Tài liệu ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh kiên giang trong giai đoạn 2010 – 2016.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN TẠI TỈNH KIÊN GIANG TRONG GIAI ĐOẠN 2010 – 2016 Họ và tên sinh viên: TRƢƠNG THANH LONG Ngành: Hệ thống Thông tin Địa lý Niên khóa: 2013 – 2017 Tháng 7/2017 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN TẠI TỈNH KIÊN GIANG TRONG GIAI ĐOẠN 2010 – 2016 Tác giả TRƢƠNG THANH LONG Tiểu luận đƣợc đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kĩ sƣ ngành Hệ thống Thông tin Địa lý Giáo viên hƣớng dẫn: KS. NGUYỄN DUY LIÊM Tháng 7 năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện tiểu luận tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình từ quý thầy cô tại Bộ môn GIS và Tài nguyên – Trƣờng Đại Học Nông Lâm TP. HCM để tôi có thể hoàn thành tốt tiểu luận của mình. Qua đây, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến: - Quý thầy cô bộ môn GIS và Tài nguyên, trƣờng Đại học Nông Lâm TP.HCM đặc biệt là thầy Nguyễn Duy Liêm đã tận tình giảng dạy và truyền đạt nhiều kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. - KS. Nguyễn Duy Liêm công tác tại bộ môn GIS và Tài nguyên, trƣờng Đại học Nông Lâm TP.HCM, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình chỉ bảo, góp ý cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời cảm ơn chân thành chân thành đến gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Trƣơng Thanh Long Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Trƣờng Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Số điện thoại: 0977454014 Email: [email protected] i TÓM TẮT Đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh Kiên Giang trong giai đoạn 2010- 2016” đã đƣợc thực hiện từ tháng 3 năm 2017 đến tháng 7 năm 2017. Mục tiêu đề tài là ứng dụng ảnh viễn thám (Landsat 7 và Landsat 8) xây dựng bản đồ phân loại thực phủ năm 2010, 2016 và đánh giá sự biến động diện tích rừng ngập mặn của tỉnh Kiên Giang trong giai đoạn 2010 - 2016. Phƣơng pháp thực hiện của đề tài bao gồm các bƣớc là thu thập và xử lý dữ liệu ảnh Landsat, xây dựng hệ thống phân loại thực phủ, xây dựng khóa giải đoán, chọn mẫu huấn luyện, thực hiện phân loại, đánh giá độ chính xác, chồng lớp dữ liệu, phân tích biến động diện tích rừng ngập mặn trong giai đoạn 2010- 2016. Đề tài đã đạt đƣợc những kết quả sau: giải đoán ảnh, phân loại ảnh vệ tinh Landsat 7 và Landsat 8 đƣợc năm loại thực phủ gồm rừng ngập mặn, cây khác, đất trống, khu dân cƣ và mặt nƣớc. Kết quả năm 2010 cho thấy diện tích rừng ngập mặn là 4.062,69 ha chiếm 11% diện tích tự nhiên, với độ chính xác toàn cục là 99,48% và chỉ số Kappa là 0,99. Kết quả năm 2016 cho thấy diện tích rừng ngập mặn là 4.315,23 ha chiếm 11% diện tích tự nhiên, với độ chính xác toàn cục là 97,48% và chỉ số Kappa là 0,97. Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh Kiên Giang giai đoạn 2010 – 2016 đƣợc thành lập với 36 trạng thái, sau khi xử lý lại, đƣợc 9 trạng thái liên quan đến rừng ngập mặn gồm có rừng ngập mặn giữ nguyên; rừng ngập mặn chuyển sang cây khác, đất trống, khu dân cƣ và mặt nƣớc; cây khác, đất trống, khu dân cƣ và mặt nƣớc chuyển sang rừng ngập mặn. Diện tích rừng ngập mặn chỉ giữ lại 2.824,38 ha, trong khi đã chuyển qua thành các loại thực phủ khác nhƣ khu dân cƣ, đất trống, mặt nƣớc và cây khác với tổng diện tích là 1.334,09 ha. Tổng diện tích các loại thực phủ khác chuyển sang rừng ngập mặn là 1.586,16 ha. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i TÓM TẮT .................................................................................................................. ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC VIẾT TẮT ............................................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ vii CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ..............................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................1 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu......................................................................2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................3 2.1. Khu vực nghiên cứu ...........................................................................................3 2.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................................3 2.1.2. Điều kiện tự nhiên .......................................................................................4 2.2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ............................................................................5 2.2. Rừng ngập mặn tại Kiên Giang .........................................................................5 2.3. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên ..............................................7 2.4. Nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ........................................................................8 2.4.1. Những nghiên cứu tại Việt Nam .................................................................8 2.4.2. Những cứu trên thế giới ..............................................................................9 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................10 3.1. Phƣơng pháp ...................................................................................................10 3.2. Dữ liệu..............................................................................................................12 3.2.1. Dữ liệu thứ cấp ..........................................................................................12 3.2.2. Dữ liệu sơ cấp............................................................................................12 3.3. Xử lý sọc ảnh, cắt gộp kênh ảnh ......................................................................13 3.3.1. Xử lý sọc ảnh.............................................................................................13 3.3.2. Gom kênh ảnh ...........................................................................................14 3.3.3. Cắt ảnh.......................................................................................................14 3.4. Xây dựng hệ thống phân loại ...........................................................................15 iii 3.5. Xây dựng khóa giải đoán .................................................................................16 3.6. Chọn mẫu huấn luyện ......................................................................................18 3.7. Thực hiện phân loại..........................................................................................19 3.8. Đánh giá độ chính xác ......................................................................................19 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN ..................................................................20 4.1. Bản đồ phân loại thực phủ ...............................................................................20 4.1.1. Bản đồ phân loại thực phủ năm 2010 ........................................................20 