8. Cấu trúc luận văn
1.3. PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
1.3.2.1. Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu
Trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào, bƣớc khởi điểm là tổng hợp và phân tích tài liệu. Phƣơng pháp này giúp ngƣời nghiên cứu có sự khái quát về vấn đề nghiên cứu và khu vực nghiên cứu. Nội dung của phƣơng pháp bao gồm ba bƣớc cơ bản sau:
- Bƣớc 1: Trên cơ sở các tài liệu thu thập đƣợc, ngƣời nghiên cứu tiến hành phân loại dữ liệu để xác định các nguồn dữ liệu chính, nguồn dữ liệu bổ sung và dữ liệu hỗ trợ phục vụ nghiên cứu.
- Bƣớc 2: Điều tra khảo sát thực địa nhằm bổ sung các dữ liệu mới và cập nhật đến thời điểm nghiên cứu. Trong quá trình khảo sát thức địa, tác giả tiến hành các đo đạc và mơ tả về vị trí đƣờng bờ biển, đặc điểm địa mạo, xói lở bờ biển và hiện trạng lớp phủ thực vật… sử dụng thiết bị định vị GPS cầm tay và quan sát mô tả bằng mắt thƣờng.
- Bƣớc 3: Xử lý các kết quả khảo sát thực địa phục vụ cho quá trình nghiên cứu. Kết quả khảo sát thực địa là cơ sở để phân loại và kiểm chứng kết quả phân loại của các đối tƣợng trên ảnh viễn thám. Thêm vào đó, các điều kiện địa mạo, địa chất, điều kiện tự nhiên thu đƣợc từ nghiên cứu thực địa sẽ bổ sung cho các nguồn dữ liệu đã thu thập đƣợc nhằm cập nhật dữ liệu mới đến thời điểm nghiên cứu.
1.3.2.2. Phương pháp viễn thám
*) Phương pháp tiền xử lý ảnh viễn thám:
Trong nghiên cứu ứng dụng viễn thám, tiền xử lý ảnh vệ tinh là việc quan trọng làm cơ sở cho các q trình phân tích chun đề tiếp theo. Các bƣớc tiền xử lý ảnh bao gồm hiệu chỉnh hình học, hiệu chỉnh bức xạ, hiệu chỉnh khí quyển, cắt và
ghép ảnh khu vực nghiên cứu. Nghiên cứu sử dụng các công cụ của phần mềm ENVI 5.2 để thực hiện các bƣớc tiền xử lý ảnh. Đầu tiên, ảnh gốc thu nhận từ các giá trị cấp độ xám DN (Digital Number) đƣợc chuyển đổi về giá trị bức xạ tại đầu thu (Radiance at Sensor). Sau đó, sử dụng mơ hình hiệu chỉnh khí quyển FLAASH (ENVI’s Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes), giá trị bức xạ tại đầu thu đƣợc chuyển đổi về giá trị phản xạ ở đỉnh khí quyển TOA (Top of Atmosphere). Cuối cùng, biến đổi các giá trị phản xạ khí quyển TOA về phản xạ bề mặt Trái đất. Các bƣớc chuyển đổi cụ thể đƣợc thực hiện theo hƣớng dẫn ngƣời sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 [52] nhƣ sau:
- Hiệu chỉnh hình học nhằm loại bỏ các sai lệch về hình học và nắn chỉnh ảnh về hệ tọa độ xác định. Các ảnh vệ tinh Landsat thu nhận đều đã đƣợc hiệu chỉnh hình học (ở mức L1T) và đƣa về hệ tọa độ UTM, múi 48 sử dụng Datum WGS-84.
- Chuyển đổi giá trị pixel (DN) về giá trị bức xạ tại đầu thu (Sensor Spectral Radiance) theo công thức:
L ML*Qcal AL (1) Trong đó:
L: giá trị bức xạ phổ tại đầu thu (W/(m2* sr * µm)).
ML: hệ số đối với từng kênh ảnh cụ thể (giá trị RADIANCE_ MULT_BAND_X trong cơ sở dữ liệu ảnh LANDSAT 8, trong đó X là kênh ảnh);
AL: hệ số đối với từng kênh ảnh cụ thể (giá trị RADIANCE_
ADD_BAND_X trong cơ sở dữ liệu ảnh LANDSAT 8, trong đó X là kênh ảnh); Qcal: giá trị số của kênh ảnh (DN).
