NGHIỆP HUYỆN ĐÔNG ANH
Chương 3 thể hiện các kết quả từ quá trình thực nghiệm ở chương 2. Phân tích sự biến động các loại đất của huyện Đông Anh cũng như từng xã. Hơn nữa, chương 3 còn nghiên cứu sự mất đất nơng nghiệp và hình thái đất nơng nghiệp của tồn huyện Đông Anh và 9 xã đặc trưng cho sự phát triển về cơng nghiệp và q trình đơ thị hóa.
3.1 Xu hướng biến đổi lớp phủ huyện Đơng Anh
Thống kê các loại đất từ kết quả phân loại ảnh của huyện Đông Anh trong giai đoạn 1993 - 2011 đã cho thấy xu hướng biến đổi đất một cách chung nhất. Trong đó, đất nơng nghiệp và đất trống giảm mạnh, cịn diện tích đất dân cư tăng rất nhanh qua các năm do q trình đơ thị hóa và cơng nghiệp hóa.
Hình 3.1: Biểu đồ biến động đất qua các năm
Từ Hình 3.1 cho thấy đất nơng nghiệp có sự biến động tương đối lớn, diện
tích đất nơng nghiệp đã giảm 3.568,35 ha từ năm 1993 là 15.210,35 ha và chỉ còn 11.642,00 ha vào năm 2011, tốc độ giảm bình quân mỗi năm là 198,24 ha/năm. Sự chuyển đổi đất nông nghiệp phần lớn là sang đất dân cư và khu công nghiệp. Giai đoạn năm 1999 đến năm 2005, phần diện tích đất nơng nghiệp này có tốc độ giảm
0 5000 10000 15000 20000 1993 1999 2005 2011
Diện tích (ha) Biến động loại đất qua các năm
nhanh nhất 300,67 ha/năm, gấp 1,5 lần tốc độ giảm trung bình trong cả giai đoạn 1993-2011 và giai đoạn 2005-2011, và gấp 3 lần giai đoạn trước đó 1993-1999.
Diện tích đất dân cư của luận văn được định nghĩa là tồn bộ phần diện tích đất ở, khu cơng nghiệp và khu xây dựng. Đất dân cư của tồn huyện Đơng Anh tỷ lệ nghịch với diện tích đất nơng nghiệp. Trong khi diện tích đất nơng nghiệp giảm, thì diện tích dân cư và các khu công nghiệp lại tăng một cách nhanh chóng. Từ năm 1993 đến năm 2011, tổng diện tích đất ở dân cư và khu công nghiệp đã tăng 3.772,68 ha, tốc độ tăng trung bình đạt 209,59 ha/năm; diện tích đất dân cư năm 2011 gấp 3,8 lần năm 1993. Phần diện tích đất dân cư được tăng mạnh nhất là giai đoạn 2005-2011: 315,82 ha/năm, khi mà q trình đơ thị hóa, cơng nghiệp hóa và xây dựng cơ sở vật chất được đầu tư và thúc đẩy mạnh mẽ.
Diện tích đất trống trong luận văn được định nghĩa là bãi cát ở giữa và ven sơng chưa được sử dụng, vì vậy mà phần diện tích đất trống này nằm chủ yếu ở các xã ven sông: Đại Mạch, Võng La, Hải Bối, Vĩnh Ngọc, Tầm Xá. Năm 1993, các xã này có diện tích đất trống là 521,82 ha, chiếm 2,8% so với tổng diện tích tự nhiên tồn huyện. Đến năm 2011 thì phần diện tích này đã giảm đi 380,81 ha cịn 141,03 ha do phần đất trống đã được người dân tận dụng, cải tạo để trồng hoa màu như ngơ, chuối. Trong đó, xã Đại Mạch và xã Võng La là hai xã tận dụng được nhiều đất trống nhất.
Bảng 3.1: Ma trận biến động lớp phủ năm 1993-2011 Đơn vị: ha Đơn vị: ha
2011 1993
Đất nông nghiệp Đất trống Mặt nƣớc Đất dân cƣ Đất nông nghiệp 10863,96 25,56 665,44 3640,68
Đất trống 234,88 85,6 181,32 19,64
Mặt nƣớc 488,92 28,12 777,44 128,32
Sự chuyển dịch trong cơ cấu các loại đất của huyện Đông Anh từ năm 1993 đến năm 2011 được thể hiện trong bảng ma trận biến động Bảng 3.1. Phần diện tích đất dân cư năm 2011 được tăng lên chủ yếu là do diện tích đất nơng nghiệp chuyển sang: 3.640,68 ha, và một phần nhỏ là do diện tích mặt nước chuyển sang: 128,32 ha. Bên cạnh đó, thêm một phần diện tích đất nơng nghiệp bị mất đi do chuyển sang mặt nước là 665,44 ha. Trong khi đó, 234,88 ha diện tích đất trống và 488,92 ha diện tích mặt nước của năm 1993 lại chuyển sang đất nơng nghiệp. Q trình này diễn ra chủ yếu ở các xã ven sông, vùng bãi bồi trước là đất trống nay được người dân cải tạo và chuyển sang trồng các loại hoa màu.
