ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC

NGUYỄN THỊ LAN ANH

ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI ĐỘ MẶN TRÊN HỆ THỐNG
THỦY NÔNG VÀ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
TẠI GIAO THỦY, TỈNH NAM ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

HÀ NỘI – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC

NGUYỄN THỊ LAN ANH

ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI ĐỘ MẶN TRÊN HỆ THỐNG
THỦY NÔNG VÀ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
TẠI GIAO THỦY, TỈNH NAM ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Phạm Văn Cự


Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

TÁC GIẢ

Nguyễn Thị Lan Anh


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CN-TTCN:

Công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp

CTTL:

Công trình thủy lợi

ĐX:

Đông Xuân

GIS:

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

HTX:

1.1.2. Mối liên hệ giữa mặn và cơ cấu cây trồng .................................... 5
1.1.3. Các nghiên cứu xâm nhập mặn trong nƣớc và thế giới ................. 6
1.2. Tổng quan về ứng dụng viễn thám và gis trong nghiên cứu biến
động sử dụng đất và đánh giá xâm nhập mặn ................................... 8
1.2.1. Ứng dụng Viễn Thám và GIS trong nghiên cứu Biến động sử
dụng đất.................................................................................................... 8
1.2.2. Các ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xâm nhập
mặn .......................................................................................................... 9
1.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ..................................................... 12
1.3.1. Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Nam Định.... 12
1.3.2. Thực trạng sử dụng đất Tỉnh Nam Định...................................... 15
1.3.3. Biến đổi khí hậu tại Nam Định trong 20 năm (1990 – 2010) 15
1.3.4. Biểu hiện Biến đổi khí hậu khu vực huyện Giao Thủy..……….15
Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 18
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 18
2. 2. Dữ liệu viễn thám và phân loại ảnh vệ tinh bằng phƣơng pháp phân loại
dựa trên đối tƣợng
2.2.1. Dữ liệu viễn thám sử dụng trong đề tài ....................................... 18
2.2.2. Phân loại ảnh viễn thám bằng phƣơng pháp phân loại dựa trên đối
tƣợng ...................................................................................................... 19


2.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu biến đổi độ mặn .................................. 36
Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 40
3.1. Kết quả đánh giá biến đổi độ mặn ..................................................... 40
3.1.1. Kết quả đánh giá biến đổi độ mặn trên sông ............................... 40

vii



Bảng 3.16. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 1995-2003 ........................76
Bảng 3.17. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 2003-2007 ........................77
Bảng 3.18. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 2007-2010 ........................78
Bảng 3.19. Giá trị tăng thêm của các loại hình sử dụng đất qua các giai đoạn ..80


DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Sơ đồ phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên cơ bản ........................20
Hình 2.2. Sơ đồ phân cấp bậc các đối tƣợng trên ảnh..........................................22
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình phân loại ảnh ..............................................................23
Hình 2.4. Các ảnh vệ tinh sử dụng trong luận văn ...............................................24
Hình 2.5. Quá trình phân loại ảnh khu vực Giao Thủy ........................................26
Hình 2.10. Xây dựng bản đồ hiện trạng từ ảnh phân loại ....................................32
Hình 2.11. Các phƣơng pháp đánh giá biến động ................................................33
Hình 2.12. Quy trình đánh giá biến động huyện Giao Thủy ................................34
Hình 2.13. Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất............................................35
Hình 2.14. Máy đo mặn........................................................................................36
Hình 2.15. Bản đồ hiện trạng hệ thống CTTL do công ty khai thác CTTL Xuân
Thủy – tỉnh Nam Định quản lý ............................................................................37
Hình 2.16. Quá trình chọn lọc số liệu xử lý .........................................................38
Hình 2.17. Sơ đồ thành lập bản đồ hệ thông CTTL huyện Giao Thủy ................39
Hình 3.1. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 1989 .....................................................................................................43
Hình 3.2. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 1995 .....................................................................................................43
Hình 3.3. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 2003 .....................................................................................................44
Hình 3.4. Biểu đồ giá trị độ mặn trung bình và giá trị độ mặn lớn nhất tại các
cống năm 2007 .....................................................................................................44

quả bản đồ biến động giai đoạn 1989-2010: ........................................................73
Hình 3.21. Bản đồ biến động sử dụng đất huyện Giao Thủy - tỉnh Nam Định giai
đoạn 1989-2010 ....................................................................................................74


MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang và sẽ làm thay đổi môi trƣờng toàn cầu.
Đặc biệt các vùng đồng bằng đông dân cƣ ven biển châu Á, trong đó có Việt
Nam đƣợc dự đoán là một trong những nƣớc sẽ chịu hậu quả nặng nề nhất với
khoảng 1/6 diện tích đất đai và 1/3 dân số bị ảnh hƣởng (IPCC, 2007, Ngân
hàng thế giới 2007). Các tác động trực tiếp của sự gia tăng đáng kể mực nƣớc
biển do thủy triều cao hơn mức bình thƣờng cùng với những bất thƣờng của
thời tiết nhƣ hiện tƣơng bão lũ đã xảy ra hiện tƣợng Xâm nhập mặn. Sự xâm
nhập mặn có thể do nƣớc biển xâm nhập chủ yếu vào qua các cửa sông và
hoặc các tầng chứa nƣớc dƣới đất (Robert M.Sorensen, Richard N.Weisman
and Gerard P.Lennon, Control of Erosion, Inundation, and Salinity Intrusion
Caused by Sea Level Rise).
Xâm nhập mặn hiện nay ảnh hƣởng đến khả năng sinh trƣởng, và phát
triển của cây trồng, làm giảm tính đa dạng sinh học và gây mất cân bằng sinh
thái. Mỗi năm trên thế giới có thêm khoảng 2 triệu ha đất bị nhiễm mặn
(Ahmed Eldiery, Luis A. Garcia, Robin M.Reich, 2005, Estimating Soil
Salinity from Remote Sensing Data in Corn Fiesld).
Nam Định là một tỉnh nằm ở phía Đông Nam đồng bằng Bắc Bộ có các
cửa sông Hồng, Ninh Cơ và Đáy đổ ra Vịnh Bắc Bộ. Ngoài các thuận lợi về
tài nguyên nƣớc trên các nguồn sông này, vùng hạ lƣu thuộc tỉnh gồm các
huyện Xuân Trƣờng, Giao Thuỷ, Nghĩa Hƣng và Trực Ninh luôn đối mặt với
hiện tƣợng xâm nhập mặn vào các tháng mùa khô hàng năm..
BĐKH đã và đang có những ảnh hƣởng lớn đến Giao Thủy – Nam

3. Kết quả và Ý nghĩa
* Kết quả nghiên cứu:
 Phân tích diễn biến xâm nhập mặn tại huyện Giao Thủy từ năm 1989 –
2012;

2


 Thành lập cơ sở dữ liệu hệ thống kênh, cống thủy lợi khu vực nghiên cứu;
 Tập bản đồ hiện trạng sử dụng đất các năm 1989, 1995, 2003, 2007,
2010;
 Tập bản đồ biến động sử dụng đất các giai đoạn: 1989-1995, 19952003, 2003-2007, 2007-2010, 1989-2010;
 Phân tích hiện trạng, diễn biến biến động sử dụng đất qua các năm.
* Ý nghĩa:
Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng Viễn thám kết hợp với GIS trong
nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất và diễn biến xâm nhập mặn tại khu
vực nghiên cứu.
Ý nghĩa thực tiễn: Chỉ ra đƣợc đặc trƣng của khu vực nghiên cứu tại
các thời điểm khác nhau, so sánh sự thay đổi và biến động đó, đồng thời so
sánh đặc trƣng của khu vực nghiên cứu để có đƣợc cái nhìn toàn cảnh về khu
vực tại các thời điểm khác nhau. Kết quả của nghiên cứu là cơ sở cho các nhà
quản lý đƣa ra định hƣớng quy hoạch sử dụng đất cho huyện Giao Thủy trong
thời gian tới thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu.
4. Bố cục Luận văn
MỞ ĐẦU
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


Việc thiếu nƣớc ngọt vào mùa khô gây nhiều khó khăn và thiệt hại:

