Phân bố hàm lượng chất rắn lở lửng (TSS) tỉnh An Giang sử dụng ảnh viễn thám sentinel 2A

- Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số 1A DOI:10.22144/ctu.jvn.2021.001 PHÂN BỐ HÀM LƯỢNG CHẤT RẮN LỞ LỬNG (TSS) TỈNH AN GIANG SỬ DỤNG ẢNH VIỄN THÁM SENTINEL 2A Nguyễn Thị Hồng Điệp1, Trần Thanh Giám2, Trần Sỹ Nam1, Trần Bá Linh3, Đinh Thị Cẩm Nhung4, Nguyễn Hồ5 và Phạm Duy Tiễn6 1 Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ 2 Sinh viên ngành Quản lý đất đai khóa 42, Trường Đại học Cần Thơ 3 Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ 4 Học viên Cao học ngành Quản lý đất đai khóa 26, Trường Đại học Cần Thơ 5 Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, Trường Đại học Đồng Tháp 6 Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học An Giang *Người chịu trách nhiệm về bài viết: Nguyễn Thị Hồng Điệp (email: [email protected]) ABSTRACT Thông tin chung: Suspended sediments (alluvium) play a significant role in the supply of nutrients and Ngày nhận bài agricultural production in the ecosystem of the Mekong Delta.
- A regression analysis Ngày nhận bài sửa between the Normalized Suspended Material Index (NSMI) and the actual sediment Ngày duyệt đăng deposition were applied to create the spatial distribution of the suspended sediment concentration.
- The coefficient R2 reached 0.92 in the collecting data on October 18th, Title: 2019.
- The range of total suspended sediment concentration was determined by applying Total Suspended Solids Sentinel 2A image in An Giang province ranged from 0 to 100 mg/l.
- The concentration of Mapping in An Giang total suspended solids (TSS) mainly tended to distribute in the flooded area, in the province using Sentinel 2A upstream and downstream along Hau river in An Giang province.
- The study result showed imagery that Sentinel 2A data has the ability to develop a spatial suspended sediment map in surface water (alluvium matter) in 2019 with high significant statistics.
- This result can be foundation for the research related to the concentration of total suspended solids changes, Từ khóa: alluvium soil and fertile alluvium in the rivers especilly in coastal estuarine, Vietnam.
- Ảnh viễn thám Sentinel 2, giá TÓM TẮT trị chỉ số vật chất lơ lửng (NSMI), hàm lượng tổng chất Trầm tích lơ lửng (phù sa) đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp nguồn dinh rắn lơ lửng (TSS), tỉnh An dưỡng, có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất nông nghiệp và cả hệ sinh thái vùng Đồng bằng sông Cửu long (ĐBSCL).
- Nghiên cứu đã sử dụng phương pháp hồi quy tương quan giữa Giang giá trị chỉ số vật chất lơ lửng (Normalized Suspended Material Index) trên ảnh và lượng phù sa thực tế để thành lập bản đồ phân bố phân bố không gian hàm lượng tổng chất rắn Keywords: lơ lửng trong nước mặt (phù sa).
- Kết quả xác định hệ số R2 trong các hàm hồi quy này An Giang province, đạt 0,868 cho đợt quan trắc ngày 18/10/2019.
- Kết quả xác định hàm lượng tổng chất rắn Normalized Suspended lơ lửng từ ảnh Sentinel 2A tỉnh An Giang có giá trị dao động trong khoảng từ 0-100mg/l.
- Material Index (NSMI), Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng tập trung chủ yếu trên các cánh đồng ngập nước, vùng Sentinel 2A image data, total thượng nguồn và cuối nguồn dọc theo tuyến sông Hậu thuộc tỉnh An Giang.
- Kết quả suspended solids (TSS) nghiên cứu cho thấy dữ liệu ảnh Sentinel 2 có khả năng hỗ trợ xây dựng bản đồ phân bố hàm lượng chất lơ lửng nước mặt cụ thể năm 2019 với độ tin cậy cao.
- Kết quả này là tiền đề cho các đề tài nghiên cứu có liên quan đến tăng giảm hàm lượng phù sa hay chất lượng phù sa vùng ĐBSCL đặc biệt là các vùng cửa sông tại Việt Nam.
- 1 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số 1A tác động kinh tế, xã hội và môi trường làm mất đi 1.