4.1.2. Bản đồ phân loại thực phủ năm 2016 ........................................................21 4.2. Đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2010 – 2016 .............23 4.2.1. Bản đồ biến động.......................................................................................23 4.2.2. Ma trận biến động .....................................................................................30 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ..................................................................31 5.1. Kết luận ............................................................................................................31 5.2. Kiến nghị ..........................................................................................................31 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................32 PHỤ LỤC ..................................................................................................................34 iv DANH MỤC VIẾT TẮT ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long PTNT Phát triển nông thôn SVM Support Vector Machine UBND Ủy ban nhân dân UNESCO United Nations Educational Scientific and Cultural Organization v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Ảnh viễn thám khu vực Kiên Giang .............................................................12 Bảng 3.2: Thống kê các loại thực phủ ...........................................................................13 Bảng 3.3: Hệ thống phân loại thực phủ khu vực nghiên cứu ........................................16 Bảng 3.4: Khóa giải đoán khu vực nghiên cứu .............................................................17 Bảng 4.1: Diện tích các loại thực phủ năm 2010 ..........................................................21 Bảng 4.2: Ma trận sai số phân loại năm 2010 (%) ........................................................21 Bảng 4.3: Diện tích các loại thực phủ năm 2016 ..........................................................22 Bảng 4.4: Ma trận sai số phân loại năm 2016 (%) ........................................................22 Bảng 4.5: Ma trận diện tích rừng ngập mặn trong giai đoạn 2010 – 2016 (ha) ............30 Bảng 4.6: Diện tích rừng ngập mặn biến động trong giai đoạn 2010 – 2016 ...............30 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Bản đồ hành chính tỉnh Kiên Giang ................................................................3 Hình 2.2: Khu dự trữ sinh quyển Kiên Giang (Chu Văn Cƣờng, 2011) .........................6 Hình 2.3: Đƣờng cong phản xạ xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên ................................8 Hình 3.3: Ảnh Landsat 7 trƣớc và sau khi xử lý sọc ảnh ..............................................13 Hình 3.4: Ảnh Landsat 7................................................................................................14 Hình 3.5: Ảnh Landsat 8................................................................................................14 Hình 3.6: Ảnh Landsat 7 sau khi cắt .............................................................................14 Hình 3.7: Ảnh Landsat 8 sau khi cắt .............................................................................15 Hình 3.8: Ảnh Landsat 7 đã chọn mẫu huấn luyện .......................................................18 Hình 3.9: Ảnh Landsat 8 đã chọn mẫu huấn luyện .......................................................19 Hình 4.1: Bản đồ thực phủ năm 2010............................................................................20 Hình 4.2: Bản đồ thực phủ năm 2016............................................................................22 Hình 4.3: Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại Tx. Hà Tiên giai đoạn 2010 – 2016 ...............................................................................................................................24 Hình 4.4: Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại huyện Kiên Lƣơng giai đoạn 2010 – 2016 ...................................................................................................................25 Hình 4.5: Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại huyện Hòn Đất giai đoạn 2010 – 2016 ...................................................................................................................26 Hình 4.6: Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại Tp. Rạch Giá và huyện Châu Thành giai đoạn 2010 – 2016 ........................................................................................27 Hình 4.7: Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại huyện An Biên giai đoạn 2010 – 2016 ............................................................................................................................28 Hình 4.8: Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại huyện An Minh giai đoạn 2010 – 2016 ...................................................................................................................29 vii CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Kiên Giang là một tỉnh ven biển có đƣờng bờ biển dài nhất ở ĐBSCL với hơn 208 km. Kiên Giang có 2.894 ha rừng ngập mặn (Sở Nông nghiệp và PTNT Kiên Giang, 2014), hình thành hành lang xanh mỏng phân bố dọc theo dải bờ biển. Đây là nơi mà rừng ngập mặn có vai trò cực kỳ quan trọng, giúp giảm thiểu và thích ứng với tác động của biến đổi khí hậu bằng việc giảm nhẹ các mối đe dọa trực tiếp do việc gia tăng hoạt động của bão và mực nƣớc biển dâng. Rừng ngập mặn cũng góp phần phát triển kinh tế nhƣ du lịch sinh thái, bảo vệ bờ biển và nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, trong nhiều năm gần đây, rừng ngập mặn ven biển thuộc tỉnh Kiên Giang đang bị suy giảm nghiêm trọng: năm 2006 diện tích rừng ngập là 5.430,7 ha (UBND tỉnh Kiên Giang, 2006), đến năm 2010 giảm còn 4.781,8 ha (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự, 2010) và năm 2014 tiếp tục giảm còn 2.894 ha (Sở Nông nghiệp và PTNT Kiên Giang, 2014). Diện tích rừng ngập mặn giảm mạnh là do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu (gió bão, sóng biển, thủy triều gây xói lở nghiêm trọng) và sự khai phá của con ngƣời nhằm phục vụ cho đời sống và sản xuất nông nghiệp. Để khắc phục tình trạng này, tỉnh Kiên Giang đã có các dự án khôi phục, bảo vệ đai rừng, trồng mới rừng ngập mặn góp phần khôi phục diện tích rừng ngập mặn bị mất và phát triển, bảo vệ diện tích rừng ngập mặn hiện có. Công nghệ viễn thám ngày càng phát triển, mang lại hiệu quả với độ chính xác cao trong phân loại ảnh và đánh giá biến động. Liên quan đến rừng ngập mặn, đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng viễn thám đƣợc thực hiện nhƣ nghiên cứu sử dụng ảnh SPOT đánh giá hiện trạng quản lý rừng ngập mặn vùng ven biển Kiên Giang và đề xuất các giải pháp phục hồi (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự, 2010), nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn tại khu vực mũi Cà Mau (Nguyễn Văn Sáng, 2016). Xuất phát từ lý do trên, đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh Kiên Giang trong giai đoạn 2010 – 2016” đã đƣợc tiến hành. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá sự biến động diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh Kiên Giang trong giai đoạn 2010 – 2016. 1 Mục tiêu cụ thể:  Thành lập bản đồ thực phủ tại tỉnh Kiên Giang năm 2010 và năm 2016.  Đánh giá diễn biến rừng ngập mặn trong giai đoạn từ năm 2010 đến năm 2016. 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: rừng ngập mặn. Phạm vi nghiên cứu: tỉnh Kiên Giang trong giai đoạn 2010 - 2016 2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Khu vực nghiên cứu 2.1.1. Vị trí địa lý Tỉnh Kiên Giang là tỉnh thuộc vùng ĐBSCL, nằm ở phía Tây Nam của nƣớc ta. Phần đất liền của tỉnh Kiên Giang có tọa độ địa lí nhƣ sau: điểm cực Bắc ở vĩ độ 10o32’B tại xã Tân Khánh Hòa, huyện Kiên Lƣơng; điểm cực Nam ở vĩ độ 9o23’B tại xã Vĩnh Phong, huyện Vĩnh Thuận; điểm cực Tây ở kinh độ 104o27’Đ tại xã Mỹ Đức, thị xã Hà Tiên; điểm cực Đông ở kinh độ 105o33’Đ tại xã Hòa Lợi, huyện Giồng Riềng. Tỉnh Kiên Giang có diện tích tự nhiên 6.348,53 km2. Diện tích của tỉnh chiếm 16,1% diện tích vùng ĐBSCL và chiếm 1,92% diện tích cả nƣớc. Phía Bắc giáp tỉnh Cam-pốt của Cam-pu-chia với đƣờng biên giới chung dài 56,8 km; phía Đông giáp với tỉnh An Giang và thành phố Cần Thơ; phía Đông Nam giáp với tỉnh Hậu Giang và tỉnh Bạc Liêu; phía Nam giáp với tỉnh Cà Mau; phía Tây giáp với vịnh Thái Lan (Lữ Văn Nhựt và cộng sự, 2015). Hình 2.1: Bản đồ hành chính tỉnh Kiên Giang 3 2.1.2. Điều kiện tự nhiên 2.1.2.1. Địa hình Địa hình Kiên Giang khá đa dạng, nơi đây vừa có đồng bằng, vừa có đồi núi, biển và bờ biển. Địa hình đất liền tƣơng đối bằng phẳng, có hƣớng thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam. Phần hải đảo chủ yếu là địa hình đồi núi, xen kẽ với đồng bằng nhỏ hẹp. Địa hình đồng bằng chiếm phần lớn diện tích của tỉnh. Nhìn chung, đây là dạng đồng bằng thấp và bằng phẳng. Do nằm khá xa sông Hậu nên khả năng bồi đắp phù sa có nhiều hạn chế. Vì vậy, ở đây có các vùng trũng khá lớn. Địa hình đồi núi ở ven biển Hòn Đất, Kiên Lƣơng và Hà Tiên với diện tích 4.708 ha. Toàn vùng có 50 ngọn đồi hoặc núi thấp, độ cao trung bình là 120 m. Cao nhất là núi Hòn Đất (260 m), các núi thấp nhƣ núi Ngũ Hổ (20 m), Bãi Ớt (12 m). Bờ biển Kiên Giang chạy dài hơn 200 km từ Rạch Tiểu Dừa giáp tỉnh Cà Mau đến tận biên giới Cam-phu-chia. Bờ biển Kiên Giang có thể chia làm hai đoạn với những đặc điểm nhƣ sau (Lữ Văn Nhựt và cộng sự, 2015):  Đoạn thứ nhất (từ Rạch Tiểu Dừa đến Hòn Đất): bờ biển thấp và bằng phẳng. Bãi biển ăn ra xa, đất phù sa sình lầy lẫn với xác hữu cơ bị phân hủy. Thực vật chủ yếu là cây mắm mọc thành rừng. Đoạn này có cảng Rạch Sỏi và cảng Rạch Giá.  Đoạn thứ hai (từ Hòn Đất đến biên giới Cam-pu-chia): bờ biển khúc khuỷu, núi đá lởm chởm nằm sát biển. Từ vũng Cây Dƣơng bờ biển thấp và có ít cồn cát, địa hình nổi lên các núi ở Hòn Đất. Qua Rạch Đùng đến biên giới liên tiếp có các núi thuộc Hòn Chông, núi Đại Tô Châu, núi Tiểu Tô Châu, bán đảo Mũi Nai,… nằm sát hoặc nhô ra ngoài biển. Thực vật lấn biển ở đây chủ yếu là cây bần và giá. Bờ biển đoạn này có nhiều cảnh đẹp, bãi tắm, khí hậu trong lành rất thuận tiện để phát triển du lịch. 2.1.2.2. Khí hậu Tỉnh Kiên Giang nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm quanh năm, nhiệt độ trung bình từ 27,5 – 27,7oC, số giờ nắng trong năm là 2.563 giờ, độ ẩm trung bình 81 – 82%. Khí hậu chia làm 2 mùa rõ rệt mùa mƣa và mùa khô; mùa mƣa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Khí hậu, thời tiết khá thuận lợi cho phát triển nông nghiệp (Lữ Văn Nhựt và cộng sự, 2015). 