4


- Ngƣời dân thiếu nƣớc ngọt trong các sinh hoạt hằng ngày.
- Các hoạt động nông nghiệp lệ thuộc vào nguồn nƣớc ngọt bị ảnh
hƣởng, nhất là trong canh tác lúa. Độ mặn trong nƣớc cao gây ảnh hƣởng
nghiêm trọng đến quá trình sinh trƣởng và phát triển, làm giảm năng suất
thậm chí gây chết lúa.
- Xâm nhập mặn làm tăng độ mặn trong đất và gây ảnh hƣởng đến chất
lƣợng nƣớc ngầm.
1.1.2. Mối liên hệ giữa mặn và cơ cấu cây trồng
Trong sản xuất nông nghiệp, yếu tố mặn của đất và nƣớc đóng vai trò
quyết định trong việc lựa chọn đối tƣợng canh tác và bố trí mùa vụ. Dựa vào
kinh nghiệm canh tác lâu năm, nông dân có thể bố trí loại cây trồng thích hợp
và cơ cấu mùa vụ lúa sao cho tránh đƣợc tác hại của xâm nhập mặn ở mức
thấp nhất.
Theo Nguyễn Thanh Tƣờng (2013) [4],cây lúa là đối tƣợng chịu ảnh
hƣởng nhiều từ tình trạng xâm nhập mặn. Đối với lúa thì yếu tố chất lƣợng
nƣớc đóng vai trò rất quan trọng. Nguồn nƣớc ngọt trong sản xuất nông
nghiệp chủ yếu đƣợc sử dụng cho cây lúa. Cụ thể đối với lúa mặn gây ra
những tác hại: đầu lá trắng theo sau bởi sự cháy chóp lá (đất mặn), màu nâu
của lá và chết lá (đất sodic), sinh trƣởng của cây bị ức chế, số chồi thấp, sinh
trƣởng của rễ kém, lá cuộn lại, tăng số hạt bất thụ, số hạt trên bông thấp, giảm
trọng lƣợng, thay đổi khoảng thời gian trổ, chỉ số thu họach thấp, năng suất
hạt thấp dẫn đến năng suất lúa thấp.
Những hình thức canh tác có thể thích nghi hoặc ít bị ảnh hƣởng khi độ
mặn thay đổi nhƣ nuôi tôm nƣớc mặn, ruộng muối…ít bị thay đổi cơ cấu cũng
nhƣ thời vụ canh tác. Tuy nhiên với mục đích đánh giá tổng quan và phân

GIS (Geography Information Systerm) – Viễn thám – Modelling – Database
có tên gọi là Geoinfomatics đã đƣợc Viện Môi trƣờng và Tài nguyên Đại học
Quốc gia TP.HCM nghiên cứu và áp dụng. Một trong những ứng dụng của nó

6


là dự báo diễn biến biên mặn trên hệ thống dòng chảy sông Đồng Nai, sông
Sài Gòn nhằm phục vụ việc quy hoạch, xác định cơ cấu cây trồng phù hợp và
triển khai hoạt động nuôi trồng thủy sản an toàn. Nghiên cứu sử dụng công cụ
toán học là phần mềm MK4 của PGS.TS Lê Song Giang. Từ dữ liệu, số liệu
ban đầu của năm 2002, phần mềm MK4 cho phép xây dựng những kịch bản
diễn biến biên mặn cho những năm tiếp theo theo mùa và theo các kịch bản xả
lũ của các hồ chứa ở thƣợng nguồn. Kết quả của nghiên cứu cho thấy sự dịch
chuyển khá lớn về biên mặn của mùa khô và mùa mƣa. Năm 2009, nhóm
nghiên cứu thủy văn và môi trƣờng gồm các chuyên gia thuộc trƣờng Đại học
khoa học tự nhiên và Đại học quốc gia Hà Nội đã áp dụng mô hình MIKE 11
để đánh giá tình hình xâm nhập mặn trên hệ thống sông Bến Hải và Thạch
Hãn cho kết quả tốt. Việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực và lan
truyền chất đƣợc thực hiện với bộ số liệu đo đạc quan trắc tháng 8 năm 2007.
Để dự báo tính hình xâm nhập mặn đến năm 2020, các điều kiện biên đƣợc
kết hợp giữa việc dự báo tình hình sử dụng nƣớc thƣợng nguồn kết hợp với
các kịch bản nƣớc biển dâng. Kết quả mô phỏng bằng mô hình cho thấy, đến
năm 2020 mặn có thể xâm nhập khá sâu vào đồng bằng. Điều đó sẽ đặt ra
những thách thức cho hoạt động canh tác cây nông nghiệp sử dụng nguồn
nƣớc tƣới từ sông nhƣng đồng thời cũng tạo ra thời cơ tăng diện tích sản xuất
cho ngành nuôi trồng thủy sản nƣớc lợ.
1.1.3.2. Các nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, ảnh hƣởng của tình trạng đất nhiễm mặn cũng là vấn đề
đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu. Nhóm ba nhà khoa học

