TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

HOÀNG THỊ BÍCH THÙY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM NHIỆT
TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ KHÔ HẠN BỀ MẶT TRÊN
CƠ SỞ CHỈ SỐ KHÔ HẠN NHIỆT ĐỘ - THỰC VẬT
TVDI (THỬ NGHIỆM CHO KHU VỰC
HUYỆN THẠCH HÀ, TỈNH HÀ TĨNH)

HÀ NỘI - 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

HOÀNG THỊ BÍCH THÙY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM NHIỆT
TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ KHÔ HẠN BỀ MẶT TRÊN
CƠ SỞ CHỈ SỐ KHÔ HẠN NHIỆT ĐỘ - THỰC VẬT
TVDI (THỬ NGHIỆM CHO KHU VỰC
HUYỆN THẠCH HÀ, TỈNH HÀ TĨNH)

Chuyên ngành

: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ


MỤC LỤC................................................................................................................2
I. Danh mỤc các chỮ viẾt tẮt...................................................................................3
................................................................................................................................... 5
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................2
5. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu................................................2
6. Cơ sở dữ liệu.................................................................................................2
3.3.3 Kết quả xác định nhiệt độ bề mặt...........................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................63


I. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ETM+

Enhaced Thematic Mapper Plus

LANDSAT
LST
NDVI
NIR
TIR
TM

Land Satellite
Land Surface Temperature
Normalized Difference Vegetation Index

6. Cơ sở dữ liệu.................................................................................................2
3.3.3 Kết quả xác định nhiệt độ bề mặt...........................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................63


DANH MỤC HÌNH ẢNH
MỤC LỤC................................................................................................................2
I. Danh mỤc các chỮ viẾt tẮt...................................................................................3
................................................................................................................................... 5
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................2
5. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu................................................2
6. Cơ sở dữ liệu.................................................................................................2

Bảng 2.2 Giá trị ML, AL đối với ảnh hồng ngoại nhiệt
LANDSAT 8........................................................................35
3.3.3 Kết quả xác định nhiệt độ bề mặt...........................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................63
II.


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh) là mỏ sắt lớn nhất nước ta cũng như khu vực
Đông Nam Á, với trữ lượng lên đến khoảng 544 triệu tấn. Với vị trí địa lý thuận lợi,

3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: Hiện trạng hạn hán, khả năng ứng dụng
phương pháp viễn thám nhiệt trong nghiên cứu, giám sát hạn hán.
- Nghiên cứu, phân tích đặc điểm tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp đánh giá độ ẩm đất trên cơ sở chỉ
số khô hạn nhiệt độ – thực vật TVDI.
- Thực nghiệm xác định chỉ số TVDI và phân vùng mức độ khô hạn khu vực
huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh.
- Thành lập bản đồ phân vùng mức độ khô hạn khu vực huyện Thạch Hà, tỉnh
Hà Tĩnh tỉ lệ 1:100 000.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp đánh giá độ
ẩm đất trên cơ sở chỉ số khô hạn nhiệt độ - thực vật TVDI.
- Phương pháp tổng hợp và kế thừa: Phân tích, tổng hợp và áp dụng sáng tạo
các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài.
- Phương pháp viễn thám: Phương pháp tiền xử lý ảnh, chiết tách thông tin độ
phát xạ, nhiệt độ bề mặt, chỉ số thực vật NDVI, chỉ số TVDI…
5. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu
- Địa điểm nghiên cứu: Khu vực khai thác mỏ Thạch Khê, Thạch Hà, Hà Tĩnh
- Thời gian nghiên cứu: 2006 – 2013
- Đối tượng nghiên cứu: Hạn hán
6. Cơ sở dữ liệu
Ảnh vệ tinh Landsat TM ngày 03 – 06 – 2006, 09 – 07 – 2009 và ảnh Landsat
8 ngày 18 - 06 – 2013.
Phần mềm ERDAS IMAGINE 2014
Phần mềm ARCGIS
7. Bố cục đồ án
Nội dung chính của đồ án bao gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vấn đề cần nghiên cứu.


Hình 1.1 Hạn hán tại thôn Vĩnh Sơn, xã Vĩnh Hào, huyện Vụ Bản,
tỉnh Nam Định
1.1.1.2 Những nguyên nhân gây ra hạn hán
Nguyên nhân gây ra hạn hán có rất nhiều, song tập trung chủ yếu là hai
nguyên nhân chính:
Nguyên nhân khách quan: Do khí hậu thời tiết bất thường gây nên lượng mưa
4