4 2.1.2.3. Thủy văn Hệ thống sông ngòi, kênh rạch dày đặc, phân bố khắp địa bàn tỉnh, với tổng chiều dài 2.054,93 km. Toàn tỉnh có 3 con sông lớn chảy qua: sông Cái Lớn, sông Cái Bé và sông Giang Thành. Hệ thống kênh đào gồm kênh tiêu lũ và kênh cung cấp nƣớc ngọt. Trong đó kênh tiêu lũ gồm: kênh Vĩnh Tế, kênh T3, kênh Tri Tôn, kênh Ba Thê; kênh cung cấp nƣớc ngọt gồm: kênh Cái Sắn, kênh Thốt Nốt, kênh Thị Đội. 2.2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội 2.2.3.1. Dân cƣ và lao động Dân số Kiên Giang năm 2015 là 1.761.100 ngƣời, mật độ dân số 277 ngƣời/km2 (Tổng cục Thống kê, 2016). Trong đó dân số thành thị đạt 485.200 ngƣời, dân số nông thôn đạt 1.275.900 ngƣời. Dân số của tỉnh phân bố không đều, thƣờng tập trung ở ven trục lộ giao thông, kênh rạch, sông ngòi và một số đảo lớn. 2.2.3.2. Kinh tế Tỉnh Kiên Giang có nhiều thế mạnh để phát triển một nền kinh tế đa dạng bao gồm cả về nông nghiệp, ngƣ nghiệp, công nghiệp chế biến nông sản, sản xuất vật liệu xây dựng và công nghiệp phục vụ nghề cá. Ngoài ra, tỉnh còn có tiềm năng to lớn về du lịch với nhiều thắng cảnh, bãi biển đẹp và các đảo và quần đảo. Tốc độ tăng trƣởng kinh tế bình quân đạt 10,35%/năm. Về cơ cấu kinh tế, chuyển dịch theo hƣớng: tỷ trọng nông- lâm- thủy sản giảm từ 42,57% năm 2010 còn 35,14% năm 2015, dịch vụ tăng từ 33,04% lên 40,44%, công nghiệp-xây dựng giữ ở mức 24,42%. Thu nhập bình quân đầu ngƣời đạt 2.490 USD, gấp 1,75 lần so năm 2010; tỷ lệ hộ nghèo giảm từ 8,84% năm 2010 xuống còn 2,73% vào năm 2015 (Cục thống kê Kiên Giang, 2016). 2.2. Rừng ngập mặn tại Kiên Giang Kiên Giang là một trong hai tỉnh có diện tích rừng lớn nhất vùng ĐBSCL. Tổng diện tích đất lâm nghiệp năm 2011 là 91.288,87 ha, trong đó rừng sản xuất: 22.675,07 ha, rừng phòng hộ: 28.886,42 ha và rừng đặc dụng 39.727,38 ha. Rừng Kiên Giang có trên 140 loại động vật rừng quý hiếm, có giá trị bảo tồn và tham quan du lịch nhƣ rừng U Minh Thƣợng, rừng quốc gia Phú Quốc (Cục thống kê Kiên Giang, 2013). Đặc biệt, Kiên Giang còn có Khu dự trữ sinh quyển Thế giới với diện tích trên 1,1 triệu ha, hiện là khu dự trữ sinh quyển lớn nhất cả nƣớc trong số 8 khu dự trữ sinh quyển của Việt Nam đã đƣợc UNESCO công nhận. 5 Năm 2014, Kiên Giang có 2.894 ha rừng ngập mặn (Sở Nông nghiệp và PTNT Kiên Giang, 2014), hình thành hành lang xanh mỏng phân bố dọc theo dài bờ biển. Rừng ngập mặn đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc ngăn chặn xói lở bờ biển do sóng, thủy triều, góp phần duy trì đa dạng sinh học và năng suất các hệ sinh thái ngập nƣớc vùng ven biển. Rừng ngập mặn đƣợc ví nhƣ một vành đai xanh nhằm bảo vệ đê biển và các vùng đất canh tác có giá trị bên trong không bị ảnh hƣởng bởi nƣớc biển dâng và sự tàn phá của gió bão. Rừng ngập mặn tại Kiên Giang thƣờng tạo thành thảm thực vật hẹp và bị phân mảnh nằm dọc theo các bờ kênh và độ rộng của các đai rừng này thƣờng tăng lên theo hƣớng biển. Dọc theo bờ biển, chúng hình thành các hàng rào chắn sóng và bão biển. Năm 2010, diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh Kiên Giang là 4.781,8 ha (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự, 2010): Trong đó, diện tích ngập mặn rừng tự nhiên là 805 ha, diện tích rừng ngập mặn trồng là 3.976,8 ha (gồm 861 ha rừng trồng ngoài vuông tôm và 3115,8 ha rừng trồng trong vuông tôm). Rừng trồng ngập mặn ven biển Kiên Giang chủ yếu là rừng bần non, rừng