- SỬ DỤNG ẢNH VIỄN THÁM GIÁM SÁT LŨ VÀ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI ĐẾN ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI HUYỆN QUẢNG ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Nguyễn Bích Ngọc 1. - Mục tiêu của nghiên cứu là lập bản đồ phân bố ngập lụt với hình ảnh vệ tinh Landsat TM và đánh giá ảnh hưởng ngập lụt đến sử dụng đất nông nghiệp ở huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. - Vùng ngập lụt năm 2015 ở huyện Quảng Điền được xác định bằng phương pháp phân loại chỉ số mặt nước (land surface water index - LSWI) và chỉ số thực vật tăng cường (enhanced vegetation index - EVI) từ ảnh Landsat-7/TM. - Kết quả phân loại vùng ngập lụt được so sánh với giá trị tham chiếu mặt đất cho thấy độ chính xác tổng thể và hệ số Kappa đạt được là 96,5% và 0,72. - Tại các thời điểm ngập trong năm 2015, diện tích ngập lụt là 912,90 ha, thời điểm xuất hiện ngập lớn trong năm là tháng 3. - Ngoài ra, diện tích đất bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi ngập lụt là đất trồng lúa và đất trồng cây hàng năm.. - Sử dụng ảnh viễn thám giám sát lũ và đánh giá thiệt hại đến đất nông nghiệp tại huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. - Pantaleoni et al., 2007). - Hiện tại, đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng GIS và viễn thám trong theo dõi cũng như xác định vùng bị ngập lụt.. - Karlsen et al. - White and Lewis (2011) đã phát triển một kỹ thuật lập bản đồ kỹ thuật số nhanh chóng bằng cách sử dụng hình ảnh vệ tinh có độ phân giải rất cao để theo dõi phản ứng tạm thời của thảm thực vật bị ngập đối với sự thay đổi tốc độ dòng chảy ở lưu vực Great Artesian của Úc, hoặc nghiên cứu bằng cách kết hợp dữ liệu thực địa được thu thập, Zhao et al. - (2009) sử dụng chuỗi thời gian của các chỉ số thực vật bao gồm chỉ số khác biệt thực vật NDVI và chỉ số thực vật tăng cường EVI cũng như chỉ số mặt nước LSWI, để mô tả khu vực bị ngập với lớp phủ thực vật trên bề mặt đất (Zhao et al., 2009). - Zhang et al., 2009). - không cao và quyền truy cập không hạn chế là hai lý do chính cho việc sử dụng hình ảnh Landsat (Martínez-Casasnovas et al., 2005). - Thiết bị Landsat TM/ETM+ có bảy đến tám dải quang phổ cho tính toán EVI và LSWI phục vụ việc xây dựng bản đồ ngập lụt. - Bên cạnh đó, đến nay các báo cáo về việc sử dụng LSWI và EVI có nguồn gốc từ Landsat để phát hiện và lập bản đồ ngập lụt vẫn còn khan hiếm.. - Xuất phát từ thực tế trên, mục tiêu của nghiên cứu là lập bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại đến sử dụng đất nông nghiệp ở huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. - Kết quả của nghiên cứu này nhằm cung cấp một cách tiếp cận mới phục vụ lập bản đồ ngập lụt tại khu vực đồng bằng thấp trũng ven biển miền Trung Việt Nam.. - 2 DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - 2.1 Khu vực nghiên cứu. - Tổng diện tích tự nhiên của huyện là 16.304,55 ha, gồm 10 xã và 01 thị trấn, chiếm 3,24% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh Thừa Thiên Huế (Hình 1). - Hình 1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu 2.2 Dữ liệu nghiên cứu. - Dữ liệu thống kê: Dữ liệu gồm các tài liệu, số liệu về thống kê, kiểm kê đất đai, các số liệu về diện tích các loại đất chịu ảnh hưởng nhiều của lũ lụt và. - các bản đồ liên quan đến khu vực nghiên cứu. - Các số liệu này được thu thập tại các cơ quan trong huyện như Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Văn phòng UBND, Phòng Thống kê huyện Quảng Điền.. - Dữ liệu ảnh viễn thám: Có 4 ảnh Landsat được ghi lại vào tháng 3 và tháng 10 năm 2015 là hai tháng xuất hiện lũ lụt tại khu vực huyện Quảng Điền.. - Dữ liệu đối chứng, kiểm tra kết quả: Năm 2015, nghiên cứu tiến hành các cuộc khảo sát thực địa bằng việc bấm điểm 200 điểm GPS tại các vùng đất bị lụt ở huyện Quảng Điền. - Tất cả các vị trí quan sát (tổng cộng 200 điểm) phân bố đều trên địa bàn huyện đã được sử dụng để đánh giá độ chính xác của việc xây dựng bản đồ ngập lụt từ dữ liệu ảnh viễn thám nhờ vào điểm định vị GPS. - Các hình ảnh kỹ thuật số và dữ liệu GPS đã thu được bằng điều tra hiện trường và được sử dụng để xác minh tính chính xác của phân loại che phủ đất. - Thống kê diện tích đất nông nghiệp ở cấp huyện năm 2015 cũng được thu thập từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Quảng Điền để xác minh chính xác kết quả phân loại. - Dữ liệu mực nước đo tại trạm đo Phú Ốc trên sông Bồ được thu thập tại thời điểm diễn ra ngập lụt để so sánh với diện tích ngập lụt từ ảnh viễn thám nhằm thấy mức độ phù hợp giữa hai nguồn dữ liệu này.. - 2.3 Phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp tiền xử lý dữ liệu ảnh viễn thám bằng các phần mềm chuyên dụng. - Sử dụng phần mềm ENVI thay đổi chất lượng ảnh của các ảnh Landsat để có hình ảnh rõ nét hơn và giải đoán một cách tốt hơn, có hiệu quả nhất. - Melack et al., 1994. - Thu thập dữ liệu ảnh viễn thám vào thời điểm ngập lụt có độ che phủ bởi mây cao gây khó khăn trong việc phân loại, mặc dù đám mây che phủ trên toàn bộ ảnh <20%, nhưng nó vẫn ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả phân loại. - đã được sử dụng hiệu quả (Munasinghe et al., 2018).. - Các công cụ tính toán raster đã được sử dụng để trích xuất các điểm ảnh đám mây có độ cao thấp hơn các điểm ảnh có độ cao tối đa.. - Phân loại chuỗi ảnh chỉ số EVI, LSWI thành lập bản đồ ngập lụt. - (2014), sự khác biệt giữa EVI và LSWI đã được sử dụng trong nghiên cứu hiện tại để phân biệt giữa các điểm ảnh liên quan đến nước và các điểm ảnh không bị ngập:. - Ngập dài hạn: Những khu vực có thời gian ngập kéo dài (như sông, hồ và biển) được phân biệt với các khu vực bị ngập lụt ngắn hạn, theo mùa và. - Phân loại các lớp sử dụng đất nông nghiệp Lớp che phủ hoặc lớp sử dụng đất là một yếu tố quan trọng để xác định những khu vực có mức độ dễ bị ngập lụt (Norman et al., 2010). - Các loại hình sử dụng đất cho năm 2015 đã được phân nhóm lại từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất sẵn có của huyện do Phòng Tài nguyên và Môi trường cung cấp. - Sử dụng công cụ trong GIS để phân thành 6 nhóm đất chính sau: lúa, cây hàng năm, nuôi trồng thủy sản, rừng, sử dụng đất khác, thủy văn (sông, hồ). - Đất nông nghiệp bị ngập được xác định bằng cách chồng ghép lớp phân loại lũ lên trên lớp sử dụng đất nông nghiệp.. - Kết quả phân loại ngập lụt được đánh giá độ chính xác theo hai cách: (1) kết quả phân loại được so sánh với dữ liệu tham chiếu mặt đất cho năm 2015 (200 điểm mẫu lũ được lấy vào tháng 10 để đối chứng) và (2) so sánh giữa diện tích ngập lụt từ ảnh viễn thám và mực nước đo tại trạm đo Phú Ốc trên sông Bồ tại thời điểm diễn ra ngập lụt để thấy mức độ phù hợp giữa hai nguồn dữ liệu này.. - Để đánh giá độ chính xác của bản đồ lũ lụt được trích xuất từ hình ảnh vệ tinh, phương pháp ngẫu nhiên phân tầng được sử dụng để thể hiện các lớp phủ khác nhau của khu vực. - Đánh giá độ chính xác được thực hiện bằng 200 điểm GPS, dựa trên dữ liệu mặt đất và giải đoán ảnh viễn thám. - Tính toán mức độ chính xác hay phù hợp giữa dữ liệu ảnh được phân loại với bộ dữ liệu thực địa theo phương pháp xây dựng ma trận sai số. - Kappa là thước đo chỉ mức độ phù hợp giữa dữ liệu đối chứng và kết quả phân loại được tính theo công thức sau:. - Sử dụng chức năng phân tích không gian của phần mềm ArcGIS để chồng ghép bản đồ hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp và bản đồ ngập lụt 2015.. - Kết quả thu được bản đồ đất nông nghiệp bị tác động bởi ngập lụt của khu vực nghiên năm 2015. - Dựa vào các số liệu tính toán từ bản đồ để tiến hành phân tích, đánh giá tác động của ngập lụt đến diện tích đất nông nghiệp.. - 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. - 3.1 Kết quả phân loại vùng ngập lụt từ ảnh Landsat năm 2015. - Sự phân bố không gian các vùng bị ngập lụt ở huyện Quảng Điền đã được xác định và thể hiện trên bản đồ vào năm 2015 (Hình 3). - Hình 3 cho thấy trong năm 2015, mực nước và mức độ ngập lụt vào ngày 27 tháng 3 có quy mô ảnh hưởng rộng hơn so trận lụt vào ngày 15 tháng 10.. - Nguyên nhân, do vào tháng 3 có những trận mưa lớn trái mùa, tập trung với cường độ lớn đồng thời nhà máy thủy điện Hương Điền xả nước lũ nên gây ra ngập lụt lớn trên diện rộng ở địa phương.. - Tiến hành chồng ghép hai lớp phân loại ngập lụt ở Hình 3 sẽ cho ra kết quả phân loại ngập lụt năm 2015 thể hiện ở Hình 4. - Kết quả cho thấy diện tích đất bị ngập có nguồn gốc từ dữ liệu viễn thám trong năm 2015 là 912,90 ha. - Để đánh giá kết quả phân loại, nghiên cứu đã sử dụng các hệ số độ chính xác thực tế, phân loại và độ chính xác tổng thể và hệ số Kappa. - Kết quả so sánh giữa lập bản đồ lũ lụt và dữ liệu tham chiếu mặt đất năm 2015 cho thấy độ chính xác tổng thể là 96,5% và hệ số Kappa là 0,72. - Hình 3: Sự phân bố không gian vùng bị ngập lụt trong suốt tháng 3 (a) và tháng 10 (b) năm 2015. - Hình 4: Bản đồ phân vùng ngập lụt huyện Quảng Điền năm 2015 Nghiên cứu cũng xác minh các kết quả lập bản. - đồ bằng cách so sánh các khu vực bị ảnh hưởng bởi lũ lụt có nguồn gốc từ Landsat với dữ liệu tham chiếu mực nước tại trạm đo do tỉnh cung cấp. - Những kết quả này đã khẳng định sự phù hợp cao giữa hai bộ dữ liệu thể hiện trong Hình 5. - Kết quả đánh giá cho thấy mực nước đo được tại các giai đoạn ngập lụt trong năm 2015 dao động từ hơn 200 cm đến gần 350 cm. - Trong khi đó, diện tích đất bị ngập dao động. - Kết quả so sánh cho thấy sự tương thích giữa hai bộ dữ liệu, đó là diện tích ngập được xác định từ ảnh Landsat cũng dao động theo hướng tăng dần cùng với mực nước đo tại trạm đo. - Điều này cho thấy giữa diện tích ngập lụt và mực nước đo được tại trạm Phú Ốc có một mối tương quan chặt chẽ. - Do đó, mực nước càng cao, diện tích ngập lụt ở huyện Quang Điền càng lớn. - Hình 5: Kết quả phân tích thu được từ so sánh giữa diện tích ngập có nguồn gốc từ dữ liệu Landsat và mực nước tại