thường xuyên ít ỏi hoặc nhất thời thiếu hụt.
- Mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể trong thời gian dài hầu như quanh năm,
đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khô hạn và bán khô hạn. Lượng mưa trong
khoảng thời gian dài đáng kể thấp hơn rõ rệt mức trung bình nhiều năm cùng kỳ.
Tình trạng này có thể xảy ra trên hầu khắp các vùng, kể cả vùng mưa nhiều.
- Mưa không ít lắm, nhưng trong một thời gian nhất định trước đó không mưa
hoặc mưa chỉ đáp ứng nhu cầu tối thiểu của sản xuất và môi trường xung quanh.
Đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khí hậu gió mùa, có sự khác biệt rõ rệt về
mưa giữa mùa mưa và mùa khô. Bản chất và tác động của hạn hán gắn liền với định
loại về hạn hán.
Nguyên nhân chủ quan:
Do con người gây ra, trước hết là do tình trạng phá rừng bừa bãi làm mất
nguồn nước ngầm dẫn đến cạn kiệt nguồn nước; việc trồng cây không phù hợp,
vùng ít nước cũng trồng cây cần nhiều nước (như lúa) làm cho việc sử dụng nước
quá nhiều, dẫn đến việc cạn kiệt nguồn nước; thêm vào đó công tác quy hoạch sử
dụng nước, bố trí công trình không phù hợp, làm cho nhiều công trình không phát
huy được tác dụng... Vùng cần nhiều nước lại bố trí công trình nhỏ, còn vùng thiếu
nước (nguồn nước tự nhiên) lại bố trí xây dựng công trình lớn. Bên cạnh đó, chất
lượng thiết kế, thi công công trình chưa được hiện đại hóa và không phù hợp.
Thêm nữa, hạn hán thiếu nước trong mùa khô (mùa kiệt) là do không đủ


Hình 1.5 Một hồ bị cạn sạch nước tại Crossville

7


Hình 1.6 Một nhiệt kế bên đường đo được nhiệt độ tại Washington
1.1.2.1 Hạn hán ở Ấn Độ (2009)
Hạn hán bất thường ở Ấn Độ (2009): Hàng triệu người dân sống ở phía tây
Ấn Độ đang phải hứng chịu hạn hán tồi tệ nhất trong vòng gần bốn thập kỷ qua.

Hình 1.7 Người dân chen chân chật kín quanh một giếng nước tại làng
Natwargadh, thuộc bang Gujarat, miền tây Ấn Độ trong một đợt hạn hán.

8


1.1.2.2 Hạn hán ở Brazil (2014)
Brazil (2014): TPO - Đây được coi như đợt hạn hán kinh khủng và khắc nghiệt
nhất trong 100 năm qua tại Brazil khiến hàng trăm nghìn hộ dân lâm vào cảnh thiếu
nước trầm trọng, các hồ lớn trơ đáy, thuyền mắc cạn,...

Hình 1.8 Dưới lòng hồ Aleixo, đất đai nứt nẻ khô cằn
1.1.2.3 Hạn hán ở Úc, 1982-1983

Hình 1.9 Hạn hán ở Úc, 1982-1983
9


Năm 1982-1983 là đợt hạn hán tồi tệ nhất ở Australia trong thế kỷ XX. Đợt

Năm 2014, nhiều nơi ở Tây Ban Nha bị hạn hán cường độ cao nhất trong hơn
một thế kỷ rưỡi. Valencia và Alicante là hai trong những khu vực tồi tệ nhất bị ảnh
hưởng. Theo cơ quan khí tượng của nước nước này, trong vòng 150 năm qua, họ
chưa bao giờ chứng kiến một đợt hạn hán dài và dữ dội như vậy.
Như vậy, hạn hán có tác động to lớn đến môi trường, kinh tế, chính trị xã hội

11


và sức khoẻ con người. Hạn hán là nguyên nhân dẫn đến đói nghèo, bệnh tật thậm
chí là chiến tranh do xung đột nguồn nước. Hạn hán tác động đến môi trường như
huỷ hoại các loài thực vật, các loài động vật, quần cư hoang dã, làm giảm chất
lượng không khí, nước, làm gia tăng nguy cơ cháy rừng, xói lở đất. Các tác động
này có thể kéo dài và không khôi phục được. Hạn hán tác động đến kinh tế xã hội
như giảm năng suất cây trồng, giảm diện tích gieo trồng, giảm sản lượng cây trồng,
chủ yếu là sản lượng cây lương thực. Tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, giảm thu
nhập của lao động nông nghiệp. Tăng giá thành và giá cả các lương thực. Giảm tổng
giá trị sản phẩm chăn nuôi. Các nhà máy thuỷ điện gặp nhiều khó khăn trong quá
trình vận hành.
1.1.3 Tình trạng hạn hán trong nước
Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5oC trên phạm vi cả nước; nhiệt độ
mùa đông tăng nhanh hơn mùa hè và nhiệt độ vùng sâu trong đất liền tăng nhanh
hơn nhiệt độ vùng ven biển và hải đảo.

Hình 1.14 Mức tăng nhiệt độ trung bình năm phổ biến từ 1,3 đến 1,7oC vào giữa
thế kỷ 21; từ 1,7 đến 2,4oC vào cuối thế kỷ
Hạn hán có xu thế tăng lên, tuy mức độ không đồng đều giữa các vùng. Hiện
tượng nắng nóng có dấu hiệu gia tăng rõ rệt ở nhiều vùng trong cả nước, đặc biệt là
ở Trung Bộ và Nam Bộ.



