- MÔ PHỎNG SỰ THAY ĐỔI DIỆN TÍCH ĐẤT LÚA DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA HẠN, MẶN - TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU Ở TỈNH SÓC TRĂNG. - Hạn và xâm nhập mặn, mô phỏng đất lúa, mô hình đa tác tử, xây dựng bản đồ đất lúa Keywords:. - Bài viết nhằm phân tích sự thay đổi diện tích canh tác lúa trong mùa khô bằng phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh Landsat 8 dựa trên cây quyết định, chỉ số NDVI và lập mô hình mô phỏng sự thay đổi diện tích đất lúa dưới tác động của hạn, mặn. - Kết quả đã thành lập được bản đồ diện tích canh tác lúa mùa khô năm 2014 và 2016 của tỉnh Sóc Trăng tương ứng với thời điểm trước và trong khi xảy ra hạn, mặn. - Tiếp theo, mô hình mô phỏng sự ảnh hưởng của hạn, mặn đến đất lúa dựa trên dữ liệu lượng mưa, sự xâm nhập mặn trong các vùng thủy lợi được xây dựng. - Từ mô hình được xây dựng, kết quả mô phỏng diện tích lúa năm 2016 trong điều kiện hạn, mặn được so sánh với bản đồ đất lúa năm 2016 đã giải đoán với chỉ số Kappa là 0,88. - Mô phỏng sự thay đổi diện tích đất lúa dưới tác động của hạn, mặn - Trường hợp nghiên cứu ở tỉnh Sóc Trăng. - Theo thống kê của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Sóc Trăng (2016), trong 6 tháng đầu năm 2016 diện tích lúa bị thiệt hại do hạn, mặn của tỉnh. - Để giải quyết vấn đề dự báo sự thay đổi sử dụng đất nông nghiệp, nhiều nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh và phương pháp mô hình hóa Markov-Cellular Automata để dự báo sự thay đổi diện tích các kiểu sử dụng đất (Wang et al., 2012. - Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm phân tích sự thay đổi diện tích canh tác đất lúa trong các tháng mùa khô và xây dựng mô hình mô phỏng sự ảnh hưởng của hạn mặn đến diện tích canh tác lúa.. - Hình 1: Bản đồ khu vực nghiên cứu thuộc tỉnh Sóc Trăng 2.2 Phương pháp thu thập dữ liệu. - Bản đồ phân vùng thủy lợi tỉnh Sóc Trăng của Chi cục Thủy Lợi Sóc Trăng, bản đồ dự báo mặn của ĐBSCL năm 2016 của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (2016) cũng được thu thập làm dữ liệu đầu vào cho mô hình mô phỏng.. - 2.3 Phương pháp xây dựng bản đồ đất lúa mùa khô. - Bản đồ phân loại được xử lý trên GIS, theo đó bản đồ đất trồng cây hàng năm từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2014 của tỉnh Sóc Trăng được sử dụng để loại bỏ phần diện tích trồng rau màu ở những khu vực có diện tích rau màu lớn.. - Để mô phỏng sự ảnh hưởng của đất lúa dưới tác động của hạn mặn, mô hình mô phỏng được xây dựng theo phương pháp mô hình đa tác tử (Drogoul et al., 2002). - Mô hình mô phỏng diện tích lúa dưới ảnh hưởng của hạn mặn được xây dựng bằng phương pháp mô hình hóa đa tác tử. - Mục tiêu của mô hình là mô phỏng để giải thích sự ảnh hưởng của các yếu tố hạn, mặn đến diện tích canh tác lúa của tỉnh Sóc Trăng trong mùa khô. - Trong đó, bản đồ vùng canh tác lúa cần mô phỏng được chia thành các ô lưới được đặt tên là cell_lua. - Thuộc tính của vùng thủy lợi gồm có tên vùng, tỷ lệ diện tích lúa bị giảm trong năm 2016 so với năm 2014 gọi là tỷ lệ ảnh hưởng.. - Vùng thủy lợi được liên kết với trạm quan trắc độ mặn, được cung cấp giá trị độ mặn cao nhất theo tháng, theo thời gian mô phỏng. - Ở mỗi bước lặp, thời gian mô phỏng được xác định là 1 tuần.. - Dữ liệu đầu vào cho mô phỏng là bản đồ đất lúa tổng hợp của năm 2014 và 2016. - Lý do sử dụng bản đồ đầu vào mô phỏng là bản đồ tổng hợp của 2 năm nhằm đánh giá xem trong cùng thời điểm giữa 2 năm, diện tích lúa khi bị tác động của hạn mặn sẽ thay đổi như thế nào.. - Phương pháp mô phỏng sự ảnh hưởng của hạn mặn đến canh tác lúa. - Khởi tạo mô phỏng: Đây là giai đoạn nạp dữ liệu liên quan đến mô phỏng. - Giai đoạn mô phỏng: Sau khi mô hình đã nạp dữ liệu, vòng lặp mô phỏng bắt đầu thực hiện lặp lại. - Nếu điều kiện thỏa mãn, cell có khả năng xảy ra thiệt hại, khi đó hàm xác suất flip (tỷ_lệ_thiệt_hại) được gọi với tham số tỷ_lệ_thiệt_hại được thống kê từ phần trăm diện tích lúa giảm ở năm 2016 so với 2014 trong từng vùng thủy lợi. - Bên cạnh đó, bản đồ so sánh kết quả mô phỏng và bản đồ lúa năm quan sát 2016 được chồng lớp trên GAMA để xác định các cell mô phỏng với cell quan sát. - quả mô phỏng. - Bộ tham số nào khi sử dụng cho được tổng diện tích đất lúa mô phỏng càng gần với tổng diện tích đất lúa thực tế của năm 2016 sẽ được chọn làm bộ tham số mặc định của mô hình.. - Kết quả mô phỏng được đánh giá về mặt không gian bằng hệ số Kappa (Cohen, 1960) bằng cách so sánh từng pixel đất có lúa và không lúa thu được từ kết quả mô phỏng với bản đồ đất lúa mùa khô năm 2016. - Kết quả Kappa = 1 trong trường hợp kết quả mô phỏng trùng khớp với kết quả thực tế về mặt phân bố không gian.. - Do mô hình sử dụng yếu tố xác suất, để tăng độ tin cậy của kết quả mô hình, mô phỏng được thực hiện lặp lại 100 lần. - Giá trị Kappa của 100 lần mô phỏng lặp lại được tính trung bình và độ lệch chuẩn.. - Trong đó diện tích vụ Đông Xuân tương đối ổn định trong khi vụ Hè Thu diện tích thay đổi nhiều do ảnh hưởng của hạn và mặn. - Bảng 1 cho thấy diện tích canh tác lúa Hè Thu ở năm 2016 so với 2014 có thay đổi mạnh. - Cụ thể diện tích lúa ở huyện Long Phú giảm mạnh với 5.221 ha, huyện Trần Đề giảm 112 ha. - Các huyện khác diện tích lúa Hè Thu 2016 tăng nhẹ so với năm 2014, diện tích lúa Hè Thu ở huyện Châu Thành năm 2016 là 27.481 ha, tăng 403 ha. - Riêng huyện Châu Thành diện tích Hè Thu năm 2016 tăng 3.413 ha so với cùng kỳ năm 2014.. - Mặc dù ở một số huyện diện tích tăng nhẹ nhưng sản lượng lúa Hè Thu năm 2016 lại giảm.. - Bảng 1: Diện tích lúa Hè Thu ở các huyện thuộc tỉnh Sóc Trăng. - Huyện Diện tích lúa Hè Thu (ha). - Tổng diện tích . - Trạm Ngã Năm nằm xa biển Đông (cách biển 54 km) nhưng trong thời gian qua chịu ảnh hưởng bởi sự quản lý nước của tỉnh Bạc Liêu khi tỉnh Bạc Liêu lấy nước mặn để phục vụ nuôi thủy sản làm ảnh hưởng đến diện tích lúa của tỉnh Sóc. - Bản đồ xâm nhập mặn và bản đồ phân vùng thủy lợi. - Dung có diện tích lúa rất thấp. - Bản đồ cho thấy sự ảnh hưởng của mặn lên các vùng thủy lợi, các vùng có canh tác lúa trong mùa khô. - 3.2 Xây dựng bản đồ canh tác lúa tỉnh Sóc Trăng mùa khô. - Để đánh giá sự ảnh hưởng của hạn và mặn, bản đồ canh tác lúa trong mùa khô của năm 2014 và năm 2016 đã được xây dựng. - Diện tích có NDVI cao nhất vào khoảng tháng 2 và giảm dần đến cuối tháng 