Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội phục vụ phát triển nuôi trồng thủy sản nước lợ (Nghiên cứu trường hợp tại khu vực Long Thành

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------

HOÀNG HẢI

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI

PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ

(NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP TẠI KHU VỰC

LONG THÀNH - NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------

HOÀNG HẢI

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI

PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ

(NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP TẠI KHU VỰC

LONG THÀNH - NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI)

Chuyên ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số

: 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn

thạc sĩ khoa học

`

PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa

TS. Bùi Quang Thành

Hà Nội - 2019

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới

cô Đinh Thị Bảo Hoa, người đã tận tình hướng dẫn, động viên cho tôi trong suốt

quá trình nghiên cứu.

Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Địa lý, gia

đình, bạn bè và đặc biệt là những đồng nghiệp tại phòng Quản lý và Khai thác ảnh

vệ tinh, Trung tâm Điều khiển và Khai thác vệ tinh nhỏ, Viện Công nghệ vũ trụ đã

hỗ trợ, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong thời gian học tập, nghiên

cứu và hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2019

Tác giả luận văn

Hoàng Hải

MỤC LỤC ............................................................................................................................. ii

DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. vi

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết .................................................................................................................. 1

2. Câu hỏi nghiên cứu ........................................................................................................ 3

3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 3

4. Phạm vi, đối tượng và giới hạn nghiên cứu ................................................................... 4

5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................ 5

6. Cơ sở tài liệu .................................................................................................................. 5

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................................ 6

8. Cấu trúc của luận văn ..................................................................................................... 6

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 7

1.1. Chỉ tiêu chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản ............................................... 7

1.1.1. Nuôi trồng thủy sản .............................................................................................. 7

1.1.2. Chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản .......................................................... 7

1.1.3. Chlorophyll-a (Chl-a) trong nuôi trồng thủy sản .................................................. 9

1.2. Ứng dụng viễn thám - GIS trong đánh giá chất lượng nước phục vụ nuôi trồng thủy

sản .................................................................................................................................... 12

1.2.1. Ứng dụng viễn thám trong đánh giá chất lượng nước ........................................ 12

1.2.2. Ứng dụng GIS trong đánh giá chất lượng nước ................................................. 16

1.2.3. Sử dụng dữ liệu viễn thám trong nghiên cứu và đánh giá chất lượng nước ....... 18

1.3. Cơ sở viễn thám và GIS trong đánh giá, giám sát chất lượng nước tại khu vực

nghiên cứu ........................................................................................................................ 25

1.4. Phương pháp thực hiện .............................................................................................. 28

1.4.1. Lựa chọn thông số đánh giá chất lượng nước .................................................... 28

1.4.2. Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh ............................................................................... 32

1.4.3. Quy trình xử lý dữ liệu ....................................................................................... 33

1.4.4. Xây dựng công cụ phân tích dữ liệu viễn thám và GIS ...................................... 35

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI TÁC ĐỘNG TỚI PHÁT

TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU .............................. 50

MỤC LỤC

2.1. Đặc điểm tự nhiên ..................................................................................................... 50

2.1.1. Vị trí địa lý .......................................................................................................... 50

2.1.2. Địa hình .............................................................................................................. 51

2.1.3. Đặc điểm khí hậu và thời tiết .............................................................................. 52

2.1.4. Tài nguyên thiên nhiên ....................................................................................... 53

2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội .......................................................................................... 54

2.2.1. Tình hình phát triển kinh tế ................................................................................ 54

2.2.2. Hiện trạng về hạ tầng .......................................................................................... 59

2.2.3. Nguồn nhân lực .................................................................................................. 60

2.3. Tình hình tái cơ cấu lĩnh vực thủy sản trong khu vực nghiên cứu ............................ 61

2.3.1. Quy hoạch chi tiết nuôi trồng thủy sản tập trung huyện Nhơn Trạch ................ 61

2.3.2. Thực trạng........................................................................................................... 63

2.3.3. Tái cơ cấu ngành thủy sản .................................................................................. 68

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI

TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................... 70

3.1. Kết quả của công cụ phần mềm ................................................................................ 70

3.2. Đánh giá độ chính xác ............................................................................................... 75

3.2.1. Kết quả điều tra thực địa..................................................................................... 75

3.2.2. So sánh kết quả tính toán trên ảnh và trên thực địa ............................................ 81

3.3. Thảo luận ................................................................................................................... 82

KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 85

KIẾN NGHỊ ......................................................................................................................... 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 87

iii

Hình 1.1. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được phân tích qua ảnh Landsat 8 tại cửa sông Đáy

(Ảnh chụp ngày 8, tháng 12, năm 2013).............................................................................. 15

Hình 1.2. Ảnh Landsat ETM+ chụp lưu vực sông với các kênh phổ khác nhau ................. 20

Hình 1.3. Đặc tính phản xạ và hấp thụ của nước ................................................................. 27

Hình 1.4. Khoảng hấp thụ phổ của Chl-a và Chl-b .............................................................. 29

Hình 1.5. Sơ đồ dữ liệu ảnh VNREDSat-1 sử dụng trong khu vực nghiên cứu .................. 33

Hình 1.6. Quy trình xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh ...................................................................... 34

Hình 1.7. Các hợp phần của phần mềm ............................................................................... 38

Hình 1.8. Các dạng dữ liệu Vector ...................................................................................... 39

Hình 1.9. Các trường hợp giao cắt đối tượng dạng vùng..................................................... 40

Hình 1.10. Phổ phản xạ các đối tượng phân tích trên ảnh VNREDSat-1 ............................ 43

Hình 1.11. Ảnh khu vực nghiên cứu và sản phẩm tách nước .............................................. 44

Hình 1.12. Sơ đồ phân bố phổ của các kênh phổ VNREDSat-1 ......................................... 47

Hình 2.1. Vị trí huyện Nhơn Trạch ...................................................................................... 50

Hình 2.2. Biểu đồ thống kê xu hướng diện tích nuôi trồng thủy sản tỉnh Đồng Nai ........... 56

Hình 2.3. Bản đồ lớp phủ huyện Nhơn Trạch năm 2015 ..................................................... 64

Hình 2.4. Bản đồ thủy văn huyện Nhơn Trạch năm 2015 ................................................... 65

Hình 2.5. Bản đồ nước mặt huyện Nhơn Trạch năm 2015 .................................................. 66

Hình 3.1. Giao diện hiệu chỉnh khí quyển cho ảnh VNREDSat-1 ...................................... 70

Hình 3.2. Ảnh trước và sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển ................................. 70

Hình 3.3. Công cụ tính toán Chlorophyll-a từ ảnh VNREDSat-1 ....................................... 71

Hình 3.4. Bản đồ phân bố hàm lượng Chlorophyll-a từ ảnh VNREDSat-1 chụp ngày

22/4/2017 ............................................................................................................................. 71

Hình 3.5. Bản đồ vật chất lơ lửng chiết xuất từ ảnh VNREDSat-1 ..................................... 72

Hình 3.6. Sơ đồ các điểm mẫu thực địa ............................................................................... 76

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.7. Biểu đồ giá trị Chl-a trong các ngày lấy mẫu (đợt 1) .......................................... 78

Hình 3.8. Biểu đồ giá trị Chl-a trong các ngày lấy mẫu (đợt 2) .......................................... 79

Hình 3.9. Biểu đồ Chl-a tại vị trí sông Thị Vải qua các ngày và giờ lấy mẫu ..................... 80

Hình 3.10. Biểu đồ Chl-a tại khu vực nuôi trồng thủy sản qua các ngày và giờ lấy mẫu ... 80

Hình 3.11. Biểu đồ Chl-a tại khu vực nước lặng ven sông Thị Vải qua các ngày và giờ lấy

mẫu ....................................................................................................................................... 81

Hình 3.12. Kết quả tính toán Chl-a từ ảnh khu vực lấy mẫu và vị trí các điểm mẫu .......... 81

Hình 3.13. Tương quan giữa giá trị đo thực địa và kết quả tính từ ảnh ............................... 82

Bảng 1.1. Tiêu chuẩn nước cho nuôi trồng thủy sản ....……………………….................. 09

Bảng 1.2. Quan hệ giữa lượng Chlorophyll và chất lượng nước ....................................... 11

Bảng 1.3. Đặc điểm một số loại dữ liệu VT trong nghiên cứu tài nguyên nước ................ 22

Bảng 1.4. Dữ liệu ảnh VNREDSat-1 đã thu thập được ……………………….................. 32

Bảng 2.1. Thống kê diện tích thành phần nước mặt huyện Nhơn Trạch năm 2015 ........... 66

Bảng 3.1. Hàm lượng Chl-a và SPM của các cảnh ảnh VNREDSat-1 khu vực nghiên

cứu……………………………………………………………………................................73

Bảng 3.2. Kết quả phân tích mẫu nước đợt 1 ..................................................................... 77

Bảng 3.3. Kết quả phân tích mẫu nước đợt 2 ..................................................................... 78

Bảng 3.4. Giá trị Chl-a thực địa và trên ảnh (đơn vị µg/L) ................................................ 82

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết

Tỉnh Đồng Nai là nơi có hoạt động nuôi trồng thủy sản hầu như phân bố đồng

đều khắp toàn tỉnh và được chia thành hai vùng riêng biệt: vùng nước ngọt và vùng

ngập mặn Long Thành – Nhơn Trạch. Ngành thủy sản Đồng Nai đã và đang phát

triển theo hướng tăng giá trị sản xuất, với nhiều mô hình nuôi thủy sản có hiệu quả

cho năng suất sản lượng cao.

Ngày 18/7/2016, UBND tỉnh Đồng Nai đã ra quyết định số 2253/QĐ-UBND

Phê duyệt Kế hoạch thực hiện tái cơ cấu lĩnh vực thủy sản giai đoạn 2016 -2020,

định hướng đến năm 2030. Điều này đã thể hiện vị thế quan trọng của ngành thủy

sản tại tỉnh Đồng Nai. Với mục tiêu “Tận dụng triệt để các lợi thế, khắc phục các

khó khăn để phát triển ngành thủy sản của tỉnh”, một trong những nhiệm vụ được

đặt ra là cần phải quy hoạch hợp lý, hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế. Theo

đó, khu vực xã Phước An, huyện Nhơn Trạch đã được quy hoạch đầu tư xây dựng

cơ sở hạ tầng để phát triển nuôi trồng thủy sản; đây cũng là khu vực được lựa chọn

để tập trung nghiên cứu, điều tra, khảo sát thực địa.

Tuy nhiên, một trong những khó khăn, hạn chế khi thực hiện công tác quy

hoạch, phát triển nuôi trông thủy sản trong khu vực nghiên cứu là các thông tin về

chất lượng nước còn chưa đầy đủ. Mặc dù, Chi cục Thủy sản, Sở Nông nghiệp và

Phát triển nông thôn đã có những trạm đo nhưng số lượng còn ít, số liệu vẫn còn

hạn chế; đồng thời chỉ tập trung vào một số khu vực nhất định. Do vậy, các số liệu

còn chưa đồng nhất trên diện rộng,và chưa có tính chu kỳ trong thời gian dài. Điều

này dẫn đến những khó khăn nhất định cho việc cung cấp thông tin cho quy hoạch.

Bên cạnh đó, theo quy hoạch tổng thể của tỉnh tại khu vực Long Thành –

Nhơn Trạch, không chỉ có sân bay quốc tế mà còn có nhiều các khu công nghiệp

với các quy mô lớn, nhỏ các cơ sở hạ tầng giao thông, cấp nước, xử lý nước thải

đang được thiết kế, cấp phép triển khai. Như vậy, trong tương lai, chất lượng nước

khu vực này có thể bị ảnh hưởng bởi nước thải hoạt động của các khu công nghiệp,

dự án ở đây và qua đó, ảnh hưởng không nhỏ đến công tác quy hoạch, phát triển

nuôi trồng hải sản trong khu vực. Vì vậy, giám sát chất lượng nước trong khu vực là

yêu cầu cần thiết, phục vụ thiết thực công tác quản lý, quy hoạch phát triển nuôi

trồng thủy sản tại đây.

Việc ứng dụng công nghệ viễn thám vào ngành thủy sản đã và đang có những

thay đổi nhanh chóng và tích cực. Tuy vậy, đây vẫn là lĩnh vực ứng dụng còn chưa

mạnh, hầu hết là để phục vụ quản lý mang tính chất cục bộ, nên dẫn đến dữ liệu còn

manh mún. Mặt khác, tính khả thi và mức độ thành công phụ thuộc rất nhiều vào dữ

liệu đầu vào, đây là thứ mà ngành còn đã và đang thiếu. Vấn đề quản lý nuôi trồng,

quy hoạch và phát triển sẽ gặp không ít khó khăn. Trong đó, việc theo dõi biến động

nuôi trồng thủy sản sẽ được đặt lên hàng đầu thông qua việc giám sát chất lượng

nước để đưa ra các đánh giá về quy hoạch nuôi trồng, nhằm xác định tính tương

thích cao nhất cho từng vùng, cũng như phát hiện ô nhiễm nguyên nhân gây dịch

bệnh cho vật nuôi.

Với những ưu điểm như độ phủ rộng, có tính lịch sử, kế thừa, tính thời sự, tính

đồng nhất và tương quan cao của nhiều đối tượng trong cùng một thời điểm, dữ liệu

viễn thám cho phép cập nhật thông tin một cách chính xác nhất, hiệu quả nhất đồng

thời giảm thời gian, kinh phí, đặc biệt là cho các khu vực rộng lớn. Bên cạnh đó,

GIS là một công cụ thực sự hữu hiệu không chỉ cho nghiên cứu đánh giá vùng thích

nghi nuôi trồng thủy sản mà còn cho rất nhiểu các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, khi sử

dụng công cụ này vào đánh giá thích nghi cần phải kết hợp với điều tra đánh giá

điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội, các chỉ số môi trường vùng nuôi, chất

lượng nước, .. để đưa ra các thông tin đầy đủ và chính xác nhất, hỗ trợ đề xuất quy

hoạch vùng nuôi thực sự có hiệu quả và bền vững.

Với những lý do trên, luận văn nghiên cứu: “Ứng dụng viễn thám và GIS

đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội phục vụ phát triển nuôi

trồng thủy sản nước lợ (Nghiên cứu trường hợp tại khu vực Long Thành - Nhơn

Trạch, tỉnh Đồng Nai)” đã được chọn nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng công

nghệ viễn thám và GIS ở địa phương, góp phần thúc đẩy sự tham gia của các ứng

dụng sử dụng ảnh viễn thám và GIS trong phát triển kinh tế xã hội. Thực tế cho thấy

rằng, người sử dụng trực tiếp các dữ liệu này thường có chuyên môn về viễn thám

khá hạn chế, mà chỉ chuyên sâu về lĩnh vực thủy sản. Vì vậy, không dễ để có thể

khai thác hiệu quả dữ liệu ảnh viễn thám thông qua các phần mềm xử lý ảnh thương

mại phổ biến hiện nay. Do đó, nghiên cứu này sẽ tập trung phân tích các đặc điểm

tự nhiên và đặc điểm kinh tế xã hội tại khu vực, từ đó phát triển một công cụ phần

mềm trên cơ sở mã nguồn mở, sử dụng ngôn ngữ tiếng Việt và giảm thiểu thao tác

xử lý chiết tách thông tin từ dữ liệu ảnh, nhằm giúp người dùng có thể dễ dàng thực

hiện các bước thu thập thông tin từ ảnh viễn thám để trợ giúp một cách tốt nhất cho

việc quy hoạch nuôi trồng thủy sản nói chung, nuôi trồng thủy sản nước lợ nói

riêng. Trong giới hạn nghiên cứu, dữ liệu ảnh viễn thám của Việt nam hiện nay là

ảnh vệ tinh VNREDSat-1 được sử dụng để phân tích và đánh giá chỉ số hàm lượng

Chlorophyll-a trong chất lượng môi trường nước.

2. Câu hỏi nghiên cứu

- Yếu tố chất lượng nước nào của điều kiện tự nhiên ảnh hưởng đến phát

triển nuôi trồng thủy sản nước lợ tại khu vực nghiên cứu?

- Liệu dữ liệu ảnh viễn thám nói chung, ảnh VNREDSat-1 của Việt Nam

nói riêng có thể cung cấp thông tin về chất lượng nước không? Có thể xây dựng một

phần mềm đơn giản, dễ sử dụng nhằm ứng dụng rộng rãi việc chiết tách thông số

chất lượng nước từ dữ liệu ảnh vệ tinh này.

3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

- Mục tiêu nghiên cứu:

+ Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động chất lượng nước thông

qua hai chỉ số hàm lượng Chlorophyll-a và SPM phục vụ phát triển nuôi trồng thủy

sản nước lợ của khu vực nghiên cứu.

+ Xác định khả năng ứng dụng ảnh VNREDSat-1 trong giám sát chất lượng

nước, hỗ trợ công tác nuôi trồng thuỷ hải sản. Từ đó, xây dựng một công cụ phần

mềm mã nguồn mở nhằm đưa ứng dụng dữ liệu ảnh viễn thám được phổ biến đến

người dùng.

- Nhiệm vụ nghiên cứu:

+ Thu thập và phân tích tổng quan các nguồn tài liệu về đặc điểm tự nhiên,

đặc điểm kinh tế xã hội, hiện trạng sử dụng đất, các quy hoạch – điều chỉnh quy

hoạch tại khu vực nghiên cứu.

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu khoa học trợ giúp quy hoạch, quản lý nuôi trồng

thủy sản nước lợ tại khu vực

+ Điều tra, khảo sát thực địa, lấy mẫu nước và phân tích các chỉ số chất

lượng nước

+ Nghiên cứu đặc điểm của dữ liệu ảnh viễn thám VNREDSat-1. Từ đó cho

thấy khả năng chiết tách các thông số chất lượng nước (Chlorophyll-a và độ đục -

SPM) từ dữ liệu ảnh VNREDSat-1.

+ Xây dựng công cụ phần mềm mã nguồn mở tiếng Việt để xử lý, chiết tách

thông số chất lượng nước Chlorophyll-a và SPM từ ảnh VNREDSat-1.

4. Phạm vi, đối tượng và giới hạn nghiên cứu

- Phạm vi không gian: Do các đặc điểm tự nhiên về vùng nước lợ, lưu vực

sông Thị Vải, thuộc huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai được lựa chọn tập trung

nghiên cứu. Trong đó, thực hiện khảo sát thực địa khu vực xã Phước An, huyện

Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai.

- Đối tượng nghiên cứu: Các nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng sử dụng viễn

thám trong đánh giá chất lượng nước phục vụ cho nuôi trồng thủy sản rất hiệu quả.

Từ ảnh vệ tinh có thể xác định được các tham số như vật chất lơ lửng, Chlorophyll-

a (Chl-a) và vật chất hữu cơ hòa tan có màu. Trong các tham số này, tham số Chl-a

thể hiện sự phong phú của thực vật phù du hay sự phú dưỡng của nước và là tham

số có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước trong các ao nuôi thủy sản. Nước có

sự phú dưỡng thấp sẽ có ít thức ăn cho các loại thủy sản, ngược lại độ phú dưỡng

cao sẽ làm thiếu ô xi trong nước. Do đó, tham số này được lựa chọn nghiên cứu để

giám sát chất lượng nước phục vụ công các quy hoạch nuôi trồng thủy sản trong

khu vực nghiên cứu.

- Giới hạn nghiên cứu: Qua phân tích, tổng hợp các yếu tố tự nhiên và điều

kiện kinh tế xã hội của khu vực, có thể thấy tác động của hàm lượng Chl-a và SPM

trong chỉ tiêu chất lượng nước ảnh hưởng rất lớn đến nuôi trồng thủy sản nói chung,

nuôi trồng thủy sản nước lợ nói riêng tại khu vực nghiên cứu. Chính vì vậy, nghiên

cứu này sẽ tập trung phát triển và sử dụng công nghệ viễn thám và GIS cụ thể là

phát triển một công cụ phần mềm GIS mã nguồn mở để đánh giá các chỉ số này ảnh

hưởng như thế nào đến phát triển nuôi trồng thủy sản tại khu vực.

5. Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích và kế thừa thông tin tài liệu: về

hiện trạng kinh tế xã hội, điều kiện tự nhiên môi trường, các nghiên cứu và

tài liệu có liên quan đến luận văn

 Phương pháp viễn thám: xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh, chiết tách thông tin

chuyên đề về Chl-a và độ đục.

 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, thu thập mẫu: Mẫu nước được lấy

chủ yếu tại 3 địa điểm ở lưu vực sông Thị Vải, xã Phước An, huyện Nhơn

Trạch vào 2 thời điểm tháng 4 và tháng 10 năm 2017. Sau phân tích, thu

được chỉ số hàm lượng Chlorophyll-a.

 Phương pháp GIS phân tích, xử lý ảnh vệ tinh, vẽ bản đồ: giải đoán, chiết

tách thông tin từ ảnh vệ tinh, điều vẽ trên máy tính, sử dụng GIS để chồng

lớp thông tin nền và thành lập các bản đồ, nội suy sự phân bố chỉ tiêu chất

lượng nước bằng hình ảnh và kết quả thực địa thông qua các điểm phân

tán lấy mẫu nước đã thu thập được.

 Phương pháp lập trình mã nguồn mở: Phát triển công cụ phân tích dữ liệu

GIS và viễn thám dựa trên nền tảng hệ điều hành mã nguỗn mở Linux -

Ubuntu và ngôn ngữ lập trình Python.

6. Cơ sở tài liệu

- Ảnh VNREDSat-1 ngày 15/4/2015 và ngày 22/4/2017 với độ phân giải

không gian đối với ảnh toàn sắc là 2,5m; đối với ảnh đa phổ tương ứng là 10m; độ

rộng của cảnh ảnh là 17,5 km; 4 kênh đa phổ ( blue, green, NIR, red); thời gian

chụp lặp lại: 3 ngày

- Bộ dữ liệu thực nghiệm chỉ số Chlorophyll-a là kết quả của các chuyến đi

điều tra thực địa: đợt 1: từ 16/4 đến 22/4 năm 2017; đợt 2 từ 29/9 đến 7/10 năm

2017.

- Bản đồ địa hình Đồng Nai dạng bản đồ số đã có đến tỉ lệ 1:25000 gồm 32

mảnh.

- Bản đồ sử dụng đất tỉnh Đồng Nai tỷ lệ 1:50.000 thành lập năm 2010.