- Chuyển đổi giá trị số của kênh ảnh (DN) về giá trị phản xạ ở đỉnh khí quyển theo cơng thức sau:
ρλ = (Mρ*Qcal + Aρ)/sin() (2) Trong đó:
ρλ: phản xạ tại đỉnh khí quyển (Planetary TOA Reflectence) (thứ nguyên, không đơn vị).
Qcal: giá trị số trên ảnh (DN)
Aρ: giá trị REFLECTANE_ADD_BAND_X (X là kênh ảnh) : góc thiên đỉnh (góc cao) của mặt trời (độ)
Các giá trị ML, AL, Mρ, Aρ và đƣợc cung cấp trong file METADATA kèm theo dữ liệu ảnh.
- Chuyển đổi giá trị phản xạ tại đỉnh khí quyển về giá trị phản xạ mặt đất nhằm loại bỏ các hiệu ứng tán xạ của khí quyển. Nghiên cứu sử dụng công cụ Dark Object Subtraction, đây là phƣơng pháp hiệu chỉnh khí quyển thực nghiệm đơn giản cho hình ảnh vệ tinh có sẵn trong ENVI dựa trên giả định rằng phản xạ từ vật thể tối bao gồm một thành phần đáng kể của tán xạ khí quyển. Phép trừ đối tƣợng tối tìm kiếm mỗi băng cho giá trị pixel tối nhất, sau đó sự tán xạ đƣợc loại bỏ bằng cách trừ đi giá trị này từ mọi điểm ảnh trong mỗi kênh ảnh.
- Sau các quá trình hiệu chỉnh, các cảnh ảnh đƣợc ghép lại và cắt theo vùng nghiên cứu đã xác định.
*) Phương pháp tính chỉ số nước
Luận văn sử dụng phƣơng pháp tính chỉ số nƣớc của Feyisa, G.L và cộng sự năm 2014 [36]. Chỉ số nƣớc chỉ số tách nƣớc tự động (Automated Water Extraction Index - AWEI) đề xuất đƣợc cho là đã cải thiện độ chính xác và cung cấp một giá trị ngƣỡng ổn định đã đƣợc chứng minh tính hiệu quả so với các chỉ số khác trong nghiên cứu diễn biến đƣờng bờ từ ảnh vệ tinh Landsat. Chỉ số AWEI đƣợc tính bằng 2 cơng thức sau:
AWEInsh = 4 x (ρ band2 - ρ band5) - (0.25 x ρ band4 + 2.75 x ρ band7) (3)
AWEIsh = ρ band1 + 2.5 x ρ band2 - 1.5 x (ρ band4 + ρ band5) - (.25 x ρ band7 (4) Trong đó, ρ là giá trị phản xạ phổ của các kênh ảnh vệ tinh Landsat TM, đối với ảnh Landsat 8 OLI các kênh phổ tƣơng ứng đƣợc dùng trong công thức là các kênh 3, 6, 5 và 7. Ngƣỡng để xác định ranh giới đất và nƣớc tại giá trị AWEI = 0. AWEI > 0 là nƣớc AWEI ≤ 0 là các đối tƣợng lớp phủ khác.
Chỉ số AWEInsh đƣợc đề xuất để loại bỏ một cách hiệu quả các điểm ảnh không phải là nƣớc, bao gồm cả các bề mặt xây dựng tối ở các khu vực đô thị, công thức AWEIsh cải thiện độ chính xác hơn bằng việc loại bỏ các điểm ảnh là bóng
Tây Nam với đặc trƣng chủ yếu là thực phủ rừng, đất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Diện tích khu vực đơ thị rất ít, vì thế, nghiên cứu sử dụng cơng thức AWEInsh (cơng thức 3) để tính chỉ số nƣớc.
Ảnh chỉ số nƣớc AWEI tính đƣợc từ công thức trên cho phép xây dựng biểu đồ phân phối giá trị điểm ảnh và là cơ sở để xác định ngƣỡng để phân tích ranh giới đƣờng bờ nƣớc.
