BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP
MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG
ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Hà Nội, 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP
MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG
ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 8850103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS.TS. NGUYỄN AN THỊNH

Hà Nội, 2018


iii

LỜI CẢM ƠN
Được sự nhất trí của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội,
Khoa Quản lý đất đai, tôi đã tiến hành làm luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng
mô hình tích hợp Markok- CA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại
tỉnh Phú Thọ”. Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn ngoài sự cố
gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô
giáo, cùng gia đình và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Quản
lý đất đai trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng toàn thể các
thầy cô giáo đã dạy dỗ, quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá
trình học tập và rèn luyện tại trường thời gian qua.
Đặc biệt để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi nhận được sự quan
tâm của giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn An Thịnh. Thầy đã tận tâm
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Nguyễn Khánh Toàn


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
THÔNG TIN LUẬN VĂN
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..........................................................41
3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng đất tỉnh Phú Thọ .....................................41
3.1.1. Nguồn lực tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên ..............................................41
3.1.2. Nguồn lực kinh tế - xã hội ..............................................................................50
3.1.3. Đánh giá điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội ..............................................57
3.2. Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2015 trên cơ sở tư liệu ảnh
viễn thám.....................................................................................................................60
3.2.1. Xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010, 2015 ...60
3.2.2. Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015 ..............................65
3.3. Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 - 2025 ..............72
3.3.1. Quy trình nghiên cứu.......................................................................................72
3.3.2. Phân cấp thích hợp ..........................................................................................74
3.3.3. Xây dựng ma trận chuyển dịch dựa vào chuỗi Markov...............................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................98
PHỤ LỤC ...............................................................Error! Bookmark not defined.


vi

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nguyễn Khánh Toàn
Lớp: CH2B.QĐ

Khoá: 2B (2016 - 2018)

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn An thịnh
Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp Markov – CA và
GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ.
Thông tin luận văn:


Mốc thời gian cận dưới của quá trình đánh giá

CA

Cellular Automata - Mạng tự động

MCE

Multi Criteria Evaluation - Đánh giá đa chỉ tiêu


viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tỉ lệ % đất tự nhiên và đất nông nghiệp trên toàn thế giới ............ 13
Bảng 1.2. Biến động diện tích đất nông nghiệp toàn quốc ............................. 17
Bảng 1.3. Biến động diện tích đất 2015 .......................................................... 18
Bảng 3.1. Đặc trưng hình thái sông trên địa bàn tỉnh Phú Thọ ...................... 45
Bảng 3.2. Hiện trạng sủ dụng đất tỉnh Phú Thọ ( tính đến 31/12/2016) ......... 46
Bảng 3.3. Hiện trạng rừng theo chức năng sử dụng ....................................... 48
Bảng 3.4 Sản lượng khai thác một số loại tài nguyên trên địa bàn tỉnh Phú
Thọ................................................................................................................... 50
Bảng 3.5. Diện tích, dân số và mật độ dân số các huyện năm 2016 ............... 51
Bảng 3.6. Đóng góp của các khu vực kinh tế vào GDP của toàn tỉnh qua các
năm .................................................................................................................. 55
Bảng 3.7. Hệ thống chú giải của ảnh lớp phủ mặt đất .................................... 61
Bảng 3.8. Hệ thống mẫu giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu .............. 63
Bảng 3.9. Bảng biến động diện tích đất đai tỉnh Phú Thọ .............................. 72
Bảng 3.10. Diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ các năm 2005,

phủ ................................................................................................................... 78