- Dữ liệu thống kê kinh tế - xã hội: Niên giám thống kê tỉnh Đồng Nai

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Về khoa học:

Khẳng định dữ liệu ảnh VNREDSat-1 của Việt Nam có thể cung cấp thông tin

về các chỉ số của chất lượng nước. Các thông tin này có thể sử dụng vào các ứng

dụng khác có liên quan; gợi ý thêm cho các nhà nghiên cứu về việc sử dụng các chỉ

số chất lượng nước tùy theo đặc điểm các vùng khác nhau. Kết quả của luận văn có

thể bổ sung, nâng cao năng lực ứng dụng GIS và viễn thám tại địa phương về xử lý

ảnh viễn thám, chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám.

Ý nghĩa thực tiễn:

Từ nguồn dữ liệu ảnh viễn thám VNREDSat-1, luận văn đã sử dụng các mô

hình tính toán hiện đang được sử dụng rộng rãi để xác định được các tham số liên

quan đến chất lượng nước là Chlorophyll-a, SPM. Kết hợp với bản đồ hiện trạng

lớp phủ, các công cụ GIS sẽ cho phép nhà quản lý lựa chọn được các khu vực phù

hợp phát triển nuôi trồng thủy sản bền vững tại khu vực nghiên cứu.

8. Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm 03 chương cùng với phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài

liệu tham khảo. Dưới đây là tiêu đề các chương:

Chương 1: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Chương 2: Các yếu tố tự nhiên và kinh tế xã hội tác động tới phát triển nuôi

trồng thủy sản tại khu vực nghiên cứu

Chương 3: Ứng dụng viễn thám và GIS phục vụ phát triển nuôi trồng thủy

sản nước lợ tại khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1. Chỉ tiêu chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản

1.1.1. Nuôi trồng thủy sản

Nuôi trồng thủy sản là bất kỳ phương tiện gì của con người nhằm cải thiện

tăng trưởng của một thủy sinh vật nào đó trong một diện tích mặt nước nhất định.

Nuôi trồng thủy sản là một hay nhiều sự tác động của con người nhằm can thiệp vào

chu kỳ sống tự nhiên của một loài thủy sinh vật.

Theo FAO (1988): Nuôi trồng thủy sản là nuôi các thủy sinh vật bao gồm cá,

nhuyễn thể, giáp xác, và thủy thực vật. Nuôi thủy sản hàm ý một số hình thức can

thiệp trong quá trình nuôi để thúc đẩy sản xuất chẳng hạn thả giống đều đặn, cho ăn,

bảo vệ khỏi địch hại, v.v… Về mặt sở hữu cũng bao gồm cá thể và tập thể đối với

các đối tượng nuôi.

Hiện nay, nuôi trồng thuỷ sản được coi là ngành kinh tế mũi nhọn của nhiều

quốc gia, trong đó có Việt Nam. Nuôi trồng thuỷ sản có vai trò quan trọng không

chỉ đối với việc gia tăng sản lượng thuỷ sản, mang lại nguồn thu cho quốc gia, cải

thiện đời sống mà còn giúp tái tạo và bảo vệ nguồn gen và môi trường sinh thái.

Trong lĩnh vực nuôi trồng thuỷ sản, việc ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến

ngày càng phổ biến và công nghệ viễn thám và GIS cũng là một trong số đó.

Nuôi trồng thuỷ sản mặn, lợ: là thuật ngữ bao hàm tất cả các hình thức nuôi

động vật và trồng thực vật thuỷ sinh trong các môi trường nước lợ và nước mặn

(như cửa biển, đại dương ..).

1.1.2. Chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản

Chất lượng nước đối với người nuôi trồng thủy sản chính là chất lượng nước

cho phép nhân giống thành công các sinh vật mong muốn. Mật độ nuôi thả trong

nuôi trồng thủy sản thường lớn hơn gấp ngàn lần so với môi trường hoang dã. Các

yêu cầu về chất lượng nước sẽ được quyết định bởi giống sinh vật được nuôi trồng

và các thành phần khác đan xen vào nhau. Đôi khi một thành phần có thể được xử

lý một cách riêng biệt, nhưng do tính chất tương tác phức tạp giữa chúng, một hỗn

hợp của các thành phần sẽ được đưa ra. Sự tăng trưởng cùng với tỷ lệ sống quyết

định năng suất cuối cùng. [6]

Chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản bao gồm tất cả các yếu tố vật lý,

hóa học và sinh học. Sự biến động của các yếu tố này đều ảnh hưởng đến năng suất

nuôi.

Có rất nhiều tham số để đánh giá chất lượng nước. Mỗi nhóm tham số lại có

những phương pháp đo đạc, xác định khác nhau.

Các thông số lý học

- Nhiệt độ (biến động theo ngày và theo mùa)

- Độ mặn (biến động theo thủy triều và theo mùa)

- Hạt (chất rắn): thành phần (hữu cơ và vô cơ), kích thước, hàm lượng

- Màu sắc

- Ánh sáng: tổng năng lượng chiếu sáng hằng năm, cường độ năng lượng bức

xạ, chất lượng ánh sáng, thời gian chiếu sáng (chu kỳ trong ngày).

Các thông số hoá học

- pH và độ kiềm

- Khí: tổng áp suất khí, oxy, nitơ, CO2, H2S

- Chất dinh dưỡng: các hợp chất nitơ, các hợp chất photpho, kim loại vi lượng

và sự hình thành

- Các hợp chất hữu cơ: dễ phân hủy, không phân hủy

- Các hợp chất độc: kim loại nặng, bioxit

Các thông số sinh học

- Vi khuẩn (chủng loại và mật độ)

- Virút

- Nấm

- Khác

Chất lượng môi trường nước tự nhiên chịu ảnh hưởng rất nhiều của các loại

thủy sinh vật. Sự phong phú của phiêu sinh vật ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ sáng và

độ đục, oxy hòa tan, chất dinh dưỡng vô cơ, pH và độ cứng của nước. Do đó, theo

dõi sự phát triển của các loại thủy sinh vật như tảo có thể gián tiếp đánh giá được

Bảng 1.1. Tiêu chuẩn nước cho nuôi trồng thủy sản

chất lượng môi trường nước.

1.1.3. Chlorophyll-a (Chl-a) trong nuôi trồng thủy sản

Thông thường, khi nhắc đến Chlorophyll chúng ta sẽ nghĩ ngay đến tảo. Tảo

còn được gọi là tản thực vật thallophytes, là những thực vật thiếu rễ, thiếu là và

thiếu cả thân, bù lại chúng có Chlorophyll đóng vai trò như sắc tố quang hợp sơ cấp.

Chlorophyll-a (Chl-a) là sắc tố chính tham gia quá trình quang hợp của tảo và

oxygen được phóng thích từ quá trình quang hợp này.

Tất cả các thực vật phiêu sinh vật đều có chứa Chl-a. Các phiêu sinh vật này

có thể là thực vật phù du hoặc động vật phù du. Thực vật phù du là các loại thủy

sinh vật cực nhỏ, ít hoặc không chịu được dòng chảy và sống trôi nổi lơ lửng trong

nước sạch, nước lợ hoặc nước biển tùy từng loại. Các phiêu sinh vật có thể là đơn

bào, là ký sinh vật, hoặc có thể là dạng nhiều sợi nhỏ.

Hàm lượng Chl-a có liên quan mật thiết với sinh khối của các thực vật phiêu

sinh vật này, và nó là một chất chỉ thị của lượng tảo. Chl-a được sử dụng để đánh

giá chất lượng sơ bộ ban đầu của nguồn nước. Nhất là hiện nay việc nuôi thủy sản

đang được gia tăng thì Chl-a cũng đóng vai trò là một trong các chỉ tiêu đánh giá

chất lượng nước đảm bảo cho sự phát sản thủy sản nuôi. Hàm lượng Chl-a trong tảo

thông thường chiếm khoảng 1-2% trọng lượng khô của tảo. [7]

Hầu hết các tảo cát đều phát triển tốt ở nhiệt độ 12 - 25°C trong khi tảo lục

phát triển tốt ở 35°C và cao hơn. Lượng phiêu sinh vật phát triển nhiều vào mùa hè

trong thời gian có nhiều ánh nắng mặt trời chiếu vào nước, nhưng trong mùa mưa,

các chất lơ lửng gia tăng làm cản trở năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Một số tảo

lục, tảo mắt và dinoflagellate có thể phát triển trong môi trường oxy thấp và lượng

dinh dưỡng vô cơ cao, điều này xảy ra trong nước phú dưỡng. Nhóm tảo lục thích

sống trong nước nghèo dinh dưỡng, đó là môi trường nước sạch và có độ cứng thấp,

nhóm này cũng thích môi trường pH 4 - 6.5 hơn trong khi tảo lam thích môi trường

có pH 9 - 10. Tuy vậy, phiêu sinh vật thường có tỷ lệ phát triển cao trong nước phú

dưỡng, vì vậy nồng độ Chl-a có thể chỉ thị tình trạng nước như sau:

Bảng 1.2. Quan hệ giữa lượng Chlorophyll và chất lượng nước

Tình trạng nước

Nghèo dinh Dinh dưỡng Phú dưỡng Đại phú

dưỡng trung bình dưỡng

0.3-3 3-10 10-100 >100 Chl-a

(μg/l, mg/m3)

Hiện tượng Chlorophyll thay đổi theo thời gian là một hiện tượng tự nhiên.

Nồng độ Chlorophyll cao sau những cơn mưa, đặc biệt là mưa có đem theo nhiều

chất dinh dưỡng vào nguồn nước. Nồng độ Chlorophyll cao thường vào các tháng

mùa hè khu nhiệt độ cao và cường độ ánh sáng cao. Chế độ thủy triều cũng là một

vấn đề quan trọng trong việc kiểm soát nồng độ này. Thủy triều mạnh sẽ làm xáo

trộn và nồng độ Chlorophyll sẽ giảm vì thời gian lưu lại của tảo ở vùng ánh sáng

giảm. Thủy triều xáo trộn làm tăng chất rắn lơ lửng và tăng độ đục do đó làm giảm

lượng ánh sáng cho quá trình quang hợp. Việc tăng nồng độ Chlorophyll có thể

phản ánh được lượng chất dinh dưỡng cũng tăng.

Thực vật phù du đóng một vai trò quan trọng trong việc ổn định hệ sinh thái

của toàn bộ ao và trong việc giảm thiểu những biến động của chất lượng nước.

Quần thể thực vật phù du thích hợp làm phong phú thêm hàm lượng oxy thông qua

quang hợp dưới ánh sáng ban ngày và làm giảm mức độ khí CO2, NH3, NO2 và H2S.

Phát triển quần thể thực vật phù du lành mạnh có thể làm giảm các chất độc hại vì

thực vật phù du có thể tiêu thụ NH4 và kết hợp với kim loại nặng …

Do Chl-a thể hiện mối tương tác giữa dinh dưỡng môi trường, các yếu tố khí

hậu và sự phát triển của quần thể sinh vật trong môi trường nên nó trở thành một

thông số quan trọng trong việc giám sát chất lượng nước nói riêng và môi trường

nói chung.

1.2. Ứng dụng viễn thám - GIS trong đánh giá chất lượng nước phục vụ nuôi

trồng thủy sản

Ở trong nước cũng có nhiều ứng dụng liên quan đến sử dụng GIS và viễn thám

trong giám sát, quản lý nuôi trồng thủy sản. Có thể kể đến như ứng dụng GIS và

AHP xây dựng bản đồ thích nghi nuôi tôm nước lợ tại huyện Tuy Phong tỉnh Bình

Thuận hay ứng dụng hệ thống thông tin địa lý và viễn thám trong điều tra, phân tích

hiện trạng nuôi trồng thủy sản ở Đầm Sam Chuồn, huyện Phú Vang, tỉnh Thừa

Thiên Huế. Tuy nhiên, trong các ứng dụng này chưa thấy có việc tính toán hay sử

dụng tham số chất lượng nước. [3]

Cũng đã có các đề tài, dự án liên quan đến theo dõi, kiểm soát chất lượng nước

ở tỉnh Đồng Nai như ứng dụng mô hình SWAT và chỉ số chất lượng nước đánh giá

chất lượng nước mặt tại lưu vực sông La Ngà và xây dựng phần mềm quản lý tổng

hợp số liệu quan trắc chất lượng nước mặt lưu vực hệ thống sông Đồng Nai dựa trên

công nghệ WebGIS. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu sử dụng số liệu quan

trắc từ mẫu thực tế, chưa sử dụng nhiều và sâu rộng các dữ liệu viễn thám nên có

thể chưa phải là cách tiếp cận hiệu quả. [1]

Các tài liệu thu thập được đã minh chứng rằng viễn thám và GIS có khả năng

ứng dụng trong giám sát, đánh giá chất lượng nước phục vụ nuôi trồng thủy sản nói

riêng cũng như trợ giúp quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội nói chung. Các nghiên

cứu cũng cho thấy bài toán quy hoạch là bài toán đa nghành được quyết định bởi

các nhà quản lý. GIS và viễn thám ở đây có thể sử dụng hiệu quả với vai trò như

một công cụ trợ giúp cung cấp thông tin một cách nhanh chóng với quy mô lớn, tiết

kiệm thời gian và kinh phí lại mang lại hiệu quả cao.

1.2.1. Ứng dụng viễn thám trong đánh giá chất lượng nước

Chất lượng nước là một thành phần quan trọng quyết định sự tồn tại của nhiều

lợi ích mà con người đang hưởng lợi bao gồm lương thực, năng lượng, văn hóa và

điều tiết tự nhiên. Rất nhiều những hoạt động của con người nằm trong mối ràng

buộc chặt chẽ với hệ sinh thái đã đặt ra nhu cầu nắm bắt thông tin về sức khỏe của

nó, điều này thúc đẩy triển khai các hoạt động quan trắc chất lượng nước, tuy nhiên

thách thức là không nhỏ.

Các lưu vực sông hiện đại đang trở nên rất phức tạp với nhiều thành phần, tạo

ra khó khăn cho nổ lực phát triển được một bộ tiêu chuẩn chất lượng nước tổng hợp,

đáp ứng nhu cầu của tất cả các thành phần để làm cơ sở xây dựng các chế độ và

công trình quan trắc. Hơn thế nữa, các mối quan hệ phức tạp giữa các thành phần

trong một lưu vực, cũng như các yếu tố khó dự đoán khác cũng đều đang ảnh hưởng

đến chất lượng nước, gây ra khó khăn trong việc xác định nguồn ô nhiễm. Tuy

nhiên, thử thách lớn nhất xuất hiện khi đưa tất cả các vấn đề nêu trên vào xem xét

giải quyết dưới hỗ trợ của các công trình và phương thức quan trắc truyền thống

hiện có, bài toán không thể được giải quyết một cách hoàn toàn. Tốn kém về thời

gian, tài chính và đặc điểm quan trắc rời rạc theo điểm là ba hạn chế lớn của cách

tiếp cận này, đặc biệt tại các lưu vực thiếu thốn các công trình quan trắc và nhân lực

thực hiện quan trắc. Trong bối cảnh nêu trên, công nghệ viễn thám được đưa vào

xem xét và xem như chìa khóa giải quyết các thách thức.

Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển

nhưng đã nhanh chóng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi

ở các nước phát triển. Công nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho

công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng

khu vực và trong phạm vi toàn cầu. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày

càng được nâng cao, đây là lý do dẫn đến tính phổ cập của công nghệ này.

Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ

trên không của trái đất để nhận biết được các thông tin về đối tượng trên bề mặt trái

đất mà không cần tiếp xúc nó. Viễn thám thu nhận thông tin khách quan về bề mặt

trái đất và các hiện tượng trong khí quyển nhờ các máy thu (sensor) được đặt trên

máy bay, vệ tinh nhân tạo, tầu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo. Công nghệ

viễn thám có những ưu việt như sau:

 Độ phủ trùm không gian rộng lớn của tư liệu bao gồm các thông tin về tài

nguyên, môi trường trên bề mặt của Trái đất gồm cả những khu vực rất

khó đến được như rừng nguyên sinh, đầm lầy hay các hải đảo;

 Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường Trái đất do

chu kỳ quan trắc lặp lại và liên tục trên cùng một đối tượng trên mặt đất

của các máy thu viễn thám. Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám

ghi lại được các biến đổi của tài nguyên, môi truờng giúp công tác giám

sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường trở nên dễ dàng;

 Sử dụng các dải phổ đặc biệt, khác nhau để quan trắc các đối tượng (ghi

nhận đối tượng), nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng

cho nhiều mục đích, trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ của trái

đất, giám sát và đánh giá chất lượng nước ..;

 Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ

liệu cơ bản cho việc thành lập và hiện chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và

hệ thống cơ sở dữ liệu địa lý quốc gia.

Với những ưu điểm trên, công nghệ viễn thám đang trở thành công nghệ chủ

đạo cho quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi truờng ở nước ta hiện nay.

Viễn thám, khi được kết hợp với các phương pháp quan trắc truyền thống sẽ

mang lại hiệu quả rất đáng mong đợi, nhất là khi chất lượng của ảnh vệ tinh được

cung cấp miễn phí đang ngày được cải thiện với độ phân giải cao hơn. Năm ưu

điểm nổi bật nhất của cách kết hợp này:

 Cung cấp cái nhìn tổng quát vùng quan trắc để theo dõi hiệu quả hơn những

thay đổi theo không gian và thời gian;

 Cung cấp đồng thời thông tin chất lượng nước tại nhiều vị trí trên một diện

tích lớn tại cùng một thời điểm;

 Cung cấp chuỗi số liệu toàn diện nhiều năm chỉ ra xu hướng thay đổi của

chất lượng nước theo thời gian;

 Cung cấp một công cụ hỗ trợ quyết định mức độ ưu tiên các vị trí, thời gian

thực hiện điều tra, khảo sát và lấy mẫu nước;

 Cung cấp một ước tính chính xác các thành phần hoạt tính quang học mô tả

Hình 1.1. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được phân tích qua ảnh Landsat 8 tại cửa sông Đáy

(Ảnh chụp ngày 8, tháng 12, năm 2013)

chất lượng nước.

Một cách tổng quan, ảnh vệ tinh có thể được sử dụng để quan trắc chất lượng

nước là nhờ vào thông tin về năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt nước mà nó

ghi nhận được. Một số thông số chất lượng nước có thể được quan trắc bằng ảnh vệ

tinh bao gồm nhiệt độ, hàm lượng chất rắn lơ lửng (SSC), chlorophyll, chất hữu cơ

hòa tan (DOM), vết dầu loang. Kể từ thời điểm phát triển ban đầu trong những năm

1970, viễn thám đã và đang được áp dụng rộng rãi bởi nhiều tổ chức và các chuyên

gia hàng đầu Thế giới trong các nghiên cứu của họ. Caio (2015) đã thực hiện tìm

kiếm các ấn phẩm công bố trên các tạp chí Quốc tế có sử dụng từ khóa "viễn thám"

và "dịch vụ hệ sinh thái", nghiên cứu đã tìm được 5920 ấn phẩm phù hợp với tiêu

chí tìm kiếm là sử dụng từ khóa “dịch vụ sinh thái” trong khoảng thời gian từ 1960

đến 2013 và trong số đó, 211 nghiên cứu đã được tìm thấy đề cập trực tiếp đến từ

khóa "viễn thám" như là phương pháp để giải quyết các bài toán liên quan đến “dịch

vụ sinh thái”. Bên cạnh đó, đã có một loạt các nghiên cứu của Jerry C. Ritchie và

những người khác xác định các thông số kỹ thuật như xác định dải bước sóng phù

hợp để quan trắc hàm lượng chất lơ lửng, chlorophyll-a, hay các thuật toán chuyển

đổi thông tin phản xạ/bức xạ thành giá trị của các thông số chất lượng nước. [8,9]

Hạn chế của kỹ thuật viễn thám là sự phụ thuộc vào độ phân giải của ảnh, và

độ che phủ của mây. Hiện tại, có rất nhiều nguồn cung cấp ảnh miễn phí, tuy nhiên

vì độ phân giải thấp nên các nghiên cứu chủ yếu tập trung tại các hồ chứa nước lớn,

các cửa sông rộng và đại dương. Tuy vậy, bởi những ưu điểm to lớn và sự phát triển

của Khoa học kỹ thuật, các dự án như Landsat hay Sentinel đã và sẽ mang lại nguồn

dữ liệu khổng lồ và ngày càng nâng cấp độ phân giải để phù hợp với nhu cầu nghiên

cứu tại các con sông nhỏ, các hồ chứa trung bình và nhỏ. Kỹ thuật viễn thám hứa

hẹn sẽ là cách tiếp cận của tương lai, đi cùng với sự phát triển của con người.

1.2.2. Ứng dụng GIS trong đánh giá chất lượng nước

Ở bất kỳ một ngành khoa học kỹ thuật hay kinh tế - xã hội, chúng ta đều có thể

bắt gặp thuật ngữ “hệ thống thông tin” và các phương pháp xử lý thông tin khác

nhau tuỳ theo từng lĩnh vực như hệ thống thông tin ngân hàng, hệ thống thông tin

hồ sơ bệnh nhân, hệ thống thông tin dân số … Cùng với sự phát triển của công nghệ

thông tin, thông tin hiện nay đã ngày càng đáp ứng và giải quyết được những bài

toán lớn mà thực tế đặt ra. Trong lĩnh vực hoạt động xă hội, thông tin là huyết mạch

chính của các công cụ quản lý. Đó là quản lý xã hội nói chung và quản lý đất đai nói

riêng, cho dù sử dụng công cụ nào thô sơ hay hiện đại đều gói gọn trong hai quá

trình là thu thập và xử lý thông tin. Thông tin đất là tất cả các thông tin liên quan

đến đất đai, thông tin đất đai thường được thể hiện bằng Hệ thống thông tin Địa lý.

GIS là một phần của công nghệ thông tin được hình thành vào những năm

1960 và phát triển mạnh trong 15 năm trở lại đây. Đây là ngành khoa học tự nhiên

có tính chất liên ngành, liên quan đến các chuyên ngành địa lý, công nghệ thông tin,

toán ứng dụng, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, khoa học đất, quản lý đất đai,

lâm nghiệp… Tại Việt Nam, từ những năm thập niên 90 đã bắt đầu quan tâm tới

GIS và việc ứng dụng GIS được đưa rộng rãi vào hoạt động các lĩnh vực để nâng

cao hiệu quả công tác quản lý Nhà nước. Trong lĩnh vực quản lý đất đai, GIS nhận

được sự quan tâm rất lớn của nhiều địa phương trong cả nước, một số địa phương

đã triển khai ứng dụng có hiệu quả để thực hiện tốt hơn nữa chức năng quản lý Nhà

nước của mình.

Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ

môi trường. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada

trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào

cuối những năm 1970, đến mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang

được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích

các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường ngày càng hữu hiệu hơn.

Xu hướng hiện nay trong quản lý môi trường là sử dụng tối đa khả năng cho

phép của GIS. Sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả năng

hơn, mạnh hơn và các ứng dụng GIS cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng

bởi các khả năng hiển thị dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao

diện tuỳ biến.

Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên

GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý môi trường. Các mô hình phức tạp cũng có

thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS. Qua đó, GIS được sử dụng để cung

cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách. Các cơ

quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các

hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc.

GIS cũng được sử dụng để đánh giá các sự cố môi trường. Các cơ quan chính

phủ và địa phương phải đối phó nhanh chóng với thiên tai, các rủi ro trong công

nghiệp và các sự cố môi trường. Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để

đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào

chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số.

Việc chia xẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và

dịch vụ GIS. Các nguồn dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ

thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập

dữ liệu hiệu quả hơn.

GIS là công cụ đắc lực trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát và đánh

giá chất lượng nước. GIS có thể được dùng để tạo bản đồ phân bố tài nguyên, kiểm

kê, đánh giá trữ lượng tài nguyên, ... Những ứng dụng của GIS trong lĩnh vực này là

không giới hạn.

1.2.3. Sử dụng dữ liệu viễn thám trong nghiên cứu và đánh giá chất lượng nước

Từ năm 1972 (bắt đầu phóng vệ tinh Công nghệ Tài nguyên Trái đất, ERTS-

1), các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu viễn thám từ các bộ cảm biến khác nhau để

mô tả, lập bản đồ, phân tích và lập mô hình bề mặt Trái đất và các quá trình trên đó.

Với sự xuất hiện phong phú của các vệ tinh quan sát Trái Đất, viễn thám đã trở

thành một công cụ quan trọng để phân tích các đặc điểm bề mặt trái đất và vì thế

cung cấp thông tin có giá trị cần thiết cho nghiên cứu về nước. Với sự trợ giúp của

các thuật toán mới, thông tin thủy hệ mới được trích xuất từ dữ liệu viễn thám được

sử dụng trong mô hình thủy văn và môi trường. Những thông tin mới này và các

thông số thủy văn đã làm tăng sự hiểu biết của chúng ta về các quá trình thủy văn

khác nhau thông qua việc định lượng mức độ, lượng nước và thông lượng năng

lượng trong môi trường. Vai trò của viễn thám trong việc tìm hiểu các quá trình

thủy văn trên quy mô không gian và thời gian khác nhau có thể là rất lớn nếu có dữ

liệu viễn thám phù hợp về độ phân giải không gian và thời gian với các kênh ảnh

của nó. Việc áp dụng viễn thám vào nghiên cứu tài nguyên nước ngày càng tăng

trong những năm gần đây.

Một loại dữ liệu viễn thám được sử dụng khá phổ biến trong nghiên cứu tài

nguyên nước đó chính là dữ liệu ảnh vệ tinh được thu nhận từ chuỗi hệ thống vệ

tinh SPOT. Các thế hệ vệ tinh từ SPOT 1 đến SPOT 6 được phóng lên quĩ đạo lần

lượt vào năm 1986, 1990, 1993, 1998, 2002 và 2012. Dữ liệu ảnh SPOT 1, 2, 3, 4

có độ phân giải không gian 10 m, đảm bảo cung cấp thông tin cho các loại bản đồ

chuyên đề ở tỷ lệ 1:50.000 và nhỏ hơn. Như vậy, với loại dữ liệu ảnh này, tài

nguyên nước mặt lưu trữ trên các sông, suối, hồ (lớp thủy hệ) có diện tích lớn hơn

1000 m2 sẽ được phát hiện và số hóa chính xác trên bản đồ. Với ảnh vệ tinh SPOT 5

độ phân giải không gian 2.5 m cho phép lập bản đồ với tỷ lệ 1:10.000 khiến việc

phát hiện các đối tượng thủy văn càng trở nên dễ dàng hơn. Ảnh SPOT 6 độ phân

giải 1.5 m có thể xác định các đối tượng thủy văn nhỏ mà các ảnh độ phân giải thấp

hơn không phát hiện ra.

Đối với tư liệu viễn thám sử dụng trong nghiên cứu thủy văn, có thể sử dụng

ảnh với các kênh phổ ở các dải sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại nhiệt và

cả sóng radar nữa. Tư liệu bao gồm cả ảnh máy bay và ảnh vệ tinh các loại với

nhiều thời kì chụp khác nhau, có độ phân giải không gian, thời gian, phổ khác nhau.

Để có sự lựa chọn dữ liệu phù hợp cho mục đích đánh giá, quản lý tài nguyên nước,

cần hiểu biết rõ về điểm mạnh và yếu về đặc tính của mỗi loại ảnh và cũng cần quan

tâm đến chi phí mua ảnh. Chỉ có một số nguồn ảnh miễn phí có thể trực tiếp tải từ

Internet như Landsat, MODIS. Nhìn chung, ở mức địa phương, các ảnh độ phân giải

cao như IKONOS, QuickBird và SPOT 5, 6 là cần thiết để quan sát những đối

tượng nhỏ. Ở mức vùng, dữ liệu ảnh độ phân giải trung bình như Landsat và

ASTER là các nguồn dữ liệu phổ biến thường dùng. Để quan sát trên diện rộng mức

quốc gia, châu lục hay toàn cầu thì dữ liệu độ phân giải thấp như AVHRR, MODIS

được lựa chọn sử dụng. Trong quá trình xử lý tư liệu viễn thám cần có sự kết hợp

nhuần nhuyễn các kiến thức như thuỷ văn, kiến thức địa lí địa mạo với các kinh

nghiệm trên thực địa. Có như vậy mới đảm bảo độ chính xác, sát với thực tế và dần

dần từ định tính có thể tới định lượng hóa các kết hợp qua tính toán.

Vì nước là một bức xạ vật đen trung tính tuyệt đối, dữ liệu hồng ngoại nhiệt

(TIR) có thể được kết hợp với động lực chất lỏng và các lý thuyết truyền nhiệt để

đánh giá và hoàn thiện mô hình thủy động lực học toán học và vật lý hiện có. Dữ

liệu TIR có thể được sử dụng hiệu quả cho mục đích như vậy. Nhiều nhà nghiên

cứu đã sử dụng dữ liệu viễn thám Landsat TM (có kênh TIR) để lập bản đồ chất

lượng nước trong nội địa và tại các hệ thống cửa sông. Các dữ liệu độ phân giải cao

hơn của SPOT và IRS cho phép lập bản đồ chất lượng nước còn chính xác hơn nữa.

Dữ liệu viễn thám để thành lập bản đồ chất diệp lục và các tham số chất lượng nước

khác cũng đã được nghiên cứu và báo cáo. [12]

Việc xác định và lập bản đồ khoanh vùng nước bề mặt là ứng dụng cơ bản và

trực tiếp nhất của viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên nước. Viễn thám quang

học về tài nguyên nước dựa trên sự khác nhau về phản xạ phổ của đất và nước.

Nước hấp thụ hầu hết các năng lượng trong bước sóng hồng ngoại gần (NIR) và

hồng ngoại trung (MIR), trong khi thực vật và đất có sự phản xạ cao hơn trong

những vùng bước sóng này. Vì thế trong ảnh đa phổ, nước xuất hiện có màu tối hơn

ở kênh hồng ngoại (IR) và có thể dễ dàng phân biệt với thành phần đất và thực vật.

Tất cả các loại ảnh quang học đều có khả năng phân biệt được vùng nước ở các mức

độ chi tiết khác nhau tùy thuộc vào độ phân giải không gian. Ảnh có độ phân giải

càng cao thì cung cấp mức độ chi tiết về đối tượng càng lớn. Ảnh có các kênh ảnh

khác nhau và mỗi kênh cũng có sự thể hiện khác nhau về màu sắc để phân biệt đối

tượng nước. Sự kết hợp các kênh ảnh một cách thích hợp cũng mang lại tác dụng

Hình 1.2. Ảnh Landsat ETM+ chụp lưu vực sông với các kênh phổ khác nhau

đáng kể trong việc phân biệt vùng nước với các vùng khác. [11]

Nhìn trên hình, trên các kênh phổ trong dải sóng nhìn thấy (B1, B2, B3), sự

tương phản giữa nước và các đối tượng khác là không đáng kể. Xác kênh IR (B4,

B5) lại chỉ ra sự tương phản đáng kể giữa chúng vì sự phản xạ kém của nước trong

vùng IR của phổ bức xạ điện từ. Với các tổ hợp màu lần lượt như trên hình: Tổ hợp

màu tự nhiên (True Colour Composite), Tổ hợp màu giả chuẩn (Standard False

Colour Composite), tổ hợp màu giả (False Colour Composite), ta có thể nhận thấy

tổ hợp màu giả thể hiện đối tượng nước rõ nét nhất.

Lập bản đồ vùng nước mặt sử dụng công nghệ viễn thám có rất nhiều ứng

dụng trong giám sát ngập lụt, giám sát tài nguyên nước và nghiên cứu quản lý lưu

vực sông. Lập bản đồ tài nguyên nước cần dữ liệu viễn thám độ phân giải tốt để đạt

được độ chính xác về chiết tách vùng nước. Các ảnh có thể sử dụng được từ độ

phân giải trung bình như Landsat đến các ảnh có độ phân cao như SPOT và các ảnh

độ phân giải siêu cao IKONOS. Tùy mục đích cụ thể và điều kiện để có thể lựa

chọn loại ảnh thích hợp do giá của các loại ảnh có độ phân giải càng cao thì càng

đắt.

Viễn thám quang học tuy có thể cung cấp độ phân giải cao nhưng không có

khả năng đâm xuyên mây, nên bị giới hạn về khả năng thu nhận hình ảnh chất

lượng trong điều kiện thời tiết xấu hoặc có nhiều mây. Điều này là một trở ngại lớn

với các nước nhiệt đới như Việt Nam khi thường xuyên bị mây che phủ. Điều này

giới hạn khả năng của viễn thám quang học đối với giám sát lũ lụt (các thảm họa

thiên tai thường xảy ra khi điều kiện thời tiết xấu, có bão,...). Một hạn chế khác của

viễn thám quang học là khả năng kém trong việc xác định vùng nước ở các vùng có

thực vật trên đó.

Sử dụng bộ cảm siêu cao tần chủ động giúp khắc phục được những hạn chế

này. Sóng radar có thể đâm xuyên mây và lớp phủ thực vật (phụ thuộc vào chiều dài

bước sóng của tín hiệu và cấu trúc thực vật). Bề mặt nước cung cấp sự phản xạ

gương đối với bức xạ siêu cao tần vì thế rất ít năng lượng bị tán xạ ngược trở lại so

với các đối tượng khác. Sự khác nhau trong năng lượng nhận lại được ở bộ cảm

radar được dùng để phân biệt và xác định vùng nước. Ví dụ: Ảnh ENVISAT/ASAR

mặc dù độ phân giải không cao (30 m cho ảnh chụp ở chế độ chụp ảnh và 150 m

cho ảnh chụp ở chế độ quét) nhưng có thể chụp ảnh không mây tại mọi thời điểm.

Như vậy, sự biến động của tài nguyên nước trong mùa mưa và mùa khô có thể được

xác định bằng loại ảnh này, nhất là với các khu vực ngập lụt thường xuyên với diện

tích rộng. Các loại vệ tinh radar nói chung đều có thể quan sát bề mặt Trái đất trong

mọi điều kiện thời tiết, chụp ảnh được cả ban ngày và ban đêm nên thích hợp để

giám sát lũ lụt. Viễn thám radar đã được sử dụng thành công để xác định vùng nước

và vùng ngập ở các khu vực có rừng rậm. Sự phát triển quan trọng khác là sử dụng

các kênh nhiệt để phát hiện ra các vùng nước qua vùng thực vật dày đặc. Phương

pháp này sử dụng pháp đo nhiệt độ độ sáng (TB) sử dụng kênh TIR (10.5 - 12.5 m)

của vệ tinh Meteosat. Dữ liệu TB được xử lý để nhận được dữ liệu tổ hợp cực đại

nhiệt Tmax và vùng chỉ ra các giá trị thấp hơn Tmax được đánh dấu là vùng ngập

nước. Phương pháp này có thuận lợi đối với yêu cầu có dữ liệu thường xuyên (tần

suất chụp lặp của vệ tinh là 30 phút). Tuy nhiên, do độ phân giải không gian kém

Bảng 1.3. Đặc điểm một số loại dữ liệu VT trong nghiên cứu tài nguyên nước

(5km) của dữ liệu viễn thám là trở ngại lớn để áp dụng trên qui mô địa phương.

Bộ cảm Vệ tinh Đặc điểm

Độ phân giải không gian 30 m, kích

Landsat TM, ETM Landsat 4,5,7,8 thước cảnh 180 km, chu kỳ lặp 16 - 18

ngày, không đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 23 m, kích

IRS LISS-3 IRS 1C/1D thước cảnh 142 - 148 km, chu kỳ lặp 24

ngày, không đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 2.5 - 20 m,

SPOT SPOT kích thước cảnh 60 km, chu kỳ lặp 3 - 26

ngày, không đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 1 - 4 m, kích

IKONOS IKONOS thước cảnh 11 km, chu kỳ lặp 3 ngày,

không đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 0.6 - 2.4 m, QUICKBIRD QUICKBIRD kích thước cảnh 16.5 km, chu kỳ lặp 14

ngày, không đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 1.1 km, kích

AVHRR NOAA thước cảnh 3000 km, chu kỳ lặp: hàng

ngày, không đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 250 m, kích

MODIS Terra thước cảnh 2300 km, chu kỳ lặp: hàng

ngày, không đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 10 - 100 m,

PALSAR ALOS kích thước cảnh 70 - 350 m, chu kỳ lặp:

45 ngày, có khả năng đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 30 m, kích

ASAR ENVISAT thước cảnh 100 km, chu kỳ lặp: 45 ngày,

có khả năng đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 30 m, kích

AMI-SAR ERS-2 thước cảnh 100 km, chu kỳ lặp: 16 - 35

ngày, có khả năng đâm xuyên mây

Độ phân giải không gian 3 - 100 m, kích

SAR RADARSAT-2 thước cảnh 10 - 500 km, chu kỳ lặp: 4 -

6 ngày, có khả năng đâm xuyên mây

Trong viễn thám, các tham số chất lượng nước được đánh giá thông qua việc

đo những thay đổi về thuộc tính quang học của nước bởi sự hiện có của chất gây ô

nhiễm. Vì thế, viễn thám quang học được sử dụng phổ biến để đánh giá các tham số

chất lượng nước. Các tham số chất lượng nước đã được xác định sử dụng công nghệ

viễn thám như hàm lượng chlorophyl, tính trong, tính đục, chất rắn lơ lửng,... Ngoài

ra, ảnh viễn thám nhiệt cũng được sử dụng rộng rãi để đánh giá nhiệt độ bề mặt

nước trong các hồ và cửa sông. Dựa trên các phân tích hiện có, các thành phần VIS

và NIR của dải phổ điện từ với chiều dài bước sóng từ 0.7 đến 0.8 m là các kênh

phổ hữu ích nhất để giám sát các chất lắng huyền phù trong nước.

Trong thời gian đầu, ảnh Landsat TM đã được sử dụng cho mục đích đánh giá

tham số chất lượng nước tuy nhiên do chu kỳ lặp 16 ngày là hạn chế lớn. Với sự

phát triển của các vệ tinh mới hơn, độ phân giải thời gian, không gian và phổ được

cải thiện đáng kể. Sử dụng các bộ cảm như MODIS (36 kênh phổ) và MERIS (15

kênh phổ) cho độ chính xác cao hơn để đánh giá tham số chất lượng nước. Với

những tiến bộ công nghệ, trong những năm gần đây, các bộ cảm siêu phổ cũng được

sử dụng để đánh giá chất lượng nước. Với số lượng lớn các kênh phổ hẹp giúp cho

việc phát hiện các chất gây ô nhiễm và sự hiện có của chất hữu cơ trong nước. Sử

dụng ảnh siêu phổ để giám sát các chất lơ lửng và hàm lượng chlorophyl trên bề

mặt nước ở các cửa sông và hồ.

- Kế thừa:

GIS phát triển nhanh chóng trong thập kỷ qua và đã bắt đầu được sử dụng

trong các nghiên cứu phát triển ngành đánh bắt cá và nuôi trồng thủy sản. Trên một

phạm vi rộng, đã có vô số các nghiên cứu được tiến hành. Ví dụ, ở Châu Phi

(Kapetsky, 1994), vịnh Nicoya, Costa Rica (Kapetsky, 1987), Joho, Malaysia

(Kapetsky, 1986), bang Lousiana của Mỹ (Kapetsky và nnk, 1990) và ở Ghana

(Kapetsky và nnk, 1991). Ứng dụng GIS vào nuôi trồng cá trê được phát triển bởi

Kapetsky và nnk, (1988), ứng dụng trong nghề nuôi cá hồi lồng bởi Ross và nnk,

(1993) và mô hình tôm panđan trắng với Scott và nnk (1998).

Đến nay, GIS đã được ứng dụng tới tận qui mô vùng, quốc gia hay các lĩnh

vực nghiên cứu trong nuôi trồng thủy sản, nơi mà tài nguyên nhân văn, vùng đặc

dụng, kinh tế, thị trường và tài nguyên văn hóa - xã hội được sử dụng. CSIRO -

Nhóm phân tích không gian và ứng dụng mô hình trong nghiên cứu biển ở Brisbane

đã phát triển một công cụ GIS và kỹ thuật để hỗ trợ việc lựa chọn điểm cho nuôi

trồng thủy sản, họ đã kết hợp các kỹ năng trong thống kê môi trường và mô hình.

Đối với các nước Châu Á, hệ thống thông tin trong thủy sản cũng khá phát triển có

thể kể đến như Srilanka, Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh... Tại Bangladesh các

nghiên cứu ứng dụng GIS trong nuôi trồng thủy sản tương đối hiệu quả.

Ở Việt Nam, có thể nói ứng dụng GIS trong ngành Thủy sản còn khiêm tốn.

Ngành thuỷ sản chưa có cơ quan hoặc phòng ban chuyên trách nghiên cứu ứng dụng

GIS; lực lượng cán bộ nghiên cứu còn rất mỏng, các công bố kết quả nghiên cứu

ứng dụng GIS là rất hiếm. Hầu hết các sở Thuỷ sản đều có nhu cầu sử dụng, nhưng

vẫn chỉ dừng lại ở việc vẽ và xây dựng các bản đồ hiện trạng quy hoạch bằng

phương pháp thủ công hoặc số hoá mà chưa có sự tích hợp sử dụng đồng bộ các

thông tin trong hệ thống GIS. Việc ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong

việc đánh giá tiềm năng phát triển thủy sản và quy hoạch thủy sản tại một số địa

phương trong cả nước cũng đã bắt đầu được thực hiện. Nuôi trồng thủy sản chịu ảnh

hưởng của nhiều yếu tố: đất đai, khí hậu, nguồn nước....Mỗi loài thủy sản lại thích

hợp với những điều kiện môi trường đất và nước khác nhau, do đó phải dựa vào đặc

tính sinh học của từng loài để đánh giá thích nghi cho từng đối tượng khác nhau.

1.3. Cơ sở viễn thám và GIS trong đánh giá, giám sát chất lượng nước tại khu

vực nghiên cứu

Chất lượng nước là một dấu hiệu chung nhất biểu trưng cho đặc tính của nước

về mặt vật lý, hóa học, và sinh học. Tuy vậy, rất khó để xác định tiêu chuẩn chất

lượng nước đơn lẻ đáp ứng được tất cả các yêu cầu của người dùng. Ví dụ, các

thông số lý, hóa hay sinh học của nước thích hợp cho các hoạt động của con người

thì lại khác với các thông số của nước thích hợp cho việc tưới tiêu. Chất lượng nước

bị ảnh hưởng bởi các thành phần vật chất trong nước từ các nguồn xác định hoặc

không xác định. Nguồn xác định có thể dò ra được ví dụ như đường ống hay mương

máng. Nguồn không xác định thường khuếch tán và liên quan đến cảnh quan và

tương ứng với nó là sự vận động của nước, sử dụng đất và các hoạt động của con

người, thiên nhiên trong lưu vực.

Giám sát và đánh giá chất lượng của nước mặt là tối quan trọng trong quản lý

và nâng cao chất lượng nước nói chung và trong nuôi trồng thủy sản nói riêng. Các

chất trong nước mặt có thể thay đổi rõ rệt thuộc tính tán xạ ngược của nước mặt.

Công nghệ viễn thám phụ thuộc vào khả năng đo đạc các thay đổi trong tín hiệu phổ

tán xạ ngược từ nước và liên kết các kết quả thay đổi đo được nhờ kinh nghiệm hay

các mô hình phân tích thông số chất lượng nước. Bước sóng tối ưu để đo đạc thông

số chất lượng nước phụ thuộc vào các chất đo được, hàm lượng của chúng, và đặc

tính của bộ cảm.

Để thực hiện công tác giám sát chất lượng nước tại khu vực nghiên cứu, các

loại dữ liệu ảnh viễn thám được lựa chọn thử nghiệm là MODIS, Landsat-8,

Sentinel-2, và VNREDSat-1. Các loại ảnh này trừ ảnh VNREDSat-1 thì có thể được

thu thập thường xuyên không mất phí. Các loại ảnh này sẽ được sử dụng kết hợp

nhằm tận dụng các ưu điểm của chúng trong tính toán chất lượng nước, cụ thể: Ảnh

MODIS, đây là vệ tinh có độ phân giải thời gian cao (2 lần chụp/ngày) nên cho

phép thu nhận thông tin một cách liên tục khu vực nghiên cứu, nhưng nhược điểm

của loại dữ liệu này là độ phân giải không gian thấp. Dữ liệu Landsat-8, Sentinel-2

là các dữ liệu ảnh có độ phân giải thời gian thấp nhưng có độ phân giải không gian

cao, cho phép thu thập thông tin các khu vực sâu trong đất liền (đặc biệt là diện tích

mặt nước được dùng để nuôi trồng thủy sản). Dữ liệu ảnh VNREDSat-1, có độ phân

giải không gian tốt hơn, cho phép chi tiết hóa các khu vực nghiên cứu. Việc kết hợp

các loại dữ liệu viễn thám này sẽ giúp cho công tác đánh giá về hiện trạng môi

trường nước trong khu vực nghiên cứu được cả tổng quan và chi tiết.