4. - Do đó, diện tích lúa trong mùa khô được thực hiện bằng cách lấy diện tích lúa cao nhất trong các tháng từ tháng 1-4 bằng phương pháp tìm chỉ số NDVI cao nhất giữa các ảnh đã được thu thập ở mỗi năm như trình bày trong phần phương pháp.. - Phần diện tích rau màu dọc theo đường đi có diện tích nhỏ được lọc bỏ bằng phương pháp chồng lớp bản đồ đất rau màu trích từ bản đồ hiện trạng với kết. - Tuy nhiên, có một khó khăn là diện tích rau màu phổ biến là dưới 1000 m 2 trong khi 1 pixel có độ phân giải 900 m 2 . - Việc loại trừ đất rau màu bằng phương pháp GIS trong vùng có lẫn đất lúa có thể nhầm lẫn đến đất lúa nên phần xử lý này không được thực hiện đối với các vùng có diện tích nhỏ hơn 900 m 2. - Kết quả xử lý cho được bản đồ diện tích lúa mùa khô năm 2014 (Hình 7) là ha. - Tương tự như bản đồ diện tích lúa mùa khô năm 2014, bản đồ diện tích lúa mùa khô năm 2016. - (Hình 8) đã được xây dựng với tổng diện tích vùng lúa là 113.623,16ha.. - So sánh diện tích lúa cùng thời điểm giữa hai năm cho thấy diện tích lúa năm 2016 giảm đáng kể so với năm 2014 với diện tích giảm đến 15.540,53 ha. - Sự khác biệt này do nhiều nguyên nhân, một phần diện tích bị thiệt hại theo thống kê thiệt hại của tỉnh khi lúa ở giai đoạn chưa thể hiện rõ được. - giá trị NDVI, một phần do người dân không canh tác do hạn kéo dài từ đầu năm nên diện tích canh tác lúa giảm.. - Kết quả đánh giá phân loại bản đồ đất lúa mùa khô năm 2016 cho chỉ số Kappa là 0,83.. - Hình 8: Bản đồ diện tích lúa từ tháng 1 đến tháng 4 năm 2016 3.3 Phân tích vùng ảnh hưởng của hạn,. - mặn đến diện tích canh tác lúa. - Các bản đồ diện tích lúa mùa khô năm 2014 và 2016 được chồng lớp trên vùng thủy lợi để xác định tỷ lệ giảm diện tích của năm xảy ra hạn, mặn so với năm có điều kiện bình thường. - Bảng 4 cho thấy diện tích lúa mùa khô năm 2016 giảm nhiều. - Vùng Quản Lộ - Phụng Hiệp, ở năm 2016 tổng diện tích tăng hơn so với năm 2014, tuy nhiên vùng phân bố của năm 2016 lại khác năm 2014, điều này yêu cầu cần phân tích thêm về mặt không gian.. - Bảng 4: Bảng so sánh diện tích lúa Vùng thủy lợi Lúa mùa khô. - 2016 (ha) Diện tích giảm so với. - Diện tích canh tác lúa trong năm 2016 sụt giảm khá lớn so với năm 2014 do tác động của hạn hán và xâm nhập mặn. - Xét về mặt không gian, trong mỗi vùng thủy lợi xuất hiện các tiểu vùng trong đó diện tích lúa mùa khô trên các tiểu vùng này có sự biến động qua các năm. - Kết quả tính toán diện tích thay đổi qua các tiểu vùng cho kết quả tỷ lệ diện tích lúa giảm của năm 2016 so với năm 2014 được thể hiện trên bản đồ ở Hình 9. - Diện tích lúa của vùng Long Phú-Tiếp Nhật có tỷ lệ diện tích năm 2016 giảm gần 60% so với năm 2014, khi chia thành 3 tiểu vùng, tỷ lệ giảm diện tích ở từng tiểu vùng lớn nhất. - Ở vùng Kế Sách, diện tích lúa giảm chủ yếu ở vùng giáp với vùng Long Phú- Tiếp Nhật với tỷ lệ giảm là 34%.. - Mặc dù diện tích lúa của cả vùng Quản Lộ - Phụng Hiệp tăng so với năm 2014, tuy nhiên xét về mặt. - không gian ở tiểu vùng giáp với vùng dự án Thạnh Mỹ, tỷ lệ giảm diện tích so với vùng canh tác lúa ở năm 2014 là 32%. - Trong vùng Ba Rinh – Tà Liêm, tỷ lệ giảm diện tích của tiểu vùng tiếp giáp với vùng