Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để đánh giá diễn biến lớp phủ rừng lưu vực sông Ba/Đà Rằng

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000157 370 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS ĐỂ ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN LỚP PHỦ RỪNG LƢU VỰC SÔNG BA/ĐÀ RẰNG Trương Nhật Kiều Thi 1, Phạm Thị Mai Thy 2 Trung tâm Vũ trụ Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam 1 tnkthi@vnsc.org.vn, 2 ptmthy@vnsc.org.vn TÓM TẮT Lưu vực sông Ba/Đà Rằng có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã hội của cả 3 tỉnh Phú Yên, Đắk Lắk và Gia Lai. Rừng là nguồn tài nguyên quý giá của mỗi quốc gia, có giá trị vô cùng lớn đối với đời sống và sản xuất của xã hội. Rừng giúp điều hòa khí hậu, là môi trường sống của nhiều loài động-thực vật, chống xói mòn đất, cản sức gió và ngăn cản tốc độ chảy của dòng nước, phòng chống thiên tai lũ lụt... Tuy nhiên, hiện trạng lớp phủ rừng diễn biến khá phức tạp, theo chiều hướng diện tích giảm dần theo thời gian với tốc độ không đồng đều, gây ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân. Đề tài nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám Lansat với độ phân giải 30 m giải đoạn 1970-1990, 2000, 2005, 2010, 2017, 2019 (tháng 1-4) để phân loại có giám sát nhằm đánh giá, phân tích diễn biến lớp phủ rừng. Nghiên cứu ứng dụng nền tảng trực tuyến Google Earth Engine thông qua các dòng lập trình (Code) kết hợp với công cụ GIS để xử lý hiệu chỉnh và biên tập kết quả. Các kết quả cho thấy tốc độ suy giảm diện tích rừng không đồng đều qua các giai đoạn thời gian. Cụ thể giảm mạnh nhất là từ 1989-2000, giảm gần 159.000 ha. Từ 2005-2019, tốc độ giảm chậm hơn nhưng vẫn còn khá cao. Tóm lại, diện tích lớp phủ rừng đang giảm xuống hết sức nghiêm trọng và có xu hướng sẽ còn giảm dần trong tương lai. Từ khóa: lớp phủ rừng, diện tích, sông Ba/Đà Rằng, Google Earth Engine 1. GIỚI THIỆU Tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã, đang và sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công cuộc phát triển kinh tế của mỗi quốc gia, đặc biệt là trong giai đoạn hiện nay. Nó là động lực thúc đẩy phát triển kinh tế, là đòn bẩy gia tăng tốc độ khai thác tài nguyên nhưng đồng thời cũng chính là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường sống. Việc nghiên cứu, đánh giá diễn biến lớp phủ rừng có vai trò rất quan trọng trong công tác quản lý rừng, vừa thể hiện hiện trạng độ che phủ rừng, vừa làm cơ sở để phân tích, đánh giá diễn biến độ che phủ rừng qua nhiều năm. Trong những năm gần đây, phương pháp viễn thám đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Bên cạnh đó, việc kết hợp giữa phương pháp viễn thám và phương pháp GIS đã mang lại những hiệu quả trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là tài nguyên rừng. Trước thực trạng này, đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá tác động của quá trình biến đổi khí hậu và các hoạt động kinh tế-xã hội đến môi trường lưu vực sông Ba/Đà Rằng bằng công nghệ viễn thám và GIS” được triển khai thực hiện. Sông Ba/Đà Rằng là sông lớn nhất vùng ven biển miền Trung, có chiều dài dòng chính là 374 km, bắt nguồn từ đỉnh núi Ngọc Rô cao 1.549 m của dãy Trường Sơn, chảy qua địa bàn của bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk và Phú Yên, nước sông đổ ra biển Đông theo cửa sông Đà Rằng thuộc tỉnh Phú Yên. Phạm vi lưu vực sông Ba/Đà Rằng nằm ở 12º35’ đến 14º38’ vĩ độ Bắc và 108º00’ đến 109º55’ kinh độ Đông. Diện tích tự nhiên toàn lưu vực là 13.900 km2. Lưu vực sông Ba/Đà Rằng nằm trong phạm vi 20 huyện thị thuộc ba tỉnh Gia Lai, Đắk Lắk và Phú Yên. 2. PHƢƠNG PHÁP 2.1. Phƣơng pháp Viễn thám Google Earth Engine là công cụ rất mạnh trong phân tích dữ liệu ảnh và lưu trữ rất nhiều danh mục dữ liệu viễn thám sẵn có. Vì vậy chỉ cần đưa dữ liệu ranh giới vào Google Earth Engine, nó sẽ Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 371 tự động thu thập ảnh, cắt và ghép ảnh. Các dữ liệu Landsat được thu thập trên Google Earth Engine đã được đồng bộ nên cũng không cần nắn chỉnh hình học. Đề tài nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám Lansat với độ phân giải 30 m giai đoạn 1970-1990, 2000, 2005, 2010, 2017, 2019 (tháng 1-4). Việc phân loại các lớp thực phủ dựa trên bộ mẫu phân loại ảnh được xây dựng trên kết quả khảo sát thực địa và ma trận sai số (Confusion matrix). Các mẫu phân loại đất được phân bố đều khắp lưu vực sông Ba. Có 2 loại mẫu: mẫu điểm (mỗi điểm tương ứng 1 pixel) và mẫu vùng (vùng được vẽ bằng polygon). 2.2. Phƣơng pháp Hệ thông tin địa lý Sau khi đã phân loại xong, kết quả phân loại sẽ được xuất từ Google Earth Engine sang phần mềm GIS để xử lý hiệu chỉnh và biên tập kết quả. 2.3. Phƣơng pháp tổng hợp và xử lý thông tin Phương pháp này được vận dụng để phân tích, tổng hợp và xử lý các tài liệu thu thập được để thấy được hiện trạng lớp phủ rừng trên khu vực nghiên cứu. 2.4. Phƣơng pháp khảo sát thực địa Công tác này giúp quan sát tình hình thực tế, có cái nhìn khách quan khi tiến hành nghiên cứu. Cụ thể, đề tài đã tổ chức nhiều đợt đi khảo sát thực địa phân bố khắp lưu vực sông Ba/Đà Rằng. Thu thập thông tin về lớp phủ rừnglấy mẫu kiểm chứng, ghi tọa độ vị trí mẫu bằng máy thu GPS cầm tay, chụp hình dọc tuyến di chuyển nhằm giải đoán, đánh giá độ chính xác và hiệu chỉnh kết quả phân loại ảnh vệ tinh cho khu vực nghiên cứu. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả thành lập bản đồ lớp phủ rừng lƣu vực sông Ba/Đà Rằng Kết quả được thể hiện trên hình3.1 .Màu xanh là lớp phủ rừng, màu vàng là các loại đất khác như nông nghiệp, đô thị, sông, hồ, 3.2. Đánh giá, phân tích diễn biến lớp phủ rừng lƣu vực sông Ba/Đà Rằng Qua hình 3.1 có thể thấy được diện tích lớp phủ rừng bị thu hẹp dần theo thời gian. Đặc biệt có sự khác biệt rất rõ giữa năm 1989 và năm 2019, diện tích rừng bị mất đi khá nhiều, nhường chỗ cho sự mở rộng của các loại đất khác. Nhìn chung, diện tích lớp phủ rừng và đất khác có sự biến động mạnh. Ở phía thượng nguồn tỉnh Gia Lai, đoạn trung lưu sông Ba và hạ lưu tỉnh Phú Yên và có sự biến động diện tích đất khá rõ rệt, lớp phủ rừng bị thu hẹp còn đất khác thì được mở rộng. Qua các số liệu thống kê bảng 3.1, từ năm 1989 đến 2019 diện tích lớp phủ rừng giảm hơn 1,5 lần, từ 695.089 ha giảm còn 388.635 ha; đất khác tăng gần 1,5 lần, từ 637.558 ha lên 944.012 ha. Tốc độ suy giảm diện tích rừng cũng không đồng đều qua các giai đoạn thời gian. Cụ thể giảm mạnh nhất là từ 1989-2000, giảm gần 159.000 ha. Từ 2005-2019, tốc độ giảm chậm hơn nhưng vẫn còn khá cao. Tóm lại, diện tích lớp phủ rừng đang giảm xuống hết sức nghiêm trọng và có xu hướng sẽ còn giảm dần trong tương lai. Bảng 3.1. Biến động diện tích đất sau phân loại lưu vực sông Ba/Đà Rằng Đơn vị: hecta (ha) Năm Loại đất 1989 2000 2005 2010 2017 2019 Đất rừng 695.089 536.268 547.543 525.585 451.598 388.635 Đất khác 637.558 796.379 785.104 807.062 881.049 944.012 Tổng diện tích 1.332.647 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 372 Hình 3.1. Bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng lưu vực sông Ba/Đà Rằng giai đoạn 1989-2019 Nguyên nhân là do quá trình biến đổi khí hậu dẫn đến cháy rừng hàng loạt trên diện rộng, nhưng chủ yếu nhất vẫn là do các tác động của con người: chặt phá rừng vì thu lợi cá nhân, phá rừng để xây nhà, công trình thủy điện, đường giao thông, chuyển hóa từ sản xuất lâm nghiệp sang nông nghiệp Mặc dù cũng có nhiều dự án phát triển rừng nhưng vẫn không thể khôi phục kịp tốc độ suy thoái rừng như hiện nay. 3.3. Đánh giá độ chính xác Đánh giá độ chính xác kết quả phân loại ảnh vệ tinh sau khi phân loại thực phủ được sử dụng theo cách tính toán độ chính xác toàn cục. Các tham số đánh giá này dựa trên phương pháp tính toán từ bảng ma trận sai số (Confusion matrix). Năm 1989 Năm 2000 Năm 2005 Năm 2010 Năm 2017 Năm 2019 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 373 Năm 1989 2000 2005 2010 2017 2019 Độ chính xác toàn cục 0,985 0,976 0,969 0,964 0,940 0,934 Độ chính xác toàn cục của các phân loại đất khá cao. Như vậy, kết quả giải đoán lớp phủ rừng bằng công cụ Google Earth Engine có thể tin cậy được. 4. KẾT LUẬN Dưới tác động của con người cũng như quá trình biến đổi khí hậu, hiện trạng môi trường của lưu vực sông Ba diễn biến phức tạp. Diện tích lớp phủ rừng ngày càng giảm đi, thay vào đó là sự mở rộng của các loại đất khác như đất nông nghiệp, sông hồ cũng ngày càng mở rộng do các đập thủy điện của con người gây ra, kèm theo đó là sự biến động của đất đô thị, xây dựng. Qua đó thấy được hiệu quả khi sử dụng Google Earth Engine để xử lý dữ liệu ảnh, làm tiền đề để phát triển nghiên cứu này sâu hơn hoặc triển khai các nghiên cứu khác. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đề án điều tra, đánh giá diễn biến lòng dẫn, xây dựng mạng quan trắc, giám sát tài nguyên nước phục vụ xây dựng và thực hiện Quy trình vận hành liên hồ chứa trên các lưu vực sông. Link truy cập: [2]. Introduction. Google Earth Engine. Link truy cập: https://developers.google.com/earth-engine [3]. Trần Thái Bình, 2018. Nghiên cứu xây dựng Hệ thống tích hợp viễn thám, GIS và mô hình tính toán trong đánh giá biến đổi khí hậu khu vực phía Nam Việt Nam. Viện Địa lý Tài nguyên TP. HCM. APPLICATION OF REMOTE SENSING AND GIS TO ASSESS OF THE CHANGE OF FOREST COVER IN THE BA/DA RANG RIVER BASIN Truong Nhat Kieu Thi 1 , Pham Thi Mai Thy 2 Viet Nam National Space Center, Vietnam Academy of Science and Technology 1 tnkthi@vnsc.org.vn, 2 ptmthy@vnsc.org.vn ABSTRACT The Ba/Da Rang river basin has important implications for the socio-economic development of all 3 provinces of Phu Yen, Dak Lak and Gia Lai. Forests are a valuable resource of each nation, having great value to the life and production of society. Forests regulate the climate, which is the habitat of many species of plants and animals, prevent soil erosion, prevent wind and prevent the flow of water, prevent floods, etc.. However, the current status of forest cover has been complicated, in the direction that the area has gradually decreased over time with uneven speed, affecting the lives of civilization. Research project using Lansat remote sensing images with a resolution of 30 m in the period of 1970-1990, 2000, 2005, 2010, 2017, 2019 (January-April) for supervised classification to evaluate and analyze the change of forest cover. Researching the application of online platform Google Earth Engine through programming lines (Code) in combination with GIS tool to process editing results. The results show that the rate of forest area decline is uneven over time periods. The most specific reduction was from 1989-2000, down nearly 159,000 hectares. From 2005-2019, the pace of decline was slower but still quite high. In summary, the area of forest cover is decreasing very seriously and tends to decrease gradually in the future. Key words: forest cover, area, the Ba/Da Rang river basin, Google Earth Engine