Công tác xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh đều dựa trên cơ sở khoa học của công nghệ

viễn thám. Dựa trên bản chất vật lý trong tự nhiên là các vật thể (đối tượng) trong

những điều kiện khác nhau thì khả năng phản xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có

những đặc trưng riêng. Từ đó, nguồn tư liệu viễn thám được hình thành như là kết

quả thu nhận năng lượng phản xạ hoặc bức xạ các sóng điện từ của các đối tượng

bằng các thiết bị gọi là bộ viễn cảm hay bộ cảm (remote sensor) hoặc bằng các máy

chụp ảnh.

Năng lượng chiếu tới đối tượng được phản xạ không những phụ thuộc vào cấu

trúc bề mặt đối tượng mà còn phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng chiếu tới.

Trên ảnh ta thấy hình ảnh đối tượng do ghi nhận được khả năng phản xạ phổ của

các bước sóng khác nhau sẽ khác nhau. Đối với lớp phủ mặt đất, các đối tượng tự

nhiên là mục tiêu quan tâm chính. Do đó, các phương pháp xử lý số đều dựa trên

đặc tính phản xạ phổ của chúng.

Đồ thị phản xạ được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trị phổ

phản xạ và bước sóng, được gọi là đường cong phản xạ phổ. Hình dáng của đường

cong phổ phản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính chất phổ của mọi đối

tượng và hình dạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dải sóng

mà ở đó thiết bị viễn thám có thể ghi nhận được các tín hiệu phổ. Nó còn phụ thuộc

vào tính chất của các đối tượng.

Đối với công tác giám sát chất lượng nước thì yếu tố ảnh hưởng chủ yếu là

khả năng phản xạ phổ của nước. Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo

bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước. Khả năng

phản xạ phổ ở nước còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước. Trên

kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng.

Nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của tia blue và yếu dần khi sang tia

green, triệt tiêu ở cuối dải sóng red. Khi nước bị đục khả năng phản xạ tăng lên do

ảnh hưởng sự tán xạ của các vật chất lơ lửng. Sự thay đổi tính chất nước đều ảnh

Hình 1.3. Đặc tính phản xạ và hấp thụ của nước

hưởng đến tính chất phổ của chúng.

1.4. Phương pháp thực hiện

1.4.1. Lựa chọn thông số đánh giá chất lượng nước

Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước là quá trình xác định đặc tính hóa học,

vật lý và sinh học của nước và nhận biết các nguồn khả năng gây ra ô nhiễm làm

suy giảm chất lượng nước. Sự suy giảm chất lượng nước có thể là do quá trình thải

rác, thuốc trừ sâu, kim loại nặng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật và trầm tích. Các tiêu

chuẩn khác nhau về chất lượng nước được đưa ra để hỗ trợ trong việc kiểm tra quy

mô của ô nhiễm nước, và từ đó có biện pháp khắc phục, xử lý.

Các thông số định lượng đo được thông dụng nhất có thể kể ra là:

Chlorophyll-a, nhiệt độ, chất hữu cơ hòa tan có màu (CDOM), tổng lượng các bon

hữu cơ (TOC), các bon hữu cơ hòa tan (DOC), tổng lượng chất lơ lửng (TSM), độ

đục, nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nitơ-amoniac (NH3-

N),... Các chất trong nước mặt có thể thay đổi rõ rệt thuộc tính tán xạ ngược của

nước mặt. Tuy nhiên không phải yếu tố nào cũng có thể xác định được một cách rõ

ràng bằng ảnh viễn thám.

Chlorophyll-a (Chl-a) là sắc tố chính tham gia quá trình quang hợp của tảo và

oxy được phóng thích từ quá trình quang hợp này. Chl-a là chất chỉ thị chính của

tình trạng dinh dưỡng do các hoạt động của nó là liên kết giữa hàm lượng chất dinh

dưỡng, đặc biệt là phốt pho, và sản lượng tảo. Chl-a phản xạ chủ yếu kênh xanh lá,

hấp thụ hầu hết năng lượng của bước sóng trong khoảng ánh sáng tím - xanh lục và

cam - đỏ, do vậy có thể thấy được phần phản xạ thể hiện chlorophyll có màu xanh

lá.

Hình 1.4. Khoảng hấp thụ phổ của Chl-a và Chl-b

Các kênh phổ khác nhau trong khoảng nhìn thấy và tỉ lệ của chúng được sử

dụng rộng rãi để xác định Chl-a. Việc tính toán tỉ lệ các kênh phổ sẽ giảm ảnh

hưởng của bức xạ, khí quyển, bề mặt tiếp xúc nước - khí đến giá trị thực nhận được.

Nét đặc trưng nổi bật tán xạ - hấp thụ của Chl-a bao gồm sự hấp thụ mạnh mẽ trong

khoảng bước sóng 450 - 475nm (blue) và tại 670nm (red) và giá trị phản xạ đạt tới

đỉnh tại 550nm (green) và gần 700nm (NIR). Giá trị phản xạ tại đỉnh ở 700nm và tỉ

lệ của nó với giá trị phản xạ tại 670nm được dùng để phát triển các thuật toán đa

dạng để xác định Chl-a trong nước đục. Hầu hết các thuật toán xác định hàm lượng

Chl-a đều cần dùng bước sóng gần 675nm và một kênh khác ở bước sóng gần

700nm.

Chl-a đóng một vai trò quan trọng trong thành phần phản xạ của nước bởi vì

nó đòi hỏi cần phải có sự xuất hiện của thực vật phù du, và có thể coi như là một

chất chỉ thị cho sự phát triển của tảo hay một cách gián tiếp chỉ thị cho chất dinh

dưỡng có trong nước. Sự phát triển quá mức khi tảo nở hoa trong nước sẽ làm suy

giảm lượng ôxy hòa tan và là nguyên nhân phú dưỡng trong nước, cụ thể trong

nghiên cứu này là sông ngòi, dòng chảy. Do đo đạc Chl-a tương đối đơn giản hơn

sinh khối của tảo, nên Chl-a thường được sử dụng như là một chỉ thị dinh dưỡng.

Việc đo đạc Chl-a ngoài thực địa thường tiêu tốn nhiều thời gian và kinh phí,

nhưng viễn thám có thể cung cấp một cái nhìn tổng quan và đa thời gian đối với

thông số này. Sự phản xạ của hàm lượng Chl-a biến đổi trong khoảng xanh lam

(blue) và xanh lá (green). Nói cách khác, hàm lượng Chl-a cao phản xạ mạnh hơn ở

bước sóng blue và green. Thêm vào đó, khí quyển giữa nước và cảm biến cũng sẽ

ảnh hưởng đến tỉ số này; tuy nhiên, Chl-a sẽ hấp thụ bức xạ mạnh ở trong khoảng

bước sóng 450 - 670nm.

Độ đục gây ra bởi các hạt vật chất lơ lửng trong nước, bao gồm các hạt chất

vô cơ (PIC) và các hạt vật chất hữu cơ (POC). Các vật chất vô cơ ở thể rắn là bùn,

cát, các vật chất hữu cơ là các hợp chất Carbon hòa tan trong nước. Nước đục là

một thuộc tính quang học của nước, nó tán xạ và hấp thụ ánh sáng nhiều hơn là

truyền ánh sáng theo đường thẳng. Các trầm tích lơ lửng là tác nhân chính của tán

xạ, trong khi sự hấp thụ thì chịu sự chi phối của Chl-a và các chất hòa tan có màu

hay các hạt vật chất.

Nước đục là kết quả chính của sự hiện diện các chất lơ lửng. Việc đo đạc độ

đục thường sử dụng để tính toán hàm lượng trầm tích lơ lửng của sông và thường

được xem xét theo chiều ngược lại của độ trong. Mức độ đục hay độ tối phụ thuộc

toàn bộ vào lượng hạt lơ lửng trong một mẫu nước. Càng nhiều hạt lơ lửng, càng

khó để ánh sáng đi xuyên qua nước và vì vậy, độ đục của nước sẽ cao hơn. Bản chất

phức tạp của các chất lơ lửng trong nước thay đổi phản xạ của nước và do đó dẫn

đến sự khác nhau về màu sắc của nước. Việc giải đoán dữ liệu viễn thám chỉ dựa

trên màu sắc của nước là không thích hợp và chưa chính xác. Độ đục được coi là

một biến số quan trọng trong nhiều nghiên cứu do sự liên kết của nó với ánh sáng

đến, tác động đến quá trình quang hợp để phát triển của tảo và sinh vật phù du.

Công nghệ viễn thám được sử dụng rộng rãi để đánh giá và thành lập bản đồ

độ đục và hàm lượng các hạt lơ lửng, và ở nhiều độ phân giải không gian và thời

gian khác nhau. Về mặt lý thuyết, việc dùng một kênh đơn lẻ cung cấp một thuật

toán mạnh mẽ và nhạy với độ đục với điều kiện kênh phổ được chọn thích hợp. Tuy

nhiên, các chất phức tạp trong nước thay đổi phản xạ phổ của nước và vì vậy dẫn

đến sự khác nhau về màu sắc, và do đó các kênh phổ khác nhau có thể được dùng

để phục hồi độ đục. Lợi thế của việc sử dụng kênh phổ hay tỉ số kênh có thể thu

được kết quả chính xác hơn ở các hàm lượng khác nhau trong nước. Trong vùng cận

hồng ngoại và hồng ngoại trung, nước hấp thụ ánh sáng mạnh hơn và làm cho nước

trông tối hơn, các thay đổi này phụ thuộc và độ sâu của nước và bước sóng ánh sáng

tới. Sự gia tăng của các chất vô cơ hòa tan trong nước là nguyên nhân dẫn đến việc

đỉnh phản xạ chuyển từ vùng xanh lá (nước trong hơn) sang vùng đỏ. Các tài liệu

chỉ ra rằng, độ đục có thể đo được khi dử dụng các kênh phổ trong vùng nhìn thấy

và các kênh tỉ số khác nhau ví dụ như: tỉ số giữa kênh xanh lá (500 - 600nm) và đỏ

(600 - 700nm), tỉ số giữa kênh xanh lam (400 - 500nm) và kênh đỏ (600 - 700nm),

tỉ số giữa kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ, hay kênh cận hồng ngoại đơn lẻ (750 -

900nm), kênh đỏ đơn lẻ (600 - 700nm), kênh xanh lá đơn lẻ (500 - 600nm).

Độ đục đóng một vai trò quan trọng trong việc vận chuyển chất dinh dưỡng và

chất gây ô nhiễm bởi vì một lượng đáng kể của chúng đến từ đất và xói mòn nền

đất. Sự hiện diện của các trầm tích lơ lửng trong nước mặt có ảnh hưởng tiêu cực

đến sự sống trong nước. Thêm vào đó, hàm lượng trầm tích lơ lửng cao làm rút

ngắn tuổi thọ và các lợi ích trong vùng chứa nó; do đó việc nghiên cứu trầm tích lơ

lửng ngày càng trở nên quan trọng trên toàn thế giới. Việc giám sát, theo dõi hàm

lượng trầm tích lơ lửng dựa trên các mẫu dữ liệu tại chỗ phủ trùm một khu vực mặt

nước rộng lớn sẽ tốn nhiều thời gian, tiền bạc và không chính xác. Trong trường

hợp này, dữ liệu viễn thám là một phương pháp tiềm năng, kinh tế có thể cung cấp

dữ liệu độ phân giải cao về không gian, thời gian và phổ.

Ứng dụng dữ liệu viễn thám trong hàm lượng trầm tích lơ lửng dựa trên tương

tác giữa bức xạ mặt trời và trầm tích lơ lửng trong nước. Các nhà nghiên cứu cũng

chỉ ra rằng mối tương quan này bị ảnh hưởng bởi một vài yếu tố môi trường như áp

suất, ranh giới nước - không khí, thành phần của nước, độ sâu của nước và cả yếu tố

hình học khi thu nhận dữ liệu.

Trên đây là hai thông số được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong các nghiên

cứu ứng dụng viễn thám đánh giá chất lượng nước của rất nhiều tác giả khác trên

thế giới. Trong giới hạn nghiên cứu này, do điều kiện có hạn, người nghiên cứu chỉ

tập trung tính toán và kiểm chứng thông số Chlorophyll-a và thử nghiệm tính toán

độ đục để đánh giá chất lượng nước.

1.4.2. Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh

Dữ liệu thu thập để sử dụng trong nghiên cứu này là các dữ liệu ảnh

VNREDSat-1, chụp vào các năm 2015 và 2017 để phủ kín khu vực nghiên cứu, cụ

Bảng 1.4. Dữ liệu ảnh VNREDSat-1 đã thu thập được

thể như sau:

STT Tên cảnh ảnh Ngày chụp

1 SCENE V1 S 2015 04 15 03:32:24 15/4/2015

2 SCENE V1 S 2015 04 15 03:32:26 15/4/2015

3 SCENE V1 S 2017 04 22 03:20:49 22/4/2017

4 SCENE V1 S 2017 04 22 03:20:52 22/4/2017

Hình 1.5. Sơ đồ dữ liệu ảnh VNREDSat-1 sử dụng trong khu vực nghiên cứu

1.4.3. Quy trình xử lý dữ liệu

Để tính toán các chỉ số chất lượng nước thì cần phải tính chuyển đổi giá trị độ

xám về giá trị phản xạ phổ của đối tượng trên mặt đất. Công đoạn quan trọng ảnh

hưởng đến độ chính xác của kết quả tính toán chuyển đổi là hiệu chỉnh khí quyển.

Đối với dữ liệu ảnh VNREDSat-1, hiệu chỉnh khí quyển bao gồm hiệu chỉnh ảnh

hưởng của sol khí, hơi nước. Sau bước này, giá trị thu được là giá trị phản xạ phổ

của các đối tượng trên mặt đất, và chúng được dùng để tính toán hàm lượng Chl-a

và độ đục. Tất cả các bước trên được thực hiện thông qua công cụ phần mềm mã

nguồn mở tự phát triển.

Các bước xử lý số liệu được sử dụng trong nghiên cứu thể hiện ở hình dưới đây:

Thu thập dữ liệu

ảnh vệ tinh

Công cụ phần mềm mã nguồn mở

Hiệu chỉnh khí quyển

Tính toán chỉ số

Hàm lượng Hàm lượng Chl-a

Thông tin trợ giúp ngành

độ đục SPM

Hình 1.6. Quy trình xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh

thủy sản

1.4.4. Xây dựng công cụ phân tích dữ liệu viễn thám và GIS

1.4.4.1. Lựa chọn ngôn ngữ

Phát triển công cụ phân tích dữ liệu GIS và viễn thám dựa trên nền tảng công

nghệ mã nguồn mở để giảm thiểu chi phí đầu tư công nghệ ban đầu cho cả phần

cứng lẫn phần mềm. Hệ điều hành mã nguỗn mở Linux-Ubuntu được lựa chọn để

phát triển công cụ vì một số lí do sau:

Không phải trả phí mua bản quyền 

 Chứa đựng các môi trường phát triển ứng dụng đa dạng như Python,

Csharp, Visual Basic, C++...

 Chứa đựng các thư viện phát triển ứng dụng quản lý dữ liệu không gian

mã nguồn mở

 Cho phép đóng gói ứng dụng dễ dàng ...

Python là một ngôn ngữ lập trình thông dịch do Guido van Rossum tạo ra năm

1990. Python hoàn toàn tạo kiểu động và dùng cơ chế cấp phát bộ nhớ tự động; do

vậy nó tương tự như Perl, Ruby, Scheme, Smalltalk, và Tcl. Python được phát triển

trong một dự án mã mở, do tổ chức phi lợi nhuận Python Software Foundation quản

lý.

Theo đánh giá của Eric S. Raymond, Python là ngôn ngữ có hình thức rất sáng

sủa, cấu trúc rõ ràng, thuận tiện cho người mới học lập trình. Cấu trúc của Python

còn cho phép người sử dụng viết mã lệnh với số lần gõ phím tối thiểu, như nhận

định của chính Guido van Rossum trong một bài phỏng vấn ông.

Ban đầu, Python được phát triển để chạy trên nền Unix. Nhưng rồi theo thời

gian, nó đã "bành trướng" sang mọi hệ điều hành từ MS-DOS đến Mac OS, OS/2,

Windows, Linux và các hệ điều hành khác thuộc họ Unix. Mặc dù sự phát triển của

Python có sự đóng góp của rất nhiều cá nhân, nhưng Guido van Rossum hiện nay

vẫn là tác giả chủ yếu của Python. Ông giữ vai trò chủ chốt trong việc quyết định

hướng phát triển của Python.

Python có thể được mở rộng: nếu ta biết sử dụng C, ta có thể dễ dàng viết và

tích hợp vào Python nhiều hàm tùy theo nhu cầu. Các hàm này sẽ trở thành hàm xây

dựng sẵn (built-in) của Python. Ta cũng có thể mở rộng chức năng của trình thông

dịch, hoặc liên kết các chương trình Python với các thư viện chỉ ở dạng nhị phân

(như các thư viện đồ họa do nhà sản xuất thiết bị cung cấp). Hơn thế nữa, ta cũng có

thể liên kết trình thông dịch của Python với các ứng dụng viết từ C và sử dụng nó

như là một mở rộng hoặc một ngôn ngữ dòng lệnh phụ trợ cho ứng dụng đó.

Python là một ngôn ngữ lập trình dạng thông dịch, do đó có ưu điểm tiết kiệm

thời gian phát triển ứng dụng vì không cần phải thực hiện biên dịch và liên kết.

Trình thông dịch có thể được sử dụng để chạy file script, hoặc cũng có thể được sử

dụng theo cách tương tác. Ở chế độ tương tác, trình thông dịch Python tương tự

shell của các hệ điều hành họ Unix, tại đó, ta có thể nhập vào từng biểu thức rồi gõ

Enter, và kết quả thực thi sẽ được hiển thị ngay lập tức. Đặc điểm này rất hữu ích

cho người mới học, giúp họ nghiên cứu tính năng của ngôn ngữ; hoặc để các lập

trình viên chạy thử mã lệnh trong suốt quá trình phát triển phần mềm. Ngoài ra,

cũng có thể tận dụng đặc điểm này để thực hiện các phép tính như với máy tính bỏ

túi.

Python sử dụng hệ thống kiểu duck typing, còn gọi là latent typing (tự động

xác định kiểu). Có nghĩa là, Python không kiểm tra các ràng buộc về kiểu dữ liệu tại

thời điểm dịch, mà là tại thời điểm thực thi. Khi thực thi, nếu một thao tác trên một

đối tượng bị thất bại, thì có nghĩa là đối tượng đó không sử dụng một kiểu thích

hợp. Python cũng là một ngôn ngữ định kiểu mạnh. Nó cấm mọi thao tác không hợp

lệ, ví dụ cộng một con số vào chuỗi ký tự. Sử dụng Python, ta không cần phải khai

báo biến. Biến được xem là đã khai báo nếu nó được gán một giá trị lần đầu tiên.

Căn cứ vào mỗi lần gán, Python sẽ tự động xác định kiểu dữ liệu của biến.

Python cho phép chia chương trình thành các module để có thể sử dụng lại

trong các chương trình khác. Nó cũng cung cấp sẵn một tập hợp các modules chuẩn

mà lập trình viên có thể sử dụng lại trong chương trình của họ. Các module này

cung cấp nhiều chức năng hữu ích, như các hàm truy xuất tập tin, các lời gọi hệ

thống, trợ giúp lập trình mạng

Python là một ngôn ngữ đa biến hóa (multiple paradigms). Có nghĩa là, thay vì

ép buộc mọi người phải sử dụng duy nhất một phương pháp lập trình, Python lại

cho phép sử dụng nhiều phương pháp lập trình khác nhau: hướng đối tượng, có cấu

trúc, chức năng, hoặc chỉ hướng đến một khía cạnh. Python kiểu kiểu động và sử

dụng bộ thu gom rác để quản lý bộ nhớ. Một đặc điểm quan trọng nữa của Python là

giải pháp tên động, kết nối tên biến và tên phương thức lại với nhau trong suốt thực

thi của chương trình.

Với những ưu điểm rộng rãi của Python hiện nay cũng như cho phép can thiệp

vào một số module đã có sẵn trên hệ điều hành đặc biệt là các thư viện truy cập dữ

liệu không gian mã nguồn mở nên việc lựa chọn ngôn ngữ này là một giải pháp tối

ưu để giảm thiểu thời gian phát triển công cụ phân tích dữ liệu không gian và dữ

liệu ảnh có gắn thông tin địa lý như ảnh VNREDSat-1 hiện nay.

1.4.4.2. Xây dựng phần mềm

Để thao tác với các dữ liệu liên quan đến không gian trong các ứng dụng sử

dụng GIS và viễn thám cần có các phần mềm chuyên dụng. Các phần mềm thương

mại lớn hiện nay bao gồm tất cả các chức năng phân tích không gian, xử lý dữ liệu

đủ sức giải quyết tất cả các nhiệm vụ trong các ứng dụng liên quan đến thế giới

thực. Tuy nhiên các phần mềm thương mại thường rất đắt và phải có bản quyền.

Vì vậy, tôi thấy cần phải xây dựng một phần mềm công cụ với một số chức

năng cơ bản chỉ cần đủ để giải quyết các phân tích ứng dụng GIS và viễn thám. Do

đó, mục tiêu của phần mềm là cung cấp một công cụ trợ giúp với các chức năng

hạn chế trong các chức năng cơ bản cho phép người dùng không cần quá nhiều kỹ

năng và hiểu biết về viễn thám và GIS dễ dàng thực hiện một số hoạt động liên

quan đến mục tiêu đánh giá ảnh hưởng và kiểm soát một số yếu tố chất lượng nước

quan trọng ảnh hưởng đến công tác nuôi trồng thủy sản.

Các yêu cầu chung của công cụ hỗ trợ này bao gồm:

- Công cụ phải tích hợp các chức năng cơ bản tương tác hay nói cách khác là

làm việc với các lớp dữ liệu GIS (là các lớp dữ liệu không gian có thuộc tính đặc

trưng đi kèm).

- Công cụ phải có các chức năng xử lý ảnh viễn thám, cụ thể là ảnh vệ tinh

VNREDSat-1 phù hợp cho công tác tính toán một số tham số chất lượng nước như

Chlorophyll-a, vật chất lơ lửng… theo các thuật toán tiên tiến đang được sử dụng

trên thế giới

- Công cụ phải dễ dàng cài đặt, sử dụng, phù hợp với trình độ nhiều đối

tượng người dùng khác nhau.