- MỞ ĐẦU một lượng phân bón thiên nhiên cho sản xuất nông Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) là một thông số nghiệp cả vùng châu thổ.
- Việc vận chuyển và tích khả năng xói lở bờ, lòng sông ở các phần sông hạ tụ các chất dạng hạt lơ lửng (SPM) có ảnh hưởng lưu gây mất đất, bất ổn cho cuộc sống của nhiều trực tiếp và gián tiếp đến các hệ sinh thái dưới nước cộng đồng dân cư, kể cả phá hủy các công trình hạ và các hoạt động của con người (Gernez et al., tầng cơ sở lớn nằm ven bờ (Lê Văn Năm, 2016).
- Viễn thám đã được sử dụng rộng rãi để ước Phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám có ưu tính và lập bản đồ độ đục và chất rắn lở lửng (SSC) điểm là có thể cung cấp thông tin về phân bố không ở các vùng nước ven biển và nội địa.
- Có một vài gian của nồng độ phù sa lơ lửng ở phạm vi rộng lớn.
- nghiên cứu tập trung vào việc ước tính SSC ở các Sự kết hợp khác nhau của các kênh phổ ở dải sóng vùng nước sông bằng cách sử dụng ảnh vệ tinh nhìn thấy và cận hồng ngoại đã được nghiên cứu và MODIS (Wang et al., 2010: Villar et al., 2013: đề xuất như là chỉ số để tính toán hàm lượng phù sa Mangiarotti et al., 2013) tuy nhiên do độ phân giải lơ lửng ven biển, cửa sông, đầm phá (Lê Mạnh Hùng không gian thô của dữ liệu so với kích thước của và ctv., 2013).
- Nghiên cứu được thực hiện với mục đoạn sông.
- Dữ liệu vệ tinh Landsat cũng được sử tiêu theo dõi tình hình phân bố và ước tính toán hàm dụng để ước tính SSC trong nước sông (Wang et al, lượng tổng chất rắn lơ lửng tại tỉnh An Giang vùng 2009.
- Aranuvachapun et al., 1988.
- Mertes et al., ĐBSCL sử dụng ảnh viễn thám.
- Zhang et al., 2014.
- Montanher et al., 2014.
- TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU Pereira et al., 2018) lợi dụng độ phân giải không gian 30 m (Montanher et al., 2014) và chỉ ra rằng An Giang là một tỉnh ở miền Tây Nam Bộ, thuộc các dải quang phổ nhìn thấy và các tỷ lệ dải tần khác ĐBSCL, một phần nằm trong tứ giác Long Xuyên, nhau của ảnh Landsat có tương quan cao với SSC có biên giới Việt Nam - Campuchia ở phía Bắc Tây (Gholizadeh et al., 2016).
- sát liên tục sự biến động chất lượng nước (độ đục, Lãnh thổ của tỉnh nằm trong khoảng từ 10°12′ đến độ mặn, chất rắn lơ lửng.
- Về đơn vị hành chính: An Giang có 11 huyện, (Nguyễn Nguyên Vũ và ctv., 2018).
- Mô hình hồi thị là An Phú, Tân Châu, Châu Đốc, Châu Phú, Châu quy giám sát nồng độ phù sa được xây dựng dựa trên Thành, Phú Tân, Chợ Mới, Long Xuyên, Thoại Sơn, sự kết hợp giữa dữ liệu viễn thám và dữ liệu nồng Tri Tôn, Tịnh Biên (Hình 1).
- độ phù sa lơ lửng (SSC) thực địa và mô hình này được áp dụng để thành lập bản đồ mô phỏng nồng độ phù sa lơ lửng cho khu vực rộng lớn (Võ Thị Phương Linh và ctv., 2019).
- An Giang là một tỉnh đầu nguồn thuộc hệ thống sông Mekong vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), là một trong những tỉnh hàng đầu về sản xuất nông nghiệp của vùng, đặc biệt là sản xuất lúa và nuôi thủy sản nước ngọt.
- Năm 2018, giá trị sản xuất nông nghiệp của An Giang đạt 173 triệu đồng/ha, đứng hàng thứ 3 ở vùng ĐBSCL trong đó, sản xuất lúa là ngành nông nghiệp chính của tỉnh với diện tích tự nhiên chưa đến 9% diện tích ĐBSCL nhưng đóng góp đến 17,9% sản lượng lúa toàn vùng (Cục Thống kê tỉnh An Giang, 2018).
