BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

SIHAPHON PHOSALY

NG ỤNG C NG NGH VI N TH M V H TH NG TIN Đ
PH N V NG
PH

L

NH M

O HẠN N NG NGHI P V Đ XUẤT GIẢI PH P
CHO HUY N TƯ NG Ư NG T NH NGH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

H N i - 2018

N

NG


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT


TS B i Th Ki n Trinh
TS Nguy n Qu ng Phi

H N i – 2018

N

NG


LỜI C M ĐO N
Tôi xin

m đo n đề t i lu n văn n y l sản phẩm nghi n ứu ủ ri ng á nhân

tôi Cá s liệu v kết quả trong lu n văn l ho n to n trung thự v
b tr

đây Tất ả á trí h

h

đ ợ

i ông

n đ đ ợ ghi rõ nguồn g

Hà Nội, ngày 04 tháng 10 năm 2018

Thuỷ lợi, Kho

K

thu t t i nguy n n

Tr

ng Tá giả xin b y tỏ lòng biết ơn sâu sắ t i TS B i Th Ki n Trinh v TS.

Nguy n Qu ng Phi đ trự tiếp, t n tình hỉ bảo, h

trong quá trình h
ng

t p tại

n tá giả trong su t quá

trình thự hiện lu n văn
Tá giả xin hân th nh ảm ơn sự tạo điều kiện ủ Chính phủ h i n
N m v L o, Đại sứ quán L o tại Việt N m, á Phòng, B n trong Tr
Thuỷ lợi, á
h

ng Đại h

ơ qu n li n qu n đ tạo m i điều kiện thu n lợi để tá giả ó điều kiện

t p, nghi n ứu, nâng

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề t i ........................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 2
3. Đối tượng v phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 2
4. Cách tiếp cận v phương pháp nghiên cứu........................................................... 3
4.1. Cách tiếp cận ................................................................................................... 3
4.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 3
5. ố cục luận văn ...................................................................................................... 4
CHƯ NG 1 T NG QU N V LĨNH V C NGHI N C U V V NG
NGHI N C U ........................................................................................................... 5
1.1.

Tổng quan về hạn hán ..................................................................................... 5

1.1.1. Khái niệm v phân loại hạn hán ................................................................... 5
1.1.2. Đặ tr ng ủ hạn hán v nguy n nhân gây r hạn hán ................................ 8
1.1.3. Tình trạng hạn hán ở Việt N m ................................................................. 10
1.1.4. Cá

hỉ s hạn hán..................................................................................... 13

1.2. Tổng quan ứng dụng công nghệ Viễn thám v Hệ thông tin địa lý trong
nghiên cứuhạn hán .................................................................................................. 17
1.2.1. Tổng qu n tr n thế gi i ............................................................................. 18
1.2.2. Tổng qu n trong n
1.3.

............................................................................... 20

Tổng quan vùng nghiên cứu .......................................................................... 23

2.4.2. Chỉ s TVDI .............................................................................................. 45
CHƯ NG 3 Đ NH GI M C Đ HẠN H N V Đ XUẤT GIẢI PH P NG
PH .......................................................................................................................... 54
3.1.

Kết quả tính hạn nông nghiệp ....................................................................... 54

3.2. Đề xuất giải pháp thích ứng v i hạn nông nghiệp trên địa b n huyện Tương
ương ....................................................................................................................... 61
K T LUẬN V KI N NGH ................................................................................. 63
1. Kết luận ............................................................................................................. 63
2. Tồn tại v Kiến nghị .......................................................................................... 64
T I LI U TH M KHẢO ....................................................................................... 66

iv


NH MỤC H NH ẢNH
Hình

: M i qu n hệ giữ

Hình

Bản đồ hạn hán

á loại hạn hán ............................................................... 7
năm 99 v

b năm 998 ........................................... 11


8 Bản đồ NDVI huyện T ơng D ơng năm

5 ........................................... 41

Hình

9 Bản đồ NDVI huyện T ơng D ơng năm

6 ........................................... 42

Hình

Bản đồ NDVI huyện T ơng D ơng năm

7 ......................................... 43

Hình 2.11 Tính bứ xạ L ......................................................................................... 47
Hình 2.12 Ảnh bứ xạ L .......................................................................................... 47
Hình 2.13 Tính nhiệt độ độ sáng TB .......................................................................... 48
Hình 2.14 Ảnh bứ xạ L ......................................................................................... 48
Hình 2.15. Tính LST .................................................................................................. 49
Hình 2.16 Bản đồ LST năm