về loại hình sử dụng đất qua các thời điểm dƣới sự tác động từ các yếu tố tự
nhiên, kinh tế - xã hội, sự khai thác, sử dụng của con ngƣời. Mọi vật trên thế
giới tự nhiên không bao giờ bất biến mà luôn luôn biến động không ngừng,
động lực của mọi sự biến động đó là quan hệ tƣơng tác giữa các thành phần
của tự nhiên. Nhƣ vậy để khai thác tài nguyên đất đai của một khu vực có

8


hiệu quả, bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá này và không làm suy thoái môi
trƣờng tự nhiên thì nhất thiết phải nghiên cứu biến động của đất đai. Sự biến
động đất đai do con ngƣời sử dụng vào các mục đích kinh tế - xã hội có thể
phù hợp hay không phù hợp với quy luật của tự nhiên, cần phải nghiên cứu để
tránh sử dụng đất đai có tác động xấu đến môi trƣờng sinh thái.
Nhƣ vậy biến động tình hình sử dụng đất là xem xét quá trình thay đổi
của diện tích đất thông qua thông tin thu thập đƣợc theo thời gian để tìm ra
quy luật và những nguyên nhân thay đổi từ đó có biện pháp sử dụng đúng đắn
với nguồn tài nguyên này [3].
Hiện nay trên thới giới đặc biệt là nƣớc đang phát triển, việc đánh giá
biến động hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng và diễn biến tài nguyên
thiên nhiên đƣợc tiến hành thƣờng xuyên trên cơ sở sử dụng phƣơng pháp
truyền thống trên bản đồ giấy dựa vào các số liệu thống kê ngoài thực địa.
Gần đây công việc này đã đƣợc hiện đại hóa, đã ứng dụng công nghệ thông
tin trong đánh giá biến động. Và đặc biệt là ứng dụng Hệ thống thông tin Địa
lý (GIS) hoặc kết hợp với công nghệ Viễn thám đã đem lại hiệu quả hết sức
to lớn.
1.2.2. Các ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xâm
nhập mặn
Với thế mạnh của viễn thám và khả năng phân tích không gian của GIS,
nhiều năm trở lại đây thế giới đã sử dụng rất nhiều và rất hiệu quả trong

những kịch bản khác nhau của mự nƣớc biển dâng và lƣu lƣợng thƣợng
nguồn giảm bằng mô hình MIKE, từ đó đƣa ra diễn biễn xâm nhập mặn dựa
trên cở sỡ dữ liệu của hai năm 1998 và 2005. Kết quả mô phỏng xâm nhập
mặn năm 1998 đƣợc chọn làm kịch bản gốc so sánh với bốn kịch bản xâm
nhập mặn vào các năm 2020 và 2030. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ngay cả
khi tất cả hệ thống công trình ngăn mặn hiện thời vận hành đúng nhƣ thiết kế,

10


mặn vẫn xâm nhập sâu vào nội đồng và ảnh hƣởng đến hầu hết các vùng đƣợc
bảo vệ bởi dự án xâm nhập mặn[4]. Năm 2007, Viện địa lý đã thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu đánh giá thực trạng xâm nhập mặn vào khu vực nội đồng do
ảnh hưởng sự phát triển nuôi trồng thủy hải sản trong đê tỉnh Thái Bình và đề
xuất các biện pháp khắc phục” do TSKH. NCVCC. Phạm Hoàng Hải làm chủ
nhiệm. Đề tài đã đánh giá thực trạng xâm nhập mặn (quy mô, mức độ) do hậu
quả quá trình sử dụng tài nguyên dải ven biển Thái Bình. Xây dựng bản đồ
hiện trạng xâm nhập mặn dải ven biển Thái Bình tỷ lệ 1/50.000[7]. Năm 2008
TS. Vũ Hoàng Hoa - Trƣờng Đại học Thủy Lợi và Th.S. Lƣơng Hữu Dũng Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Môi trƣờng đã thực hiện "Nghiên
cứu, dự báo xu thế diễn biến xâm nhập mặn do nước biển dâng cho vùng cửa
sông ven biển Bắc Bộ". Nhóm tác giả đã sử dụng mô hình MIKE11: thủy
động lực HD và xâm nhập mặn AD để mô phỏng chế độ thủy lực và xâm
nhập mặn mùa kiệt trên hệ thống hạ lƣu sông Hồng – Thái Bình. Kết quả đã
mô phỏng đƣợc diễn biến chế độ thủy lực và quá trình xâm nhập mặn trên
toàn hệ thống các cửa sông[6].
Năm 2009, nhóm nghiên cứu thuộc trƣờng Đại học khoa học tự nhiênĐại học quốc gia Hà Nội đã áp dụng mô hình MIKE 11 để thực hiện nghiên
cứu “Đánh giá tình hình xâm nhập mặn trên hệ thống sông Bến Hải và Thạch
Hãn”. Việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực và lan truyền chất đƣợc
thực hiện với bộ số liệu đo đạc quan trắc tháng 8 năm 2007. Để dự báo tính
hình xâm nhập mặn đến năm 2020, các điều kiện biên đƣợc kết hợp giữa việc