trạm đo Phú Ốc trên sông Bồ huyện Quảng Điền. - Bảng 1: Thống kê diện tích ngập theo đơn vị hành chính cấp xã năm 2015. - STT Xã Diện tích (ha) Tỷ lệ. - Bảng 1 cho thấy các xã có diện tích ngập lớn thường nằm ở khu vực thấp trũng, gần sông và ven biển. - Trong đó, xã Quảng An là xã có diện tích ngập lớn nhất trong khu vực, chiếm 16,77% tổng diện tích ngập của huyện. - Tiếp đến là các xã Quảng Thành, Quảng Phước, Quảng Vinh và thị trấn Sịa cũng có diện tích ngập lớn lần lượt chiếm và 10,44% tổng diện tích ngập của huyện. - Ngoài ra, còn do ảnh hưởng của đợt xả lũ từ thủy điện Hương Điền gây ra ngập lụt trên diện rộng mà người dân không kịp ứng phó.. - 3.2 Đánh giá ảnh hưởng của ngập lụt đến sử dụng đất nông nghiệp năm 2015. - Theo kết quả phân tích số liệu từ bản đồ đất nông nghiệp bị ngập năm 2015 từ Hình 6, trong số các loại hình sử dụng đất bị ngập, kết quả chỉ ra rằng đất nông nghiệp là loại sử dụng đất bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi mỗi trận lụt. - Nhìn chung, mỗi trận lụt có 85,98% diện tích bị ngập là đất nông nghiệp và khoảng 14,02% diện tích bị ngập là các loại đất phi nông nghiệp khác. - Trận lụt năm 2015 đã nhấn chìm 784,25 ha đất nông nghiệp, chiếm 9,55% tổng diện tích nông nghiệp của huyện. - Trong số các loại đất ngập, kết quả ước tính rằng đất nông nghiệp là loại đất bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi mỗi trận lụt. - Nhìn chung, hơn 80% diện tích bị ngập là đất trồng lúa, loại đất bị ảnh hưởng lớn thứ hai là đất trồng cây hàng năm, chiếm 16,36% và khoảng hơn 3% diện tích bị ngập là đất nông nghiệp khác. - Ước tính đất nông nghiệp ở huyện Quảng Điền bị ngập trong năm 2015 được trình bày trong Bảng 2.. - Bảng 2: Diện tích đất nông nghiệp bị ngập lụt năm 2015 STT Loại đất Diện tích theo. - thống kê năm 2015 (ha). - Diện tích bị. - diện tích ngập. - diện tích đất nông nghiệp. - 3 Đất nông nghiệp khác . - Hình 6: Bản đồ đất nông nghiệp bị ảnh hưởng bởi ngập lụt năm 2015 Qua Bảng 2, đất trồng lúa bị ảnh hưởng nhiều. - nhất, chiếm 14,01% tổng diện tích đất nông nghiệp của huyện, tiếp đến đất trồng cây hàng năm chiếm 11,99%. - Mặc dù cây lúa nếu dễ bị ngập úng trong thời gian dài, nhưng chúng có khả năng phục hồi tốt hơn so với cây trồng hàng năm như ngô, khoai lang, vừng, đậu và các loại rau khác nhạy cảm hơn với tác động của ngập lụt (Pioneer, 2010). - Kết quả nghiên cứu trình bày phương pháp lập bản đồ để phân định các khu vực sử dụng đất nông nghiệp bị ảnh hưởng bởi lũ lụt từ dữ liệu Landsat là hoàn toàn phù hợp. - Qua nghiên cứu, dữ liệu ảnh viễn thám đã phản ánh được tình trạng ngập lụt ở huyện Quảng Điền trong năm 2015. - Chuỗi dữ liệu ảnh Landsat có độ phân giải cao giúp phát hiện những thay đổi tình trạng lũ lụt qua thời gian ở huyện Quảng Điền. - Cách tiếp cận dựa trên mô hình số hóa độ cao DEM cho việc ước tính lũ lụt trong các điểm ảnh nước bị che khuất bởi các đám mây cũng đã được sử dụng thành công trong nghiên. - Kết quả cho thấy gần 10% tổng diện tích sử dụng đất nông nghiệp của huyện bị ảnh hưởng bởi lũ lụt trong đó đất lúa bị ảnh hưởng nhiều nhất chiếm 14,01%, tiếp đến đất trồng cây hàng năm chiếm 11,99% tổng diện tích đất nông nghiệp của huyện. - Dữ liệu viễn thám có thể được sử dụng hiệu quả trong việc phát hiện và lập bản đồ lũ lụt