Công cụ sẽ có hai mô đun chính: mô đun hỗ trợ phân tích dữ liệu GIS và mô

đun hỗ trợ phân tích dữ liệu Viễn thám. Trong các mô đun này là các mô đun nhánh

hay chức năng được thiết kế để thực hiện mục tiêu đã đề ra. Có thể khái quát kiến

trúc tổng thể của công cụ trong sơ đồ sau:

PHẦN MỀM

Xử lý ảnh

Phân tích, xử lý dữ liệu GIS

Hiển thị

Nắn chỉnh hiệu

Hiển thị dữ liệu

ảnh

ứng khí quyển

Chồng ghép

GIS

Phân tích dữ

Tách

dữ liệu

nước

Tính toán các

liệu ảnh

tham số chất

Hiển thị kết quả

lượng nước

Hình 1.7. Các hợp phần của phần mềm

dạng bản đồ

a) Phát triển module hỗ trợ phân tích dữ liệu GIS

i. Module hiển thị dữ liệu GIS

Phân tích dữ liệu không gian dạng vector chính là quá trình kết nối các thông

tin dạng hình học (điểm, tuyến - đường, vùng - diện) với nhau. Đối tượng hiển thị

và phân tích đơn giản nhất là đối tượng dạng điểm sau đó đến đối tượng dạng tuyến

(đường) và phức tạp nhất là đối tượng dạng vùng (diện).

Các đối tượng hiển thị nhằm khái quát hóa các thông tin trên bề mặt trái đất

phụ thuộc vào mục tiêu hiển thị trên bản đồ nhằm giúp người đọc bản đồ có thể

nhận biết dễ dàng thông tin tương ứng trên bản đồ với các địa vật ngoài thực tế.

Module này cần thiết để hiển thị các dữ liệu có đặc trưng GIS bao gồm cả dữ

Hình 1.8. Các dạng dữ liệu Vector

liệu đồ họa và dữ liệu thuộc tính đi kèm.

OGR là thư viện mã nguồn mở thông dụng nhất hiện nay cho phép mở tất cả

các định dạng dữ liệu Vector

ii. Module phân tích dữ liệu GIS

Trong quá trình phân tích dữ liệu Vector, các phương pháp phân tích dữ liệu

thông dụng như giao cắt (Intersection, Union, Difference ...) được đưa vào trong hệ

thống để đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật cơ bản về biên tập dữ liệu Vector

Hình 1.9. Các trường hợp giao cắt đối tượng dạng vùng

b) Phát triển module hỗ trợ phân tích dữ liệu viễn thám

i. Module hiển thị dữ liệu viễn thám

Việc hiển thị dữ liệu viễn thám được thực hiện theo 2 phương pháp tách biệt:

 Tổ hợp màu trong trường hợp phối hợp nhiều băng phổ màu khác nhau

 Hiển thị theo độ xám hoặc độ dốc màu được định nghĩa đối với kênh phổ

đơn.

Đối với tổ hợp màu, tốc độ hiển thị phụ thuộc khá nhiều vào phương pháp

tăng cường chất lượng hiển thị. Để tăng cường tốc độ hiển thị, module tăng cường

hiển thị được phát triển cho từng kênh màu trước khi tổ hợp.

Phát triển giao diện định nghĩa hệ tọa độ ảnh gốc:

 Chọn tệp tin ảnh gốc do nhà cung cấp ảnh cung cấp

 Chọn tệp dữ liệu thông tin ảnh (*.DIM)

 Đặt tên cho tệp ảnh sẽ được định nghĩa tọa độ

ii. Module hiệu chỉnh khí quyển

Công tác quan sát Trái đất được thực hiện trên toàn cầu với các hệ thống

quang học khác nhau do nhiều cơ quan điều khiển phục vụ các nhiệm vụ và mục

đích riêng biệt. Nhưng mục tiêu chính luôn là tìm hiểu đặc điểm các đối tượng bề

mặt để bản đồ hóa và xem chúng thay đổi như thế nào theo thời gian và khác nhau

như thế nào trong những khoảng thời gian, hay thực hiện một số xử lý khác. Các tín

hiệu thu nhận được từ vệ tinh hay máy bay trong vùng nhìn thấy và cận hồng ngoại

là một tập của bề mặt Trái đất, ảnh hưởng khí quyển và các sai số của cảm biến. Do

vậy, đối với các nghiên cứu lượng hóa thông tin bề mặt trái đất, thì ảnh hưởng của

trạng thái khí quyển cần phải loại bỏ khỏi tín hiệu thu được. Quá trình loại bỏ ảnh

hưởng của khí quyển thường được gọi là hiệu chỉnh khí quyển hay bù khí quyển.

Trong khí quyển, các loại khí, sol khí và mây gây ra hiện tượng tán xạ, hấp thụ

bức xạ mặt trời và có thể là thay đổi giá trị phản xạ từ Trái đất. Sự suy giảm này có

thể ảnh hưởng đến cường độ và cấu phần phổ của bức xạ. Các ảnh hưởng chính là

nguyên nhân gây ra thông qua cơ chế tán xạ và hấp thụ trong khí quyển do các phân

tử khí, sol khí và các hạt bụi. Ảnh hưởng của khí quyển khác nhau đối với quãng

đường mà bức xạ truyền trong nó từ nguồn phát đến cảm biến và đồng thời cũng

khác nhau với mức năng lượng tín hiệu điện từ mà cảm biến thu nhận được.

Tín hiệu thu nhận được trên vệ tinh là giá trị phổ tương ứng tích hợp của giá

trị của đối tượng với độ rộng kênh phổ được thiết kế; tín hiệu này được cung cấp

cho người dùng dưới dạng giá trị độ xám (DN_digital number). Ở các ảnh thô

không xử lý, giá trị DN không được lượng hóa ở một đại lượng vật lý nào như bức

xạ, phản xạ hay nhiệt độ. Như vậy, các nghiên cứu viễn thám có ý định sử dụng dữ

liệu vệ tinh để đánh giá lượng hóa đặc điểm phản xạ phổ đối tượng trên mặt đất cần

tính chuyển giá trị độ xám sang giá trị phản xạ phổ của đối tượng/phản xạ phổ tuyệt

đối.

Hiệu chỉnh khí quyển gồm hai phần: Phần thứ nhất là loại bỏ tán xạ của phần

tử chất lỏng hoặc khí ở dạng trong suốt, thành phần trong suốt này làm lệch hướng

mạnh ở các bước sóng ngắn và giảm dần lên các bước sóng cao. Phần này thường

nằm từ độ cao 15 - 25km tính từ mặt đất đến đỉnh khí quyển. Phần thứ hai là vùng

sol khí (còn gọi là aerosol), đây là nơi tập trung là nơi tập trung sự phân bố của các

hạt chất rắn hoặc các giọt chất lọc. Các hạt này có nguồn gốc từ tự nhiên (sương

mù, bốc hơi nước do nhiệt độ bề mặt, khói bụi núi lửa ...) hoặc con người (xả thải

của nhà máy, phương tiện giao thông ...). Do độ dầy của tầng sol khí phụ thuộc vào

sự đa dạng về mật độ phân bố nên tán xạ của tầng sol khí rất khó xác định được

chính xác.

Phản xạ của đỉnh khí quyển thu nhận tại bộ cảm của các vệ tinh quang học

được xác định bởi công thức (1)

(1)

Trong đó, ρR(λ) là tán xạ của vùng không khí trong suốt; ρa(λ) là tán xạ của

vùng sol khí; và ρRa(λ) là tán xạ vùng giao giữa vùng trong suốt và vùng sol khí.

T(λ) và t(λ) là hệ số truyền dẫn trực tiếp và khuếch tán của khí quyển. ρg(λ), ρwc(λ),

và ρw(λ) là tán xạ liên quan đến bóng nắng (sun glint), bọt nước (whitecaps), và mặt

nước. Tán xạ do bóng nắng và bọt nước liên quan đến tốc độ gió tại bề mặt và vị trí

giữa mặt trời, điểm chụp và vệ tinh [Curtis D. Mobley, 1999].

Với ρR(λ) và t(λ) được tính toán theo phương pháp của Gordon và nnk, 1988.

Tán xạ vùng giao thoa, ρRa(λ), là quá nhỏ và có thể bỏ qua [Gordon and Wang,

1994]. ρg(λ), ρwc(λ) được loại bỏ thông qua phương pháp tách nước. chính vì vậy,

giá trị tán xạ tại bề mặt nước có thể được tính bằng công thức (2) và phản xạ tại

điểm ảnh ảnh được tính bằng công thức (3)

(2)

(3)

(4)

(5)

Trong đó coi điểm nước trong suốt trên ảnh là điểm đen tuyệt đối [David A.

Siegel và nnk, 2000] thì giá trị phản xạ sau hiệu chỉnh Rayleigh của kênh phổ cận

hồng ngoại chính là phản xạ của tầng sol khí của kênh cận hồng ngoại. Với kích

thước ảnh nhỏ như ảnh VNREDSat-1, nghiên cứu đề xuất đây là phản xạ của tầng

sol khí trên toàn cảnh tại kênh phổ cận hồng ngoại. Giá trị phản xạ của tầng sol khí

của các kênh phổ thấp được tính theo tương quan của hàm số mũ trong công thức

(3, 4, 5). ρa(λL) là phản xạ tầng sol khí của các kênh Blue hoặc Green. i, j là kênh

Red và NIR.

Giá trị phản xạ của của bề mặt nước tại mặt nước được tính theo công thức:

Rrs(λ) = ρw(λ)/п

iii. Module phân tích dữ liệu viễn thám

Quá trình phân tích dữ liệu viễn thám dựa trên nền tảng phân tích dữ liệu

thống kê của các đối tượng cần phân tích trên thực địa như thực vật, nước, công

Hình 1.10. Phổ phản xạ các đối tượng phân tích trên ảnh VNREDSat-1

trình xây dựng, đất trống…

iv. Công cụ tách nước

Công cụ này được phát triển dựa trên nền ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở

Python để tạo ra một tổ hợp kết nối với các module. Quy trình tách nước được thực

hiện dựa trên dữ liệu ảnh gốc đã được hiệu chỉnh hệ tọa độ và hiệu chỉnh khí quyển

Quá trình tách nước đã đảm bảo tất cả các ảnh VNREDSat-1 ở các vị trí khác

nhau trên toàn thế giới đều được tách nước theo cùng một thuật toán. Các điểm ảnh

nước được tách độc lập với các đối tượng khác trên ảnh. Thuật toán được ứng dụng

thực tế trên vùng biển Việt Nam với độ chính xác tuyệt đối. Trong đó các vùng

nước từ trong đến rất đục (hàm lượng vật chất lơ lửng cao) đã được gán vào cùng

Hình 1.11. Ảnh khu vực nghiên cứu và sản phẩm tách nước

một lớp đối tượng.

v. Tính toán các thông số môi trường nước

Hai thông số môi trường nước là hàm lượng Chlorophyll-a và hàm lượng vật

chất lơ lửng đã được tạo trong phần mềm

Đối với Chl-a

Trong những năm qua rất nhiều thuật toán đã được phát triển để ước tính nồng

độ Chl-a, đối với mỗi khu vực cụ thể có các thuật toán các vùng nước khác nhau

(OC4 phát triển bởi O'Reilly et al, 1998, thuật toán NIR-red phát triển bởi Moses et

al, 2012). Một số thuật toán đó có thể được sử dụng để ước tính khá tốt Chl-a của

khu vực ven biển Việt Nam.

Thuật toán đầu tiên là Ocean Chlorophyll 4 (OC4), thuật toán màu đại dương

thực nghiệm này có lợi thế tiềm năng duy trì khả năng cảm biến tín hiệu vệ tinh cao

nhất: tỷ lệ nhiễu trên bậc ba phạm vi giá trị nồng độ chlorophyll. Công thức được sử

dụng sau đây:

(3)

Với:

Rrs443, Rrs490, Rrs510, Rrs555 là giá trị bức xạ của kênh phổ 443 nm, 490 nm,

510 nm, 555 nm (W/str/ nm/m2).

Thuật toán thứ hai được sử dụng là: thuật toán MERIS-based NIR-red. Các

thuật toán hai kênh và ba kênh NIR-red phù hợp để ước tính một cách tương đối

chính xác nồng độ Chl-a có khoảng giá trị cao, từ 1,09 mg. m-3 - 107,82 mg. m-3.

Thuật toán hai kênh và ba kênh NIR-red tương ứng với các phương trình sau đây:

(4)

Rrs665, Rrs708, Rrs753 là giá trị bức xạ của kênh phổ 665 µm, 708 µm, 753 µm,

(W/str/ µm/m2).

Thuật toán cuối cùng là thuật toán OC4v6. Đây là một phiên bản cập nhật

(năm 2009) của OC4, phương trình dùng để ước lượng Chl-a là:

(5)

Với R giống như trường hợp OC4

Các nghiên cứu thử nghiệm cho thấy thuật toán OC4v6 được ước tính là phù

hợp nhất cho các vùng ven biển Việt Nam, tuy nhiên cần chỉnh sửa các hệ số cho

phù hợp với điều kiện thực tế tại khu vực nghiên cứu là vùng nước cửa sông Đồng

Nai.

Thuật toán chỉnh sửa từ công thức tính chung tính hàm lượng Chl-a là:

(6) với

Rrs443, Rrs490, Rrs510, Rrs555 là giá trị bức xạ của kênh phổ 443 nm, 490

nm, 510 nm, 555 nm (W/str/ nm/m2). Đây là các kênh phổ qua các nghiên cứu của

rất nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới có tương quan chặt chẽ đến sự biến động hàm

lượng Chl-a, hay nói cách khác đây là các kênh phổ hiệu quả nhất để xác định hàm

lượng Chl-a trong khu vực nước không đồng nhất ở cửa sông, ven biển đồng thời

loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến tính chính xác của nó.

Từ các số liệu đo phổ và Chl-a thực tế một số điểm mẫu khu vực cửa sông

Đồng Nai và Sông Mekong trong khuôn khổ dự án Globcoast của Pháp, tác giả sử

dụng hàm tương quan theo công thức (6) để thu được hàm thực nghiệm với bốn hệ

số a, b, c, d và e như sau:

a= -127.47; b= 9.16; c= 7.34; d= -3.06; e= 0.11

Trên ảnh VNREDSat-1, giá trị bức xạ của một điểm ảnh ở 4 kênh phổ được

tính từ các khoảng bước sóng phổ trong khoảng tương ứng là kênh B1 (Blue) từ

451.6nm đến 522,5nm, B2 (green) từ 532.9nm đến 596.5nm, B3 (Red) từ 630.7nm

đến 698.8nm và B4 (NirInfared) từ 765.9nm đến 885.6nm. Như vậy bản thân hai

kênh B1 và B2 đã có dải phổ bao trùm các các kênh phổ sử dụng trong công thức

nên để tính toán Chl-a chỉ cần sử dụng các thông tin trong hai kênh này, các thông

tin ở các kênh khác được dùng khi tính toán độ đục hay chỉ số vật chất lơ lửng. Tuy

nhiên giá trị bức xạ của điểm ảnh tại mỗi kênh phổ chỉ là một giá trị tại bước sóng

trung tâm (là trung bình khoảng phổ nêu trên) nên chưa thể sử dụng ngay 2 giá trị

tại kênh B1, B2 trên ảnh để tính toán mà cần có bước tính toán lại giá trị bức xạ của

mỗi điểm ảnh trên ảnh VNREDSat-1 về giá trị tại 4 bước sóng phổ tương ứng sử

dụng trong công thức tính Chl-a.

Việc hiệu chỉnh các kênh phổ của VNREDSat về các kênh phổ được lựa chọn

trong công thức trên được tính dựa trên tỉ số chuyển đổi trong bảng SR (Spectral

Response) được cung cấp bởi nhà sản xuất trên nguyên tắc sử dụng giá trị bức xạ tại

kênh trung tâm gần nhất nhân với tỷ số chuyển đổi.

Hình 1.12. Sơ đồ phân bố phổ của các kênh phổ VNREDSat-1

Đối với các trầm tích lơ lửng

Trong quá trình nghiên cứu thuật toán OC4v6, tôi thấy tham số trầm tích lơ

lửng cũng dễ dàng tính toán được trên ảnh VNREDSat-1.

Hầu hết các nghiên cứu hiện tại đề xuất mối quan hệ thực nghiệm giữa vật

chất lơ lửng và phản xạ tại các kênh phổ vệ tinh khác nhau bằng cách khớp vật chất

lơ lửng đo đạc với số liệu thu nhận từ vệ tinh.

Một mô hình quang học từ lời giải phương trình vận chuyển bức xạ được thực

hiện, trong đó cho phép phản xạ được mô tả dưới dạng tính chất quang học phụ

thuộc, hấp thụ và tán xạ ngược . Sự đóng góp của các vật liệu khác nhau đến hệ số

hấp thụ và tán xạ được được mô tả về hai thành phần hệ số hấp thụ xác định (a*) và

hệ số tán xạ ngược (b*) cho mỗi vật liệu hạt riêng biệt theo phương trình (7) và (7).

(7)

(8)

Các kí hiệu W, MSS, YS và C lần lượt là nước, trầm tích lơ lửng, thành phần

hữu cơ khác, λ là bước sóng phụ thuộc vào tính chất quang học phụ thuộc và các

dấu ngoặc vuông đại diện cho nồng độ của từng chất. Hệ số hấp thụ cụ thể đối với

chất màu vàng ở 665 nm được thu thập bằng cách ngoại suy từ hấp thụ ở 440 nm sử

dụng độ dốc trung bình theo cấp số nhân từ tất cả 144 trạm. Hấp thụ do chất màu

vàng được nghiên cứu rộng rãi trong một loạt các thủy vực nước và hệ số mô tả độ

dốc mũ của quang phổ hấp thụ biến đổi từ 0.01-0.02 nm-1 với hầu hết nằm giữa

0.012 và 0.015 nm-1. Sau trừ hấp thụ bởi nước và YS, hệ số tổng số hạt hấp thụ còn

lại, aMSS* và aC*. Hệ số hấp thụ sinh vật phù du cũng nằm trong phạm vi các giá trị

từ các nghiên cứu khác nhau khi sử dụng kỹ thuật tương tự. Giá trị của aMSS* là thấp

hơn so với giá trị công bố trước đây được sử dụng các kỹ thuật tương tự , nhưng cao

hơn so với cách sử dụng kỹ thuật vận chuyển-phản xạ. Kết quả là giá trị aMSS* tại

665 nm là 0.002 m2 g-1. Tán xạ ngược là không đo được do đó tính từ tổng hệ số tán

xạ bằng cách giả định một yếu tố tán xạ ngược hiệu quả, bb/b. Giá trị của bb/b là

0.019 được sử dụng cho các hạt khoáng, trong khi bb/b cho thực vật phù du được lấy

bằng 0.005. bC* được tính bằng 0.03 m2 mg-1. Tính lại tổng b với giả thiết rằng bb /b

nhỏ hơn nhiều thực vật phù du (sử dụng bb /b bằng 0.005 thay thế) làm cho bC* ước

tính tăng đến 0.09 m2 mg-1. Tuy nhiên, mức tăng này trong bC* sẽ chỉ có một tác

động nhỏ phản xạ mô hình trong tán xạ khoáng cao. Kết quả cho một loạt các

trường hợp nước loại 2, bMSS* bằng 0.51 m2 mg-1 tại 555 nm. Mô hình phản xạ lần

đầu tiên được sử dụng trong chế độ mô phỏng tiến sử dụng giá trị trung bình cho

mỗi IOPs, tính phản xạ trên cơ sở nồng độ được biết đến của các thành phần hoạt

quang học. [11]

Trong các tài liệu, mối quan hệ giữa quang phổ phản xạ và SPM ở bề mặt

vùng biển là tuyến tính. Bên cạnh đó, các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng, có

tương quan tỉ lệ nghịch giữa SPM và đạo hàm quang phổ phản xạ trong phòng thí

nghiệm (tối đa là R2=0.98) và trên biển (tối đa là R2=0.83), các lỗi ước tính SPM

khi sử dụng đạo hàm quang phổ phản xạ trong phòng thí nghiệm nhỏ hơn 8% giá trị

trung bình.

Để sử dụng hình ảnh vệ tinh khi định lượng SPM, mối quan hệ giữa dữ liệu

của kênh phổ và nồng độ trầm tích trong nước mặt đã được nghiên cứu và báo cáo

rằng phản xạ tại Landsat MSS 3 (NIR) với SPM là quan hệ tuyến tính phạm vi từ 0

– 500 mg/l, nhưng mối quan hệ trở nên phi tuyến khi SPM cao hơn. Ngoài kênh đơn

nhất, tỷ lệ phản xạ kênh NIR với kênh nhìn thấy (đỏ, xanh lá cây và màu xanh

dương), kênh màu đỏ tới kênh xanh cũng được dùng để ước tính. Các nghiên cứu

chỉ ra rằng sử dụng tỉ lệ kênh phản xạ giúp giảm hiệu ứng phản xạ bầu trời, kích

thước hạt. Và tỉ lệ kênh phản xạ cho kết quả rất tốt với nước đục nơi tán xạ vượt qua

hấp thụ bởi các vật liệu hoạt tính quang học trong nước tại các bước sóng. Kết quả

sau khi phân tích được hiển thị dưới dạng bản đồ cho phép nhận diện đúng vị trí của

đối tượng cần phân tích trên bề mặt trái đất.

Trên đây là toàn bộ quy trình để làm đầu vào và dữ liệu cho công cụ phần

mềm mã nguồn mở. Các kết quả cụ thể sẽ được thể hiện tại chương 3 của luận văn.

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI TÁC ĐỘNG

TỚI PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TẠI KHU VỰC NGHIÊN

CỨU

2.1. Đặc điểm tự nhiên

2.1.1. Vị trí địa lý

Huyện Nhơn Trạch nằm ở phía tây nam tỉnh Đồng Nai, phía bắc giáp huyện

Long Thành cùng tỉnh, phía tây bắc, tây và nam giáp thành phố Hồ Chí Minh, phía

đông nam giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Một đoạn sông Đồng Nai - Nhà Bè là ranh

giới giữa thành phố Hồ Chí Minh và huyện Nhơn Trạch. Một đoạn sông Thị Vải là

ranh giới giữa tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu và huyện Nhơn Trạch. Huyện Nhơn Trạch

bao gồm 1 thị trấn và 11 xã, với tổng diện tích tự nhiên là 41.089 ha. Có tọa độ địa

Hình 2.1. Vị trí huyện Nhơn Trạch

lý từ 106°45’16" - 107°01’55" kinh Đông và 10°31’33" - 10°46’59" vĩ Bắc.