5 .............................................................................. 49

Hình 2.17 Bản đồ LST năm

6 .............................................................................. 50


hỉ ti u/ hỉ s tính toán khô hạn v

á ng ỡng giá tr ủ

húng .. 13

Bảng

Tình hình sử ụng đất ủ tỉnh Nghệ An đến năm 2014) .......................... 25

Bảng
L ợng m trung bình tháng gi i đoạn 979ủ huyện T ơng D ơng
.................................................................................................................................. 27
Bảng

Th nh phần ơ gi i ủ đất v sứ

hứ ẩm ự đại t ơng ứng .................. 30

Bảng

Phân ấp mứ độ khô hạn theo hỉ s nhiệt độ - thự v t TVDI ................. 34

Bảng
Giá tr bứ xạ phổ ủ ải sóng đỏ, n hồng ngoại á loại ảnh LANDSAT
.................................................................................................................................. 38
Bảng 4 Giá tr Gres le , Bres le , Lm x, Lmin ................................................... 44
Bảng 5 Giá tr ML, AL đ i v i ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 8 ....................... 45
Bảng 6 Giá tr K , K đ i v i ữ liệu ảnh LANDSAT ........................................... 45
Bảng

NDVI

Chỉ s thự v t

TVDI

Chỉ s khô hạn nhiệt độ - thự v t

SAVI

Chỉ s thự v t ó hiệu hỉnh ảnh h ởng ủ đất

os

viii

v Văn hó Li n Hiệp Qu


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề t i
Hạn hán l thi n t i đ ợ xếp hạng l n thứ
l ợng m

thiếu hụt nghi m tr ng kéo

v h m l ợng n
hồ, mự n
tr



l n v ng m

s u lũ lụt v b o Đó l hiện t ợng

ủ thế kỷ tr

, hạn hán đ li n tiếp xảy r ở khắp á v ng

, trong đó hạn hán nặng tr n iện rộng th

ng xẩy r theo hu kỳ 5 năm

lần Những năm gần đây, o hiện t ợng El Nino v nạn hặt phá r ng n n tình trạng hạn
hán ng y

ng trở n n nghi m tr ng Hạn hán gây ảnh h ởng t i iện tí h ây trồng

khoảng t

h –5

h , giảm t

- % năng suất ây trồng, giảm t

% sản l ợng l ơng thự Chi phí h ng hạn hán th

ng rất t n kém o phải đầu t


mặt, t
n

ng

t ng y

o hiện t ợng El Nino l m l ợng

Nghi n ứu về hiện t ợng hạn hán t lâu đ
á nh kho h

trong v ngo i n

Dữ liệu

á yếu t khí t ợng nh l ợng m , nhiệt độ không khí gần bề

độ gió, l ợng hơi n

trong khí quyển, độ ẩm t ơng đ i v sự b

thoát hơi

l những thông tin đầu v o qu n tr ng để theo õi, đánh giá v đ nh l ợng mứ

độ hạn hán ũng nh
s ng ủ

on ng


y

Huyện T ơng D ơng, tỉnh Nghệ An nằm gần bi n gi i Việt – L o ó khí h u
khắ nghiệt, l nơi th

ng xuy n xảy r hạn hán Việ xem xét sự biến đổi v

ự tính

hạn hán l thiết thự v khả thi Vì v y, ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông
tin địa lý nhằm phân vùng, dự báo hạn nông nghiệp và đề xuất giải pháp ứng phó
cho huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An rất ần thiết ũng nh

ó ý nghĩ thự ti n

trong b i ảnh tình hình hạn hán đ ng i n biến bất th

t hiện n y

ng ở n

2. Mục tiêu nghiên cứu
Mụ ti u hung ủ đề t i l nâng

o hiệu quả ự báo hạn hán ho huyện

T ơng D ơng, tỉnh Nghệ An, qu đó đánh giá ảnh h ởng ủ hạn hán đ i v i lĩnh vự
nông nghiệp Cụ thể á mụ ti u nh s u:
 Ứng ụng ông nghệ vi n thám v hệ thông tin đ

h

ó nghi n ứu h y ảnh báo về nguy ơ hạn hán

á nghi n ứu trong v ngo i n

về vấn đề hạn hán

 Tiếp cận theo mô hình: Sử ụng á mô hình Khí h u to n ầu, ông ụ xử lý
ảnh vệ tinh Er s, phần mềm GIS phân tí h không gi n Ar GIS
4.2. Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp kế thừa:Lu n văn sử ụng, kế th

kết quả nghi n ứu, đề t i, ự

án tr n thế gi i ũng nh tại Việt N m về á vấn đề về hạn hán, ự báo, ảnh
báo hạn hán v quản lý hạn hán Kế th , sử ụng ó h n l

s liệu

 Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập số liệu: Nhằm đánh giá hiện trạng, thu
th p s liệu phụ vụ ông tá tính toán, đánh giá, xây ựng ông ụ ự báo ũng
nh đề xuất á giải pháp ứng phó
 Phương pháp thống kê phân tích: Th ng k v phân tí h á s liệu đo đạc, thu
th p đ ợ để phụ vụ tính toán phân tí h v

ự báo

 Phương pháp ứng dụng mô hình: Lu n văn sử ụng á mô hình về khí h u
to n ầu, ông ụ ownlo



CHƯ NG 1 T NG QU N V
NGHI N C U

LĨNH V C NGHI N C U V

V NG

1.1. Tổng quan về hạn hán
Hạn hán l hiện t ợng xảy r h ng năm tại Việt N m, th
t i tháng 4 năm s u Thiệt hại o hạn hán th

ng xuất hiện t tháng

ng đứng s u b o v lũ Thiệt hại o

hạn hán gây r nghi m tr ng nhất l về sinh kế v kinh tế Trong những năm gần đây
hạn hán th

ng bắt đầu s m hơn v kết thú muộn hơn (Dân, 2008-2010).

1.1.1. Khái niệm và phân loại hạn hán
Hạn hán đ ng ng y

ng nh n đ ợ sự qu n tâm ủ

nhiều khái niệm khá nh u đ ợ đ

á nh kho h


trong á tầng
ây trồng, l m môi

h bệnh Nếu sắp xếp theo thứ tự loại hình thi n

t i gây thiệt hại về t i sản v sinh mạng tr n to n ầu thì hạn hán đứng thứ 4 s u lũ lụt,
động đất v b o Còn ở Việt N m, hạn hán đ ợ đánh giá l thi n t i gây thiệt hại
nặng nề đứng thứ

s u lũ, b o v

ó xu h

ng xảy r g y gắt, khó kiểm soát hơn o

biến đổi khí h u
Theo Tổ hứ Khí t ợng Thế gi i WMO-World Meteorological Organization),
hạn hán đ ợ phân r b n loại: hạn khí t ợng Meteorologi l Drought , hạn nông
nghiệp Agri ultur l Drought , hạn thuỷ văn Hy rologi l Drought v hạn kinh tế x
hội So ioe onomi Drought B loại hạn đầu ti n li n qu n đến ph ơng pháp l ợng
hó hạn hán nh một hiện t ợng v t lý Loại u i
năng ung ấp n

ng li n qu n đến nhu ầu v khả

, ũng nh ảnh h ởng ủ sự thiếu hụt n

tế x hội



đ

Ngo i l ợng m

ây trồng, hệ

Do l ợng

n t i mất ân bằng giữ h m
ây trồng trong th i gi n nhất đ nh
thí h nghi

nh tá nông nghiệp, thảm thự v t tự

r , hạn nông nghiệp li n qu n v i nhiều điều kiện tự nhi n

xuất hiện s u hạn khí t ợng v tr

i, hế độ

nh tá  Hạn nông nghiệp

hạn thủy văn

Hạn thủy văn li n qu n đến sự thiếu hụt nguồn n

mặt Dòng hảy sông

á hồ, hồ hứ thấp hơn trung bình nhiều năm rõ rệt v mự n

l ợng n

trong án ân l ợng

ngầm tầng nông, n

ng ó độ tr về th i gi n giữ sự thiếu hụt m

khiến ho á giá tr đo đạ thủy văn không phải l
khá nh th y đổi trong sử ụng đất, á

r , hạn thuỷ văn h u ảnh
hoặ n

ở á

ngầm tầng
òng hảy

hỉ s hạn s m nhất Cá nhân t

ông trình thủy lợi đều ảnh h ởng đến á

đặ tr ng thủy văn ủ l u vự ng y ả khi không ó sự xuất hiện ủ hạn khí t ợng
(Hisdal et al., 2000).

6


Hạn kinh tế xã hội ó thể đ nh nghĩ l sự thiếu hụt trong ung ấp n


tính nhu

tự nhi n (Hisdal et al., 2000).

Thiếu hụt l ợng m
l ợng,
ng độ, th i
gian)

Nhiệt độ cao, gió l n,độ ẩm t
ơngđ i thấp,
nắng nhiều, ít mây

Thẩm thấu giảm, òng hảy mặt, thẩm
thấu sâu v bổ sung nguồn n
ngầm

Thời gian

Thự v t, ây trồng thiếu n , sản
l ợng v sinh kh i giảm

Giảm dòng hảy vào ao, hồ,nguồn n ; giảm đất
ng p n
v môi tr ng s ng ho ng

Tác động đến kinh tế

Tác động đến xã hội


Hạn khí t ợng l m giảm l ợng n

trong đất, suy kiệt độ ẩm

hế sinh tr ởng v phát triển, l m giảm năng suất ảnh h ởng hoạt
7


động sản xuất nông nghiệp gây r hạn nông nghiệp Sự suy kiệt độ ẩm đất đồng th i
gây suy giảm l u l ợng v hạ thấp mự n
ngầm sau một khoảng th i gi n sẽ

ngầm Sự thiếu hụt ả n

mặt v n

n đến hạn thủy văn

1.1.2. Đặc trưng của hạn hán và nguyên nhân gây ra hạn hán
Theo Wilhite (Wilhite, 2000), hạn hán l một phần tự nhi n ủ khí h u v
những đặ tr ng ho n to n khá v i á thảm h

ó

tự nhi n khá nh động đất, núi lử ,

sóng thần ở á điểm s u:
 Hạn hán ó sự khởi đầu h m, l hiện t ợng t t ,


ng

khá hoặ s ng năm khá
đặ tr ng đ ợ sử ụng l

độ, th i gi n v sự trải rộng theo không gi n ủ hạn hán (Singh, 2006). C
hán đ ợ đ nh nghĩ l mứ độ thiếu hụt l ợng m
kết hợp v i sự thiếu hụt đó Nó th
bình ủ

á

ng độ hạn

h y mứ độ ảnh h ởng hạn hán

ng đ ợ xá đ nh bởi sự hệ h khỏi mứ độ trung

hỉ s khí h u v li n qu n m t thiết v i th i gi n xá đ nh ảnh h ởng

ủ hạn Th i gi n hạn hán hỉ khoảng th i gi n một đợt hạn hán kéo
nó kéo

ng

i ít nhất l h i đến b tháng để hắ

i, thông th

ng

nhiều
 M

không ít lắm, nh ng trong một th i gi n nhất đ nh tr

hoặ m

hỉ đáp ứng nhu ầu t i thiểu ủ sản xuất v môi tr

đó không m
ng xung qu nh

Đây l tình trạng phổ biến tr n á v ng khí h u gió m , ó sự khá biệt rõ rệt
về m

giữ m

m

v m

khô

 Nguyên nhân chủ quan:

 Tình trạng phá r ng b
n

b i l m mất nguồn n


ụng
nguồn n

V ng ần nhiều n

lại b

tự nhi n lại b trí xây

ựng ông trình l n;
 Chất l ợng thiết kế, thi ông ông trình h
 Không đủ nguồn n
sử ụng ng y
v ng h

đ ợ hiện đại hó v không ph hợp;

v thiếu những biện pháp ần thiết để đáp ứng nhu ầu

ng gi tăng o sự phát triển kinh tế-x hội ở á khu vự , các

ó quy hoạ h hợp lý hoặ quy hoạ h phát triển không ph hợp v i

mứ độ phát triển nguồn n

, không h i ho v i tự nhi n, môi tr

tồn tại lâu n y

9


Năm 1992-1993:

Thiếu hụt nghi m tr ng l ợng m
ho sản xuất v

ân sinh trong năm 99

so v i trung bình nhiều năm t i

v o u i năm 99 gây hạn hán thiếu n
Ở Bắ Bộ v Bắ Trung Bộ, thiếu hụt m

-7 %, ó nơi

6 % trong những tháng đầu năm 99

% t tháng 8-

7 tháng đầu năm 99 , m

trung bình nhiều năm , đ gây r hạn hán ng y u i vụ m
ự trữ nguồn n

năm 99

/ 99 v t i 4 bằng 5-40%
Đầu năm 99 ,

trong đất, sông su i v ở á hồ hứ rất ít Hạn hán thiếu n

h

á hồ hứ l n đều

h ng hạn Cá hồ hứ v

v nhỏ

đều ạn kiệt Hạn hán tá động mạnh nhất đến nông nghiệp á tỉnh Th nh Hoá - Bình
Thu n gần /

iện tí h lú vụ hè thu năm 99 b hạn, b hết 4 9 h Đồng bằng

sông Cửu Long, hạn hán ít g y gắt hơn
-

Năm 1997-1998:

10


M

m

năm 997 kết thú s m hơn

bình quân hỉ đạt t

-7 %


4/ 998, á sông su i nhỏ ở Trung Bộ, Tây Nguy n, Đông N m Bộ òng hảy rất nhỏ
hoặ khô hạn Một s hồ v
Quảng Bình
hứ v

v to n bộ hồ nhỏ đều khô ạn Nghệ An ó 579 hồ,

hồ, Quảng Tr 85 hồ,

khá xấp xỉ mự n

Mự n

hết Mặn xâm nh p sâu 5 – 20 km v o nội đồng ở

Miền Trung v N m Bộ Nhiều nguồn n
tr ng đến ung ấp n

t

ng t b nhi m mặn, ảnh h ởng nghi m

i v sinh hoạt Hạn hán, thiếu n

nghi m tr ng nhất, hầu nh b o tr m ả n
xuân, hè thu, lú m

á hồ hứ l n v một s hồ



11

i

tỷ đồng Chính phủ đ

th ng k v tính toán hết đ ợ nh vấn đề kinh tế, môi tr

s mạ hoá, thiếu ăn, suy inh
h ng triệu ng

khô 997-1998

, gây thiệt hại nghi m tr ng: Lú đông

nghiệp v

hại khá

m

ủ


(a)
Hình 1.3 Bản đồ hạn hán
-

năm 99 v


i, òng hảy tr n á sông su i ở mứ thấp hơn trung bình nhiều năm

hộ ân Ở Miền Trung v Tây Nguy n, nắng

kỳ, một s su i ạn kiệt ho n to n; nhiều hồ
n

sinh hoạt ho nhân ân, n

ng n ng

i thiếu n

thứ ăn v tr n 89
u i tháng 4 năm

, hạn

i n r ở v ng Duy n hải N m Trung Bộ, Tây Nguy n v Đông

N m Bộ gây thiệt hại về m
m

Trong 6 tháng đầu năm

i mự n

u ng ho gi sú


12


mặn t i 7

tỷ đồng Tr n sông Tiền, sông H m Luông, sông Cổ Chi n, sông H u,

mặn xâm nh p sâu t 6 –8 km Ri ng sông V m Cỏ, mặn xâm nh p sâu t i mứ kỷ
lụ : 120–140km.
Những năm gần đây, hạn hán th