1.3.2.3. Phương pháp hệ thông tin địa lý (GIS)
Phƣơng pháp GIS đƣợc sử dụng để xây dựng và quản lý dữ liệu. GIS có khả năng lƣu trữ và xử lý một tập hợp lƣợng lớn thơng tin khơng gian và thuộc tính của nó, tập hợp thông tin từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau về nội dung, định dạng, lƣới chiếu. Bên cạnh đó phƣơng phá p GIS cho phép chồng ghép các lớp thông tin để xây dựng các bản đồ chuyên đề. Phƣơng pháp hệ thông tin địa lý đƣợc sử dụng cho q trình tính tốn các chỉ số nƣớc từ các kênh ảnh vệ tinh Landsat theo công thức (3). Sử dụng chức năng thống kê và lập biểu đồ tần suất xuất hiện các điểm ảnh có giá trị chỉ số nƣớc khác nhau để làm cơ sở phân tích ngƣỡng ranh giới đất và nƣớc. Các chức năng nội suy và vector hóa đƣợc sử dụng để xây dựng đƣờng bờ nƣớc theo ngƣỡng đã đƣợc xác định và hiệu chỉnh ảnh hƣởng của thủy triều.
Phƣơng pháp GIS cịn đƣợc sử dụng thơng qua cơng cụ Hệ thống phân tích đƣờng bờ kỹ thuật số - DSAS. Đây là một công cụ mở rộng của phần mềm ArcGIS đƣợc phát triển bởi các nhà nghiên cứu thuộc Cục Địa chất Hoa Kỳ [48]. Hệ thống phân tích đƣờng bờ kỹ thuật số cho phép ngƣời dùng tính tốn thống kê tốc độ biến động tại mọi vị trí của đƣờng bờ lịch sử. DSAS phiên bản 4.0 cho phép tính tốn tỷ lệ thay đổi đƣờng bờ bằng bốn phƣơng pháp khác nhau là tỷ lệ điểm cuối; hồi quy tuyến tính đơn giản, hồi quy tuyến tính có trọng số; và trung bình bình phƣơng tối thiểu. Các biến thống kê nhƣ sai số chuẩn, hệ số tƣơng quan và khoảng tin cậy cũng đƣợc tính cho các phƣơng pháp hồi quy tuyến tính đơn giản và có trọng số. Nội dung cơ bản của của phƣơng pháp DSAS bao gồm các bƣớc cơ bản sau:
1) Xác định các đƣờng bờ lịch sử dựa trên các bản đồ hoặc ảnh viễn thám của các thời kỳ khác nhau;
2) Xây dựng hệ thống các đƣờng cơ sở (là các đƣờng nằm song song với đƣờng bờ biển);
3) Thiết lập các mặt cắt cách đều nhau dọc theo đƣờng bờ, cắt qua các đƣờng bờ đƣợc xác định ở bƣớc 1 và vng góc với đƣờng cơ sở; và
4) Tính tốn khoảng cách biến động theo các mặt cắt và tốc độ biến động theo thời gian của các đƣờng bờ đã đƣợc xác định.
Hình 1.4. Sơ đồ mơ phỏng DSAS để tính tốn biến động đƣờng bờ biển [48] Dựa vào dữ liệu ảnh vệ tinh Lansat TM5 và Landsat 8 OLI khu vực nghiên Dựa vào dữ liệu ảnh vệ tinh Lansat TM5 và Landsat 8 OLI khu vực nghiên cứu, 4 thế hệ đƣờng bờ biển khu vực nghiên cứu tƣơng ứng các năm 2005, 2009, 2015 và 2017 đã đƣợc thiết lập. Sau đó, tiến hành tính tốn biến động đƣờng bờ biển theo chỉ tiêu độ rộng đoạn bờ bị biến động (m) và tốc độ biến động (m/năm) bằng công cụ DSAS.
1.3.2.4. Phương pháp thống kê
Nghiên cứu sử dụng các phƣơng pháp thống kê để đánh giá độ chính xác của các kết quả tính tốn đƣờng bờ so với các dữ liệu vị trí đƣờng bờ đã đƣợc xác định từ khảo sát thực địa, bao gồm:
- Sai số tuyệt đối trung bình: là trị trung bình cộng tuyệt đối các sai số thực thành phần, đƣợc xác định bởi công thức [58]:
(5)
Trong đó: là sai số tuyệt đối trung bình n là sai số thực của các thành phần
n: là số lần đo
- Sai số trung phƣơng: là căn bậc hai của trị trung bình cộng của bình phƣơng các sai số thực thành phần đƣợc xác định theo cơng thức [58]:
(6) Trong đó: m là sai số trung phƣơng
n là sai số thực của các thành phần n: là số lần đo
1.3.3. Quy trình và các bƣớc nghiên cứu
Với các phƣơng pháp nghiên cứu đã trình bày, trên cơ sở phƣơng pháp luận, quy trình và các bƣớc thực hiện nghiên cứu đƣợc thể hiện trên hình 1.5.
Hình 1.5. Sơ đồ quy trình nghiên cứu
Ảnh vệ tinh Landsat TM5 (2005, 2009), Landsat 8 OLI (2015, 2017) Tiền xử lý ảnh Tính chỉ số nƣớc AWEInsh ĐƢỜNG BỜ BIỂN CÁC THỜI KỲ Hiệu chỉnh ảnh hưởng thủy triều
ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Xác định mục tiêu, nội dung
và nhiệm vụ nghiên cứu
Dữ liệu khảo sát thực địa (vị trí 21 điểm đƣờng bờ năm 2017) Số liệu mực nƣớc thủy triều các ngày thu ảnh Phân tích ngƣỡng Đánh giá độ chính xác Đánh giá biến động (sử dụng DSAS) Phân vùng biến động (theo xu thế xói lở, bồi tụ) CÁC GIẢI PHÁP GIẢM NHẸ THIÊN TAI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG
CHƢƠNG II. ĐẶC ĐIỂM CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ BIỂN KHU VỰC DẢI VEN BIỂN TÂY NAM VIỆT NAM
2.1. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
2.1.1. Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu nằm ở phía Nam của Việt Nam với tổng độ dài đƣờng bờ biển khoảng 600 km, trong giới hạn tọa độ từ 104° 25' đến 105° 10' kinh độ đông và từ 08°30' đến 10°25' độ vĩ Bắc (hình 2.1).
Dải ven biển Tây Nam kéo dài từ thành phố Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang về phía Nam đến xã Đất Mũi, huyện Ngọc Hiển - Cà Mau, qua 7 huyện, thị ven biển tỉnh Kiên Giang bao gồm thành phố Hà Tiên, huyện Kiên Lƣơng, huyện Hòn Đất, thành phố Rạch Giá, huyện Châu Thành, huyện An Biên và huyện An Minh) và 05 huyện thuộc tỉnh Cà Mau bao gồm huyện U Minh, huyện Trần Văn Thời, huyện Phú Tân, huyện Năm Căn và huyện Ngọc Hiển. Điều kiện thuận lợi về vị trí địa lý, địa hình, cảnh quan với nhiều hệ sinh thái biển, đảo rất đặc trƣng, đã tạo ra những lợi thế và tiềm năng để phát triển kinh tế. Mặc dù vậy, khu vực dải ven biển Tây Nam thuộc hai tỉnh Kiên Giang và Cà Mau đang diễn ra sự biến động nhanh chóng của điều kiện tự nhiên, đặc biệt là quá trình biến động đƣờng bờ biển. Sự biến động này là do tác động mạnh mẽ của con ngƣời và q trình biến đổi khí hậu, làm ảnh hƣởng đến quá trình phát triển kinh tế - xã hội, trong đó liên quan đến việc quy hoạch phát triển kinh tế, xây dựng các cơng trình ven biển và phịng chống giảm nhẹ thiên tai xói lở bờ biển.
2.1.2. Đặc điểm địa chất, địa mạo
2.1.2.1. Đặc điểm địa chất
Dựa trên các tài liệu nghiên cứu của Hoàng Trọng Lập và nnk (2004); Đỗ Ngọc Quỳnh và nnk (2010); Vũ Trƣờng Sơn (2004); Hoàng Văn Thức (2002) [11,16,17,23] cho thấy điều kiện địa chất ở khu vực nghiên cứu nhƣ sau:
*) Địa tầng
Hệ Devon - Hệ Carbon thống Hạ
Hệ tầng Hịn Chơng (D-C1hc)
Hệ tầng Hịn Chơng lộ ra ven bờ biển Hà Tiên ở Hịn Chơng, núi Bãi Ớt và trên các hịn đảo nhỏ gần Hịn Chơng nhƣ Hòn Dê Nhỏ, Hòn Dê Lớn, Hòn Heo.