dự án Thạnh Mỹ là 30% diện tích.. - Hình 9: Bản đồ so sánh diện tích lúa mùa khô năm 2014 và 2016 3.4 Mô phỏng sự ảnh hưởng của hạn mặn. - Kết quả mô phỏng đất lúa được thực hiện trong 12 tuần từ tuần thứ nhất của tháng 1 đến tuần thứ 12 thuộc tháng 4 năm 2016. - Kết quả mô phỏng cho giá trị tổng diện tích lúa còn lại tại thời điểm kết thúc mô phỏng là 116.178 ha so với diện tích thực. - Tổng diện tích lúa mô phỏng lệch so với diện tích lúa thực là 2.554,84 ha. - Diện tích lúa mô phỏng chi tiết cho từng vùng thủy lợi có khác nhau được thể hiện trong Bảng 5, trong đó vùng Long Phú – Tiếp Nhật, diện tích mô phỏng thấp hơn diện tích thực tế là 4.565,70 ha trong khi diện tích mô phỏng ở vùng Ba Rinh – Tà Liêm cao hơn diện tích thực tế là 4.133,92 ha.. - Bảng 5: Diện tích lúa mô phỏng tính theo từng vùng thủy lợi Vùng thủy lợi Diện tích lúa mô. - phỏng (ha) Diện tích thực tế ở năm 2016. - (ha) Diện tích sai lệch. - Xem xét kết quả về mặt không gian, bản đồ mô phỏng diện tích lúa năm 2016 (Hình 10a) được so sánh về vị trí với bản đồ thực tế. - Từ Hình 10b ta thấy phần cell màu đen khá nhiều thể hiện diện tích mô phỏng bị sai lệch. - Theo bản đồ mặn thì các huyện Long Phú, Trần Đề (thuộc vùng Long Phú - Tiếp Nhật) độ mặn rất cao ảnh hưởng lớn đến diện tích lúa, ngược lại một phần của huyện Mỹ Tú thuộc vùng Ba Rinh- Tà Liêm mức độ ảnh hưởng thấp hơn do lấy dữ liệu độ mặn từ trạm đo mặn của TP. - Kết quả mô phỏng của mô hình được đánh giá về mặt không gian bằng chỉ số Kappa khi so sánh. - đất lúa và không lúa giữa bản đồ mô phỏng với bản đồ diện tích lúa thực tế ở cùng thời điểm năm 2016. - hiện mô phỏng lặp lại 100 lần cho kết quả là 0,88 với độ lệch chuẩn 0,004.. - Hình 10: Kết quả mô phỏng: a) Bản đồ mô phỏng diện tích canh tác lúa trong mùa khô năm 2016. - b) Bản đồ sai lệch giữa mô phỏng và thực tế. - Về mặt ứng dụng mô hình, khi có dự báo lượng mưa và xâm nhập mặn trên các điểm quan trắc, mô hình này cho phép mô phỏng sự ảnh hưởng của hạn, mặn đến diện tích canh tác lúa. - Kết quả mô phỏng đã chỉ ra vùng bị ảnh hưởng nhiều của hạn mặn trong điều kiện cơ sở hạ tầng thủy lợi hiện nay.. - Điểm hạn chế của nghiên cứu này là việc mô phỏng ngập mặn phụ thuộc vào kết quả của mô hình ngập mặn có sẵn, dữ liệu mặn từ các điểm quan trắc độ mặn chưa giúp xây dựng được sự xâm nhập mặn trên địa bàn tỉnh. - Do đó, hạn chế này cần được khắc phục bằng cách kết hợp mô hình xâm nhập mặn, mô phỏng chi tiết về sinh trưởng của lúa để nâng cấp mô hình mô phỏng diện tích canh tác lúa trong điều kiện hạn, mặn được chính xác hơn.. - Kết quả đánh giá độ chính xác cho thấy mô hình bước đầu đã mô phỏng được sự ảnh hưởng của hạn, mặn đến diện tích canh tác lúa của tỉnh Sóc Trăng trong điều kiện hạn, mặn của năm 2016.. - Kết quả này là cơ sở để ứng dụng mô hình trong mô phỏng các kịch bản về hạn, mặn ảnh hưởng đến diện tích lúa của tỉnh khi xảy ra hạn, mặn trong tương lai.. - Bản đồ phân vùng thủy lợi tỉnh Sóc Trăng 2016.. - Mô hình Markov- Cellular Automata trong mô phỏng sự thay đổi sử dụng đất các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long. - Bản đồ xâm nhập mặn Đồng bằng sông Cửu Long tháng 3 năm 2016.