Nhơn Trạch có vị trí nằm ở trung tâm vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, là

vùng rất quan trọng ở phía Nam nước ta, dẫn đầu về tốc độ phát triển kinh tế trong

cả nước, là một trong những vùng sản xuất công nghiệp lớn nhất nước ta, đồng thời

là vùng tiêu thụ sản phẩm lớn. Nhơn Trạch nằm cạnh quận 2 và quận 9 thành phố

Hồ Chí Minh, một trung tâm lớn về kinh tế, công nghiệp, thương mại, dịch vụ, khoa

học kỹ thuật, đầu mối giao thông và giao lưu quốc tế lớn nhất cả nước, có lực lượng

lao động có tay nghề khá dồi dào, có nhiều cơ sở đào tạo, nghiên cứu khoa học,

công nghệ. Nhơn Trạch có thể sử dụng lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật, lao

động có tay nghề cao này từ thành phố Hồ Chí Minh

Nằm trong khu vực đầu mối giao thông quan trọng của quốc gia, phía Bắc

giáp huyện Long Thành có sân bay Quốc tế Long Thành (dự kiến), gần cụm cảng

Sài Gòn, cụm cảng biển nước sâu Vũng Tàu, nằm trên trục giao thông Quốc lộ 51,

tỉnh lộ 25, có đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây. Về đường thủy có sông Đồng

Nai, sông Thị Vải, sông Lòng Tàu ...

Với vị trí thuận lợi như trên, Nhơn Trạch có lợi thế so sánh cao hơn so với

nhiều huyện trong tỉnh và ngoài tỉnh. Do đó, cần phải phát huy lợi thế này trong

phát triển kinh tế của huyện, cùng với các yếu tố khác cần tạo mọi điều kiện đẩy

nhanh nền kinh tế có tốc độ tăng trưởng cao, thúc đẩy sự phát triển chung của tỉnh

Đồng Nai.

2.1.2. Địa hình

Đặc điểm địa lý tự nhiên huyện Nhơn Trạch có 2 dạng địa hình chính: Đồi

thấp và đồng bằng ven sông.

a) Dạng địa hình đồi thấp:

Phân bố tập trung ở khu vực phía Đông Bắc của huyện. Độ cao trung bình so

với mực nước biển từ 10 - 30m (cao nhất 32m). Độ dốc phổ biến từ 3 - 50. Tiêu

thoát nước thuận lợi, nền móng tốt, rất thuận lợi cho xây dựng cơ sở hạ tầng và các

khu công nghiệp. Vùng này chiếm khoảng 30,7% diện tích tự nhiên của toàn huyện.

Đây là địa hình thuận lợi xây dựng cơ sở hạ tầng cho phát triển các ngành công

nghiệp.

b) Dạng địa hình đồng bằng ven sông:

Vùng này chiếm khoảng 52,3% tổng diện tích tự nhiên, có thể phân thành 3

khu vực nhỏ:

 Khu vực phía bắc: Bao gồm dải đất thấp ven sông thuộc các xã: Phước

Thiền, Phú Hội, Long Tân, Đại Phước, độ cao trung bình từ 2 - 3 m, đất

bằng phẳng, nước mặt dồi dào, nhưng nền đất yếu, thích hợp với phát

triển sản xuất nông nghiệp.

 Khu vực nằm trong hệ thống thủy lợi Ông Kèo: Bao gồm dải đất thấp ven

sông Ông Kèo thuộc các xã: Phú Hữu, Phú Đông, Phước Khánh. Độ cao

trung bình từ 1 - 3 m, địa hình bằng phẳng nhưng nền đất yếu, thích hợp

cho sản xuất nông nghiệp.

 Khu vực phía nam: Độ cao phổ biến từ 0,5 - 1 m, nền đất rất yếu, bị ngập

mặn do thủy triều, thích hợp với phát triển lâm nghiệp và nuôi trồng thủy

sản. Cần lưu ý địa hình khu vực này để tập trung phát triển và đầu tư nuôi

trồng thủy hải sản.

2.1.3. Đặc điểm khí hậu và thời tiết

Huyện Nhơn Trạch nằm trong vùng có chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa.

- Nhiệt độ trung bình hàng tháng: 26o C - 27o C

- Số giờ nắng trong năm khoảng: 2.600 - 2.700 giờ

- Lượng mưa hàng năm: 1.800 - 2.000 mm

- Độ ẩm không khí trung bình: 79 - 80%

Khí hậu Nhơn Trạch là khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, có hai mùa

tương phản nhau (mùa khô và mùa mưa). Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 3 hoặc

tháng 4 năm sau (khoảng 5 – 6 tháng), mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 (khoảng 6

– 7 tháng). Khoảng kết thúc mùa mưa dao động từ đầu tháng 10 đến tháng 12.

Nhiệt độ không khí trung bình hằng năm từ 25,7 – 26,7oC. Mức độ chênh nhau

giữa các năm không lớn. Chênh lệch nhiệt độ cao nhất giữa tháng nóng nhất và lạnh

nhất là 4,2oC.

Nhiệt độ trung bình mùa khô từ 25,4 – 26,7oC, chênh lệch giữa tháng cao nhất

và tháng thấp nhất là 4,8oC. Nhiệt độ trung bình mùa mưa từ 26 – 26,8oC. So với

mùa khô, mức dao động không lớn, khoảng 0,8oC.

Lượng mưa tương đối lớn và phân bố theo vùng và theo vụ. Mùa khô, tổng

lượng mưa chỉ từ 210 – 370 mm chiếm 12 – 14% lượng mưa của năm. Mùa mưa,

lượng mưa từ 1.500 – 2.400 mm, chiếm 86 – 88% lượng mưa của năm. Phân bố

lượng mưa giảm dần từ phía Bắc xuống phía Nam và từ giữa ra hai phía Đông và

Tây của Nhơn Trạch.

2.1.4. Tài nguyên thiên nhiên

a) Tài nguyên về cảnh quan phục vụ du lịch

Do đặc điểm về địa hình cùng với hệ thống sông, rạch phát triển tạo nên nhiều

cảnh quan đẹp có thể tái tạo thành khu vui chơi, giải trí, du lịch sinh thái phục vụ

cho nhu cầu vui chơi của dân cư trong tỉnh và của các khu vực lân cận.

b) Tài nguyên nước

Hệ thống sông ngòi trong huyện cũng là một lợi thế cho việc tưới tiêu cũng

như giao thông đường thủy với các sông lớn bao quanh như sông Đồng Nai, sông

Lòng Tàu, sông Gò Da, sông Thị Vải,... Nguồn nước mặt chủ yếu của huyện là hệ

thống sông Đồng Nai. Theo số liệu quan trắc lưu lượng trung bình 312m3/s, lưu

lượng tháng cao nhất (tháng 9) 1.083m3/s. Chất lượng nước khá tốt ở khu vực phía

Bắc, mức độ nhiễm mặn tăng dần về phía hạ lưu. Có thể sử dụng nguồn nước mặt

dồi dào này cho phát triển kinh tế xã hội của huyện. Đặc biệt, có thể tập trung phát

triển nuôi trồng thủy hải sản nước lợ tại hạ lưu tiếp xúc với biển của các con sông

này.

Nguồn nước ngầm trong huyện khá dồi dào, tại huyện đã khoan thăm dò 20

giếng và khoan khai thác 5 giếng với lưu lượng 10 - 20m3/h/giếng.

c) Tài nguyên đất

Toàn huyện Nhơn Trạch có diện tích đất 41.089 ha. Trong đó có 04 nhóm đất

chính bao gồm: nhóm đất phù sa, nhóm đất phèn tiềm tàng, nhóm đất cát biển mới

biến đổi, nhóm đất xám.

Ngoài ra, phía nam huyện còn có 18.000 ha rừng ngập mặn trải dài qua các xã

Long Phước - Phước Thái - Phước An - Long Thọ, nối liền với rừng sinh quyển Cần

Giờ, sẽ là lá phổi xanh tự nhiên cho Nhơn Trạch.

2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội

Huyện Nhơn Trạch có vị trí địa lý thuận lợi là tâm điểm của tam giác thành

phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu. Nhơn Trạch được quy hoạch

thành đô thị loại II. Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa tại đây diễn ra khá chậm.

Trong huyện có 6 khu công nghiệp được Chính phủ phê duyệt, gồm: Khu công

nghiệp Nhơn Trạch 1, Khu công nghiệp Nhơn Trạch 2, Khu công nghiệp Nhơn

Trạch 3, Khu công nghiệp Nhơn Trạch 4, Khu công nghiệp Nhơn Trạch 5 và Khu

công nghiệp Nhơn Trạch 6. Ngoài ra, còn có 1 khu công nghiệp do tỉnh phê duyệt là

Khu công nghiệp Ông Kèo và 1 khu công nghiệp của địa phương khoảng 100 ha ở

xã Phú Thạnh - Vĩnh Thanh.

Hệ thống giao thông trong khu vực cũng rất thuận lợi cho việc phát triển kinh

tế - xã hội trong huyện: Từ thành phố Hồ Chí Minh có thể đi đến Nhơn Trạch

bằng quốc lộ 51 hoặc từ trung tâm thành phố Hồ Chí Minh qua phà đường Hầm

Sông Sài Gòn rồi đến cảng Cát Lái hoặc từ ngã ba Cát Lái (Đại lộ Mai Chí Thọ)

theo Đồng Văn Cống (Quận 2), đi phà qua sông Đồng Nai - Nhà Bè là đến địa phận

huyện Nhơn Trạch. Ngoài ra, đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây đã hoàn thành,

đây cũng là một tuyến đường sang Nhơn Trạch thuận tiện. Cây cầu huyết mạch nối

Nhơn Trạch và quận 9 - TP.Hồ Chí Minh tuy đã được khảo sát từ lâu nhưng đến

nay vẫn chưa thể thực hiện do thiếu kinh phí. Hiện tại, đường cao tốc Bến Lức -

Long An đã được xây dựng và hoàn thành năm 2018.

2.2.1. Tình hình phát triển kinh tế

a) Tăng trưởng kinh tế

Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân của huyện Nhơn Trạch là 15,8%/năm,

cao hơn tốc độ tăng trưởng kinh tế chung của cả tỉnh (toàn tỉnh tăng 13,4%/năm),

trong đó:

- Khu vực công nghiệp và xây dựng: đạt tốc độ tăng trưởng bình quân đều và

khá cao (bình quân trên 21%/năm), là khu vực có tốc độ tăng trưởng cao nhất so với

các khu vực còn lại do thu hút được nguồn đầu tư nước ngoài rất lớn trên địa bàn

huyện. Nhiều nhà đầu tư nước ngoài đầu tư vào huyện Nhơn Trạch góp phần tăng

nhanh sự phát triển kinh tế công nghiệp trên địa bàn. Tốc độ tăng trưởng bình quân

GDP công nghiệp khá cao trên 22,2%/năm. Tình hình đầu tư phát triển công nghiệp

trên địa bàn huyện tiếp tục duy trì và phát triển mạnh, do đó tốc độ tăng trưởng vẫn

duy trì ở mức 21%/năm, cao hơn bình quân chung toàn ngành công nghiệp của tỉnh

(toàn tỉnh tăng 16,9%/năm).

- Khu vực dịch vụ: Tốc độ tăng trưởng bình quân là 15,7%/năm. Tốc độ này

chưa tương xứng so với tốc độ phát triển của khu vực công nghiệp. Trong thời gian

tới, khu vực dịch vụ sẽ được đầu tư và có những bước phát triển khá mạnh, tốc độ

bình quân đạt 20,1%/năm. Điều này cho thấy tín hiệu khởi sắc của khu vực dịch vụ

của huyện trong thời gian tới.

- Khu vực nông nghiệp: Trong những năm qua, do việc đẩy nhanh quá trình

công nghiệp hóa, hiện đại hóa và đô thị hóa, khu vực nông nghiệp vốn là chủ yếu

trên địa bàn huyện đã có xu hướng giảm dần tỷ trọng. Tốc độ tăng trưởng bình quân

giảm dần theo thời gian.

Nhìn chung thời gian qua, so với sự phát triển nhanh về công nghiệp và tốc độ

đô thị hóa…, sự chuyển dịch của nông nghiệp nông thôn và sự phát triển của

thương mại - dịch vụ chưa phù hợp, chưa đáp ứng kịp thời nhu cầu thực tế, phục vụ

phát triển công nghiệp. Dịch vụ phát triển chậm so với tiềm năng và khả năng có thể

khai thác được. Thương mại chỉ mang tính kinh doanh hộ gia đình, quy mô nhỏ, lẻ

và tự phát. Tỷ trọng dịch vụ có giá trị gia tăng cao phát triển chậm như: tài chính,

tín dụng, tư vấn, bảo hiểm…, hoặc chất lượng còn thấp như dịch vụ viễn thông, vận

tải… Du lịch và dịch vụ nhà trọ hình thành mang nặng tính tự phát và còn trong tình

trạng yếu kém về cơ sở vật chất lẫn phương thức hoạt động. Là một đô thị mới, thời

gian qua chủ yếu phát triển mạnh về công nghiệp, dịch vụ phục vụ phát triển công

nghiệp chưa phát triển mạnh... do đó ít nhiều cũng đã ảnh hưởng đến tình hình phát

triển công nghiệp.

b) Cơ cấu ngành kinh tế

Cơ cấu kinh tế của huyện đã có sự chuyển dịch theo hướng giảm dần tỷ trọng

nông nghiệp, tăng nhanh tỷ trọng công nghiệp - xây dựng, thương mại - dịch vụ.

Đi đôi với tăng trưởng GDP, cơ cấu nền kinh tế tiếp tục chuyển dịch theo đúng

định hướng đề ra. Tỷ trọng ngành công nghiệp từ 39,2% tăng lên 54,8%; tỷ trọng

ngành dịch vụ từ 23% tăng lên 29,2% và tỷ trọng ngành nông nghiệp tiếp tục giảm

Hình 2.2. Biểu đồ thống kê xu hướng diện tích nuôi trồng thủy sản tỉnh Đồng Nai

từ 37,8% xuống còn 16%.

Cơ cấu kinh tế như trên cho thấy đây là giai đoạn nền kinh tế của huyện Nhơn

Trạch có sự chuyển biến về chất, nền kinh tế đã chuyển dịch rõ nét sang cơ cấu

công nghiệp - dịch vụ. Sự chuyển dịch cơ cấu kinh tế như trên sẽ tạo tiền đề thúc

đẩy nền kinh tế tiếp tục phát triển mạnh trong các năm tiếp theo, đóng góp vào sự

phát triển thành công chung của toàn tỉnh đó là trở thành một tỉnh công nghiệp theo

hướng hiện đại, tạo điều kiện thuận lợi hình thành và phát triển đô thị mới Nhơn

Trạch. Tuy nhiên, tỷ trọng ngành nông nghiệp tiếp tục giảm mạnh qua các năm, đây

cũng là sự khó khăn cho việc phát triển nuôi trồng thủy sản.

c) Cơ cấu thành phần kinh tế

Thực hiện nhất quán chính sách phát triển kinh tế nhiều thành phần, theo cơ

chế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa với mục tiêu và quan điểm phát triển

mạnh các thành phần kinh tế, tạo môi trường, điều kiện thuận lợi, phát huy mạnh

hơn nữa các lợi thế, thu hút mạnh các nguồn lực ngoài huyện và nước ngoài, tạo

động lực để phát triển, hình thành nền kinh tế mở, cơ chế thị trường có sự quản lý

của nhà nước theo định hướng xã hội chủ nghĩa, mở rộng các quan hệ kinh tế với

bên ngoài, hội nhập với vùng kinh tế trọng điểm. Tiếp tục chuyển dịch cơ cấu kinh

tế theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hóa, tăng dần tỷ trọng công nghiệp và dịch

vụ, hội nhập kinh tế vùng và khu vực… phát huy cao độ nội lực, đồng thời tranh thủ

khai thác, vận dụng mọi nguồn lực bên ngoài.

Chính sách phát triển kinh tế nhiều thành phần tạo điều kiện cho các thành

phần kinh tế trên địa bàn huyện phát triển mạnh mẽ, tạo nên sự chuyển biến tích cực

trong cơ cấu thành phần kinh tế. Khu vực kinh tế nhà nước tăng trưởng có xu hướng

giảm. Đặc biệt khu vực kinh tế dân doanh và kinh tế có vốn đầu tư nước ngoài có sự

tăng trưởng mạnh mẽ, góp phần thúc đẩy sự chuyển dịch cơ cấu thành phần kinh tế

của huyện.

Cơ cấu Khu vực kinh tế nhà nước giảm do khu vực đầu tư nước ngoài tiếp tục

tăng nhanh. Nhìn chung, Khu vực kinh tế nhà nước có quy mô nhỏ. Khu vực ngoài

quốc doanh cũng giảm sút về tỷ trọng, chưa động viên khuyến khích các doanh

nghiệp ngoài quốc doanh phát triển.

Tăng trưởng kinh tế trên địa bàn huyện chủ yếu do thành phần kinh tế Đầu tư

nước ngoài chiếm tỷ trọng 96,4% trong cơ cấu thành phần kinh tế trên địa bàn

huyện, đến nay tỷ trọng của khu vực này chiếm 96,7%. Đầu tư trực tiếp nước ngoài

đã có những đóng góp tích cực cho phát triển kinh tế huyện Nhơn Trạch, như: Bổ

sung nguồn vốn quan trọng cho tăng trưởng kinh tế; góp phần chuyển dịch cơ cấu

kinh tế theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hóa, phát triển lực lượng sản xuất; làm

tăng nhanh sản phẩm xuất khẩu, tiếp cận với thị trường quốc tế; đóng góp đáng kể

cho ngân sách nhà nước và góp phần tích cực vào các hoạt động xã hội, giải quyết

việc làm cho người lao động, tham gia phát triển nguồn nhân lực; đẩy nhanh tiến

trình hội nhập của Nhơn Trạch nói riêng, tỉnh Đồng Nai nói chung vào nền kinh tế

khu vực và thế giới; tác động đến sự phát triển của các doanh nghiệp trong nước.

Cơ sở hạ tầng, dịch vụ của huyện từng bước phát triển. Tuy nhiên những thách thức

đặt ra trong quá trình thu hút đầu tư nước ngoài là vấn đề ô nhiễm môi trường, tăng

dân số cơ học, hạ tầng còn nhiều hạn chế và những vấn đề xã hội bức xúc khác.

d) Xuất nhập khẩu

Kim ngạch xuất, nhập khẩu của huyện Nhơn Trạch Tốc đạt tốc độ tăng trưởng

bình quân 47,61%/năm. Trong những năm tới, với tiềm lực tích lũy được và lợi thế

phát triển công nghiệp, Nhơn Trạch có khả năng tiếp tục tăng trưởng xuất khẩu cao

hơn tốc độ chung của cả tỉnh, đóng góp đáng kể vào kim ngạch xuất khẩu của toàn

tỉnh.

Trong các thành phần kinh tế, kim ngạch xuất khẩu hiện nay trên địa bàn

huyện, khu vực có vốn đầu tư nước ngoài chiếm chủ yếu (99,83%); kim ngạch xuất

khẩu của khu vực trong nước chiếm tỷ trọng rất nhỏ (0,17%). Điều này cho thấy

hoạt động xuất khẩu trên địa bàn huyện Nhơn Trạch, trong đó vai trò các doanh

nghiệp địa phương không đáng kể. Đây cũng là một thực trạng chung của toàn tỉnh

Đồng Nai.

Về cơ cấu hàng hoá xuất nhập khẩu chủ yếu là hàng công nghiệp. Hàng công

nghiệp xuất khẩu trên địa bàn huyện tập trung chủ yếu vào nhóm sản phẩm dệt, giày

dép, công nghiệp hoá chất… Hàng hoá nhập khẩu chủ yếu là máy móc thiết bị và

nguyên vật liệu phục vụ cho sản xuất là chính.

e) Thu hút đầu tư

Tính đến nay, tình hình đầu tư vào sản xuất công nghiệp trên địa bàn tiếp tục

phát triển. Đã có thêm 09 dự án ngoài nước được cấp phép với tổng số vốn đầu tư là

141,3 triệu USD và 06 công ty xin điều chỉnh tăng vốn 24,93 triệu USD, nâng tổng

số dự án đầu tư sản xuất công nghiệp trên địa bàn lên con số 297 dự án với vốn đầu

tư 5,585 tỷ USD (trong đó có 182 dự án đầu tư nước ngoài với vốn đầu tư 4,115 tỷ

USD và 115 dự án đầu tư trong nước với vốn đầu tư 1,47 tỷ USD). Số liệu thống kê

cho thấy đã có 175 dự án đi vào hoạt động, giải quyết làm việc cho hơn 40.000 lao

động.

2.2.2. Hiện trạng về hạ tầng

a) Hệ thống giao thông

- Đường bộ: Mạng lưới đường bộ đã được chú trọng xây dựng nhưng còn

chậm. Tất cả các xã đều có đường ô tô đến trung tâm xã, trong đó có 7 xã có đường

nhựa, 5 xã có đường cấp phối. Tổng số chiều dài đường huyện là 261,702 km, trong

đó huyện quản lý 146,172 km, xã quản lý 115,530 km, trong đó: Đường nhựa có

69,440 km, đạt 27% tổng chiều dài đường huyện (huyện quản lý 64,94 km, chiếm

94% tổng đường nhựa của huyện). Đường cấp phối có 113,132 km, đạt 43% tổng

chiều dài đường huyện (huyện quản lý 81,132 km, chiếm 81% tổng đường cấp phối

của huyện). Đường đất có 71,030 km, đạt 27% tổng chiều dài đường huyện, trong

đó toàn bộ là xã quản lý. Nhìn chung, chất lượng đường còn thấp hơn nhiều so với

yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của Huyện.