Hình 1.17 Hàng ngàn héc ta đất nông nghiệp tại 6 xã ảnh hưởng trực tiếp dự án
khai thác mỏ sắt Thạch Khê
Do hạn hán thường xảy ra trên diện rộng, việc nghiên cứu bằng các phương
pháp truyền thống gặp rất nhiều khó khăn do chi phí lớn và tốn kém thời gian.
Nhược điểm này có thể khắc phục khi sử dụng tư liệu viễn thám với đặc trưng diện
tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn, dải phổ và số lượng kênh phổ đa dạng.
Đề tài dự kiến nghiên cứu, đánh giá hiện trạng hạn hán ở khu vực Thạch Hà (Hà
Tĩnh) do ảnh hưởng của quá trình khai thác mỏ sắt Thạch Khê từ tư liệu ảnh vệ tinh
Landsat đa thời gian.

14


Hình 1.18 Thực trạng xả nước ra biển của Công ty CP Sắt Thạch Khê
1.2 Tình hình ứng dụng phương pháp viễn thám trong nghiên
cứu, giám sát hạn hán
1.2.1 Trên thế giới
Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng tư liệu ảnh
viễn thám hồng ngoại nhiệt trong xác định nhiệt độ bề mặt và độ ẩm đất. Năm
1988, Balling và các cộng sự đã sử dụng dữ liệu ảnh hồng ngoại nhiệt độ phân giải
thấp NOAA/AVHRR (1 km) trong nghiên cứu nhiệt độ bề mặt tại các đô thị lớn.
Năm 1996, Kevin P. Gallo và Tymothy W. Owen cũng sử dụng ảnh hồng ngoại
nhiệt NOAA/AVHRR trong nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị ở Pensylvania
và New Jersy (Mỹ). Từ những kết quả đạt được, các tác giả trên đã chứng minh
rằng hiện tượng đảo nhiệt xuất hiện và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi
trường sống các đô thị lớn. Cùng với dữ liệu ảnh hồng ngoại nhiệt NOAA/AVHRR,
ảnh hồng ngoại nhiệt độ phân giải thấp TERRA/MODIS cũng được sử dụng hiệu
quả trong xác định sự phân bố nhiệt độ bề mặt.
Bên cạnh ảnh hồng ngoại nhiệt độ phân giải thấp, cho đến nay trên thế giới đã

Ts/NDVI. Ở những vị trí không có lớp phủ thực vật hoặc thực vật khô, độ bay hơi
là cực tiểu dẫn đến nhiệt độ bề mặt đạt cực đại. Sandholt I.et al (2002) đã lượng hóa
mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và chỉ số thực vật NDVI bằng cách đưa ra chỉ số
khô hạn nhiệt độ thực vật TVDI (temperature vegetation dryness index). Điểm mấu
chốt trong chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật TVDI là xác định canh khô (dry edge)
trong tam giác không gian Ts/NDVI. Cho đến nay, việc ứng dụng chỉ số khô hạn
nhiệt độ thực vật TVDI trong đánh giá độ ẩm đất và sức khỏe cây trồng đã đạt được
những kết quả quan trọng, góp phần ứng phó và giám sát hiện tượng hạn hán. Một
số nghiên cứu tiêu biểu trong đánh giá độ ẩm đất phục vụ giám sát hạn hán sử dụng

16


chỉ số TVDI có thể kể đến như của Parinaz Rahimzaded – Bajgrian et al (2012),
Zhiqiang Gao et al (2010), Z. Wan, P. Wang, X. Li (2004), Jan Haas (2010),…
Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên
cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và khí quyển. Các ảnh
chụp nổi (stereo), thực hiện theo phương đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini
(1965), đã thể hiện ưu thế của công việc nghiên cứu trái đất. Tiếp theo, tàu Apolo
cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thước ảnh 70mm, chụp về trái đất,
đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất. Ngành hàng
không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái Đất từ vũ
trụ.Việc nghiên cứu trái đất đã được thực hiện trên các con tàu vũ trụ có người như
Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng
Salyut. Sản phẩm thu được là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giải
cao, như MSU-E (trên Meteor - priroda). Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos có
dải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau, với kích thước ảnh 18 x18cm. Ngoài ra, các
ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6
kênh ảnh thuộc dải phổ 0.40 đến 0.89μm. Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20 x
20m.Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS (sau đổi tên là Landsat-1), là các

1.2.2 Trong nước
Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám để quản lý tài nguyên thiên nhiên
trước hết là tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản, tài nguyên
rừng,...và giám sát môi trường ngày càng trở nên bức xúc và trở thành một trong
các nhiệm vụ chủ đạo của ứng dụng và phát triển công nghệ của Bộ Tài nguyên và
Môi trường. Trong khi đó, việc ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát tài
nguyên và môi trường ở nước ta trong thời gian qua tuy đã thu được một số kết quả
song còn ít, tản mạn và trên thực tế chưa đáp ứng được nhu cầu.
Các ứng dụng công nghệ viễn thám chủ yếu mới tập trung vào lĩnh vực hiện
chỉnh bản đồ địa hình, thành lập một số bản đồ chuyên đề, bước đầu đề cập đến
ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ quản lý đất đai và một số khía cạnh của
môi trường. Thực tế đó đòi hỏi phải đẩy mạnh ứng dụng rộng rãi công nghệ viễn
18