- Tuy nhiên, trong những năm gần đây, những ảnh hưởng tiêu cực từ biến đổi khí hậu, vấn đề an ninh nguồn nước sông Mekong là những thách thức lớn đối với nền nông nghiệp tỉnh An Giang.
- Bản đồ hành chính tỉnh An Giang trong giảm.
- Hậu quả của việc suy giảm này tạo nên nhiều vùng ĐBSCL 2 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số 1A An Giang – vùng đất đầu nguồn của ĐBSCL với 3.4.
- Khảo sát thực tế 2 nhánh sống Tiền và sông Hậu chảy qua địa phận Nghiên cứu thu thập 40 mẫu nước mặt phân tích tỉnh khoảng 100 km, mang phù sa bồi đắp nên các hàm lượng TSS, trong đó 30 mẫu được sử dụng xây cánh đồng màu mỡ, phì nhiêu, nước ngọt quanh dựng hàm hồi quy và 10 mẫu được sử dụng đánh giá năm, là điều kiện thuân lợi cho phát triển nông độ tin cậy.
- Vị trí thu mẫu được phân bố dọc theo tổng diện tích sản xuất trên 250 ngàn ha chiếm 70% nhánh sông Hậu và các cánh đồng ngập nước ngoài diện tích tự nhiên.
- Cơ cấu ngành nông nghiệp chiếm đê bao trên địa bàn tỉnh An Giang.
- Nghiên cứu thực hiện phương 3.
- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU pháp phân tích hàm lượng tổng chất rắn lở lửng theo 3.1.
- Dữ liệu TCVN ISO sử dụng giấy lọc thủy tinh.
- Thu thập ảnh viễn thám (Sentinel 2) từ trang wed https://scihub.copernicus.eu/ vào ngày gồm 2 cảnh ảnh với độ phân giải không gian 10 m.
- Thu thập số liệu sơ cấp: nghiên cứu tiến hành thu mẫu nước phân tích hàm lượng tổng chất rắn lở lửng (TSS) cùng thời điểm thu thập ảnh ngày .
- Thu thập bản đồ ranh giới hành chính tỉnh An Giang, ĐBSCL (Cổng thông tin điện tử tỉnh An Giang, 2019) 3.2.
- Tiền xử lý ảnh  Ghép ảnh: sử dụng công cụ Mosaic to New Raster trong ArcGIS ghép nhiều cảnh ảnh bao phủ khu vực nghiên cứu tỉnh An Giang.
- Vị trí thu mẫu khu vực nghiên cứu  Cắt ảnh: giới hạn vùng nghiên cứu chỉ là khu 3.5.
- Ước tính giá trị chỉ số vật chất lơ lửng vực sông Hậu, sử dụng ranh giới khu vực sông Hậu (NSMI - Normalized Suspended Material Index) để xây dựng mặt nạ cắt ảnh, thực hiện bằng chức Theo Arisanty (2017), sử dụng chỉ số vật chất lơ năng Clip trên phần mềm ArcGIS.
- Hiệu chỉnh khí quyển để ước tính hàm lượng chất lơ lửng.
- Chỉ số này được Việc hiệu chỉnh được thực hiện để giảm ảnh tính toán dựa trên phản xạ phổ tại các kênh trong dải hưởng do điều kiện khí quyển gây nên đó là quá sóng nhìn thấy, bao gồm kênh xanh lam (blue), xanh trình chuyển đổi giá trị số thành giá trị phản xạ lục (green) và đỏ (red).
- Chỉ số NSMI được xác định (ToA).
- Phân tích tương quan giữa hàm lượng 2 chiều (Gordon, H.R, 1994).
- Hiệu chỉnh khí quyển TSS và NSMI bằng công cụ Semi-Automatic Classifcation Plugin Giá trị chỉ số NSMI xác định từ ảnh vệ tinh trên Qgis 2.18 Sentinel 2A và hàm lượng tổng chất lơ lửng tại các trạm quan trắc và các điểm lấy mẫu chất lượng nước được sử dụng để xây dựng hàm hồi quy nhằm thể 3 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số 1A hiện mối quan hệ giữa chỉ số NSMI và hàm lượng 4.2.
- Xây dựng hàm hồi quy tương quan sử TSS.