Hệ Permi
Hệ tầng Hà Tiên (P ht)
Đá vôi Permi lộ rải rác dọc bờ biển Hà Tiên từ Hòn Đá Dựng đến Chùa Hang.
Hệ Trias
Hệ tầng Hòn Ngang (T hng)
Hệ Neogen thống Miocen phần dƣới
Hệ tầng Ngọc Hiển (N11nh)
Hệ tầng này có phạm vi phân bố rộng ở phía nam - tây nam vùng nghiên cứu. Trong phạm vi vùng nghiên cứu, trầm tích hệ tầng này có lẽ có độ dày rất hạn chế.
Hệ Neogen thống Miocen phần giữa
Hệ tầng Đầm Dơi (N12
đd)
Trầm tích phát triển chủ yếu ở phía Nam - Tây Nam khu vực nghiên cứu. Hệ tầng Đầm Dơi đƣợc hình thành trong mơi trƣờng tam giác châu ngập nƣớc chịu ảnh hƣởng của chế độ biển nông ven bờ.
Hệ Neogen thống Miocen phần trên
Hệ tầng Minh Hải (N13
mh)
Trầm tích của hệ tầng này đƣợc thành tạo trong môi trƣờng biển nông chịu nhiều ảnh hƣởng của nguồn lục địa và phủ bất chỉnh hợp trên hệ tầng Đầm Dơi.
Hệ Neogen thống Pliocen phần trên
Hệ tầng Năm Căn (N22 nc)
Ở vùng biển nông ven bờ Tây Nam Việt Nam, trầm tích của tầng đã gặp đƣợc trong các lỗ khoan máy bãi triều và trong các mặt cắt địa chấn nông độ phân giải cao.
Hệ Đệ tứ
Địa tầng Đệ tứ đƣợc phân chia theo nguyên tắc tuổi và nguồn gốc thành tạo. Trong vùng nghiên cứu địa tầng Đệ tứ bao gồm các phân vị sau:
Thống Pleistocen
Phụ thống Pleistocen hạ (Q11
)
- Trầm tích sơng biển (amQ11).
Tầng trầm tích này chủ yếu gặp trong một số mặt cắt địa chấn nông độ phân giải cao.
- Trầm tích biển (mQ11)
Trầm tích biển Pleistocen hạ (mQ11) gặp trong các lỗ khoan bãi triều vùng Rạch Giá, Cà Mau, Sông Đốc - Năm Căn, mũi Cà Mau - Gành Hào và trên các băng địa chấn nông độ phân giải cao phần nam tây, tây nam bán đảo Cà Mau.
Phụ thống Pleistocen trung (Q12)
- Trầm tích sơng biển (amQ12)
Trầm tích sơng biển amQ12 bắt gặp trong các lỗ khoan bãi triều. Bề dày tập theo mặt cắt lỗ khoan là 30m.
- Trầm tích biển (m Q12)
Trầm tích biển Pleistocen trung gặp đƣợc trong hàng loạt các lỗ khoan bãi triều cũng nhƣ trong hàng loạt mặt cắt địa chấn nông độ phân giải cao.
Phụ thống Pleistocen thượng, phần dưới (am Q13(a))
- Trầm tích đầm lầy ven biển (mbQ13(a))
Tầng trầm tích này gặp đƣợc ở vùng biển Tây Nam mũi Cà Mau.
- Trầm tích biển (mQ13(a))
Trong vùng nghiên cứu, trầm tích biển chủ yếu gặp ở nam mũi Cà Mau.
Phụ thống Pleistocen thượng, phần trên (Q13(b))
- Trầm tích biển (m Q13(b))
Các thành tạo trầm tích biển Pleistocen thƣợng phần trên gặp rất phổ biến trên đáy biển (l0-30m nƣớc) thông qua các cột ống phóng thuộc các vùng ngồi khơi sơng Đốc, Nam Du - Thổ Chu, Rạch Giá, Hịn Chơng.
Thống Holocen
Phụ thống Holocen hạ - trung (Q21-2)
- Trầm tích sơng (aQ21-2)
Đây là tầng trầm tích phân bố hạn chế, chỉ gặp trong một số ít mặt cắt địa