Ứng dụng phương pháp viễn thám và mô hình hóa bản đồ nghiên cứu xu hướng biến động sử dụng đất huyện Thanh Trì

Nghiên cứu khoa học và ñổi mới nội dung, phương pháp giảng dạy ñịa lý 369 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM VÀ MÔ HÌNH HÓA BẢN ðỒ NGHIÊN CỨU XU HƯỚNG BIẾN ðỘNG SỬ DỤNG ðẤT HUYỆN THANH TRÌ ðINH THỊ BẢO HOA NGUYỄN NGỌC THẠCH PHẠM NGỌC HẢI Trường ðại học Khoa học Tự nhiên I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Từ lâu, mô hình hóa bản ñồ ñã ñược sử dụng ñể thể hiện sự phân bố của các ñối tượng và hiện tượng trong không gian. Các khoanh vi ñất trên bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất cũng không nằm ngoài mục ñích ñó. Phân tích các bản ñồ, người ñọc có thể tìm ra quy luật hoặc các ñiểm dị thường nơi xuất hiện các ñối tượng. ðây là một phép trừu tượng chỉ có trên các bản ñồ. Phân tích bằng bản ñồ có thể bao gồm 3 nội dung chính [1]: - Phân tích không biến ñổi bản ñồ (phân tích bằng các ñồ thị, ño ñếm, xác ñịnh khoảng cách...). Phân tích không biến ñổi bản ñồ là những phân tích cơ bản như mô tả bằng mắt, dựng ñồ thị theo bản ñồ, ño ñạc trên bản ñồ...Tất cả các thao tác này ñều không làm thay ñổi bản ñồ hiện có. - Phân tích có biến ñổi bản ñồ (các bản ñồ dẫn suất). Phân tích có biến ñổi bản ñồ là phân tích dựa trên một bản ñồ khác ñược tạo ra từ bản ñồ gốc (gọi là bản ñồ dẫn suất). ðây là cách mà người nghiên cứu về ñối tượng sẽ hiểu ñược bản chất sâu xa của chúng hay chính là bản chất còn ẩn chứa bên trong. ðể làm ñược như vậy, người phân tích bản ñồ phải nhờ ñến một phương tiện ñể biến ñổi, thông thường ñó là một loại lưới [1]. Lưới này có thể là không phủ chồng nhưng cũng có thể phủ chồng ở một mức ñộ nào ñó. - Phân tích bằng cách chiết suất các thông tin biểu hiện bản ñồ chuyên ñề thành các hợp phần riêng. Phân tích có biến ñổi bản ñồ là phân tích dựa trên một bản ñồ khác ñược tạo ra từ bản ñồ gốc (gọi là bản ñồ dẫn suất). ðây là cách mà người nghiên cứu về ñối tượng sẽ hiểu ñược bản chất sâu xa của chúng hay chính là bản chất còn ẩn chứa bên trong. ðể làm ñược như vậy, người phân tích bản ñồ phải nhờ ñến một phương tiện ñể biến ñổi, thông thường ñó là một loại lưới [1]. Lưới này có thể là không phủ chồng nhưng cũng có thể phủ chồng ở một mức ñộ nào ñó. Vấn ñề là ở chỗ các chỉ số ñược tính trong từng ô lưới như thế nào, vì ñây chính là mạng lưới ñiểm dùng ñể nội suy và vẽ các ñường ñẳng trị. Như chúng ta ñã biết trên bản ñồ chia cắt sâu, công thức tính toán ñộ chia cắt cho từng ô vuông là chênh cao giữa ñiểm cao nhất và thấp nhất trong ô ñó, còn ñối với bản ñồ chia cắt ngang thì tổng chiều dài của các sông suối có mặt trong ô sẽ là chỉ số ñược gán cho từng ô một. Vì Khoa ðịa lý - 50 năm xây dựng và phát triển 370 thế, ñể nghiên cứu xu hướng biến ñộng sử dụng ñất cho các thửa ñất chúng ta phải tìm một công thức phù hợp. Công thức tính toán hình thái của thửa ñược nghiên cứu áp dụng về mặt hình thái [3]. ðể phân tích chiết suất thông tin bản ñồ, bên cạnh việc sử dụng chỉ số Sanon, có thể áp dụng “ chỉ số hình dạng trung bình -MSI ”, công thức tính chỉ số như sau: ( )( ) ( )( )[ ] ∑ ∑∑ = x xAxP MSI 4/ Trong ñó: P là chu vi, A là diện tích, x là kích thước của khoanh vi bản ñồ. Chỉ số này có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: ña dạng sinh học, ñô thị hoá, ñịa chất học, hiện trạng và xu hướng biến ñộng của sử dụng ñất.... Nếu có dữ liệu bản ñồ ña thời gian, có thể phân tích không biến ñổi bản ñồ với các bản ñồ ñược thể hiện bằng phương pháp ñường ñẳng trị MSI, sau ñó trừ hoặc cộng các bề mặt giá trị. Ngoài việc nghiên cứu sử dụng ñất, các lớp ñất bị lấy ñi, khối lượng băng ñã tan có thể tính toán theo cách này [1]. Như vậy ñể nghiên cứu xu hướng biến ñộng theo không gian - thời gian của các thửa ñất về mặt hình thái, có thể áp dụng công thức tính toán MSI theo từng ô lục giác, sau ñó lấy giá trị và nội suy ñể vẽ ñường ñẳng trị MSI qua các thời gian khác nhau, từ ñó, có thể khảo sát xu thế, ñặc ñiểm của sự tập hợp các ñối tượng tự nhiên, thông qua việc phân tích ñặc ñiểm các ñường ñồng mức. Tiếp ñó sử dụng phương pháp phân tích không biến ñổi bản ñồ, có thể theo dõi ñược sự thay ñổi bề mặt MSI theo thời gian. Kết quả sẽ ñưa ra tâm ñiểm của các nơi có xu hướng biến ñộng mạnh theo không gian - thời gian.(hình 1) Hình 1. Bản ñồ chỉ số MSI phân tích từ bản ñồ sử dụng ñất tại xã Lĩnh Nam Có hai loại ñường ñẳng trị ñược phân ra theo các dữ liệu ñầu vào [2]. Loại thứ nhất dùng dữ liệu ñiểm. ðối tượng ñược thể hiện là các ñường ñẳng cao (ñường bình ñộ), ñường ñẳng sâu, ñường ñẳng áp, ñường ñẳng nhiệt ñộ, ñường ñẳng lượng mưa. Loại thứ hai là dữ liệu dạng tỷ số, thường gắn với một trung tâm vùng. Dữ liệu tỷ số Nghiên cứu khoa học và ñổi mới nội dung, phương pháp giảng dạy ñịa lý 371 thường thể hiện sự biến ñổi cá thể mạnh khi vượt ra khỏi vùng. ðiều quan trọng là phải tìm ñược vùng thích hợp, trong bản ñồ thường là một hệ thống lưới. Lưới lục giác thích hợp cho nghiên cứu thử nghiệm vì hai lý do, thứ nhất dạng hình học này ñem lại cảm giác không gian và thứ hai, khi nối 2 trung tâm lục giác tạo thành mạng tam giác rất thuận lợi cho quá trình nội suy ñường ñẳng trị. Các công thức có thể kể tới là tỷ lệ phần trăm (số bị chia là một phần của số chia - thể hiện cấu trúc), mật ñộ (só chia thường là tổng diện tích của ñơn vị thống kê - mật ñộ dân số, năng suất cây trồng...) hoặc tỷ số chung (bình quân số lao ñộng trên một hộ nông nghiệp). ðường ñẳng trị ñã ñược sử dụng từ rất sớm trong lịch sử nhân loại [2]. Borri (1630) dùng ñường ñẳng trị thể hiện sự suy giảm từ trường. Alexandervon (1701) dùng ñường ñẳng trị ñể thể hiện nền nhiệt ñộ. Arthur Robinson (1845) dùng ñường ñẳng sâu thể hiện sự thay ñổi ñịa hình ñáy biển. Hình 2. Bản ñồ chỉ số MSI phân tích từ bản ñồ sử dụng ñất tại xã ðại Áng Hình 3. Bản ñồ chỉ số MSI phân tích từ bản ñồ sử dụng ñất tại xã Liên Ninh Phân tích bằng cách phân tích cấu trúc bản ñồ, tạo ra ra các hợp phần liên quan tới việc xác ñịnh mặt nền và mặt dư. ðể giải quyết vấn ñề này ñôi khi cần áp dụng những công thức toán học như tính toán hồi quy, tương quan... Vấn ñề nghiên cứu xu hướng biến ñộng sử dụng ñất liên quan tới phân tích bản ñồ có biến ñổi biểu hiện bản ñồ với các ñường ñẳng trị. Áp dụng cách thể hiện bản ñồ này sẽ cho phép hình dung từ một góc ñộ nào ñó xu thế biến ñộng sử dụng ñất. Chiều hướng mà các ñường ñẳng trị lồi ra thể hiện xu hướng lan toả, mở rộng. Các ñường ñẳng trị nếu lõm vào thể hiện xu thế thu hẹp. Nhiều ñường ñẳng trị lồi, dày ñặc, liên tiếp thể hiện sự lan tỏa với cường ñộ mạnh, nếu nhiều ñường ñẳng trị lồi ra, giãn rộng thể hiện sự lan toả với chiều hướng rộng khắp. Vì thế, vấn ñề nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô hình hóa bản ñồ ñể thể hiện bản chất biến ñộng của tình hình sử dụng ñất ñược ñặt ra. Khoa ðịa lý - 50 năm xây dựng và phát triển 372 II. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA BẢN ðỒ NGHIÊN CỨU XU HƯỚNG BIẾN ðỘNG SỬ DỤNG ðẤT HUYỆN THANH TRÌ NĂM GIAI ðOẠN 2001 - 2003 1. Giới thiệu về vùng nghiên cứu Theo ranh giới hành chính, Thanh Trì tiếp giáp với Hà Tây ở phía tây, có sông Hồng là ranh giới tự nhiên với huyện Gia Lâm về phía ñông. Giới hạn khu vực nghiên cứu nằm từ 20°52’33” tới 20°59’1” vĩ bắc, 105°47’27”tới 105°56’11” kinh ñông. Tổng diện tích tự nhiên của vùng nghiên cứu là 9.828,5401 ha [4]. Với vị trí ñó, Thanh Trì là huyện ngoại thành nằm ở phía nam nội thành Hà Nội, có vai trò là cửa ngõ ở phía nam, là vùng hậu cần về thực phẩm tươi, ñồng thời là một khu vực sinh thái cho trung tâm thủ ñô. ðịa hình huyện Thanh Trì thấp trũng nhất của Hà Nội, với ñộ cao trung bình so với mặt nước biển 4-5m, nghiêng từ Bắc xuống Nam và từ ðông sang Tây. ðê sông Hồng chia huyện thành hai phần: trong ñê và ngoài ñê. Vùng bãi ven sông ngoài ñê hàng năm ñược bồi thêm lượng phù sa lớn nên ñịa hình cao hơn phần trong ñê, nhưng thường bị ngập nước vào mùa lũ. Vùng trong ñê có bề mặt ñịa hình bị chia cắt mạnh bởi các kênh, mương thủy lợi kết hợp với nhiều vùng trũng tạo thành ñầm hồ tự nhiên, thích hợp với việc nuôi thả cá. Khí hậu của huyện Thanh Trì mang ñặc tính khí hậu nhiệt ñới gió mùa. Nhiệt ñộ trung bình 23,9 oC. Bức xạ mặt trời trung bình 4272 Kcal/m2/tháng. Lượng mưa khá phong phú (trung bình năm 1649mm), nhưng phân bố không ñều, mùa mưa từ tháng 6 ñến tháng 10 tập trung tới 80% lượng mưa nên dễ gây úng ngập, làm thiệt hại mùa màng và vật chất của nhân dân. Trong khi ñó mùa ít mưa từ tháng 11 ñến tháng 5 năm sau không ñủ nước ñể canh tác. Lượng bốc hơi trung bình năm 938mm. ðộ ẩm trung bình cao (83%), phù hợp với các loại hoa màu. Hai mùa gió chính: gió mùa ðông Bắc và gió mùa ðông Nam ảnh hưởng sâu sắc tới mùa vụ trong sản xuất nông nghiệp và quá trình sinh trưởng của các loại cây trồng. Trên ñịa bàn huyện có các sông lớn chảy qua như: sông Hồng, sông Nhuệ, sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét, sông Kim Ngưu,... Huyện có diện tích hồ ñầm lớn như các hồ Yên Sở, Linh ðàm, ðịnh Công, Pháp Vân... Phần lớn chúng bị ô nhiễm do nước mưa và