x

Hình 3.18. Ảnh phân ngưỡng mức độ thích hợp của đất xd với độ dốc ......... 79
Hình 3.19. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của đất trống với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 80
Hình 3.20. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của mặt nước với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 80
Hình 3.21. Ảnh phân cấp thích hợp cho đất xây dựng.................................... 82
Hình 3.22. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng kín ........................................... 82
Hình 3.23. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng trung bình ............................... 83
Hình 3.24. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng thưa ......................................... 83
Hình 3.25. Ảnh phân cấp thích hợp cho cây bụi ............................................. 84
Hình 3.26. Ảnh phân cấp thích hợp cho đất trống .......................................... 84
Hình 3.27. Ảnh phân cấp thích hợp cho mặt nước ......................................... 85
Hình 3.28. Mô hình Markov trong Idrisi ........................................................ 85
Hình 3.29. Ma trận chuyển dịch diện tích giữa các lớp đối tượng ................. 86
Hình 3.30. Ma trận chuyển dịch xác suất giữa các lớp ................................... 87
Hình 3.31. Tập các hình ảnh xác suất có điều kiện......................................... 87
Hình 3.32. Mô hình hóa biến đổi lớp phủ mặt đất dựa vào CA_Markov ....... 88
Hình 3.33. Kết quả mô hình hóa biến đổi sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm
2015 ................................................................................................................. 89
Hình 3.34. Kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm 2015 .. 90
Hình 3.35. Kết quả kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm
2015 ................................................................................................................. 90
Hình 3.36. Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2020 ............. 91
Hình 3.37. Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2025 ............. 92
Hình 3.38. Biểu đồ thể hiện diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ



2

dụng một cách có hiệu quả và hợp lý trong tương lai là một vấn đề cấp thiết
cần được giải quyết tại tỉnh Phú Thọ.
Xuất phát từ thực tế trên, đề tài luận văn thạc sỹ : “Nghiên cứu, ứng
dụng mô hình tích hợp Markov – CA và GIS để dự báo biến động sử dụng
đất tại tỉnh Phú Thọ” đã được lựa chọn nghiên cứu và hoàn thành.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ
a. Mục tiêu
Dự báo được xu thế biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ có căn cứ
khoa học dựa trên kết hợp các kỹ thuật viễn thám, GIS và mô hình hóa
Markov - CA.
b. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nhiệm vụ cụ thể sau cần được giải quyết:
- Tổng quan tài liệu và xây dựng cơ sở lý luận về ứng dụng mô hình
Markov - CA trong dự báo xu hướng biến động sử dụng đất.
- Phân tích các nhân tố ảnh hưởng tới biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ.
- Phân tích hiện trạng sử dụng đất tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2005 - 2015
trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám.
- Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2025 trên cơ sở
mô hình Markov - CA và GIS.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp vào hệ thống tri thức khoa học
về tích hợp đa mô hình trong mô phỏng biến động sử dụng đất tại một khu
vực cụ thể.
• Ý nghĩa thực tiễn


không gian theo định hướng và sự điều phối của chính sách đất đai hiện tại
b. Nghiên cứu quản lý sử dụng đất đồi núi Việt Nam
Đất đồi núi chiếm 3/4 diện tích tự nhiên của Việt Nam, là nơi sinh sống
của đại đa số các dân tộc, đồng thời cũng là nơi đóng vai trò chính trong việc
gìn giữ cân bằng sinh thái. Theo Nguyễn Văn Toàn (2010), Việt Nam có
khoảng 24,1 triệu ha đất đồi núi, trong đó có 10,37 triệu ha có độ dốc >25o
chiếm 43% diện tích đất đồi núi. Đất có độ dốc từ 15 – 25o có 5,35 triệu ha
thích hợp cho trồng cây lâu năm theo phương pháp nông lâm kết hợp. Diện


5

tích đất có độ dốc dưới 15o là 8,2 triệu ha, phần lớn đã được khai thác sử dụng
cho sản xuất nông nghiệp.
Mặc dù diện tích đất đồi núi chiếm tỷ lệ lớn nhưng lại phải đối mặt với
nhiều thách thức trong quá trình sử dụng. Theo Trần Đức Viên và Phạm Chí
Thành (1996), khó khăn, hạn chế lớn nhất cho việc phát triển nông nghiệp
trên vùng đất dốc là địa hình chia cắt mạnh, có nhiều núi cao, suối sâu, đèo
dốc hiểm trở, độ dốc lớn với nhiều tiểu vùng sinh thái khác biệt, gây ra nhiều
trở ngại như xói mòn, thoái hóa, hạn hán… Nhóm nghiên cứu của Viện Thổ
nhưỡng Nông hóa đã xác định được trong 24,8 triệu ha đất dốc thì không có
đơn vị đất đai nào rất thích hợp với sản xuất nông nghiệp (độ phì cấp 1), có
13,4% diện tích có độ phì nhiêu khá (cấp 2) thích hợp với sản xuất nông
nghiệp, phân bố chủ yếu ở vùng Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, Duyên hải Bắc
Trung Bộ. Đất có độ phì nhiêu trung bình (cấp 3) chiếm 6,5%, đất có độ phì
nhiêu kém do tầng đất mỏng (cấp 4) chiếm 3,7%, đất có độ phì nhiêu kém do
độ dốc cao, nguy cơ xói mòn lớn (cấp 5) khoảng 8,3%. Còn lại là đất có độ
phì nhiêu rất kém do độ dốc cao và nguy cơ xói mòn rất lớn, tầng đất rất
mỏng và nhiều yếu tố hạn chế chiếm 68,1% diện tích đất dốc của 7 vùng sinh
thái (Bùi Huy Hiền và cs., 2001).