- Phương trình hồi quy được xây dựng gồm hồi dụng các giá trị TSS và các giá trị ảnh chỉ số quy tuyến tính (linear) và hồi quy phi tuyến tính NSMI (non-linear) gồm hàm mũ, hàm logarit và hàm đa Nghiên cứu xây dựng các phương trình hồi quy thức và hệ số xác định R2.
- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN hàm đa thức bậc 2, với 30 cặp điểm tương ứng giữa 4.1.
- Kết quả tính giá trị chỉ số vật chất lơ lửng giá trị ảnh chỉ số và giá trị TSS thực tế, từ đó tìm ra (NSMI) phương trình phù hợp nhằm xác định hàm lượng vật chất lơ lửng trên ảnh chỉ số NSMI.
- Kết quả các hàm NSMI được ước tính dựa trên phản xạ phổ tại hồi quy được trình bày ở Bảng 1.
- Hàm hồi quy thể hiện mối tương quan ảnh.
- Kết quả giá trị NSMI dao động trong khoảng từ giữa chỉ số NSMI và hàm lượng TSS - 0.25 đến + 0.84.
- Giá trị thấp tương ứng với nước Dạng hàm hồi quy Phương trình R2 trong (chỉ số cho giá trị âm biểu thị màu tối trên Tuyến tính Y=286.17x ảnh).
- Giá trị cao hơn tương ứng với nước đục có Đa thức bậc 2 Y=637.07x2- 0,9245 nhiều chất rắn lơ lửng (TSS) thể hiện màu sáng trên 183.96x+27.52 ảnh chỉ (Hình 3).
- Logarith Y=92.351ln(x Hàm mũ Y=355.04x Kết quả Bảng 2 và Hình 3 cho thấy phương trình hồi quy tuyến tính được lựa chọn có hệ số xác định R2 = 0,868 và phù hợp với phân bố giá trị chỉ số vật chất lơ lửng NSMI dao động từ -0,25 đến 0,84.
- Phương trình hồi quy tuyến tính được sử dụng để dự đoán giá trị của biến TSS (biến phụ thuộc) dựa vào các giá trị của biến NSMI (biến độc lập) cho thấy biến chỉ số NSMI phản ánh được 86,8% giá trị biến động cho biến TSS.
- Phương trình hồi quy tuyến tính với các thông số mô hình được trình bày trên Hình 4.
- Ảnh chỉ số vật chất lơ lửng (NSMI) 160 140 y = 286,17x - 51,761 R Hình 4.
- Kết quả xác định hàm hồi quy tuyến tính 4 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số 1A .
- Xác định hàm lượng TSS Hàm lượng tổng chất lơ lửng trong nước mặt phân bố cao ở vùng đầu nguồn và hạ nguồn sông Hậu, dọc Hàm lượng phân bố TSS trong nước mặt tỉnh An theo tuyến sông Hậu, và TSS thấp hơn phân bố bên Giang, ĐBSCL được trình bày trong Hình 5.
- Giá trị đất liền trong vùng ngập nước do lũ và ngoài đê bao hàm lượng tổng chất lơ lửng trong nước mặt khu vực (Hình 5).
- tỉnh An Giang dao động trong khoảng 0-100 mg/l.
- Kết quả xác định hàm lượng chất lơ lửng trong nước mặt tỉnh An Giang Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng được xác định Tri Tôn chiếm 22,79%.
- kế đến là huyện Thoại Sơn ở cấp dao động từ 10-40 mg/l chiếm khoảng 74,06% và An Phú lần lượt là 13,09% và 11,46% phân bố tổng diện tích phân bố.
- Vùng phân bố ngập có hàm theo các cấp từ 0-100mg/l, các huyện còn lại có diện lượng TSS dao động từ giá trị 0-100 mg/l là huyện tích phân bố TSS dưới 10% (Bảng 3).
- Diện tích TSS phân bố trên các huyện khu vực nghiên cứu Diện tích (ha) hàm lượng chất lơ lững TSS Diện tích Thành/huyện/thị phân bố theo cấp độ (mg/l) Tỷ lệ.
- phân bố (ha Tri Tôn Tịnh Biên Châu Đốc An Phú Tân Châu Châu Phú Châu Thành Phú Tân Thoại Sơn Long Xuyên Chợ Mới Tổng Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số 1A .
- Kết quả Kết quả kiểm định mô hình hồi quy ở Hình 7 cho cho thấy kiểm định mô hình có độ tin cậy với tương thấy sự tương quan giữa hàm lượng TSS thực đo và quan thuận 0,97, hệ số xác định R2 cao với 86,8% TSS ảnh.
- Mô hình hồi quy phù hợp với hệ số tương giá trị biến động.
- Kết quả tương quan giữa hàm lượng TSS thực đo và TSS ảnh (dạng đa thức) Kết quả kiểm định mô hình được trình bày ở xác định từ ảnh chỉ số NSMI và hàm lượng tại các Bảng 3 có sai số trung phương của mô hình là 6,21 điểm lấy mẫu chênh lệch cao nhất 11,8 mg/l thấp mg/l và và chênh lệch giữa giá trị hàm lượng TSS nhất 1,0 mg/l (Bảng 3).
- Hàm lượng TSS thực đo và từ ảnh vệ tinh Sentinel 2A Tọa độ Hàm lượng TSS (mg/l) Điểm quan trắc Bias RMSE Tên Kết quả đo Xác định từ mẫu X Y (mg/l) (mg/l) thực địa ảnh CT1 Vĩnh An,CT TT1 Tà Đảnh, TT TB1 Tân Lận,TB TT2 Tân tuyến,TT TT3 TT Tri Tôn, TT CT2 Vĩnh Hanh, CT CT3 Cần Đăng, CT PT1 Tân Hòa, PT CP1 CP CT4 CT Nghiên cứu này là tiền đề theo dõi hàm lượng phù 5.
- KẾT LUẬN sa trầm tích và phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng Nghiên cứu đã xác định hàm lượng tổng chất lơ trong phù sa hỗ trợ các nghiên cứu về canh tác nông lửng trong nước tỉnh An Giang thông qua giá trị ảnh nghiệp vùng ĐBSCL.
- chỉ số NSMI trên ảnh vệ tinh quang học Sentinel 2A LỜI CẢM TẠ với giá trị hàm lượng TSS trong nước mặt dao động trong khoảng 0-100 mg/l dựa trên phương trình hồi Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Dự án Nâng quy tuyến tính với hệ số xác định R2 = 0,868.
- Sự cấp Trường Đại học Cần Thơ VN14-P4 bằng nguồn phân bố hàm lượng tổng chất lơ lửng cao ở đầu và vốn vay ODA-E3 từ chính phủ Nhật Bản đã tài trợ cuối nguồn dọc sông Hậu thuộc tỉnh An Giang.
- kinh phí thực hiện hoàn thành nghiên cứu này.
- 6 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số 1A TÀI LIỆU THAM KHẢO Madeira Rivers (from in situ and MODIS Satellite Data).
- Landsat-MSS radiance as a measure of suspended sediment in the Lower Yellow River Mertes, L.
- Remote Sensing of Estimating suspended sediment concentrations in Environment .
- thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.
- Nghiên cứu tác models for estimating the suspended sediment động của các công trình thủy điện trên dòng concentration in Amazonian white water rivers chính sông Mê Công.
- Cục Thống kê tỉnh An Giang (2018).
- Niên giám thống Nguyễn Nguyên Vũ, Lê Văn Trung, Trần Thị Vân kê tỉnh An Giang.
- từ dữ liệu viễn thám kết hợp quan trắc mặt đất.
- Remote sensing studies of suspended sediment Science & Technology Development Journal: concentration variation in Barito Delta.
- A study of sediment transport in the (Take5) Experiment in the Loire and Gironde Madeira River, Brazil, using MODIS remote- Estuaries.
- Concentration and Turbidity in the Middle (2016).
- Đồng Bằng Sông Cửu Long - thám landsat ước lượng nồng độ phù sa lơ lửng Nỗi lo còn đó.
- Cần Thơ Tập 55.
- Số chuyên đề: Môi trường và Nghiên cứu giải đoán ảnh vệ tinh để lấy thông tin Biến đổi khí hậu phù sa ở ĐBSCL.
- Retrieval of suspended sediment concentrations Lê Ngọc Khả Nhi.
- Suspended sediment monitoring and Buarque, D.
- assessment for Yellow River Estuary from Discharge and suspended sediment flux estimated Landsat TM and ETM+ imagery