1.3.1.1. Điều kiện tự nhiên
Nam Định là tỉnh nằm ở Nam châu thổ sông Hồng, có tổng diện tích tự
nhiên là 1.651 km2 với 10 đơn vị hành chính cấp huyện. Tỉnh có tuyến đƣờng
sắt Bắc Nam, Quốc lộ 21, Quốc lộ 10 là trục đƣờng chiến lƣợc của vùng đồng
bằng ven biển, giao thông thuỷ gồm sông Hồng, sông Ninh Cơ, sông Đáy với
3 cửa sông lớn đổ ra biển Đông, cửa Ba Lạt, Lạch Giang và Cửa Đáy.

12


Nam Định mang đầy đủ những đặc điểm của tiểu khí hậu vùng đồng
bằng sông Hồng, là khu vực nhiệt đới, gió mùa, nóng ẩm, mƣa nhiều, có 4
mùa rõ rệt (Xuân, Hạ, Thu, Đông). Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 23-24oC,
lƣợng mƣa trung bình trong năm từ 1.700 - 1.800mm, hàng năm trung bình có
tới 250 ngày nắng, tổng số giờ nắng từ 1650 - 1700 giờ, hang năm thƣờng
chịu ảnh hƣởng của bão hoặc áp thấp nhiệt đới, bình quân từ 4 - 6 cơn/năm.
Địa hình khá bằng phẳng, thoải dần ra biển theo hƣớng Tây Bắc - Đông
Nam, quá trình hình thành và phát triển gắn liền với lịch sử hình thành và phát
triển của hệ đồng bằng sông Hồng.
1.3.1.2. Thổ nhưỡng
Nam Định, nhóm đất có diện tích lớn nhất là nhóm đất phù sa
(Fluvisols) chiếm 81,88% diện tích tự nhiên, tiếp đến là nhóm đất mặn chiếm
14,19%, các loại đất khác có đất cát, đất phèn, đất có sản phẩm Feralitic...
chiếm diện tích nhỏ. Nhìn chung đất của Nam Định chủ yếu là đất phù sa
sông bồi lắng, có nhiều tính chất tốt thích hợp cho nhiều loại thực vật phát
triển. Theo báo cáo tổng hợp kết quả điều tra khảo sát xây dựng tài liệu bản
đồ thổ nhƣỡng tỉnh Nam Định tỷ lệ 1/50.000 theo tiêu chuẩn quốc tế FAOUNESCO (Trƣờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, 2002), bao gồm 7 nhóm:
Nhóm 1 - Đất cát - Arenosols (AR): có diện tích 6.563,05ha, chiếm
5,06% diện tích các đơn vị đất và 4,01% diện tích tự nhiên của tỉnh; Phân bố
vùng cồn cát, bãi cát thuộc ven biển các huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu, Nghĩa

định hƣớng phát triển kinh tế nhiều thành phần, tăng tỷ trọng các ngành công
nghiệp và dịch vụ, tỷ trọng các ngành nông - lâm- ngƣ nghiệp giảm từ 41,2 %
năm 2000 xuống còn 31,9% năm 2005, xuống còn 29,5% năm 2010, công
nghiệp - xây dựng tăng từ 31,9% năm 2005 lên 36,5% năm 2010 và dịch vụ
34,0% năm 2010.

14