- Đường sông: Có 4 tuyến đường sông có thể lưu thông tàu trọng tải lớn, trong

đó có 2 tuyến có thể lưu thông tàu 3000 tấn, 1 tuyến có thể lưu thông tàu 5000 tấn,

1 tuyến có thể lưu thông tàu 1000 tấn. Hiện nay đã có cảng Tuy hạ (quân đội quản

lý). Cơ sở vật chất kỹ thuật của các cảng này chưa có gì đáng kể, phạm vi và năng

lực phục vụ còn yếu.

b) Hệ thống cung cấp điện

Hiện có đường dây mạch kép rẽ nhánh từ đường dây 110 KV Bà Rịa - Long

Bình đến trạm Nhơn Trạch dài 2,5 km (dây A-185). Lưới 15 KV bao gồm 3 tuyến

với tổng chiều dài 100 km, cấp điện cho các trạm biến áp 15KV/0,4K với tổng dung

lượng 4220 KVA. Riêng khu công nghiệp Nhơn Trạch đã được cấp riêng từ trạm

biến áp T1. Tỷ lệ hộ sử dụng điện đến nay là 90% tổng số hộ sử dụng (so với toàn

tỉnh vẫn còn thấp).

Nhìn chung, mạng điện cấp cho sinh hoạt chất lượng còn tốt nhưng do phải

dẫn từ nguồn ở xa nên thất thoát nhiều. Đối với điện cho sản xuất có nhiều thuận lợi

so với các địa bàn khác do gần nguồn cung cấp. Tuy nhiên, với sự thiếu hụt sản

lượng điện chung toàn quốc hiện nay thì Nhơn Trạch ít nhiều cũng chịu ảnh hưởng,

nhất là đối với sản xuất công nghiệp.

c) Hệ thống cấp nước

Cấp nước công nghiệp hiện mới xây dựng được 3 trạm xử lý nước ngầm tổng

công suất 20.000 m3/ngày. Cấp nước sinh hoạt đã có 3 xã Phú Đông, Phú Hữu,

Phước Khánh được cung cấp nước sạch. Mỗi xã có 1 - 2 giếng khoan, công suất mỗi

giếng 15 m3/giờ. Tỷ lệ hộ dùng nước sạch đạt 87%.

d) Hệ thống bưu chính viễn thông

Đã lắp đặt 1 tổng đài điện tử Starex 384 số ở trung tâm huyện và 1 tổng đài

Panasonic 32 số ở xã Đại Phước. Lắp đặt thiết bị truyền dẫn viba AWA 1504-60

kênh và đặt ở Đại Phước thiết bị Viba ít kênh loại VH-30-1 kênh. Phủ sóng phát

thanh truyền hình xuống đến tất cả các xã, các xã đều có điện thoại đến UBND xã.

Tổng số máy điện thoại trên địa bàn là 11.066 máy, đạt tỷ lệ 9,2 máy/100 dân. Trên

địa bàn có 4 bưu cục, 9 điểm bưu điện văn hóa xã, 2 điểm điện thoại công cộng,

99% các xã trên địa bàn đều có máy điện thoại, 10/12 xã đã sử dụng dịch vụ

Internet.

2.2.3. Nguồn nhân lực

a) Dân số và lao động

- Dân số: Dân số trung bình là 401.720 người. Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên

1,11%. Mật độ dân số bình quân là 977 người/km2.

- Lao động: Số người trong độ tuổi lao động hiện nay là 98.986 người người.

Lao động xã hội hiện đang làm việc trong các thành phần kinh tế là 72.825 người.

Tỷ lệ thất nghiệp trên địa bàn là 2%; tỷ lệ lao động đào tạo trên tổng lao động đang

làm việc là 34%. Lao động làm việc trong ngành công nghiệp hiện chiếm tỷ trọng

cao (chiếm 40%); lao động trong ngành nông nghiệp chiếm 38% và tiếp tục giảm

mạnh; lao động các ngành dịch vụ chiếm 22%. Những năm vừa qua đã có sự

chuyển dịch lao động từ nông nghiệp sang công nghiệp và dịch vụ.

b) Hệ thống đào tạo

Giáo dục phát triển một bước khá toàn diện về qui mô, cơ sở vật chất trường

lớp, đội ngũ giáo viên, nâng cao chất lượng dạy và học. Trong 5 năm, số lượng giáo

viên tăng thêm 374 người, số trường học tăng thêm 6 trường trong đó có 2 trường

THPT, số phòng học tăng thêm 236 phòng. Đến nay, trên địa bàn đã có 13 trường

mẫu giáo, 14 trường Tiểu học, 8 trường THCS, 2 trường THPT và 12/12 xã có trung

tâm học tập cộng đồng với tổng số 1.133 giáo viên, tỷ lệ giáo viên đạt chuẩn 91%.

Tỷ lệ trẻ 6 tuổi vào lớp 1 đạt 100%, học sinh tốt nghiệp tiểu học vào lớp 6 và

tốt nghiệp THCS vào lớp 10 đạt trên 98% và 85%, tỷ lệ học sinh thi đậu vào đại

học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp ngày càng tăng. Tiếp tục duy trì xóa mù

chữ, phổ cập giáo dục tiểu học, hoàn thành phổ cấp giáo dục THCS đạt 100% số xã

và thực hiện phổ cập bậc trung học ở 50% số xã. Trung tâm giáo dục thường xuyên

hàng năm mở các lớp bổ túc văn hóa THCS và THPT.

2.3. Tình hình tái cơ cấu lĩnh vực thủy sản trong khu vực nghiên cứu

2.3.1. Quy hoạch chi tiết nuôi trồng thủy sản tập trung huyện Nhơn Trạch

Ngày 8 tháng 2 năm 2018, UBND tỉnh Đồng Nai đã ra quyết định Phê duyệt

Dự án Quy hoạch chi tiết khu nuôi thủy sản tập trung huyện Nhơn Trạch giai đoạn

2017 - 2020, định hướng 2030.

Với mục tiêu chung là phát huy tiềm năng, lợi thế nhằm thúc đẩy lĩnh vực

nuôi trồng của huyện theo hướng an toàn, nâng cao giá trị gia tăng và bền vững, góp

phần tích cực nâng cao thu nhập người dân, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, bảo vệ

môi trường sinh thái.

Các mục tiêu đề ra được thực hiện trên các quan điểm quy hoạch:

- Phát triển nghề nuôi thủy sản đảm bảo mang lại hiệu quả kinh tế cao, ổn

định, bền vững, có đóng góp ngày càng cao trong cơ cấu kinh tế, nâng cao

thu nhập người sản xuất, góp phần tích cực xây dựng và phát triển kinh tế -

xã hội của huyện

- Phát triển nuôi thủy sản nước lợ tập trung dựa trên khai thác tối đa lợi thế

điều kiện tự nhiên và lợi thế so sánh; duy trì phát triển theo quy mô phù

hợp, không đặt trọng tâm mở rộng diện tích mà chú trọng phát triển theo

chiều sâu, gắn với việc quản lý chặt chẽ môi trường và an toàn vệ sinh thực

phẩm.

- Phát triển nuôi tôm thương phẩm trên địa bàn huyện theo hướng nông

nghiệp công nghệ cao, phù hợp với định hướng tái cơ cấu ngành nông

nghiệp, gắn kết chặt chẽ với thị trường tiêu thụ, xây dựng nông thôn mới,

đồng thời đảm bảo hài hòa với quy hoạch phát triển các ngành kinh tế trên

địa bàn.

- Phát triển nghề nuôi thủy sản nước lợ tập trung theo hướng bền vững, hiệu

quả cao cả về mặt kinh tế, xã hội và môi trường; đảm bảo hài hòa lợi ích

của các thành phần kinh tế, lợi ích nhà nước và xã hội.

Trên cơ sở đó, định hướng quy hoạch nuôi trồng thủy sản cho huyện Nhơn

Trạch được đề xuất như sau:

- Ứng dụng nhanh các thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến, công nghệ cao,

các tiêu chuẩn mới vào sản xuất nhằm tăng năng suất, sản lượng, tạo sản

phẩm hàng hóa có chất lượng đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm để cung

cấp cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu; đẩy mạnh liên kết sản xuất theo

chuỗi giá trị sản phẩm từ ao nuôi đến bàn ăn.

- Tổ chức lại sản xuất và đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng đồng bộ; chú trọng

công tác bảo vệ môi trường sinh thái, nguồn lợi thủy sản, kết hợp với tham

quan du lịch; đồng thời thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển

dâng

- Nuôi thủy sản nước lợ tập trung gắn liền với nâng cao chất lượng nguồn nhân

lực; bảo đảm thực hiện các quy định của pháp luật về điều kiện, tiêu chuẩn,

quy chuẩn kỹ thuật, tạo sức cạnh tranh cao trên thị trường

- Đối tượng nuôi thủy sản tập trung: tôm thẻ chân trắng và hàu. Đối với nuôi

tôm, đầu tư phát triển theo chiều sâu, nuôi tôm ứng dụng công nghệ cao

- Nâng cao năng lực quản lý của các cơ quan hữu quan trong nuôi trồng thủy

sản. Có chính sách thu hút, khuyến khích các thành phần kinh tế đầu tư vào

khu nuôi tôm nước lợ tập trung.

Để có thể thực hiện được các mục tiêu cũng như định hướng quy hoạch đề ra,

cần phải áp dụng nhiều giải pháp đồng bộ về mọi mặt như: giải pháp về đất đai, mặt

nước nuôi thủy sản; giải pháp đền bù, giải phóng mặt bằng đầu tư hạ tầng; giải pháp

về cơ chế chính sách; giải pháp về nguồn nhân lực; giải pháp về khoa học công

nghệ, khuyến ngư; giải pháp về thị trường tiêu thụ và xúc tiến thương mại; giải

pháp liên kết vùng; tổ chức quản lý và sản xuất; đặc biệt là giải pháp về môi trường

và biến đổi khí hậu. Nhu cầu cần có những thông tin quan trắc môi trường để thực

hiện kiểm tra chất lượng môi trường nước nhằm đưa ra thông tin kịp thời cho người

nuôi có biện pháp khắc phục và xử lý kịp thời.

Mặc dù các trạm quan trắc môi trường có thể cung cấp thông tin đều đặn theo

chu kỳ nhưng hạn chế của chúng là chỉ cung cấp trong một phạm vi nhất định và

không thể cung cấp thông tin mang tính lịch sử trước khi trạm được xây dựng. Việc

nội suy các giá trị đo để có thông tin toàn vùng có độ chính xác chưa cao, đặc biệt là

đối với những khu vực xa trạm quan trắc. Tốn kém về thời gian, tài chính và đặc

điểm quan trắc rời rạc theo điểm là ba hạn chế lớn của cách tiếp cận này, đặc biệt tại

các lưu vực thiếu thốn các công trình quan trắc và nhân lực thực hiện quan trắc.

Trong bối cảnh nêu trên, công nghệ viễn thám được đưa vào xem xét và xem

như chìa khóa giải quyết các thách thức. Do vậy, tác giả đã thực hiện sử dụng dữ

liệu ảnh vệ tinh để đánh giá chất lượng nước trên một phạm vi lớn, với tính đồng

nhất cao, đảm bảo cung cấp thông tin nhanh chóng, kịp thời cho cơ quan hữu quan

để cảnh báo người nuôi, đưa ra các biện pháp xử lý, khắc phục.

2.3.2. Thực trạng

Trước đây, mặc dù có diện tích mặt nước bao gồm hệ thống hồ đập và sông

ngòi khá phong phú, hoạt động nuôi trồng thủy sản tại khu vực tập trung chủ yếu là

vùng ngập mặn. Trong giai đoạn 2011 - 2015, ngành thủy sản đã phát triển theo

hướng tăng giá trị sản xuất, đã có nhiều mô hình nuôi trồng thủy sản có hiệu quả

cho năng suất sản lượng cao.

Qua những quy trình thành lập bản đồ lớp phủ từ ảnh vệ tinh dựa trên quy

định về thành lập Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của Bộ Tài nguyên và Môi trường

ngày 17 tháng 12 năm 2007 và những chuyến đi khảo sát thực địa, 3 bản đồ đã được

biên tập và sản xuất gồm: 1 bản đồ hiện trạng lớp phủ, 1 bản đồ thủy văn, 1 bản đồ

Hình 2.3. Bản đồ lớp phủ huyện Nhơn Trạch năm 2015

nước mặt tại huyện Nhơn Trạch năm 2015.

Hình 2.4. Bản đồ thủy văn huyện Nhơn Trạch năm 2015

Hình 2.5. Bản đồ nước mặt huyện Nhơn Trạch năm 2015

Bảng 2.1. Thống kê diện tích thành phần nước mặt huyện Nhơn Trạch năm 2015

Thành phần Diện tích (ha)

Tổng diện tích Huyện 41.089

Tổng mặt nước 8.048

Sông, suối, kênh, mương (Nước chảy) 5.266 (65,4%)

Ao, hồ, đầm, phá (Nước đọng) 564 (7%)

Nuôi trồng thủy sản 2.218 (27,6%)

Qua xử lý và thu thập thông tin từ bản đồ biên tập được, có thể thấy tổng diện

tích mặt nước của huyện là khoảng 8.048 ha, chiếm 19,6% diện tích huyện. Trong

đó, diện tích sông suối (nơi có nước chảy động) là 5.266 ha, chiếm 65,4% diện tích

mặt nước. Huyện được bao quanh bởi 2 con sông chính là sông Đồng Tranh và sông

Thị Vải, với lưu vực cửa sông chảy ra Vịnh biển Gành Rái. Nơi đây thích hợp cho

việc phát triển nuôi trồng thủy sản nước lợ. Diện tích nuôi trồng thủy sản của huyện

là khoảng 2.218 ha, chiếm 27,6% tổng diện tích nước mặt. Phân bố không gian tập

trung chủ yếu ở phía Nam – Đông Nam và nằm gần với các khu dân cư và công

nghiệp.

Tuy nhiên, chính vì các khu vực nuôi trồng thủy sản nằm gần khu dân cư, tình

trạng ô nhiễm môi trường xảy ra ngày càng nghiêm trọng tại đây do chuyển dịch cơ

cấu tăng mạnh sản xuất công nghiệp và chất thải sinh hoạt, nhất là ở các khu vực có

nhiều tiềm năng cho phát triển nuôi trồng thủy sản nước lợ. Bên cạnh đó thì hệ

thống thủy lợi phục vụ cho khu vực quy hoạch nuôi trồng thủy sản tập trung còn

thiếu. Đây cũng chính là những khó khăn cho việc phát triển ngành thủy sản của

huyện.

Mặc dù đã xây dựng được một số mô hình ứng dụng tiến bộ kỹ thuật, công

nghệ mới vào nuôi các loài thủy sản có giá trị kinh tế cao như tôm sú thâm canh

năng suất cao, thâm canh cá rô phi đơn tính, tôm thẻ chân trắng, cá chẽm, … nhưng

đối với công tác khai thác và bảo vệ nguồn lợi thủy sản, việc ứng dụng khoa học

còn rất hạn chế.

Bên cạnh các nguyên nhân chủ quan do việc triển khai các chính sách của

huyện và hiệu quả của UBND tỉnh chưa được như mong muốn, sự phối hợp giữa

các cấp, các ngành, hay sự chưa đồng bộ của nhiệm vụ quản lý; còn có các nguyên

nhân chủ quan như sự thiếu tích cực, chủ động của người dân khi triển khai dự án,

trình độ nhận thức của người dân, thị trường còn hạn chế, không ổn định, thì một

nhân tố khác cũng ảnh hưởng hết sức mạnh mẽ là: khu vực có nhiều khu công

nghiệp, nước thải từ các khu công nghiệp này có thể đã qua xử lý theo quy định, sau

đó mới xả thải ra sông suối, tuy nhiên đây vẫn là một trở ngại đáng kể cho ngành

thủy sản Nhơn Trạch trong thời gian tới.

2.3.3. Tái cơ cấu ngành thủy sản

Để nâng cao lợi thế cạnh tranh của các sản phẩm thủy sản, thực hiện đồng bộ

các nội dung từ tái cơ cấu sử dụng nguồn lực, tái cơ cấu công nghệ, tái cơ cấu về

sản phẩm, tái cơ cấu về hình thức tổ chức sản xuất, kinh doanh nhằm gia tăng về

chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất, đáp ứng nhu cầu thị trường.

Mục tiêu chung là tận dụng triệt để các lợi thế, khắc phục các khó khăn để

phát triển ngành thủy sản của huyện theo hướng bền vững kinh tế - xã hội - môi

trường; trở thành ngành sản xuất hàng hóa theo hướng hiện đại, đạt hiệu quả cao, có

năng lực để tự đầu tư phát triển và tăng giá trị tiêu thụ nội địa, tăng khả năng cạnh

tranh cao trên thị trường; góp phần xóa đói giảm nghèo, đóng góp vào an ninh thực

phẩm chung của tỉnh cũng như cả nước.

a) Tái cơ cấu sản xuất theo vùng

Phân vùng sản xuất các đối tượng nuôi phù hợp với từng điều kiện cụ thể, với

điều kiện thực tế như huyện Nhơn Trạch thì tập trung chủ yếu là nuôi nước lợ, với

đối tượng chủ yếu là tôm chân trắng, và tôm thẻ siêu thâm canh.

Khai thác thủy sản gắn với bảo vệ môi trường và phát triển nguồn lợi thủy sản.

Khai thác tập trung chủ yếu vào các xã có nhiều rừng ngập mặn. Tổ chức lại sản

xuất theo mô hình kinh tế tập thể và mô hình đồng quản lý đối với hoạt động khai

thác thủy sản.

b) Tái cơ cấu đối tượng nuôi chủ lực

Tại huyện Nhơn Trạch, định hướng các đối tượng chính sẽ là cá: như cá chẽm,

tập trung phát triển, ứng dụng các phương thức nuôi tiên tiến thâm canh, bán thâm

canh cho năng suất sản lượng cao. Đặc biệt chú ý định hướng người dân nuôi theo

tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

Đối với tôm, tập trung ưu tiên phát triển tôm thẻ chân trắng theo mô hình nuôi

siêu thâm canh. Ứng dụng phát triển nuôi theo công nghệ cao, đặc biệt phát triển áp

dụng các phương thức nuôi an toàn thực phẩm.

c) Tái cơ cấu phương thức sản xuất

Hiện nay, chủ yếu phát triển theo hình thức kinh tế nông hộ quy mô nhỏ. Tuy

nhiên, phương thức này đã bộc lộ nhiều hạn chế vốn có là số lượng hàng hóa ít, chất

lượng thấp, quản lý kém,… khó tồn tại và cạnh tranh trong nền kinh tế thị trường.

Do đó, kinh tế hệ gia đình phải liên kết thành các câu lạc bộ, tổ kinh tế hợp tác và

hợp tác xã để tăng cường khả năng áp dụng sản xuất theo tiêu chuẩn, kiểm soát chất

lượng sản phẩm, sản lượng,… đáp ứng yêu cầu, nhu cầu ngày càng cao và đa dạng

của thị trường.

Ưu tiên tập trung vào kinh tế trang trại. Đây là loại hình tổ chức sản xuất nông

nghiệp nhiều ưu điểm, phù hợp với sản xuất hàng hóa và cũng là quy luật tất yếu

trong quá trinh hình thành và phát triển. Khuyến khích nâng cao quy mô các trang

trại sản xuất thủy sản.

d) Tái cơ cấu về chế biến và tiêu thụ thủy sản theo chuỗi

Phát triển chế biến, tiêu thụ thủy sản trong mối liên kết chuỗi sản xuất nuôi

trồng, khai thác và chế biến, thương mại sản phẩm thủy sản. Trước hết xây dựng

các chuỗi ngắn từ sản xuất, khai thác đến thu mua; hoặc từ thu mua đến tiêu thụ; sau

đó sẽ xây dựng các chuỗi dài hơn đảm bảo có sự kiểm soát thống nhất từ khâu sản

xuất đến tay người tiêu dùng, đáp ứng dần các tiêu chí kiểm soát của thị trường.

Giữ vững thị trường truyền thống tiêu thụ trong địa bàn tỉnh, mở rộng và phát

triển thị trường ra các tỉnh lân cận như thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa - Vũng Tàu.

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN

NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1. Kết quả của công cụ phần mềm

Hình dưới đây thể hiện giao diện hiệu chỉnh khí quyển đã được thiết kế trong

Hình 3.1. Giao diện hiệu chỉnh khí quyển cho ảnh VNREDSat-1

công cụ:

Hình 3.2. Ảnh trước và sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển

Ảnh VNREDSat-1 sau khi được hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển:

Công cụ tính Chl-a và SPM được phát triển trong phần mềm này:

Hình 3.3. Công cụ tính toán Chlorophyll-a từ ảnh VNREDSat-1

Các kết quả đạt được sau khi dúng phần mềm xử lý ảnh VNREDSat-1 chụp tại

Hình 3.4. Bản đồ phân bố hàm lượng Chlorophyll-a từ ảnh VNREDSat-1 chụp ngày

22/4/2017

khu vực nghiên cứu:

Hình 3.5. Bản đồ vật chất lơ lửng chiết xuất từ ảnh VNREDSat-1

Để lập bản đồ hàm lượng vật chất lơ lửng chọn chức năng SPM, sau đó ở phần

Lớp chuyên đề, tìm đến ảnh đã tính toán SPM đã lưu. Ở phần Bản đồ có thể gõ tên

của bản đồ cần trình bày. Cuối cùng nhấn Hiển thị để thể hiện kết quả.

Tương tự như vậy, để lập bản đồ hàm lượng Chlorophyll-a chọn chức năng

CHL, và đường dẫn đến dữ liệu Chl-a đã tính toán. Và hiển thị dữ liệu thu được như

Kết quả tính toán hàm lượng Chl-a và SPM của các cảnh ảnh sử dụng trong

Bảng 3.1. Hàm lượng Chl-a và SPM của các cảnh ảnh VNREDSat-1 khu vực nghiên cứu

khu vực nghiên cứu được thể hiện trong bảng sau đây:

Ảnh gốc Chl-a SPM

Trong hệ sinh thái thủy vực, mức độ dinh dưỡng thường được xác định qua

hàm lượng Chl-a và độ đục. Chl-a được dùng như một chỉ số đánh giá mức độ

phong phú của thực vật phù du; hàm lượng Chl-a tăng thì mật độ thực vật phù du

tăng. Bên cạnh đó, giữa mật độ phù du và độ đục lại có mối quan hệ mật thiết với

nhau, bởi vì mật độ phù du tăng thì độ đục cũng tăng; tuy nhiên trong trường hợp

nước có chứa nhiều chất gây đục từ các hạt sét hay xác hữu cơ thì độ đục không liên

quan đến mật độ thực vật phù du.