nghiệp. Tuy nhiên để đạt được mục tiêu sử dụng đất bền vững thì công tác
quản lý sử dụng đất phải đảm bảo các vấn đề sau:
- Phải bảo vệ được nguồn tài nguyên rừng, đảm bảo độ che phủ thích
hợp đối với từng vùng sinh thái để hạn chế suy thoái đất.
- Đẩy mạnh các mô hình sản xuất nông nghiệp tiên tiến, sử dụng các kỹ
thuật canh tác tiến bộ, phù hợp.
- Sử dụng giống cây trồng thích hợp với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng...
đối với từng vùng. Phát triển chăn nuôi đại gia súc tại các vùng trọng điểm.


7

- Mở rộng hệ thống trồng trọt, chăn nuôi phải đi kèm với các cơ sở chế
biến sau thu hoạch để giảm thiểu việc vận chuyển nguyên liệu thô, đảm bảo
đầu ra cho sản phẩm nông nghiệp.
- Từng bước cải thiện cơ sở hạ tầng vùng núi, hoàn thành công tác giao
đất giao rừng, phát triển văn hóa xã hội khu vực đồi núi.
1.1.2. Cơ sở khoa học về biến động sử dụng đất và lớp phủ
a. Khái niệm biến động sử dụng đất và lớp phủ
Sử dụng đất và lớp phủ là hai thành phần liên kết với nhau, nhưng trong
một thời gian dài đã được nghiên cứu một cách tách biệt. Lớp phủ là trạng
thái tự nhiên của bề mặt đất, là mối quan tâm chủ yếu của các nhà khoa học tự
nhiên, còn sử dụng đất là hoạt động của con người, mối quan tâm chủ yếu của
các nhà khoa học xã hội (Meyer and Turner, 1994).
Lớp phủ được định nghĩa là bề mặt tự nhiên trên bề mặt đất bao gồm
nước, thực vật, đất trống và các công trình nhân sinh. Sử dụng đất là hoạt
động có mục đích của con người thực hiện trên lớp phủ (IGBP, 1997).
Điều đó có nghĩa là lớp phủ bề mặt có thể quan sát được ở những khoảng
cách và bằng tư liệu khác nhau như quan sát bằng mắt, từ ảnh hàng không hay
bởi bộ cảm biến vệ tinh (Ellis, 2010).

sản xuất, xây dựng nhà ở và các công trình thì biến động sử dụng đất diễn ra
mạnh hơn.
- Khí hậu: Khí hậu tác động trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp và điều
kiện sống của con người. Khí hậu còn là một trong các nhân tố liên quan đến
sự hình thành đất và hệ sinh thái vì thế nó ảnh hưởng đến sử dụng đất và biến
động trong sử dụng đất. Khí hậu có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân bố và phát
triển nông lâm nghiệp. Việc chuyển đổi từ đất trồng cây hàng năm hoặc đất
ven biển sang nuôi trồng thủy sản thì ngoài các lý do về nhu cầu của thị
trường và giá cả, nếu điều kiện khí hậu thuận lợi sẽ thúc đẩy người dân
chuyển đổi và ngược lại. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến biến động sử dụng
đất theo nhiều cách khác nhau. Các hiện tượng như nước biển dâng, lũ lụt,


10

hạn hán, sự thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường
sinh thái và sản xuất nông nghiệp. Vì vậy, những thay đổi trong sử dụng đất
dường như là một cơ chế phản hồi thích nghi mà người nông dân sử dụng để
giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu .
- Địa hình và thổ nhưỡng: Địa hình và thổ nhưỡng có ảnh hưởng rất lớn
đến việc chuyển đổi sử dụng đất trong nội bộ đất nông nghiệp hoặc từ đất
nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp. Những khu vực núi cao, độ dốc lớn
biến động sử dụng đất, lớp phủ ít xảy ra. Những nơi có địa hình thuận lợi, đất
đai màu mỡ thì kinh tế phát triển, nhu cầu đất đai cho các ngành tăng cao do
vậy biến động sử dụng đất, lớp phủ xảy ra với tần suất cao hơn.
- Thủy văn: Yếu tố thủy văn được đặc trưng bởi sự phân bố của hệ thống
sông ngòi, ao, hồ... ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng cung cấp nước cho các
yêu cầu sử dụng đất. Vì vậy ở những khu vực gần nguồn nước biến động sử
dụng đất và lớp phủ diễn ra mạnh hơn.
- Ngoài ra các tai biến thiên nhiên như cháy rừng, sâu bệnh, trượt lở

tế là yếu tố quyết định đến biến động sử dụng đất.
- Các yếu tố thể chế và chính sách: Thay đổi sử dụng đất bị ảnh hưởng
trực tiếp bởi các tổ chức chính trị, pháp lý, kinh tế hoặc tương tác với các
quyết định của người sử dụng đất. Tiếp cận đất đai, lao động, vốn và công
nghệ được cấu trúc bởi chính sách, thể chế của nhà nước và các địa phương.
Chính sách khai hoang của nhà nước có ảnh hưởng rất lớn, làm diện tích đất
nông nghiệp tăng lên đáng kể. Hay những chính sách khuyến khích trồng
rừng, bảo vệ rừng của nhà nước cũng làm cho diện tích rừng được tăng lên
- Các yếu tố văn hóa: Những động cơ, thái độ, niềm tin và nhận thức cá
nhân của người quản lý và sử dụng đất đôi khi ảnh hưởng rất sâu sắc đến
quyết định sử dụng đất. Tất cả những hậu quả sinh thái không lường trước
được phụ thuộc vào kiến thức, thông tin và các kỹ năng quản lý của người sử


12

dụng đất như trường hợp dân tộc thiểu số ở vùng cao. Ngoài ra, các yếu tố
văn hóa có thể ảnh hưởng đến hành vi do đó nó trở thành tác nhân quan trọng
của việc chuyển đổi sử dụng đất.
c. Ý nghĩa thực tiễn việc đánh giá tình hình biến động sử dụng đất
Đánh giá tình hình biến động sử dụng đất và lớp phủ có ý nghĩa rất lớn
trong sử dụng đất:
- Là cơ sở khai thác tài nguyên đất đai phục vụ phát triển kinh tế - xã hội
có hiệu quả và bảo vệ môi trường sinh thái.
- Mặc khác khi đánh giá biến động sử dụng đất cho ta biết nhu cầu sử
dụng đất giữa các ngành kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng. Dựa vào vị trí
địa lý, diện tích tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên của khu vực nghiên cứu, từ
đó biết được sự phân bố các ngành, các lĩnh vực kinh tế và biết được những
điều kiện thuận lợi, khó khăn đối với nền kinh tế xã hội và biết được đất đai
biến động theo chiều hướng tích cực hay tiêu cực, để từ đó đưa ra những

35%

Châu Mỹ

28,2%

26%

Châu Phi

20,0%

20%

Châu Âu

6,5%

13%

Châu Ðại Dương

15,8%

6%

Diện tích đất nông nghiệp trên thế giới phân bố không đều giữa các châu
lục. Theo số liệu thống kê của FAO (2007), quy mô đất nông nghiệp được
phân bố như sau: châu Mỹ chiếm 24,4%, châu Á chiếm 33,4%, châu Âu
chiếm 9,6%, châu Phi chiếm 23,7%, châu Đại Dương chiếm 8,9%.