Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ KHU VỰC CÀ MAU BẰNG ẢNH LANDSAT Doãn Hà Phong, Trần Thục, Lê Phương Hà, Nguyễn Ngọc Anh Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường Mục đích nghiên cứu phân tích biến động đường bờ biển ảnh viễn thám đa thời gian Landsat Hệ thống phân tích đường bờ (DSAS) khu vực bờ biển Cà Mau. Dữ liệu sử dụng ảnh vệ tinh Landsat giai đoạn 1979-2012 để tách đường bờ biển. Hệ thống phân tích đường bờ (DSAS) phiên 4.3 phần mềm mở rộng ESRI ArcGIS10 sử dụng để tính toán tỷ lệ biến động đường bờ biển thống kê từ vị trí đường bờ lịch sử. Kết nghiên cứu thay đổi xói lở hay bồi tụ nguyên nhân gây biến động đường bờ khu vực Cà Mau. I. Mở đầu Bảo vệ đường bờ ổn định đường bờ nhiệm vụ trung tâm lĩnh vực kỹ thuật bờ biển. Sự biến đổi bãi biển bị chi phối yếu tố gió, sóng dòng chảy, mực nước, đặc trưng bùn cát nguồn cung cấp. Để dự báo diễn biến bờ biển gây trình phức tạp vậy; cần công cụ hữu ích. Sử dụng công thức số thực vật - đất - nước để tách đường bờ tình trạng khác rừng ngập mặn từ ảnh Landsat. Sau sử dụng công cụ phân tích biến động đường bờ tự động DSAS (phiên 4.3), để tính toán tỷ lệ biến động đường bờ biển thống kê từ vị trí đường bờ lịch sử tư liệu viễn thám đa thời gian. Bờ biển tỉnh Cà Mau dài khoảng 297km chia thành hai đoạn, đoạn bờ đông từ cửa sông Gành Hào đến Xóm Mũi dài khoảng 122km đoạn bờ tây từ Xóm Mũi đến rạch Tiểu Dừa huyện U Minh dài khoảng 175km. Phần lớn bờ đông có hướng Đông bắc-Tây nam, đoạn từ cửa sông Rạch Gốc đến Xóm Mũi có hướng gần ĐôngTây. Bờ tây có hướng BắcNam, riêng đoạn bờ biển từ Xóm Mũi đến nam cửa sông Bảy Háp có hướng Đông bắcTây nam. Thay đổi đường bờ biển tỉnh Cà Mau xác định gồm xói lở, ổn định bồi tụ. Hình 1: Khu vực nghiên cứu 270 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 2. Dữ liệu phương pháp nghiên cứu 2.1. Dữ liệu sử dụng Dữ liệu ảnh LandSat gồm ảnh MSS kênh đa sắc với độ phân giải 80m, ảnh Landsat TM gồm kênh đa sắc với độ phân giải 30m & 120m, ảnh ETM+ gồm kênh toàn sắc với độ phân giải 15m kênh đa sắc với độ phân giải 30m 90m. Bộ liệu lưu trữ gồm ảnh lịch sử… dùng để nghiên cứu trình phát triển đô thị, biến động môi trường, đường bờ. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Sau thu thập ảnh Landsat khu vực nghiên cứu Cà Mau bảng 1, bước xử lý ảnh để chiết tách đường bờ tiến hành. Vì nguồn ảnh thu thập nắn chỉnh hình học nên giai đoạn tiền xử lý ảnh bỏ qua. Landsat vệ tinh quang học quan sát Trái đất theo kênh phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt. Trên nguyên tắc, vệ tinh quang học chụp đối tượng mặt đất bao gồm đất, nước thực vật. Sở dĩ ảnh vệ tinh quang học phân biệt đối tượng nêu khả phản xạ ánh sáng mặt trời chúng khác nhau. Nghĩa là, kênh ảnh khác nhau, đối tượng có giá trị số (digital number) khác nhau. Sự khác biệt sở để tiến hành luận giải mắt thường xử lý số với ảnh vệ tinh nghiên cứu. Bảng 1. Dữ liệu sử dụng nghiên cứu TT Ngày 1979 04/05/1989 18/03/1997 03/03/2012 Vệ tinh Landsat Landsat Landsat Landsat Đầu thu Tọa độ MSS MSS TM ETM+ UTM - Zone 49N - path 134-row 054 UTM - Zone 48N - path 126-row 054 UTM - Zone 48N - path 126-row 054 UTM - Zone 48N - path 126-row 054 Việc xử lý số tiến hành ảnh vệ tinh Landsat năm 1979, 1989,1997, 2012. Với mục tiêu chiết suất ranh giới nước đất, tác giả sử dụng phương pháp lọc Sobel Edge Detector phần mền IDRISI để lọc ảnh, loại bỏ tín hiệu nhiễu thu ảnh làm rõ đường bờ. Hình 2: Ảnh gốc kênh (1997) Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hình 3: Ảnh kênh sau xử lý (1997) 271 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Dựa tính chất vật lý phổ ảnh vệ tinh viễn thám công thức ảnh tỷ số Kênh 5/Kênh để phân ranh hai lớp đất nước, công thức cải tiến đề nghị áp dụng kỹ thuật Winarso G cộng [3]. Đối với Landsat TM +ETM, Kênh thay (Kênh 5+ Kênh 7) công thức ảnh tỷ số. Do đó, công thức cải tiến cho Landsat TM +ETM (Kênh 5+ Kênh 7)/ Kênh 2. Đối với Landsat MSS, công thức ảnh tỷ số cải tiến thực dựa tính chất ảnh tương đồng cho kênh phổ. Vì thế, bỏ kết hợp với Kênh 7, thay cho Kênh 5, Kênh thay cho Kênh 2. Do đó, công thức cải tiến cho Landsat MSS (Kênh 6+ Kênh 7)/ Kênh [2]. Kết phân lớp đất nước, liệu chuyển từ dạng raster sang vector xuất đường mực nước. Hình 4: Đường bờ khu vực Tây Cà Mau qua thời kỳ Sau chiết tách đường bờ biển từ liệu Landsat MSS, TM ETM phương pháp DSAS sử dụng để tính toán tỷ lệ dịch chuyển thay đổi đường bờ. DSAS phần mềm tích hợp ArcGIS 10 để tính toán tỷ lệ thay đổi số liệu thống kê từ nhiều vị trí bờ biển lịch sử. DSAS tạo lát cắt vuông góc với đường sở với khoảng cách người dùng tự định nghĩa dọc theo đường bờ. Các giao điểm mặt cắt đường bờ với đường sở sử dụng để tính toán số liệu thống kê tỷ lệ thay đổi cách tự động Xây dựng đường sở (baseline) (hình 5), đường gốc để DSAS dựa vào so sánh, tính toán thay đổi đường bờ theo thời gian. Đường sở xây dựng với đặc tính người sử dụng định đóng vai trò điểm bắt đầu cho tất đường cắt ngang (transect). Transect đường DSAS vẽ lên theo thuộc tính người sử dụng chọn lựa, transect có điểm đầu xuất phát từ đường sở cắt ngang qua tất đường bờ cần tính toán. Giao điểm transect đường bờ tạo sở cho DSAS tính toán thống kê thông số thay đổi đường bờ theo thời gian [1] 272 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Hình 5: Xây dựng đường sở, transect đường bờ năm để tính xói lở bồi tụ 3. Kết nghiên cứu Trong nghiên cứu này, đường bờ chiết xuất từ ảnh Landsat năm 1979, 1989, 1997, 2012. Tính toán thống kê công cụ DSAS cho phép tính toán thống kê số như: SCR (Shoreline Change Envelope), NSM (Net shoreline Movement ), EPR (End Point Rate), LRR (Linear Regression Rate). Kết trình tính toán đưa tốc độ bồi tụ xói lở theo thời gian, thể hình 6. Hình 6: Bản đồ tốc độ bồi tụ xói lở giai đoạn 1979- 1989- 1997- 2012 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 273 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Sự biến đổi đường bờ tác động yếu tố tự nhiên nhân tạo làm thay đổi đáng kể cảnh quan ven biển khu vực Cà Mau giai đoạn 1979- 19891997- 2012. Bên phía bờ Đông khu vực chủ yếu xảy xói lở với tốc độ xói lở lớn (-66 đến -33 m/năm) Cửa Bồ Đề, Cửa Bầu Dừa, tốc độ xói lở nhỏ (từ -18 đến m/năm) khu vực Cửa Gành Hào. Ngược với bờ Đông, bên phía bờ Tây mũi Cà Mau vùng bờ biển giáp vịnh Thái Lan xảy tượng bồi tụ với tốc độ bồi tụ lớn khu vực Đất Mũi Cửa Bảy Háp (+40- +89 m/năm) nhỏ Vàm sông Ông Đốc (0 đến +13 m/năm). Trong tốc độ xói lở chậm, nằm khoảng -18 đến m/năm -33 đến -18 m/năm xen kẽ dọc theo vùng bờ biển giáp vịnh Thái Lan. Trên bãi bồi, tuỳ theo thời gian hình thành khác mà có mức độ che phủ thực vật khác nhau, chủ yếu phát triển tự nhiên từ đất liền lấn dần theo hình thành bãi. Phần mũi Cà Mau thuộc vườn quốc gia khu vực khoanh nuôi tái sinh bảo vệ rừng nghiêm cấm hình thức xâm hại. IV. Kết luận Đối với việc luận giải đường bờ, vùng đới bờ có độ dốc nhỏ, áp dụng phương pháp thiết phải quy chiếu với mực nước triều. Trong khâu tính ngưỡng cho chiết suất đường bờ từ ảnh Landsat, nên tính tới yếu tố không đồng đặc điểm thực vật, phù sa, dòng ven bờ khu vực tính toán. Các yếu tố gây sai lệch đường bờ chiết suất với đường bờ thực. Hệ thống phân tích đường bờ (DSAS – The Digital Shoreline Analysis System) phần mở rộng phần mềm Arcgis, hỗ trợ người dùng tính toán thống kê thông số thay đổi đường bờ theo chuỗi thời gian cách tự động. Mặc dù gọi tên phần mềm tiện ích dựa ứng dụng cho vùng ven biển DSAS dùng để tính tỷ lệ thay đổi với vấn đối tượng ranh giới xác định rõ ràng vị trí, thời điểm riêng biệt đường bờ sông, ranh giới sử dụng đất. Dù loại tư liệu nào, phương pháp nghiên cứu truyền thống hay đại khu vực nghiên cứu từ năm 1979 đến tuân theo quy luật xói bên Đông bồi bên Tây. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Thị Phương Thảo(1), Hồ Đình Duẩn(2), Đặng Văn Tỏ(3 (1) Viện Hải dương học Nha Trang (2) Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam (3) Trương Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM. Trích rút đường mực nước từ ảnh Landsat 2. Thieler, E.R., Himmelstoss, E.A., Zichichi, J.L., and Ergul, Ayhan, 2009, Digital Shoreline Analysis System (DSAS) version 4.0—An ArcGIS extension for calculating shoreline change: U.S. Geological Survey Open-File Report 20081278. 3. Winarso G., Budhiman S., 2001. The potential application of Remote sensing data for coastal study. Proc. 22nd Asian Conference on Remote Sensing. Singapore. 274 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI DIGITAL SHORELINE ANALYSIS IN CAMAU AREA USING MULTIL- TEMPORAL LANDSAT IMAGES Doan Ha Phong, Tran Thuc, Le Phuong Ha, Nguyen Ngoc Anh Viet Nam Institute of Meteorology, Hydrology and Environment This research focuses on the shoreline change rate analysis by automatic image analysis techniques using multi-temporal Landsat images and Digital Shoreline Analysis System (DSAS) along the coastal of Ca Mau. LANDSAT images acquired during 1975-2012 were used to produce historical shoreline vectors. The Digital Shoreline Analysis System (DSAS) version 4.3 is a software extension to ESRI ArcGIS v.10 that enables users to calculate shoreline rate-of-change statistics from multiple historic shoreline positions. The results of this study present that coastline changes such as erosion and accretion have caused the morphological changes on coasline in Ca Mau area. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 275 . cứu này là phân tích biến động đường bờ biển bằng ảnh viễn thám đa thời gian Landsat và Hệ thống phân tích đường bờ (DSAS) khu vực bờ biển Cà Mau. Dữ liệu sử dụng là ảnh vệ tinh Landsat trong. từ ảnh Landsat. Sau đó sử dụng công cụ phân tích biến động đường bờ tự động DSAS (phiên bản 4.3), để tính toán tỷ lệ biến động đường bờ biển được thống kê từ một trong những vị trí đường bờ. Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 270 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ KHU VỰC CÀ MAU BẰNG ẢNH LANDSAT Doãn Hà Phong,