ng bắt đầu s m hơn v kết thú muộn hơn

Khảo sát ủ nghi n ứu n y ho thấy trong những năm gần đây, l ợng m
l u vự sông trong á tháng u i m , nhất l m

tr n á

khô thiếu hụt so v i trung bình

nhiều năm khá nhiều, ó nơi thiếu hụt nghi m tr ng Tại Bắ Bộ v Bắ Trung Bộ,
theo s liệu th i kỳ 98 - 2009, tại 4 trạm thủy văn h t tr n l u vự sông hính đ
xuất hiện á giá tr ự hạn; tại á hạ l u sông đều thấy rõ xu h
thấp nhất năm Cá biệt trong năm

, đợt hạn hán l n h

điểm đó đ gây áp lự nhiều tỉnh th nh tr n ả n
v i sản l ợng nông nghiệp v
tỷ đồng Theo th ng k


Điều n y ho thấy sự gi tăng xâm
ng t ở ĐBSCL L ợng n

sông su i th ợng nguồn vùng Đông N m Bộ ó xu h
đây, nh ng tại hạ l u á sông, mự n

ở á

ng gi tăng trong vòng

thấp nhất ó xu h

gần

ng giảm

1.1.4. Các chỉ số hạn hán
Bảng
TT

Một s

hỉ ti u/ hỉ s tính toán khô hạn v

Tên chỉ tiêu tính toán

SI (Severity Index)
1
Ng ỡng ủ

Không hạn

SPI = (R - Rtb)/
Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa R: L ợng m th i đoạn tính (mm) ;
SPI
Rtb:L ợng m trung bình th i đoạn tính;
(Standardized
Precipitation
(mm)
Index)
: Độ lệ h huẩn l ợng m th i đoạn tính
2
Ng ỡng ủ

hỉ ti u

> 2,0

Quá ẩm

1,5  1,99

Rất ẩm

1,0  1,49

Ẩm v

Gần trung bình


t

Hạn

Sa.Ii = (Ti/Ti) - (Ri/Ri)
T:Chuẩn s i nhiệt độ th i kỳ i
T: Độ lệ h huẩn nhiệt độ th i kỳ i
R: Chuẩn s i l ợng m th i kỳ i
R: Độ lệ h huẩn l ợng m th i kỳ i

4

Ng ỡng ủ

Rất ẩm

0,5  1,0

> 7,0

Chỉ số Sazonov (Sa.I)

Hạn ự nặng

H = PET/R
PET: B thoát hơi tiềm năng th i đoạn tính
R: L ợng m th i đoạn tính
< 0,5

Ng ỡng ủ

n

SWSI = (aPtuyết + bPm + cP òng hảy + dPdung
tí h hồ hứ – 50)/12
Trong đó : ,b, , l á tr ng s đ i v i các
14


th nh phần tuyết, m , òng hảy mặt v
ung tí h hồ hứ trong ân bằng n
l u
vự
+b+ + =
P l xá suất % không v ợt quá
ủ á th nh phần ân bằng n
t ơng
ứng
≤ - 4,0

Hạn ự nặng

-4  -3

Hạn rất nặng

-2,9  -2
Ng ỡng ủ

-1,9  -1,0



2,0  4,0

Khô

ự tr n á

Rất khô
hỉ s hạn hán v

á ng ỡng

4 Hiện n y, rất nhiều hỉ s /hệ s hạn khá nh u đ đ ợ

phát triển v ứng ụng ở á n
khô Bu yko

ng

Rất ẩm

0,5  1,0

> 4,0

hạn Ts kiris & nnk,

Gần nh bình th

1,0  1,9

948 , Chỉ s
huẩn hó

ạn, Chỉ s P lmer

ấp n

mặt SWSI , Chỉ s RDI

(Reclamation Drought Index)... Tổng qu n đầy đủ về á

hỉ s hạn ó thể th m khảo

trong nghi n ứu ủ Alley (Alley, 1984), Wu et al. (2001), Smakhtin và Hughes
(2004).

15