Các xã của huyện Đơng Anh có cơ cấu các loại đất không đồng đều. Và sự biến đổi về cơ cấu các loại đất này từ năm 1993-2011 cũng khác nhau. Từ năm 1993 đến năm 2011, hầu hết các xã trong toàn huyện có xu hướng diện tích đất nơng nghiệp giảm đi và diện tích dân cư tăng lên. Trong giai đoạn 1993-1999, tất cả các xã của huyện Đơng Anh đều có diện tích đất nơng nghiệp trên 50% so với tổng diện tích tự nhiên của xã. Tuy nhiên, từ giai đoạn từ năm 2005 đến nay, diện tích đất nơng nghiệp của các xã đều giảm rất mạnh, đặc biệt là trung tâm huyện Đơng Anh diện tích đất nơng nghiệp năm 1993 chiếm 84,6 % nhưng đến năm 2011 chỉ còn 17,27 % diện tích tự nhiên và xã Võng La diện tích này chỉ còn 30 % năm 2011 tổng diện tích tồn xã do xây dựng khu công nghiệp Bắc Thăng Long. Giai đoạn 1999-2005, một số xã ở ven sông: Đại Mạch, Võng La và Vĩnh Ngọc có diện tích đất nơng nghiệp tăng lên do người dân cải tạo phần đất trống là bãi bồi để chuyển sang trồng hoa màu.
Hình 3.2: Cơ cấu các loại đất huyện Đông Anh theo xã năm 2011
Những năm gần đây nhà nước có quyết định thu hồi đất nông nghiệp để thực hiện các dự án đầu tư trên toàn huyện như: xây dựng các khu công nghiệp Bắc Thăng Long, khu công nghiệp vừa và nhỏ Nguyên Khê, khu sản xuất tiểu thủ công nghiệp xã Liên Hà, và các khu đô thị mới ở các xã Uy Nỗ, xã Tiên Dương. Vì vậy mà diện tích đất nơng nghiệp của các xã có xu thế giảm mạnh. Năm 1993, toàn huyện có 21/24 xã và thị trấn có diện tích đất nơng nghiệp chiếm trên 60%. Tuy nhiên, đến năm 2011, chỉ cịn 17/24 xã có diên tích đất nơng nghiệp trên 60%.
Đất dân cư trong từng xã tăng nhanh trong giai đoạn 1993-2011, thị trấn Đơng Anh có tốc độ tăng nhanh nhất: 17,79 ha/năm, tiếp đến là hai xã Võng La và Kim Chung: 13,5 ha/năm do có khu cơng nghiệp Bắc Thăng Long xây dựng trên hai xã này. Năm 1993, chỉ có 4 xã có diện tích dân cư trên 10% tổng diện tích tự nhiên tồn xã, nhưng đến năm 1999 tăng lên 17 xã có diện tích dân cư trên 10%. Từ sau năm 2005, khi q trình đơ thị hóa được thúc đẩy mạnh thì phần đất dân cư tăng nhanh hơn rất nhiều, hầu hết các xã đều có diện tích dân cư trên 10% diện tích đất
tự nhiên tồn xã và có tới 6/24 xã có phần đất này trên 20%. Và đến năm 2011, thì tất cả các xã trong huyện Đơng Anh đều có diện tích đất dân cư chiếm trên 20% tổng diện tích tự nhiên của xã, trong đó thị trấn Đơng Anh có diện tích này chiếm 78,3%.
Bảng 3.2: Thay đổi diện tích đất dân cư và đất nông nghiệp theo xã Đơn vị: ha
TT Xã Đất dân cƣ Đất nông nghiệp
1993 1999 2005 2011 1993 1999 2005 2011 1 Nam Hồng 70,83 104,85 120,87 204,17 792,72 756,27 701,73 672,36 2 Đại Mạch 51,39 76,41 82,71 160,45 468,72 603,36 518,13 463,37 3 Võng La 35,55 85,86 174,06 280,29 364,32 442,8 264,24 208,5 4 Kim Chung 44,64 163,53 188,01 295,35 675,45 570,06 519,03 436,31 5 Hải Bối 38,25 80,55 153,9 254,95 523,08 487,35 329,4 319,97 6 Kim Nỗ 64,89 97,47 171,18 224,01 511,74 478,62 350,37 341,56 7 Vân Nội 73,62 116,37 100,8 189,61 514,98 480,33 450,09 400,75