Nghiên cứu, đánh giá và phân vùng xâm nhập mặn trên cơ sở công nghệ viễn thám đa tầng, đa độ phân giải, đa thời gian - Ứng dụng thí điểm tại tỉnh Bến Tre

Nghiên cứu hiện trạng, phân bố và diễn biến xâm nhập mặn và quá trình đất bị mặn hóa qua từng thời kỳ là một phương pháp hiệu quả giúp các nhà quản lý theo dõi, đánh giá đượcmức độ ảnh hưởng của tình trạng xâm nhập mặn, đồng thời đề xuất được những biện pháp thích ứng phù hợp, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng phức tạp và khó dự đoán ở đồng bằng sông Cửu Long. Có nhiều phương pháp để nghiên cứu, đánh giá, xác định vùng đất nhiễm mặn như: đo đạc, điều vẽ trực tiếp ngoài thực địa bằng cách sử dụng các thiết bị đo nhanh hoặc sử dụng hệ thống lỗ khoan; hay thông qua tính dẫn điện của bề mặt trên ảnh radar; hoặc xác định vùng ảnh hưởngmột cách gián tiếp thông qua chỉ thị sinh thái là lớp phủ bề mặt giải đoán từ ảnh viễn thám như MODIS, LANDSAT, Sentinel, VNREDSat-1.

Các phương pháp giám sát mặn hóa truyền thống có những nhược điểm nhất định khi phải lượng hóa sự xâm nhập mặn dựa vào số liệu từ nhiều điểm đo phân bố rời rạc trên một vùng diện tích rộng lớn với nhiều loại hình sử dụng đất khác nhau. Trong khi đó, với nhiều loại tư liệu viễn thám hiện nay như phổ phản xạ mặt đất, ảnh máy bay, ảnh vệ tinh đa phổ, siêu phổ, radar, công nghệ viễn thám mang đến một phương pháp tiếp cận mới trong việc nghiên cứu, đánh giá diễn biến và phân vùng xâm nhập mặn đồng bộ trên diện rộng. Việc tích hợp giữa các kết quả, chỉ số thu được từ tư liệu viễn thám với số liệu mặt đất là một phương pháp tiếp cận mới, mang tính khách quan hỗ trợ cho các nhà quản lý có thể khoanh vùng, xác định đượcmức độ ảnh hưởng của xâm nhập mặn, từ đó có những giải pháp thích ứng kịp thời, phù hợp với điều kiện của từng địa phương. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu tại Viện Địa lý tài nguyên Thành phố Hồ Chí Minh do PGS. TS. Phạm Việt Hòa dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá và phân vùng xâm nhập mặn trên cơ sở công nghệ viễn thám đa tầng, đa độ phân giải, đa thời gian - Ứng dụng thí điểm tại tỉnh Bến Tre” từ năm 2016 đến năm 2019.

Mục tiêu của đề tài bao gồm: xác lập cơ sở khoa học, mô hình nghiên cứu xâm nhập mặn bằng công nghệ viễn thám đa tầng, đa độ phân giải, đa thời gian; xác định nguyên nhân, đánh giá diễn thế và phân vùng ảnh hưởng xâm nhập mặn bằng công nghệ viễn thám đa tầng, đa độ phân giải, đa thời gian; thử nghiệm đánh giá và phân vùng xâm nhập mặn trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám đa tầng, đa độ phân giải, đa thời gian khu vực tỉnh Bến Tre.

Với hướng ứng dụng tư liệu viễn thám radar, nghiên cứu đã thực hiện và đánh giá tiềm năng của ảnh radar Sentinel-1 SAR để ước tính độ mặn của đất thông qua năm thuật toán học máy hiện đại MLP-NN, RBF-NN, GP, SVR và RF. Kết quả cho thấy mô hình sử dụng thuật toán GP trên ảnh radar Sentinel-1 SAR cho kết quả có độ tương quan tốt nhất. Sentinel1 là vệ tinh radar có độ phân giải tương đối cao, tần suất chụp 6 ngày/cảnh rất phù hợp cho nghiên cứu giám sát tài nguyên môi trường.

Nghiên cứu đã khai thác sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2 và LANDSAT là hai nguồn tư liệu viễn thám quang học miễn phí được cập nhật liên tục theo quỹ đạo 5-16 ngày, có độ phân giải khá cao cho phép theo dõi được sự biến động của hiện trạng lớp phủ cũng như quá trình xâm nhập mặn cấp tỉnh. Kết quả nghiên cứu cho thấy ngoài số lượng các kênh phổ, các kênh tỷ số đóng vai trò quan trọng trong việc ước tính EC từ tư liệu viễn thám quang học. Ảnh Sentinel-2 có các kênh đa phổ cộng với phân giải không gian cao đem lại mô hình ước tính EC có sự tương quan cao hơn so với ảnh LANDSAT. Tuy nhiên, do vệ tinh LANDSAT liên tục được bổ sung cập nhật, đồng thời có lịch sử quan sát trái đất lâu dài (LANDSAT5 thu từ năm 1984), các nghiên cứu đánh giá diễn biến đa thời gian có thể tận dụng nguồn dữ liệu phong phú từ dòng vệ tinh này là một ưu thế.

Mặc dù ảnh viễn thám quang học, ví dụ như LANDSAT và Sentinel-2 đã chứng minh hiệu quả của chúng trong thành lập bản đồ độ mặn của đất trên các khu vực khác. Tuy nhiên, chúng không phù hợp với những khu vực có khí hậu ven biển như Bến Tre, nơi thường bị mây che phủ. Ngược lại, dữ liệu Sentinel-1 SAR có ưu thế ở khả năng thu ảnh chủ động, có thể chụp xuyên qua mây, phân biệt được đất mặn trực tiếp bằng phương pháp học máy phù hợp. Điều này khẳng định viễn thám là một công nghệ mạnh mẽ để lập bản đồ độ mặn.

Đánh giá diễn thế xâm nhập mặn tại Bến Tre cho thấy sự thay đổi diễn biến đất mặn của tỉnh Bến Tre diễn ra theo đúng quy luật từ đất không mặn sang đất mặn, từ đất mặn ít sang mặn nhiều hơn, và theo chiều từ đất liền ra bờ biển. Từ năm 2015, việc sử dụng đất tại Bến Tre có những thay đổi đáng kể cụ thể là chuyển đổi mục đích sử dụng đất từ tôm lúa sang 39 chuyên tôm, từ đất trồng lúa sang nuôi trồng thủy hải hay nuôi tôm công nghiệp khiến nên diện tích đất mặn của tỉnh tăng. Bên cạnh đó, hệ thống thủy lợi của tỉnh vẫn chưa hoàn thiện, nên vào mùa khô, thủy triều dâng cao kết hợp với gió chướng, nước từ thượng nguồn ít đã làm cho nước mặn có khả năng xâm nhập sâu vào đất liền theo các con sông. Trong tương lai, khi hệ thống thủy lợi của Bến Tre được hoàn thiện và hoạt động đồng bộ, vấn đề xâm nhập mặn có thể được kiểm soát và giải quyết hiệu quả.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16731/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)