Kết quả tính toán Chl-a và SPM trên phần mềm đã cho thấy, tại khu vực ao

nuôi hàm lượng Chl-a và SPM tỉ lệ với nhau như đã đề cập. Tuy nhiên, tại khu vực

sông thì mặc dù hàm lượng Chl-a là đồng nhất nhưng có sự thay đổi về độ đục, đây

là do tác động của dòng chảy kéo theo các nhân tố khác như phù sa, cát,…

3.2. Đánh giá độ chính xác

3.2.1. Kết quả điều tra thực địa

Sau khi tính toán bằng phần mềm, thực hiện kiểm tra độ chính xác của công cụ

bằng các mẫu xét nghiệm thực địa. Khu vực được lựa chọn là xã Phước An, nằm ở

phía nam của huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai. Đây là khu vực có đầy đủ các

dạng mẫu nước mà tác giả quan tâm đó là: sông, ao, ao hồ nuôi trồng thủy sản.

Trong đó trên sông Thị Vải có các hoạt động nuôi trồng thủy sản của người dân như

Vị trí các điểm lấy mẫu nước

hàu, cá,... Sơ đồ phân bố các điểm lấy mẫu được thể hiện trong hình dưới đây.

Hình 3.6. Sơ đồ các điểm mẫu thực địa

Trong đó: Điểm 1 là khu vực giữa sông

Điểm 2: là khu vực nuôi thủy sản

Điểm 3: là khu vực ao hồ nước lặng, không nuôi trồng thủy hải sản

Mẫu nước được lấy là nước mặt, nên có những nguyên tắc riêng cho đối tượng

này. Mẫu nước phải mang tính đại diện cho khu vực cần lấy mẫu sau đó bảo quản

mẫu và vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm càng sớm càng tốt. Kỹ thuật lấy mẫu,

bảo quản, vận chuyển và lưu trữ phải đúng theo qui định của Tiêu chuẩn Việt Nam:

TCVN 6663-1:2011, 6663-3:2008, 6663-6:2008 và 5994-1995.

Thời gian lấy mẫu: khoảng từ 10h đến 13h hàng ngày, mỗi tiếng lấy một mẫu.

Khoảng thời gian lấy mẫu này được tính toán trên cơ sở quỹ đạo hoạt động của các

vệ tinh để chụp ảnh đúng vào thời điểm lấy mẫu, nhằm nâng cao độ chính xác của

kết quả tính toán sau này.

Các mẫu nước này được phân tích theo phương pháp Lorezen (1967), theo tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 6662-2000. Đơn vị của hàm lượng Chl-a sử dụng trong

nghiên cứu này là µg/L.

Bảng 3.2. Kết quả phân tích mẫu nước đợt 1

Tên mẫu Ngày Giờ Địa điểm Tên trên sơ đồ Kết quả

(µg/L)

10h 0.07 NM1

11h 0.12 NM2 17/4/2107 Sông Thị Vải Điểm 1 12h 0.19 NM3

13h 0.17 NM4

10h 0.28 NM5

11h 0.41 NM6 Vùng nước lặng 18/4/2017 Điểm 3 ven sông Thị Vải 12h 0.41 NM7

13h 0.44 NM8

10h 0.76 NM9

11h 0.71 NM10 Vùng nước lặng 19/4/2017 Điểm 3 ven sông Thị Vải 12h 0.68 NM11

13h 0.63 NM12

10h 0.23 NM13

NM14 20/4/2017 11h Sông Thị Vải Điểm 1 0.23

12h 0.39 NM15

10h 4.63 NM16 Khu vực nuôi NM17 21/4/2017 11h Điểm 2 5.01 trồng thủy sản 12h 5.57 NM18

10h 0.41 NM19 Vị trí 1, sông Thị NM20 22/4/2017 11h Điểm 1 0.49 Vải 12h 0.57 NM21

Hình 3.7. Biểu đồ giá trị Chl-a trong các ngày lấy mẫu (đợt 1)

Bảng 3.3. Kết quả phân tích mẫu nước đợt 2

Tên mẫu Ngày Giờ Địa điểm Tên trên sơ đồ Kết quả

(µg/L)

NM1 10h 0.17

NM2 11h 0.19 30/9/2107 Sông Thị Vải Điểm 1 NM3 12h 0.25

NM4 13h 0.27

NM5 10h 0.24

NM6 11h 0.07 Vùng nước lặng 1/10/2017 Điểm 3 ven sông Thị Vải NM7 12h 0.29

NM8 13h 0.27

NM9 10h 0.29

NM10 11h 0.32 Vùng nước lặng 2/10/2017 Điểm 3 ven sông Thị Vải NM11 12h 0.24

NM12 13h 0.21

NM13 3/10/2017 10h Sông Thị Vải Điểm 1 0.11

NM14 11h 0.11

NM15 12h 0.05

NM16 10h 13.68 Khu vực nuôi NM17 4/10/2017 11h Điểm 2 15.79 trồng thủy sản NM18 12h 18.05

NM19 10h 0.03

NM20 5/10/2017 11h Sông Thị Vải Điểm 1 0.05

Hình 3.8. Biểu đồ giá trị Chl-a trong các ngày lấy mẫu (đợt 2)

NM21 12h 0.07

Hình 3.9. Biểu đồ Chl-a tại vị trí sông Thị Vải qua các ngày và giờ lấy mẫu

Hình 3.10. Biểu đồ Chl-a tại khu vực nuôi trồng thủy sản qua các ngày và giờ lấy mẫu

Hình 3.11. Biểu đồ Chl-a tại khu vực nước lặng ven sông Thị Vải qua các ngày và giờ lấy

mẫu

3.2.2. So sánh kết quả tính toán trên ảnh và trên thực địa

Đây là bước quan trọng để kiểm chứng độ tin cậy của công thức cũng như

Hình 3.12. Kết quả tính toán Chl-a từ ảnh khu vực lấy mẫu và vị trí các điểm mẫu

phương pháp nghiên cứu trong việc tính toán các tham số chất lượng nước.

Bảng 3.4. Giá trị Chl-a thực địa và trên ảnh (đơn vị µg/L)

Số liệu

STT

thực địa

trên ảnh

thực địa

trên ảnh

thực địa

trên ảnh

0.41

0.37

0.41

0.51

0.05

0.19

0.76

0.71

0.17

0.27

0.11

0.20

0.71

0.67

0.24

0.32

0.19

0.28

0.07

0.17

0.29

0.19

0.49

0.40

0.28

0.19

0.11

0.20

0.23

0.18

0.03

0.12

Quan hệ giữa các tập mẫu thu thập được và giá trị Chl-a tính toán trên ảnh

Hình 3.13. Tương quan giữa giá trị đo thực địa và kết quả tính từ ảnh

VNREDSat-1 này được thể hiện trong hình dưới đây

Giá trị tương quan R2 = 0.8614 là khá cao cho thấy kết quả tính toán từ ảnh có

độ tin cậy cao, từ đó khẳng định mô hình sử dụng để tính toán Chlorophyll-a từ ảnh

là chính xác và phù hợp với khu vực nghiên cứu.

3.3. Thảo luận

Các kết quả tính toán từ ảnh vệ tinh của khu vực nghiên cứu cho thấy khoảng

giá trị hàm lượng Chl-a dao động từ 0.03 đến 14.28 μg/L. So sánh với tương quan

giữa chất lượng nước và hàm lượng Chl-a trong bảng sau thì có thể thấy, hàm lượng

Chlorophyll-a trong nước ở các mức từ nghèo dinh dưỡng đến phú dưỡng. Mặt khác

giá trị đo thực tế cũng thể hiện điều tương tự. Ngay cả trong mùa mưa, các giá trị

Hàm lượng Chl-a và dinh dưỡng trong nước

Chlorophyll-a đo được cũng không cao.

Tình trạng nước

Nghèo dinh Dinh dưỡng Phú dưỡng Đại phú

dưỡng trung bình dưỡng

0.3-3 3-10 10-100 >100 Chl-a

(μg/l, mg/m3)

Các mẫu nước thu thập để nghiên cứu tập trung chủ yếu ở: ao nuôi thủy sản,

và khu vực sông Thị Vải - nơi có các bè nuôi hàu của người dân. Kết quả thu được

có thể thấy giá trị hàm lượng Chl-a thấp, thậm chí có vị trí còn chỉ có 0.03 μg/l.

Như vậy tình trạng chất lượng nước là rất ít dinh dưỡng (so với mức nghèo dinh

dưỡng là 0.3 - 3 μg/l). Đây là giá trị của mẫu nước ở giữa sông và xung quanh khu

vực vẫn có các bè hàu được người dân nuôi trồng, nhưng hàu lớn chậm và chất

lượng chưa cao.

Khu vực ao nuôi là những vị trí có hàm lượng Chl-a cao hơn. Mặc dù thuộc

loại mức dinh dưỡng trung bình khi so với tiêu chí đã đề ra nhưng khi so sánh với

mức yêu cầu cho các ao nuôi trồng thủy sản đối với hàm lượng Chl-a là 50 - 200

µg/L thì mức giá trị này còn khá thấp. Lý giải cho điều này đó là việc thu thập mẫu

nước được lấy vào thời điểm các ao nuôi mới được làm vệ sinh và phun thuốc, do

đó trong ao có ít sinh vật phù du.

Một số khu vực có giá trị cao và đạt đến mức nước phú dưỡng (trên 10 µg/L),

đây là các khu vực nuôi cá chẽm của người dân, và tại thời điểm dữ liệu thu thập

được thì cá mới được thả và vẫn còn nhỏ.

Đối với độ đục trong khu vực, các giá trị nằm trong khoảng từ 3.68 đến 59.9

g/m3. Các giá trị thấp hầu hết nằm tại các khu vực ao nuôi, còn những vùng ven

sông có giá trị khá cao. Theo kết quả điều tra thực địa, hầu hết độ đục ở đây gây ra

bởi phù sa và hiện tượng xói lở ven sông.

Như vậy có thể thấy, tại thời điểm nghiên cứu, ở mức này khi tiến hành nuôi

trồng thủy sản cần chú ý đến việc đảm bảo đủ chất dinh dưỡng cho ao nuôi, vật

nuôi. Tuy nhiên vì nước ở mức độ nghèo dinh dưỡng sẽ tránh được hiện tượng ô

nhiễm chất độc do tảo nở hoa. Chất lượng nước này thích hợp, thuận tiện cho việc

quy hoạch, mở mới các ao nuôi, vật nuôi. Việc lựa chọn vị trí nuôi trồng, vật nuôi vì

thế cũng đa dạng, phong phú.

Các thông tin thu được từ việc phân tích ảnh đã có thể chứng minh khả năng

cung cấp thông tin hỗ trợ cần thiết để phục vụ cho công tác theo dõi, góp phần giảm

chi phí cho việc điều tra, đánh giá chất lượng nước trong khu vực. Trong tương lai,

khi có những dữ liệu ảnh đa thời gian, hoàn toàn có thể chỉ ra xu hướng và dự báo

biến động hàm lượng Chl-a và độ đục, qua đó cung cấp thông tin nhanh chóng, kịp

thời đến cơ quan liên quan như chi cục Thủy sản để có biện pháp điều tra cụ thể, cải

tạo điều kiện nuôi trồng.

Nghiên cứu này cho vùng nước ven bờ Việt Nam nói chung và vùng cửa sông

của tỉnh Đồng Nai nói riêng, là một trong những thuật toán vùng nước ven bờ đầu

tiên ở Việt Nam. Sử dụng dữ liệu thực đo từ những chuyến khảo sát, thuật toán xác

định nồng độ Chl-a đã được xây dựng với độ chính xác khá cao. Thuật toán này có

thể áp dụng cho những vùng nước ven bờ có tính chất nước tương tự trong tương

lai.

KẾT LUẬN

Tư liệu ảnh viễn thám VNREDSat-1 của Việt Nam với ưu điểm độ phủ rộng,

đa thời gian, tính thời sự và đồng nhất cao hoàn toàn có thể cung cấp các thông tin

về chất lượng nước, hỗ trợ công tác phát triển nuôi trông thủy sản nói chung, nuôi

trồng thủy sản nước lợ nói riêng.

Công cụ phần mềm được xây dựng trên cơ sở mã nguồn mở, có giao diện sử

dụng ngôn ngữ tiếng Việt, có khá đầy đủ các chức năng tương tự như các phần mềm

thương mại đó là: đọc dữ liệu ảnh gốc, chuyển đổi hệ tọa độ, hiệu chỉnh khí quyển,

tính toán tách nước, tính toán các thông số chất lượng nước, trình bày bản đồ, hỗ

trợ. Đây là công cụ phần mềm đơn giản, dễ sử dụng, đặc biệt là ngôn ngữ của giao

diện là tiếng Việt nên người dùng hoàn toàn có thể chủ động tìm hiểu, thao tác dễ

dàng. Hơn thế nữa, công cụ này còn có thể tiếp tục được phát triển thêm cho những

mục đích khác, và chỉ cần xây dựng thêm các công cụ tính toán mới theo yêu cầu sử

dụng.

Khu vực nghiên cứu là vùng ngập mặn, thuộc lưu vực sông Thị Vải, đây là

khu vực chịu nhiều ảnh hưởng từ các hoạt động của các khu công nghiệp phía trên,

đặc biệt là khu vực huyện Long Thành và khu đô thị mới Nhơn Trạch. Công cụ

phần mềm cho phép phát hiện sự thay đổi, phát hiện các hiện tượng ảnh hưởng đến

chất lượng nước thông qua kết quả đầu ra là bản đồ hàm lượng Chl-a và SPM. Kết

quả thực nghiệm cũng cho thấy, độ chính xác kết quả đầu ra của công cụ phần mềm

hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu thực tế trong việc cung cấp thông tin chất

lượng nước khu vực nuôi trồng thủy sản. Chứng minh tính hiệu quả không chỉ của

công cụ phần mềm mà còn của dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1.

KIẾN NGHỊ

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, do điều kiện có hạn, nghiên cứu này chỉ

tập trung sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám VNREDSat-1 của Việt Nam, chưa mở rộng

được sang các loại dữ liệu phổ biến khác như Landsat hay Sentinel. Trong tương lai

sẽ tiếp tục nghiên cứu, phát triển thêm các công cụ dành cho các loại dữ liệu này.

Bên cạnh đó, các mẫu thực địa thu thập trong quá trình nghiên cứu khớp với dữ liệu

ảnh của một thời điểm và một khu vực nên chưa thể đại diện cho toàn bộ khu vực

và có tính lịch sử qua các thời điểm khác nhau. Cần phải thu thập thêm các dữ liệu

vào các thời điểm và vị trí khác nhau.

Trong giới hạn của nghiên cứu, mới tập trung vào hai trong số rất nhiều chỉ số

đánh giá chất lượng nước là Chl-a và SPM, các chỉ số khác như COD, BOD, pH,

nhiệt độ,… chưa được đề cập đến. Cần phải tập trung phát triển và đưa thêm các

thuật toán, công cụ để tính toán các chỉ số này.

Quá trình thực nghiệm, các mẫu nước được xét nghiệm chỉ số Chl-a, chưa

được xét nghiệm chỉ số SPM nên độ chính xác của kết quả tính toán SPM trong

phần mềm cần được kiểm chứng lại.

Bên cạnh các yếu tố tự nhiên, nuôi trồng thủy sản còn phụ thuộc rất nhiều vào

yếu tố kinh nghiệm và thói quen canh tác của người dân. Do điều kiện có hạn,

nghiên cứu chưa thể đi sâu vào phân tích các đặc điểm xã hội này. Cần có những

điều tra, đánh giá và phối hợp nữa của các cơ quan, ban ngành và chính quyền tại

địa phương, kết hợp với nguồn thông tin được cung cấp bởi công cụ phần mềm GIS

của nghiên cứu để có thể đưa ra được quy hoạch và định hướng chính xác nhất cho

phát triển nuôi trồng thủy sản bền vững tại khu vực.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Đỗ Ngọc Uyên, Nguyễn Duy Liêm, Nguyễn Kim Lợi, Ứng dụng mô hình

SWAT và chỉ số chất lượng nước đánh giá chất lượng nước mặt tại lưu vực sông La

Ngà, Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, báo cáo khoa học Hội thảo ứng

dụng GIS toàn quốc năm 2014.

Trương Hoàng Văn Khoa, Nguyễn Kim Lợi, Nguyễn Văn Trai, Hoàng Thị Thủy,

Ứng dụng GIS và AHP xây dựng bản đồ thích nghi nuôi tôm nước lợ tại huyện Tuy

Phong tỉnh Bình Thuận, báo cáo khoa học Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bình

Thuận, 2013.

Lê Công Tuấn, Lê thị Hạnh, “Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý và viễn thám trong

điều tra, phân tích hiện trạng nuôi trồng thủy sản ở Đầm Sam Chuồn, huyện Phú

Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế”, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 52, 2009.

4. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Cao Duy Trường, Nguyễn Thị Thái Hòa, Hoàng Thị

Mỹ Hương, Lê Đào An Xuân, Xây dựng phần mềm quản lý tổng hợp số liệu quan

trắc chất lượng nước mặt lưu vực hệ thống sông Đồng Nai dựa trên công nghệ

WebGIS (WINS), Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp bộ 2009-2010, mã số B2009-24-

05, Viện Môi trường và Tài nguyên.

5. Ủy ban Nhân dân tỉnh Đồng Nai, Báo cáo tóm tắt Điều chỉnh Quy hoạch tổng thể

phát triển kinh tế xã hội tỉnh Đồng Nai đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2025,

Tháng 7/2015.

6. Giáo trình Quản lý chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản http://doc.edu.vn/tai-

lieu/giao-trinh-quan-ly-chat-luong-nuoc-nuoi-trong-thuy-san-phan-tich-chat-luong-

nuoc-68564/.

I. Tiếng Việt

quang, ứng dụng cho phân tích mẫu nước mặt và so sánh với phương pháp trắc

quang, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, năm 2013.

7. Võ Thị Lệ Hiền, Nghiên cứu xác định Chlorophyll-a bằng phương pháp huỳnh

8. Claude E. Boyd, Quản lý chất lượng nước ao nuôi thủy sản, Bộ môn Khai thác và

Nuôi trồng thủy sản, Đại học Auburn, Alabama 36894 Hoa Kỳ. Lược dịch: Trương

Quốc Phú, Vũ Ngọc Út.

II. Tiếng Anh

Shaharior Haslem, Taslima Akter, M. A. Salam, Md. Tawheed Hasan, Aquaculture

planning through Remote sensing Image analysis and GIS tools in Northeast

region, Bangladesh, International Journal of Fisheries and Aquatic Studies 2014;

1(5): 134-143.

10.

Joseph E. Quansah, Gilbert L. Rochon, Kwamena K. Quagrainie, Steve Amisah,

Mucai Murichi, Charles Ngugi, Remote sensing Applications for sustainable

aquaculture in Africa, 1-422-1212-9/07 IEEE.

11. Moses W., Gitelson A., Berdnikov S., Saprygin V., Povazhnyi V. “Operational

MERIS-based NIR-red algorithms for estimating chlorophyll-a concentrations in

coastal waters — The Azov Sea case study”. Remote Sensing of Environment 121,

p. 118–124, 2012.

12. Chen, Q., Zhang, Y., Hallikainen, M. “Water quality monitoring using remote

sensing in support of the EU water framework directive (WFD): a case study in the

Gulf of Finland”. Environ. Monit. Assess. 124, p. 157–166, 2007.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------

HOÀNG HẢI

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI

PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ

(NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP TẠI KHU VỰC

LONG THÀNH - NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------

HOÀNG HẢI

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI

PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC LỢ

(NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP TẠI KHU VỰC

LONG THÀNH - NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI)

Chuyên ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số

: 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn

thạc sĩ khoa học

`

PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa

TS. Bùi Quang Thành

Hà Nội - 2019

Xử lý ảnh

Hiển thị

ảnh

Tách

nước

Số liệu

Số liệu

Số liệu

Số liệu

Số liệu

Số liệu

STT

STT

STT

thực địa

trên ảnh

thực địa

trên ảnh

thực địa

trên ảnh

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ: Chế tạo và nghiên cứu tính chất điện, từ của vật liệu multiferroic Ba₀.₇Ca₀.₃TiO₃/ NiFe₂O₄

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu vật liệu biến hóa dạng chuỗi một chiều chế tạo từ kim loại đồng trên đế FR-4 hoạt động tại tần số MHz ứng dụng trong truyền năng lượng không dây

Luận văn Thạc sĩ: Đánh giá khả năng tác động tới môi trường biển của việc xả nước thải từ sự cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima sử dụng công cụ ERICA

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng mô hình đầu dò nơtron và gamma sử dụng nhấp nháy EJ-276 ghép nối với mảng nhân quang silicon

Luận văn Thạc sĩ: Đánh giá khả năng ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến sức khỏe cư dân khu vực mỏ đất hiếm Đông Pao, xã Bản Hon, huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu

Luận văn Thạc sĩ: Sử dụng phương pháp nhiễu xạ neutron khảo sát cấu trúc tinh thể và pha trật tự từ trong vật liệu Pr2FeCrO6

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu phân lập, xác định cấu trúc và hoạt tính ức chế NO của các hợp chất thứ cấp từ chủng vi nấm biển Aspergillus sp. CL251

Luận văn Thạc sĩ: Phân tích một số hợp chất bisphenol thôi nhiễm từ bao bì nhựa lên một số mẫu thực phẩm nền tinh bột

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của loài hoa mộc (Osmanthus fragrans (Thunb.) Lour.) ở Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá tác dụng kháng viêm của loài côi Turpinia montana (Blume) Kurz

Luận văn Thạc sĩ: Tổng hợp và đặc trưng tính chất vật liệu composite có cấu trúc nano chitosan–cyclodextrin/TiO₂–Ag

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy gốc nước và khung cơ kim - ZIF

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất napthoquinone chứa nguyên tố flo bằng phản ứng đa thành phần

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu điều chế vật liệu Bioglass và tổ hợp lai với polymer ALG-F127 định hướng ứng dụng trong điều trị nội nha

Luận văn Thạc sĩ: Khảo sát thành phần hóa học và hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase trên một số hợp chất phân lập từ thịt quả bình bát nước (Annona glabra L.).

Luận văn Thạc sĩ: Tổng hợp và đánh giá hoạt tính chống ung thư của hợp chất lai chứa khung tetrahydro-β-carboline và imidazo[1,5-a]pyridine

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của benzazole

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu chiết tách lignin từ vỏ sầu riêng Ri6 (Durio zibethinus Murr.) và tổng hợp vật liệu biocomposite định hướng ứng dụng trong bảo quản sau thu hoạch

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc phủ acid hyaluronic mang doxorubicin định hướng ứng dụng trong điều trị ung thư

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính kháng viêm của loài rau dừa nước (Ludwigia adscendens)

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông