Nghiên cứu, đánh giá tác động của quá trình biến đổi khí hậu và các hoạt động kinh tế-xã hội đến môi trường lưu vực sông Ba/Đà Rằng bằng công nghệ viễn thám và GIS

Mã đề tài  VT-UD.10/18-20
Hướng nghiên cứu  Ứng dụng công nghệ vũ trụ
Chủ nhiệm đề tài  TS. Phạm Thị Mai Thy
Cơ quan chủ trì  Trung tâm Vũ trụ Việt Nam
Thời gian  2018-2020
Mục tiêu đề tài

+ Mục tiêu tổng quát:
Đánh giá biến động điều kiện tự nhiên và môi trường do ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế-xã hội (KT-XH) và quá trình biến đổi khí hậu (BĐKH) ở lưu vực sông Ba/Đà Rằng từ nguồn ảnh viễn thám đa thời gian và GIS.
+ Mục tiêu cụ thể:
1) Đánh giá hiện trạng về điều kiện tự nhiên và môi trường ở lưu vực sông Ba/Đà Rằng, bao gồm: lớp phủ/sử dụng đất nông nghiệp, độ phủ rừng, sạt lở bờ sông, hạn hán, nhiệt độ bề mặt và độ ẩm bề mặt đất:
2) Đánh giá diễn biến của một số tham số điều kiện tự nhiên và môi trường dưới tác động của các hoạt động KT-XH và quá trình BĐKH ở lưu vực sông Ba/Đà Rằng từ nguồn dữ liệu ảnh viễn thám đa thời gian;
3) Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ cho việc quản lý lưu vực sông Ba/Đà Rằng;
4) Nâng cao khả năng khai thác và sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám phục vụ công tác quản lý lưu vực sông Ba/Đà Rằng.

Kết quả đạt được

1. Dữ liệu số, bản đồ số
• Bộ bản đồ số lớp phủ/sử dụng đất nông nghiệp tỷ lệ 1/100.000, các giai đoạn 1970-1990, 2000, 2005, 2010, 2016-2018;
• Bộ bản đồ số hiện trạng rừng tỷ lệ 1/100.000 các giai đoạn 1970-1990, 2000, 2005, 2010, 2016-2018;
• Bộ bản đồ số xói lở bờ sông, bờ biển khu vực cửa sông Đà Rằng tỷ lệ 1/25.000 các giai đoạn 1970-1990, 2000, 2005, 2010, 2016-2018;
• Bộ bản đồ số chỉ số hạn hán tỷ lệ 1/100.000, các giai đoạn 1970-1990, 2000, 2005, 2010, 2016-2018;
• Bản đồ số vùng ngập lũ thời điểm 2016-2018;
• Dữ liệu số về nhiệt độ bề mặt, độ ẩm mặt đất thay đổi hằng tháng từ năm 2000 đến nay.
2. Báo cáo phân tích biến động sử dụng đất, lớp phủ và một số tham số môi trường sinh thái do ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế-xã hội dưới tác động của BĐKH

Hình 1
Hình 1. Diện tích đất nông nghiệp, đất rừng

Hình 2
Hình 2. Diện tích các ngưỡng TVDI

• Kết quả diện tích đất nông nghiệp và đất rừng giai đoạn 1989-2019 tại lưu vực sông Ba/Đà Rằng bằng phương pháp giải đoán ảnh viễn thám được thể hiện qua biểu đồ Hình 1. Xu hướng diện tích đất nông nghiệp tăng trung bình 84.930 ha/5 năm, cho thấy quá trình chuyển đổi đất đai của ngành nông nghiệp có tính vượt bậc kể từ năm 2000. Diện tích đất nông nghiệp thay đổi nhiều nhất ở khu vực phía Tây và Tây Nam.
• Năm 1989, rừng dày và rừng thưa chiếm phần lớn khu vực. Tuy nhiên, đến năm 2019, diện tích rừng còn lại rất ít, tập trung chủ yếu ở phía Bắc và phía Đông thuộc tỉnh Gia Lai, hay ở phía Tây Nam và phía Nam thuộc Đắk Lắk và Phú Yên. Sự biến động diện tích rừng ở lưu vực sông Ba/Đà Rằng trong 03 thập kỷ. Diện tích lớp phủ rừng trên toàn lưu vực sông Ba/Đà Rằng trong giai đoạn 1989 - 2019 giảm với tốc độ trung bình 1,4%/năm. Đến năm 2019 độ che phủ rừng chỉ còn 37,7%, giảm 2,1 lần so với năm 1989.
• Từ Hình 2, kết quả tính toán giá trị chỉ số khô hạn TVDI giai đoạn 1989-2019 tại khu vực nghiên cứu có xu hướng tăng với mức độ từ Khô hạn trung bình cho đến Khô hạn nặng. Đáng chú ý là ngưỡng Không khô hạn (0-0,2) chiếm diện tích rất nhỏ và vào năm 2019 hầu như không còn giá trị tại ngưỡng này. Ngưỡng Khô hạn nặng (0,6-0,8) tăng dần qua các năm và đỉnh điểm cao nhất vào năm 2016.
• Kết quả nhiệt độ bề mặt (LST) hàng tháng trích xuất từ ảnh viễn thám (2000-2019) có xu hướng tăng dần từ tháng 1 đến tháng 5 và bắt đầu giảm dần từ tháng 6 đến tháng 12. Xu hướng nhiệt độ tăng dần qua hằng năm với vận tốc trung bình đạt 0,05oC/năm.
• Từ năm 1997 đến năm 2010, lưu lượng nước tăng trên giá trị trung bình có liên quan đến các hoạt động KT-XH trong phạm vi lưu vực sông. Bên cạnh đó, từ năm 2010 đến năm 2019, lưu lượng nước gia tăng nhanh còn có sự cộng hưởng của BĐKH. Bắt đầu từ 2010 đến năm 2019, có sự gia tăng mạnh lượng nước chảy tràn bề mặt vào sông Đà Rằng với xu thế tăng tuyến tính hằng năm và thời điểm tăng nhanh nhất là giai đoạn giữa 2016 – 2017. Điều này khiến cho vấn đề lũ lụt tại vùng hạ lưu ngày càng nghiêm trọng hơn.
• Các mối quan hệ giữa hoạt động kinh tế-xã hội và biến đổi khí hậu đến tài nguyên môi trường và tai biến tự nhiên:
a. Mối quan hệ giữa hoạt động kinh tế-xã hội đến tài nguyên môi trường và các tai biến tự nhiên:
- Trên toàn lưu vực Sông Ba/Đà Rằng có hơn 1,5 triệu người sinh sống, tăng từ 1,43 triệu người năm 2010 lên 1,56 triệu người vào năm 2018. Sự gia tăng dân số nhanh chóng trên lưu vực tạo ra nhiều áp lực lên nguồn tài nguyên đất và làm thay đổi quá trình sử dụng đất toàn lưu vực.
- Các tác động của KT-XH khiến cho lớp phủ/sử dụng đất tại lưu vực biến đổi bao gồm tác động của sự gia tăng dân số và của hệ thống cơ sở hạ tầng (công trình thuỷ điện, thuỷ lợi). Ngoài ra, việc phá rừng lấy gỗ hay đốt rừng làm nương rẫy cũng khiến cho diện tích đất rừng trong lưu vực giảm mạnh. Việc khai thác cát hay xây dựng các công trình liên hồ chứa tại khu vực đã ảnh hưởng đến tình hình xói lở bờ sông và gây ngập lũ cho vùng hạ lưu.
b. Mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu đến tài nguyên môi trường và các tai biến tự nhiên:
- Tác động của hạn hán do BĐKH đã ảnh hưởng đến tài nguyên đất trong lưu vực. Trong mùa cạn, lượng dòng chảy trung bình tháng trên các sông chính ở Trung Bộ và khu vực Tây Nguyên đều thiếu hụt so với trung bình nhiều năm từ 25-75%. Theo số liệu thống kê từ các sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các tỉnh, tổng diện tích bị hạn hán toàn vùng nghiên cứu từ 2011-2016 trên 60.000 ha, tổng thiệt hại ước tính 1950 tỷ đồng. Giai đoạn năm 2015-2016 bị ảnh hưởng bởi El-nino đã gây thiếu nước, giảm độ ẩm đất và mất năng suất từ 30-70% sản lượng so với các năm trước. Đây cũng là nguyên nhân gây ra tăng chậm diện tích nông nghiệp tại lưu vực sông Ba giai đoạn sau 2016 (2017-2019). Hình 2 cho thấy xu hướng đất bị khô hạn với độ ẩm (từ khô đển rất khô) tăng từ năm 2000-2019, trong đó năm 2016 và năm 2017 là năm có diện tích khô hạn cao nhất nên diện tích đất nông nghiệp thấp hơn năm 2019.
- Khai thác và sử dụng rừng bất hợp lý góp phần gây nên BĐKH. Đồng thời, BĐKH cũng thúc đẩy sự gia tăng thiên tai, thông qua các hiện tượng như hạn hán, lũ quét, sạt lở đất gây thiệt hại lớn đến rừng. Theo thống kê năm 1998 và 2015-2016 là những năm lưu vực sông Ba có diện tích rừng bị cháy nhiều nhất. Nguyên nhân là do 02 thời điểm này xảy ra hiện tượng El Nino kết hợp với gió Lào gây ra cháy rừng diện rộng các vùng núi lưu vực sông Ba.
- Nguyên nhân trực tiếp gây xói lở/bồi tụ vùng ven biển và cửa sông là do điều kiện động lực. Các điều kiện động lực bờ thay đổi trong thời gian gần đây liên quan tới tự nhiên lẫn hoạt động của con người. Qua các kết quả phân tích từ năm 1965 đến năm 2015 cho thấy, thời kì 1965 – 2000 bờ biển hầu hết có xu hướng bồi tụ, đường bờ di chuyển ra biển với tốc độ khoảng 1-2 m/năm. Ngược lại, trong giai đoạn từ năm 2000 trở lại đây, dưới tác động của BĐKH (bão lụt bất thường với cường độ gia tăng), hiện tượng xói lở xảy ra mạnh ở dải bờ biển cửa sông Đà Rằng, đường bờ có xu hướng giật lùi về phía đất liền.
- Trong những năm gần đây, do tác động của BĐKH, bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào khu vực Nam Trung Bộ nói chung và Phú Yên nói riêng ngày càng có xu thế gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ. Theo báo cáo Phân viện Khí tượng Thủy văn & Môi trường phía Nam, chỉ trong 03 năm (2007 – 2009), lũ lụt ở tỉnh Phú Yên có sự gia tăng về số lượng cũng như cường độ. Giai đoạn 2010 – 2019 có sự gia tăng mạnh về lượng nước chảy tràn bề mặt vào sông Đà Rằng và có xu thế tăng tuyến tính hằng năm. Tổng lượng mưa đổ vào khu vực theo trung bình năm (1979 – 2019) cũng đã phản ánh được ảnh hưởng bởi BĐKH lên khu vực, cụ thể sau năm 2006, tổng lượng mưa vượt quá giá trị trung bình của nhiều năm.
3. Dự báo biến đổi môi trường lưu vực sông Ba/Đà Rằng dưới tác động của quá trình BĐKH theo kịch bản BĐKH