đƣớc cấp tuổi III và rừng đƣớc cấp tuổi IV. Loại rừng trồng này đƣợc trồng trên các khu vực đất trống, trong các vùng đất giao khoán cho hộ sản xuất lâm – ngƣ kết hợp, trên các bãi bồi ven biển đất còn ở dạng bùn lỏng, bùn loãng (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự, 2010). Hình 2.2: Khu dự trữ sinh quyển Kiên Giang (Chu Văn Cường và Peter Dart, 2011) 6 Diện tích rừng ngập mặn thuộc tỉnh Kiên Giang đang suy giảm nhanh với tốc độ phá hủy bình quân khoảng 3%/năm. Các nguyên nhân là do quá trình đô thị hóa, gió bão tàn phá, xói lở bờ biển,... Ngoài ra, còn do con ngƣời phá rừng ngập mặn để nuôi tôm công nghiệp, khai thác gỗ, củi quá mức. Tình trạng xói lở bờ biển là vấn đề nghiêm trọng nhất làm ảnh hƣởng tới rừng ngập mặn tỉnh Kiên Giang (Nguyễn Xuân Niệm và cộng sự, 2015). 2.3. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố. Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trƣờng khí quyển và bề mặt đối tƣợng cũng nhƣ bản thân các đối tƣợng (Nguyễn Khắc Thời và cộng sự, 2011):  Nhóm đối tƣợng thực vật: Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bƣớc sóng. Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lƣợng bị hấp thụ bởi clorophin có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ. Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hƣởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lƣợng nƣớc, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lƣợng hấp thụ là cực đại. Ảnh hƣởng của các cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ là không lớn bằng hàm lƣợng nƣớc trong lá.  Nhóm đối tƣợng đất: khả băng phản xạ phổ tăng theo độ dài bƣớc sóng đặc biệt là vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại trung bình.  Nhóm đối tƣợng nƣớc: khả năng phản xạ phổ của nƣớc phụ thuộc vào tính chất nƣớc, hàm lƣợng các vật chất lơ lửng, nƣớc bẩn chứa nhiều tạp chất phản xạ mạnh hơn so với nƣớc sạch nhất là ở vùng sóng đỏ. Nƣớc chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng ngắn xanh chàm, yếu dần khi sang vùng xanh lục và triệt tiêu ở cuối dải sóng đỏ. 7 Hình 2.3: Đường cong phản xạ xạ phổ của các đối tượng tự nhiên (Muhammad Kamal và cộng sự, 2015) 2.4. Nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 2.4.1. Những nghiên cứu tại Việt Nam Ở Việt Nam, các nghiên cứu về biến động rừng ngập đã đƣợc thực hiện và bƣớc đầu mang lại những kết quả. Nhƣ trong nghiên cứu “Đánh giá hiện trạng quản lý rừng ngập mặn vùng ven biển Kiên Giang và đề xuất các giải pháp phục hồi” (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự, 2010) tác giả sử dụng ảnh SPOT5 năm 2009 kết hợp điều tra thực địa bằng các tuyến điển hình để khoanh định ranh giới các trạng thái rừng và đất đai. Sử dụng máy định vị GPS xác định vị trí các điểm và tuyến mô tả, khoanh vẽ. Thiết lập các ô tiêu chuẩn để thu thập các chỉ tiêu đƣờng kính, chiều cao, trữ lƣợng và tái sinh dƣới tán rừng. Thu thập các số liệu, tài liệu liên quan về các mô hình trồng rừng ven biển tại vùng dự án, kết hợp điều tra khảo sát thực địa để đánh giá hiệu quả của các mô hình trồng rừng. Kết quả đã đánh giá đƣợc hiện trạng rừng, tỉnh trạng xói lở bồi tụ và hiệu quả của công tác bảo vệ rừng tại vùng biển Kiên Giang giai đoạn từ năm 2011 đến 2015. Trong đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn tại khu vực mũi Cà Mau” (Nguyễn Văn Sáng, 2016), tác giả đã dựa trên ảnh Landsat thu nhận trong các năm 2002 và 2016 giải đoán, phân loại, thành lập bản đồ hiện trạng và biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2002 – 2016. Sử dụng phƣơng pháp phân loại gần đúng nhất và phân tích đa số để gộp các pixel lẻ tẻ nhằm 8 làm mƣợt kết quả phân loại. Kết quả năm 2002 có độ chính xác toàn cục là 95,74% và Kappa ~ 0.94, kết quả năm 2016 có độ chính xác 89,37% và Kappa ~ 0,87. Tác giả đã đƣa ra kết luận là trong giai đoạn 2002 – 2016 diện tích rừng ngập mặn có xu hƣớng tăng, tổng diện tích rừng ngập mặn mất đi là 1.295,10 ha, tổng diện tích rừng ngập mặn thêm mới toàn khu vực vƣờn Quốc gia Đất Mũi là 2.432,70 ha (gấp 1,8 lần tổng diện tích rừng mất đi). 2.4.2. Những cứu trên thế giới Trên phạm vi thế giới, các đề tài nghiên cứu về viễn thám rừng ngập mặn nhằm đánh giá, phân tích, dự báo phát triển đã đƣợc ứng dụng khá rộng rãi và ngày càng tiến bộ hơn. Nghiên cứu của Kasturi Devi Kanniah và cộng sự (2015) đã sử dụng các ảnh vệ tinh Landsat để phân tích những biến đổi từ năm 1989 đến năm 2014 các khu vực rừng ngập mặn ở Iskandar Malaysia. Tác giả đã sử dụng kỹ thuật phân loại gần đúng nhất và thuật toán SVM để phân loại ảnh trong quá trình nghiên cứu. Kết quả giá trị Kappa dao động từ 0,74 đến 0,84 đối với kỹ thuật SVM và từ 0,85 đến 0,93 đối với kỹ thuật phân loại gần đúng nhất. Diện tích rừng ngập mặn ở Iskandar Malaysia đã giảm xuống báo động (33%) từ năm 1989 đến năm 2014. Nghiên cứu của Aurélie C.Shapiro và cộng sự (2015) đã đánh giá tốc độ thay đổi của rừng ngặp mặn trong vùng đồng bằng sông Zambezi ở Mozambique và xác định tác động của thay đổi rừng ngập mặn đối với trữ lƣợng các-bon bằng cách sử dụng dữ liệu ảnh Landsat 5, 7 và 8 từ năm 1994 đến năm 2013. Tác giả đã sử dụng phƣơng pháp phân tích thành phần chính và phƣơng pháp phân loại không giám sát trong quá trình nghiên cứu. Kết quả đề tài đã đƣa ra sự thay đổi diện tích rừng ngập mặn tăng từ 3.723 ha lên 37.034 ha trong giai đoạn 1994 – 2013, với độ chính xác toàn cục là 85%. Ngoài ra, tác giả còn thành lập bản đồ rừng mặn độ phân giải cao và đƣa ra những thay đổi trong trữ lƣợng các bon của rừng ngặp mặn đồng bằng sông Zambezi. 9 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Phƣơng pháp Đề tài gồm các bƣớc là thu thập, xử lý dữ liệu ảnh Landsat, xây dựng hệ thống phân loại thực phủ, xây dựng khóa giải đoán, chọn mẫu huấn luyện, thực hiện phân loại, đánh giá độ chính xác, chồng lớp dữ liệu, phân tích biến động diện tích rừng ngập mặn. Dữ liệu thu thập bao gồm dữ liệu viễn thám (ảnh Landsat), dữ liệu hành chính, dữ liệu điều tra thực địa (thực hiện lấy mẫu bằng GPS). Tiến hành xử lý sọc ảnh đối với ảnh Landsat 7 năm 2010 bằng công cụ Landsat Gapfill, sau đó ta thực hiện gộp kênh ảnh và cắt ảnh theo khu vực ven biển của tỉnh Kiên Giang đối với hai ảnh Landsat 7 và Landsat 8. Trên cơ sở hệ thống Phân loại thực phủ và Sử dụng đất Hoa Kỳ, một hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất cho khu vực tỉnh Kiên Giang đƣợc thành lập với 5 loại thực phủ bao gồm đất đô thị hoặc đất xây dựng, cây khác, rừng ngập mặn, mặt nƣớc và đất trống. Sau đó, tiến hành xây dựng khóa giải đoán cho 5 loại lớp thực phủ mặt đất tại khu vực tỉnh Kiên Giang dựa trên tổ hợp màu 5 – 4 – 3 (ảnh Landsat 7) và tổ hợp màu 6 – 5 – 4 (ảnh Landsat 8). Sau khi xây dựng khóa giải đoán và chọn mẫu huấn luyện, ta thực hiện phân loại ảnh bằng phân phƣơng pháp phân loại gần đúng nhất và đánh giá độ chính xác toàn cục, chỉ số Kappa. Tiến hành thành lập bản đồ thực phủ khu vực tỉnh Kiên Giang năm 2010 và 2016. Sau đó, ta chồng lớp dữ liệu và thành lập bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tỉnh Kiên Giang giai đoạn 2010 – 2016. 10