nước thải sinh hoạt không ñược làm sạch từ khu vực nội thành chảy vào. Toàn huyện có 6 loại ñất chính: ñất phù sa không ñược bồi, không glây hoặc glây yếu, ñất phù sa không ñược bồi có glây, ñất phù sa ít ñược bồi trung tính kiềm yếu, ñất phù sa không ñược bồi glây mạnh, ñất phù sa ñược bồi hàng năm trung tính kiềm yếu, ñất cồn cát, bãi cát ven sông. Như vậy, vị trí ñịa lý và ñiều kiện tự nhiên là yếu tố hình thành ñặc ñiểm sử dụng ñất khu vực nghiên cứu. Nghiên cứu khoa học và ñổi mới nội dung, phương pháp giảng dạy ñịa lý 373 2. Phân loại ảnh số thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất huyện Thanh Trì năm 2001 và năm 2003 a. Tư liệu ảnh viễn thám Ảnh viễn thám ñược lựa chọn ñể thực hiện phân loại là ảnh aster, ñộ phân giải không gian 15 m, chụp ngày 16/11/2001 và ngày 13/01/2003, ñược nắn chỉnh hình học với bản ñồ ñịa hình tỷ lệ 1:10.000. Hình 4. Ảnh Aster tháng 11/2001 Hình 5. Ảnh Aster tháng 01/2003 b. Phân loại ảnh viễn thám khu vực huyện Thanh Trì năm 2001 và năm 2003 Qua quá trình khảo sát thực ñịa, ở khu vực nghiên cứu nổi lên các loại hình sử dụng ñất sau: ðất trồng lúa; ðất trồng rau và hoa màu; Mặt nước (ao, hồ, ñầm); Sông Hồng; Khai thác cát; Dân cư ñô thị; Dân cư nông thôn; ðất xây dựng và giao thông. Hình 6. Ảnh phân loại hiện trạng năm 2001 Hình 7. Ảnh phân loại hiện trạng năm 2003 Kết quả phân loại ảnh viễn thám tại hai thời ñiểm 2001 và 2003 ñược tích hợp theo phương thức giao chéo (crossing) tạo ra một bảng dữ liệu ma trận biến ñộng và một bản ñồ biến ñộng (ñã ñược gộp nhóm thành hai lớp: biến ñộng và không biến Khoa ðịa lý - 50 năm xây dựng và phát triển 374 ñộng). Như vậy xu hướng biến ñộng có thể dự ñoán từ ma trận biến ñộng, còn hướng biến ñộng theo không gian thì rất khó theo dõi. Diện tích ñất trồng lúa tăng chút ít (khoảng 1%) do phần diện tích mặt nước ñã ñược chuyển sang (152,96ha). Diện tích ñất trồng rau và hoa màu giảm từ 22,28% xuống 18,8% trong ñó có một phần diện tích ñã ñược chuyển sang ñất mặt nước (105,88 ha), ñất ở ñô thị (1,44 ha), trung bình giảm 115,16 ha/năm. Diện tích mặt nước giảm từ 14,84% xuống còn 11,59% do chuyển sang ñất ở ñô thị 1,44 ha, trung bình giảm 107,52 ha/năm. ðất chuyên dùng tăng từ 9,46% lên 11,59% do chuyển từ ñất trồng lúa 23,84 ha, từ ñất trồng rau và hoa màu 122,4ha và từ ñất mặt nước 66,56ha, trung bình tăng 70,72 ha/năm. ðất ở nông thôn tăng từ 14,22% lên 17% do chuyển từ ñất trồng lúa 28,44 ha, ñất trồng rau và hoa màu 247,4 ha, trung bình tăng 92 ha/năm. ðất ở ñô thị tăng từ 0,38% lên 1,2% do chuyển sang từ ñất trồng lúa 85,68 ha, trung bình tăng 27,3 ha/năm. Bảng 1. Biến ñộng sử dụng ñất huyện Thanh Trì giai ñoạn 2001 - 2003 2003 6 14 27 41 52 53 58 Tổng 2001 2001 % 6 3182.32 0 0 23.84 28.44 85.68 0.08 3320.36 33.42 14 74.4 1760.65 0 122.4 247.4 0 8.6 2213.45 22.28 27 152.96 105.88 1148.68 66.56 0 0 0 1474.08 14.84 41 0 0 0 938.76 0.12 0.52 0 939.4 9.46 52 0 0 0 0 1412.68 0 0.08 1412.76 14.22 53 0 1.44 2.76 0 0.12 33.08 0 37.4 0.38 58 0 0 0.08 0 0 0 536.28 536.36 5.40 9933.81 100 Tổng 2003 3409.68 1867.97 1151.52 1151.56 1688.76 119.28 545.04 ha 3409.68 1867.97 1151.52 1151.56 1688.76 119.28 545.04 9933.81 % 34.32 18.80 11.59 11.59 17.00 1.20 5.49 100.00 Xử lý của tác giả năm 2003 2.2.3. Tính toán, phân tích biến ñộng giá MSI của các ñiểm trong lưới lục giác trên nền ảnh phân loại sử dụng ñất năm 2001 và 2003 Áp dụng công thức tính chỉ số MSI, bản ñồ biến ñộng MSI giai ñoạn 2001 - 2003 cho thấy tâm phát triển tại khu vực ðịnh Công, Thịnh Liệt, Thanh Trì, Lĩnh Nam, Yên Sở, Yên Mỹ, Ngọc Hồi - Liên Ninh, ñó cũng chính là những khu vực ñược quy hoạch thành khu dân cư như khu ñô thị mới ðịnh Công, Thịnh Liệt, kênh dẫn nước Yên Sở, vùng trồng rau sạch Yên Mỹ, khu công nghiệp Ngọc Hồi - Liên Ninh. Trên bản ñồ biến ñộng xây dựng bằng kỹ thuật tạo bản ñồ chéo ( crossing) không thể cho thấy những phát hiện này. Nghiên cứu khoa học và ñổi mới nội dung, phương pháp giảng dạy ñịa lý 375 Hình 8. Giá trị MSI năm 2001 Hình 9. Giá trị MSI năm 2003 Hình 10. Biến ñộng giá trị MSI giai ñoạn 2001 -2003 Khoa ðịa lý - 50 năm xây dựng và phát triển 376 III. KẾT LUẬN Sử dụng lưới lục giác ñều làm các toán tử trong ñó giá trị ñược lựa chọn là MSI trên nền ảnh phân loại hiện trạng sử dụng ñất, làm cơ sở ñể tạo ra hệ thống các ñường ñẳng trị và bề mặt MSI. Phân tích các lớp thông tin tách chiết ñó ñã cho thấy xu hướng biến ñộng về mặt hình thái của tình hình sử dụng ñất theo không gian và thời gian. ðiều này cho thấy mô hình hóa bản ñồ là một công cụ mạnh thực sự nếu biết kết hợp thủ pháp phân tích bản ñồ trong ñó có phân tích không biến ñổi bản ñồ và phân tích có biến ñổi bản ñồ (với các bản ñồ dẫn xuất). TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. A. M. Berliant, Nghiên cứu ñịa lý bằng phương pháp bản ñồ, Biên dịch Hoàng Phương Nga, Nhữ Thị Xuân, Hiệu ñính Nguyễn Thơ Các, Nhà Xuất bản ðại học Quốc gia, 2001. [2]. Bordent D. Dent, Cartography - Thematic Map Design, 1993 [3]. ESRI, ARC-GIS 9.1 tutorial [4]. [5]. UBND huyện Thanh Trì, Báo cáo tổng hợp quy hoạch, kế hoạch sử dụng ñất ñai huyện Thanh Trì, Thành phố Hà Nội, thời kỳ 2001-2010, tháng 1/2002. SUMMARY DINH THI BAO HOA, NGUYEN NGOC THACH, PHAM NGOC HAI The application of map modeling for studying trend of land use change is the main content of this article. To understand more clearly about the trend of land use change, instead of using crossing two land use maps, the authors used the method of map analysis with/without modifying map. Map analysis using modifying map considered the hexagonal as operator in which the MSI value was calculated from all patch of land use falled in. Mean shape index (MSI) is used as an indicator for identifying the change of land use in each hexagonal over time. More ever, this value was considered for interpolating the isopletic lines. Two isopletic lines were intersected. Residual of MSI was used for interpolating isopletic lines again. According to character of these lines, the trend of land use change was presented.