Hình 3
Hình 3. Biến động diện tích sử dụng đất bị hạn theo các kịch bản BĐKH

• Theo Hình 3, BĐKH ảnh hưởng khá nghiêm trọng đến tình hình hạn hán lưu vực sông Ba, diện tích không bị ảnh hưởng hạn hán ngày càng giảm theo các kịch bản mô phỏng; diện tích hạn vừa, hạn nặng tăng dần theo các kịch bản mô phỏng (KB1: kịch bản nền, hiện trạng; KB2: kịch bản RCP4.5; KB3: kịch bản RCP8.5). Hạn hán tăng theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 so với thời kỳ nền, nó sẽ tác động đến nông nghiệp nên tương lai xu thế diện tích nông nghiệp có thể bị giảm do thiếu nước vì hạn hán. Đặc biệt là các tỉnh thượng nguồn sông Ba. Tương tự, BĐKH ảnh hưởng khá nghiêm trọng đến diện tích rừng lưu vực sông Ba, diện tích không bị ảnh hưởng hạn hán ngày càng giảm; diện tích hạn nhẹ, hạn vừa và hạn nặng tăng dần theo các kịch bản mô phỏng.
• Kết quả biến đổi nhiệt độ trung bình năm theo hai kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ở Phú Yên, Gia Lai và Đắk Lắk đều có xu hướng tăng, đặc biệt tăng cao hơn trong giai đoạn 2080-2099 vào cuối thế kỷ XXI. Theo kịch bản RCP4.5, nhiệt độ tại các tỉnh trong lưu vực sông Ba sẽ tăng tối đa 2oC và tăng 2,9-3,7oC trong kịch bản RCP8.5. Mức tăng nhiệt độ cao nhất trong năm là vào mùa hè, tháng 6-8, ở hầu hết các tỉnh trong lưu vực theo cả hai kịch bản.
• Xu thế tăng đều lượng mưa trong 50 năm đầu không có sự khác nhau nhiều giữa các kịch bản. Nếu xét theo mùa, lượng mưa trong mùa khô giảm và lượng mưa trong mùa mưa đều tăng rõ rệt đối với các kịch bản tại tất cả các trạm. Trong mùa khô, biến đổi lượng mưa giảm xuất hiện ở tất cả các tháng, từ tháng VI trở đi lượng mưa lại có xu thế tăng nhẹ và tăng lớn nhất vào tháng X và tháng XI, và giảm mạnh vào các tháng I - V.
• Trên lưu vực sông Đà Rằng, theo kịch bản phát thải trung bình (RCP6.0), biến đổi dòng chảy năm tăng 2,7%, 5,6% và 8,9% vào năm 2020, 2060 và 2100. Trong đó vào mùa lũ dòng chảy tăng 2,7%, 8,0% và 12,4%; và vào mùa cạn thì giảm -2,8%, -6,4% và -9,3% vào năm 2020, 2060 và 2100 so với thời kỳ 1980 – 1999. Đây là lưu vực có dòng chảy mùa cạn giảm nhiều nhất ở Tây Nguyên và Nam Trung Bộ. Dòng chảy trong các tháng mùa lũ trên sông Ba có xu hướng tăng nhưng lượng tăng không đáng kể so với kịch bản nền (1986-2005), trong đó sự gia tăng lưu lượng cao nhất ở tháng X (thượng lưu) và XI (hạ lưu).
4. Bài báo đã công bố
4.1. Bài báo khoa học đăng Tạp chí quốc tế SCIE (1):
Thy T. M. Pham, The-Duoc Nguyen, Han T. N. Tham, Thi N. K. Truong, Nguyen Lam-Dao, Thong Nguyen-Huy. Specifying the relationship between land use/land cover change and dryness in central Vietnam from 2000 to 2019 using Google Earth Engine. J. Appl. Remote Sens. 15(2), 024503 (2021), doi: 10.1117/1.JRS.15.024503.
4.2. Bài báo đăng Tạp chí trong nước (5)
[1]. Thẩm Thị Ngọc Hân, Trương Nhật Kiều Thi, Nguyễn Thế Được, Phạm Thị Mai Thy, Lâm Đạo Nguyên. Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá diễn biến độ ẩm mặt đất tại lưu vực sông Ba giai đoạn 2000-2019. Tạp chí Nông nghiệp và PTNT, ISSN: 1859-4581, 2020.
[2]. Trần Văn Chung, Nguyễn Hữu Huân. Ước lượng lưu lượng sông Đà Rằng từ phân tích bộ dữ liệu NCEP CFSR (1979 – 2019). Tạp chí Khoa học, trường Đại học Phú Yên, số 25 (2020), 89-96.
[3]. Nguyễn Hữu Huân, Tống Phước Hoàng Sơn. Biến động đường bờ khu vực cửa sông Đà Rằng (Phú Yên) từ nguồn dữ liệu ảnh viễn thám đa thời gian. Journal of Science – Phu Yen University, No.26 (2021), 74-85.
[4]. Trương Nhật Kiều Thi, Phạm Thị Mai Thy, Lâm Đạo Nguyên, Thẩm Thị Ngọc Hân. Đánh giá diễn biến lớp phủ rừng và nông nghiệp tại lưu vực sông Ba. Science & Technology Development Journal, ISSN: 2588-1078, 2020.
[5]. Nguyễn Thế Được, Thẩm Thị Ngọc Hân, Trương Nhật Kiều Thi, Phạm Thị Mai Thy, Lâm Đạo Nguyên. Đánh giá sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất lưu vực sông Ba-Đà Rằng sử dụng dữ liệu viễn thám MODIS. Science & Technology Development Journal, ISSN: 2588-1078, 2020.
4.3. Kỷ yếu hội thảo (5 bài, trong đó có 2 bài SCOPUS)
[1]. Trương Nhật Kiều Thi, Phạm Thị Mai Thy. Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để đánh giá biến động đường bờ cửa sông Đà Rằng thuộc tỉnh Phú Yên. Kỷ yếu hội thảo Ứng dụng GIS toàn quốc 2019.
[2]. Đặng Thị Kim Nhung, Phạm Thị Mai Thy. Ứng dụng viễn thám trên nền tảng Google Earth Engine để theo dõi biến động rừng, ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất ở lưu vực sông Ba - Đà Rằng. Kỷ yếu hội thảo Ứng dụng GIS toàn quốc 2019.
[3]. Trần Hoàng Yến, Phạm Thị Mai Thy. Ứng dụng viễn thám trên nền tảng Google Earth Engine phân tích biến động đất rừng và đất nông nghiệp lưu vực sông Ba/Đà Rằng. Kỷ yếu hội thảo Ứng dụng GIS toàn quốc 2019.
[4]. Truong Nhat Kieu Thi, Pham Thi Mai Thy, Lam Dao Nguyen and Nguyen Thi Thanh Huong. Analysis the change of agricultural and forest areas and the impact of socio-economic activities in the Ba River Basin, Vietnam. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 652 (2021) 012014. Phân ban Quốc tế (ICERES 2020) của Hội thảo Ứng dụng GIS toàn quốc 2020 (SCOPUS). doi:10.1088/1755-1315/652/1/012014.
[5]. Han T N Tham, Duoc T Nguyen, Thy T M Pham, Huong T T Nguyen and Nguyen D Lam. Assessing the risk of land use change in the centre of the Ba river basin, Vietnam. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 652 (2021) 012017. Phân ban Quốc tế (ICERES 2020) của Hội thảo Ứng dụng GIS toàn quốc 2020 (SCOPUS). doi:10.1088/1755-1315/652/1/012017.
5. Kết quả tham gia đào tạo
5.1. Hỗ trợ đào tạo Tiến sĩ (1)
[1]. NCS. Lê Minh Hải, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (CBHD: GS.TS. Nguyễn Kim Lợi).
5.2. Thạc sĩ (2)
[1]. Nguyễn Văn Anh Vũ, đề tài luận “Ứng dụng viễn thám trong theo dõi biến động đường bờ sông, lũ lụt tại khu vực hạ lưu sông Đà Rằng thuộc tỉnh Phú Yên”, ngành Hải dương học (2021).
[2]. Vương Thị Anh Phương, đề tài luận “Ứng dụng công nghệ viễn thám phân tích ảnh MODIS để đánh giá mức độ khô hạn khu vực Nam Trung Bộ ”, ngành Khí tượng, Khí hậu học (2020).
5.3. Kỹ sư (1)
[1]. KS. Trương Nhật Kiều Thi, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, Thành phố Hồ Chí Minh (CBHD: TS. Phạm Thị Mai Thy).
6. Tình hình chuyển giao công nghệ
Đã chuyển giao công nghệ cho Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Khoa học và Công nghệ, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Phú Yên, Gia Lai, Đắk Lắk.
7. Kết quả của đề tài được lưu trữ tại
- Văn phòng Chương trình KHCN Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam