ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) PHỤC VỤ QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TẠI HUYỆN XUÂN LỘC – TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) PHỤC VỤ QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TẠI HUYỆN XUÂN LỘC – TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP vii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH LÊ TIẾN DŨNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) PHỤC VỤ QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TẠI HUYỆN XUÂN LỘC – TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP Tp. Hồ Chí Minh, tháng 122009 vii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH LÊ TIẾN DŨNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) PHỤC VỤ QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TẠI HUYỆN XUÂN LỘC – TỈNH ĐỒNG NAI Chuyên ngành: Khoa học đất Mã số: 60.62.15 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN KIM LỢI TS. NGUYỄN VĂN TÂN Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 122009 i ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) PHỤC VỤ QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TẠI HUYỆN XUÂN LỘC – TỈNH ĐỒNG NAI LÊ TIẾN DŨNG Hội đồng chấm luận văn: 1. Chủ tịch: PGS.TS HUỲNH THANH HÙNG Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh 2. Thư ký: TS. HÀ THÚC VIÊN Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh 3. Phản biện 1: TS. VŨ XUÂN CƯỜNG Chi cục Đo đạc và Bản đồ phía Nam 4. Phản biện 2: TS. TRẦN HỒNG LĨNH Trung tâm điều tra, đánh giá Tài nguyên đất, Bộ TN và MT 5. Uỷ viên: TS. NGUYỄN VĂN TÂN Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HIỆU TRƯỞNG ii LÝ LỊCH CÁ NHÂN Tôi tên là: Lê Tiến Dũng, sinh này 17011977 tại huyện Thiệu Hoá – Thanh Hoá con ông Lê Huy Đạt và bà Trần Thị Sen. Tốt nghiệp Phổ thông trung học tại trường Phổ thông trung học Thiệu Yên 3 năm 1994. Tốt nghiệp Đại học chuyên ngành Quản lý Đất đai hệ chính quy tại trường Đại học Nông nghiệp I – Hà Nôi. Sau đó làm việc tại Phân viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, chức vụ chuyên viên Trung tâm kinh tế nông nghiệp và thông tin địa lý. Tháng 92005 theo học Cao học chuyên ngành Khoa học đất tại trường Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh. Tình trạng gia đình: Vợ Trần Thị Vân Anh kết hôn năm 2004, con Lê Tiến Huy, sinh năm 2006 và Lê Minh Khôi, sinh năm 2008. Địa chỉ liên lạc: 3687 Phan Văn Trị, phường 5, Gò Vấp, Tp. HCM Điện thoại: CQ: 08.38204.030, NR: 08.3588.5357, DĐ: 0985.535.697 Email: dungappyahoo.com hoặc lehuydunggmail.com iii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Lê Tiến Dũng iv LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng to lớn của quý thầy cô trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, cơ quan, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến: Quý thầy cô trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ trong thời gian thực hiện và nghiên cứu đề tài. TS. Nguyễn Kim Lợi và TS. Nguyễn Văn Tân (Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM) đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Phòng Quản lý Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM đã tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt khoá học và thời gian thực hiện đề tài. Lãnh đạo Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp và các anh, chị em Trung tâm Kinh tế Nông nghiệp và thông tin địa lý đã động viên và tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt khoá học và thời gian thực hiện đề tài. Đặc biệt gia đình: vợ, con, anh chị em, bạn bè … đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn Lê Tiến Dũng v TÓM TẮT Đề tài “Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) phục vụ quy hoạch sử dụng đất tại huyện Xuân Lộc – tỉnh Đồng Nai” được thực hiện từ tháng 82008 đến tháng 62009 tại huyện Xuân Lộc – tỉnh Đồng Nai. Đề tài đã ứng dụng chuỗi Markov trong đánh giá biến động và dự báo sử dụng đất tại huyện Xuân Lộc, kết quả chưa phù hợp với diễn biến sử dụng đất thực tế tại địa phương. Từ đó đề tài đã ứng dụng GIS tiến hành chồng xếp các lớp thông tin chuyên đề về thổ nhưỡng, khả năng tưới, tầng dày, độ dốc xây dựng bản đồ đơn vị đất đai tỷ lệ 125.000, toàn huyện có 77 đơn vị đất đai, đồng thời nghiên cứu lựa chọn 8 loại hình sử dụng đất đưa vào đánh giá thích nghi. Kết hợp 3 yếu tố là điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội để đánh giá đất đai theo “khung” của FAO (1976). Ứng dụng phương pháp phân tích đa mục tiêu (MCA) để đánh giá và đề xuất sử dụng đất nông nghiệp bền vững. Chúng tôi lựa chọn các hệ thống sử dụng đất (LUS) đáp ứng bền vững đồng thời các tiêu chuẩn (3 tiêu chuẩn cấp 1 và 10 tiêu chuẩn cấp 2): (i). Bền vững về kinh tế (gồm 3 tiêu chuẩn cấp 2: tổng giá trị sản phẩm, lãi thuần, lợi íchchi phí); (ii) Bền vững về mặt xã hội (gồm 3 tiêu chuẩn cấp 2: lao động, khả năng vốn – chi phí sản xuất, tập quán canh tác); (iii) Bền vững về mặt tự nhiên (gồm 4 tiêu chuẩn cấp 2: thổ nhưỡng, tầng dày, khả năng tưới, độ dốc). Dùng phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) xác định trọng số các tiêu chuẩn. Mỗi tiêu chuẩn cấp 2 xây dựng một lớp thông tin chuyên đề (trong GIS), chồng xếp các lớp thông tin chuyên đề và tính được chỉ số thích hợp, đối chiếu với thực tế và tham khảo ý kiến các chuyên gia để phân cấp mức độ thích hợp, từ đó đề xuất sử dụng đất trên địa bàn nghiên cứu như sau: đất 2 vụ lúa: 5.500 ha, đất 2 lúa – màu: 3.000 ha, đất chuyên mía: 1.000 ha, đất trồng tiêu: 3.500 ha, đất trồng cà phê: 1.200 ha, đất trồng cao su: 3.500 ha, đất trồng điều: 15.000 ha, đất trồng cây ăn quả: 6.000 ha. vi ABSTRACT The research “Application of Geographic Information System (GIS) serves the planning on using land at Xuan Loc District, Dong Nai Province” was carried out from August 2008 to June 2009 at Xuan Loc District, Dong Nai Province. This research was applying Markov chain model to evaluate changes and forecast the using of land in Xuan Loc District, realizing the results unmatched with the local real situation. The research is applied GIS to pile up the layers of specialized information about soil, irrigation capacity, thick stratum and gradient to build up the soil map 125.000 on 77 land mapping units of the whole district; meanwhile research to select 8 LUT for adjustment evaluation. Combining three factors of economy, society, and natural condition, the subject evaluated the soil in accordance with the frame of FAO (1976), and applied the Multicriteria Analysis (MCA) to evaluate and propose the use of agricultural land in long term. We selected the LUS meeting concurrently the following standards (three criteria of 1st level and ten criteria of the 2nd level): (i). Stability in economy (including three criteria of 2nd level: total value of products, net profit, interestexpense); (ii). Stability in social aspect (including three criteria of 2nd level: labor, capital capacity– production expense, cultivation habit. (iii). Stability in natural aspect (including four criteria of 2nd level: soil, thick stratum, irrigation capacity, and gradient). The AHP was used to determine the weight number of the criteria. Each 2nd level criterion built a specialized layer of information (in GIS). The next steps were piling up layers of information and calculating the suitable index, comparing to the reality and consulting the experts’ advice in order to allocate the suitable levels. Finally, from those points, the use of agricultural land in long term was put forward as follows: land for double rice crops: 5.500 ha, land for double rice crops – upland crop: 3.000 ha, land for sugarcane: 1.000 ha, land for pepper: 3.500 ha, land for coffee: 1.200 ha, land for rubber trees: 3.500 ha, land for cashew: 15.000 ha, land for fruit trees: 6.000 ha. vii MỤC LỤC Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu đề tài ....................................................................................................... 2 1.3. Kết quả mong đợi ................................................................................................... 2 1.4. Giới hạn của đề tài ................................................................................................. 2 Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ..................................................... 3 2.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ............................................................................. 3 2.1.1. Khái niệm ........................................................................................................ 3 2.1.2. Mô hình dữ liệu GIS ........................................................................................ 4 2.1.3. Phân tích dữ liệu GIS ...................................................................................... 5 2.1.3.1 Phân tích dữ liệu không gian ..................................................................... 5 2.1.3.2. Phân tích dữ liệu thuộc tính ....................................................................... 7 2.2. Các nghiên cứu về đánh giá thích nghi đất đai .................................................... 13 2.2.1. Tình hình nghiên cứu đánh giá đất đai trên thế giới và sự ra đời phương pháp đánh giá đất của FAO .............................................................................................. 14 2.2.2. Tình hình nghiên cứu đánh giá thích nghi đất đai ở Việt Nam ..................... 15 2.2.3. Các nguyên tắc trong đánh giá đất đai (FAO, 1976) ..................................... 17 2.2.4. Các bước tiến hành đánh giá thích nghi đất đai (FAO, 1976)....................... 18 2.2.5. Đánh giá thích nghi đất đai tại Đồng Nai và huyện Xuân Lộc ..................... 20 2.3. Các kết quả nghiên cứu về quy hoạch sử dụng đất .............................................. 20 2.3.1. Quy hoạch sử dụng đất .................................................................................. 20 2.3.2. Đặc điểm của quy hoạch sử dụng đất ............................................................ 22 2.3.3. Các cấp độ lập quy hoạch sử dụng đất .......................................................... 23 2.3.4. Các ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất và đánh giá đất đai ........... 23 2.3.4.1. Các ứng dụng GIS phục vụ quy hoạch sử dụng đất trên thế giới ............ 23 2.3.4.2. Ứng dụng GIS phục vụ quy hoạch sử dụng đất ở Việt Nam ................... 24 2.4. Lý thuyết về phân tích đa tiêu chuẩn ................................................................... 26 2.4.1. Lý thuyết về phân tích thứ bậc (AHP) .......................................................... 26 viii 2.4.1.1. Lợi ích của AHP ...................................................................................... 27 2.4.1.2. Các bước thực hiện giải bài toán AHP .................................................... 27 2.4.2. Các ứng dụng phân tích thứ bậc (AHP) trong khoa học kinh tế và đánh giá khả năng thích nghi đất đai ...................................................................................... 28 2.5. Các ứng dụng đánh giá sự thay đổi các kiểu sử dụng đất bằng chuỗi MarKov .. 29 2.6. Tổng quan về nông nghiệp bền vững ................................................................... 30 2.7. Đánh giá chung .................................................................................................... 31 Chương 3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................... 33 3.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................... 33 3.2. Địa hình ................................................................................................................ 34 3.3. Khí hậu ................................................................................................................. 34 3.4. Nguồn nước và chế độ thuỷ văn .......................................................................... 37 3.4.1. Nước mặt. ...................................................................................................... 37 3.4.2. Nước ngầm .................................................................................................... 37 3.5. Thổ nhưỡng .......................................................................................................... 37 3.6. Diện tích phân theo độ dốc tầng dày và khả năng tưới ........................................ 40 3.7. Điều kiện kinh tế xã hội ..................................................................................... 41 3.7.1. Kinh tế ........................................................................................................... 41 3.7.2. Xã hội ............................................................................................................ 42 3.7.3. Thực trạng một số cây trồng chính trên địa bàn huyện ................................. 42 3.8. Tình hình quản lý đất đai trên địa bàn huyện Xuân Lộc ..................................... 45 3.8.1. Quản lý đất đai theo đơn vị hành chính ......................................................... 45 3.8.2. Công tác lập hồ sơ địa chính, cấp giấy chứng nhận quyền SDĐ .................. 45 3.8.3. Công tác lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất ............................................. 46 3.9. Các kết quả nghiên cứu trên địa bàn huyện trên địa bàn liên quan đến đề tài ..... 48 3.9.1. Quy hoạch sử dụng đất huyện Xuân Lộc thời kỳ 1997 – 2010 ..................... 48 3.9.2. Rà soát, bổ sung quy hoạch sử dụng đất huyện Xuân Lộc thời kỳ 2003 – 2010 .........................................................................................................................49 Chương 4 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 50 ix 4.1. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 50 4.2. Phương pháp nghiên cứu chung ........................................................................... 50 4.3. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu cụ thể........................................................... 51 4.3.1. Ứng dụng chuỗi Markov trong đánh giá biến động và dự báo sử dụng đất .. 52 4.3.2 Ứng dụng AHP để xác định trọng số trong đánh giá tiềm năng đất đai ........ 57 4.3.2.1. Phân tích thứ bậc ...................................................................................... 57 4.3.2.2. So sánh các thành phần và tính toán mức độ ưu tiên ............................... 58 4.3.3. Ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu trong đánh giá đất đai ...................... 63 4.3.4. Phân tích đa tiêu chuẩn trong GIS ................................................................. 66 Chương 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................................... 70 5.1. Kết quả ứng dụng của mô hình Markov Chain trong đánh giá biến động và dự báo sử dụng đất ........................................................................................................... 70 5.1.1. Xác định sự thay đổi các kiểu sử dụng đất từ năm 1995 2000 ................... 70 5.1.2. Chu chuyển của các loại hình sử dụng đất giai đoạn 1995 – 2000............. 71 5.1.3. Dự báo sự thay đổi các kiểu sử dụng đất đến năm 2005 ............................ 72 5.1.4. Dự báo sự thay đổi các kiểu sử dụng đất đến năm 2010 ............................ 73 5.2. Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ các đơn vị đất đai ............................................. 75 5.2.1. Cơ sở dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất ........................................................ 76 5.2.2. Cơ sở dữ liệu về các tính chất đất đai ............................................................ 76 5.2.3. Xây dựng bản đồ các đơn vị đất đai .............................................................. 85 5.3. Xây dựng bản đồ các nhân tố thích nghi ............................................................. 87 5.3.1. Thổ nhưỡng ................................................................................................... 87 5.3.2. Tầng dày ........................................................................................................ 88 5.3.3. Khả năng tưới ................................................................................................ 89 5.3.4. Độ dốc ........................................................................................................... 89 5.3.5. Thích nghi kinh tế.......................................................................................... 90 5.3.6. Thích nghi về mặt xã hội ............................................................................... 92 5.4. Lựa chọn các loại hình sử dụng đất trong đánh giá đất đai ................................. 93 5.5. Đánh giá khả năng thích nghi đất đai .................................................................. 94 x 5.5.1. Các tiêu chuẩn cơ bản để đánh giá tính bền vững trong sử dụng đất ............ 95 5.5.2. Xác định trọng số các tiêu chuẩn và giá trị các chỉ tiêu phân cấp ................. 96 5.6. Đề xuất sử dụng đất ........................................................................................... 101 Chương 6 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ.......................................................................... 110 6.1. Kết luận .............................................................................................................. 110 6.2. Kiến nghị............................................................................................................ 111 xi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. GIS (Geographic Information Systems): Hệ thống thông tin địa lý 2. DTTN: Diện tích tự nhiên 3. AHP (Analytic Hierarchy Process): Phân tích thứ bậc 4. GDP (Gross Domestic Product): Tổng sản phẩm quốc nội 5. FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations): Tổ chức liên hiệp quốc về lượng thực và nông nghiệp. 6. LC (Land Characteristic): Tính chất đất đai. 7. LUS (Land Use System): Hệ thống sử dụng đất. 8. LUT (Land UseUtilization Type): Loại hình sử dụng đất. 9. LMU (Land Mapping Unit): Đơn vị đất đai 10. MCMD (MultiCriteria Decision Making): Ra quyết định đa tiêu chuẩn. 11. MCMA (MultiCriteria Model Analysis): Mô hình phân tích đa tiêu chuẩn. 12. NIAPP (National Institute of Agricultural Planning and Projection): Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp. 13. SubNIAPP (SubNational Institute of Agricultural Planning and Projection): Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp. 14. QH và TKNN: Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp 15. N (Not suitable): Không thích nghi. 16. S1 (Highly suitable): Thích nghi cao. 17. S2 (Moderately suitable): Thích nghi trung bình. 18. S3 (Marginally suitable): Thích nghi kém. 19. QHSDĐĐ: Quy hoạch sử dụng đất đai 20. LLSX: lực lượng sản xuất 21. QHSX: Quan hệ sản xuất 22. CSDL: Cơ sở dữ liệu 23. DSS (Decision Support System): Hệ hỗ trợ ra quyết định xii 24. DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Trasfer): Hệ hỗ trợ ra quyết định trong nông nghiệp. 25. TIN (Triangulate Irregular Network): Mạng lưới tam giác không đều 26. TGTSP: Tổng giá trị sản phẩm 27. UNESCO (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization): Tổ chức Liên hiệp quốc về giáo dục, khoa học và văn hóa. 28. CR (Consistency Ratio): Tỷ số nhất quán 29. CNQSDĐ: Chứng nhận quyền sử dụng đất 30. PA: Phương án 31. KH: Kế hoạch 32. VH: Rất cao 33. H: Cao 34. M: Trung bình 35. L: thấp 36. HNK: Hàng năm khác 37. MNCD: Mặt nước chuyên dùng 38. PNN: Phi nông nghiệp 39. NTTS: Nuôi trồng thuỷ sản 40. LUT 1: Hai vụ lúa 41. LUT 2: Hai vụ lúa – 1 vụ màu 42. LUT 3: Chuyên mía 43. LUT 4: Tiêu 44. LUT 5: Cà phê 45. LUT 6: Cao su 46. LUT 7: Điều 47. LUT 8: Cây ăn quả 48. MT: Môi trường 49. SDĐ: Sử dụng đất xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG TRONG BÁO CÁO Bảng 2.1: Các phép toán luận lý ...................................................................................... 7 Bảng 3.1: Diện tích các loại đất huyện Xuân Lộc ......................................................... 38 Bảng 3.2: Diện tích đất phân theo độ dốc, tầng dày ...................................................... 40 Bảng 3.3: Diện tích đất được tưới trên địa bàn huyện ................................................... 41 Bảng 3.4: Một số chỉ tiêu cơ bản về kinh tế của huyện Xuân Lộc ................................ 41 Bảng 3.5: Diện tích tự nhiên huyện Xuân Lộc phân theo đơn vị hành chính ............... 45 Bảng 3.6: Tình hình thực hiện quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất giai đoạn 20012005 của huyện Xuân Lộc ...................................................................................................... 47 Bảng 4.1: Ma trận về sự thay đổi các kiểu sử dụng đất trong khoảng thời gian từ t0 đến t1..................................................................................................................................... 56 Bảng 4.2: Phân loại tầm quan trọng tương đối của Saaty ............................................. 60 Bảng 5.1 Sự thay đổi diện tích của các loại hình sử dụng đất giai đoạn 1995– 2000 ... 70 Bảng 5.2: Chu chuyển các loại đất chính giai đoạn 1995 2000 .................................. 72 Bảng 5.3: Dự báo diễn biến sử dụng đất đến năm 2005 của huyện Xuân Lộc ............. 72 Bảng 5.4: Ma trận chuyển đổi các loại đất giai đoạn 2000 – 2005 ............................... 73 Bảng 5.5: Dự báo diễn biến sử dụng đất đến năm 2010 của huyện Xuân Lộc ............. 74 Bảng 5.6: Cấu trúc dữ liệu của lớp hiện trạng sử dụng đất huyện Xuân Lộc ............... 76 Bảng 5.7: Các tính chất đất đai để xây dựng bản đồ đơn vị đất đai .............................. 77 Bảng 5.8: Cấu trúc dữ liệu của các lớp thông tin chuyên đề, huyện Xuân Lộc ............ 78 Bảng 5.9: Mô tả tính chất các đơn vị đất đai, huyện Xuân Lộc .................................... 85 Bảng 5.10: Cấu trúc dữ liệu của lớp thông tin bản đồ đơn vị đất đai ............................ 87 Bảng 5.11: Bảng cho điểm theo loại đất........................................................................ 88 Bảng 5.12: Bảng cho điểm theo độ dày tầng đất ........................................................... 89 Bảng 5.13: Bảng cho điểm theo tình trạng tưới ............................................................ 89 Bảng 5.14: Bảng cho điểm theo độ dốc của địa hình .................................................... 90 Bảng 5.15: Phân cấp đánh giá các chỉ tiêu về kinh tế ................................................... 92 Bảng 5.16: Đặc trưng các loại hình sử dụng đất được lựa chọn ................................... 94 Bảng 5.17: Các tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá sử dụng đất bền vững ở Xuân Lộc.... 95 xiv Bảng 5.18: Giá trị các tiêu chuẩn phân cấp thích nghi kinh tế và xã hội ...................... 97 Bảng 5.19: Ma trận so sánh và trọng số các tiêu chuẩn cấp 1 (objectives) .................. 98 Bảng 5.20: Ma trận so sánh và trọng số các tiêu chuẩn cấp 2 (subobjectives) thuộc tiêu chuẩn kinh tế (objectives) ....................................................................................... 98 Bảng 5.21: Ma trận so sánh và trọng số các tiêu chuẩn cấp 2 (subobjectives) thuộc tiêu chuẩn xã hội (objectives) ........................................................................................ 98 Bảng 5.22: Ma trận so sánh và trọng số các tiêu chuẩn cấp 2 (subobjectives) thuộc tiêu chuẩn điều kiện tự nhiên (objectives) đối với cây hàng năm ................................. 98 Bảng 5.23: Ma trận so sánh và trọng số các tiêu chuẩn cấp 2 (subobjectives) thuộc tiêu chuẩn điều kiện tự nhiên (objectives) đối với cây lâu năm .................................... 99 Bảng 5.24: Tổng hợp trọng số toàn cục của các tiêu chuẩn đối với cây hàng năm ...... 99 Bảng 5.25: Tổng hợp trọng số toàn cục của các tiêu chuẩn đối với cây lâu năm ......... 99 Bảng 5.26: Cấu trúc phân hạng thích nghi đất đai theo FAO ..................................... 100 Bảng 5.27: So sánh kết quả thích nghi tự nhiên của phương pháp AHP và FAO ...... 100 Bảng 5.28: Tổng hợp giá trị các chỉ số thích hợp cho loại hình sử dụng đất cây cao su ..................................................................................................................................... 102 Bảng 5.29: Diện tích thích nghi đất đai của các loại hình sử dụng đất ....................... 104 Bảng 5.30: Đề xuất sử dụng đất nông nghiệp huyện Xuân Lộc .................................. 105 Bảng 5.31: Đề xuất diện tích sử dụng đất của huyện Xuân Lộc ................................. 107 xv DANH SÁCH CÁC HÌNH TRONG BÁO CÁO Hình 2.1: Các thành phần của GIS .......................................................................... 3 Hình 2.2: Biểu diễn thế giới thực sử dụng mô hình vector và raster ....................... 4 Hình 2.3: Mô hình chuyển đổi Affine...................................................................... 6 Hình 2.4: Ghép biên các mảnh bản đồ..................................................................... 6 Hình 2.5: Sliver có thể tạo ra do số hoá hoặc chồng 2 lớp bản đồ .......................... 6 Hình 2.6: Biểu đồ Venn ........................................................................................... 7 Hình 2.7: Giảm số lớp sử dụng chức năng tổng quát hoá ........................................ 8 Hình 2.8: Chồng xếp dữ liệu vector ......................................................................... 10 Hình 2.9: Thể hiện bề mặt địa hình với mô hình TIN ............................................ 11 Hình 2.10: Tính khoảng cách sử dụng hàm lan truyền ............................................ 13 Hình 2.11: Sử dụng hàm hướng dòng để tối ưu hoá tuyến di chuyển .................... 13 Hình 2.12: Vai trò của đánh giá đất đai trong công tác quy hoạch sử dụng đất ...... 15 Hình 2.13: Các bước của quá trình đánh giá đất đai ................................................ 19 Hình 3.1: Bản đồ vị trí địa lý huyện Xuân Lộc ....................................................... 35 Hình 3.2: Bản đồ hành chính huyện Xuân Lộc ....................................................... 36 Hình 4.1: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu ............................................................... 52 Hình 4.2: Sơ đồ chu chuyển các loại đất ................................................................. 53 Hình 4.3: Mô hình chồng xếp (Overlay) xây dựng bản đồ đơn vị đất đai ............... 64 Hình 4.4: Thuật toán xoá ranh vùng cận kề có cùng thuộc tính (Dissolve) ............ 66 Hình 4.5: Sơ đồ ứng dụng AHP và GIS trong đánh giá đất đai tại H.Xuân Lộc ..... 69 Hình 5.1: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2000 ................................................ 79 Hình 5.2: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005 ................................................ 80 Hình 5.3: Bản đồ thổ nhưỡng huyện Xuân Lộc ....................................................... 81 Hình 5.4: Bản đồ độ dốc huyện Xuân Lộc .............................................................. 82 Hình 5.5: Bản đồ tầng dày huyện Xuân Lộc ........................................................... 83 Hình 5.6: Bản đồ khả năng tưới huyện Xuân Lộc ................................................... 84 Hình 5.8: Bản đồ đơn vị đất đai ............................................................................... 87 Hình 5.7: Bản đồ thích nghi cây cao su của huyện Xuân Lộc – tỉnh Đồng Nai ...... 103 Hình 5.8: Bản đồ đề xuất sử dụng đất nông nghiệp ................................................. 108 1 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Đất đai là tài nguyên cơ bản của mỗi quốc gia, là tư liệu sản xuất đặc biệt và là nền tảng quan trọng cho các hoạt động kinh tế – xã hội của con người, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hoá, xã hội, an ninh quốc phòng. Quy hoạch sử dụng đất là quá trình nhận diện các loại đất khác nhau phù hợp cho các mục đích phát triển kinh tế xã hội theo hướng bền vững, trong đó đánh giá đất đai nhằm mục tiêu cung cấp thông tin về sự thuận lợi và khó khăn trong việc sử dụng các vùng đất, làm căn cứ để ra quyết định chiến lược về quản lý và sử dụng đất đai. Quy hoạch sử dụng đất sẽ được thực hiện hiệu quả dựa trên nền tảng của đánh giá về chất lượng đất đai. Trong những năm qua, hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Công nghệ GIS với khả năng tổ hợp dữ liệu, chồng xếp bản đồ, phân tích một lượng lớn dữ liệu, dễ dàng cập nhật dữ liệu và kết nối với hệ thống cơ sở dữ liệu khác, truy nhập và hỏi đáp, hỗ trợ ra quyết định …(các vấn đề này vượt quá khả năng của phương pháp truyền thống). GIS có khả năng tham gia xử lý dữ liệu đầu vào và phân tích, biểu diễn, quản lý dữ liệu đầu ra. Do đó, việc ứng dụng GIS phục vụ quy hoạch sử dụng đất, là công cụ hữu ích cho những người làm công tác đánh giá thích nghi đất đai và lập quy hoạch sử dụng đất. Xuân Lộc là một huyện miền núi của tỉnh Đồng Nai, là cửa ngõ, đầu mối giao thông của tỉnh Đồng Nai với các tỉnh Nam Trung Bộ, nền kinh tế vẫn chủ yếu là sản xuất nông nghiệp. Nhằm xác định vùng sản xuất nông nghiệp phù hợp với từng loại cây trồng của huyện một cách hệ thống mang tính khoa học, hiệu quả trong lưu trữ và cập nhật làm cơ sở cho việc phân bổ sử dụng đất của các ngành chúng tôi tiến hành 2 thực hiện đề tài: “Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) phục vụ quy hoạch sử dụng đất tại huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai”. 1.2. Mục tiêu đề tài Mục tiêu chung của luận văn ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ thích nghi đất đai nhằm hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất, đề xuất diện tích các loại đất phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và định hướng phát triển kinh tế xã hội của địa phương. Chi tiết các mục tiêu cụ thể như sau: (1) Đánh giá mức độ phù hợp của ứng dụng chuỗi Markov trong biến động đất đai và dự báo sử dụng đất của huyện Xuân Lộc; (2) Đánh giá khả năng thích nghi đất đai đối với đất sản xuất nông nghiệp; (3) Đề xuất sử dụng đất trên địa bàn huyện theo khả năng thích nghi đất đai. 1.3. Kết quả mong đợi Sau khi thực hiện đề tài, sẽ xác định được các vùng thích nghi cho đất sản xuất nông nghiệp, là công cụ giúp chính quyền địa phương hoạch định chiến lược về sử dụng đất trong tương lai. 1.4. Giới hạn của đề tài Do thời gian hạn hẹp và kinh phí nên đề tài chỉ tập trung vào đánh giá đất đai và đề xuất sử dụng đất cho vùng sản xuất nông nghiệp, chưa đưa ra được chỉ tiêu đánh giá tiềm năng đất phi nông nghiệp và phương án quy hoạch với từng kịch bản khác nhau trong sử dụng đất. 3 Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu các lý thuyết có liên quan là công việc cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài. Trong chương này, chúng tôi tập trung vào nghiên cứu các vấn đề chính sau: Tìm hiểu và nghiên cứu về Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Phương pháp đánh giá đất đai của FAO Nghiên cứu lý thuyết về phân tích đa tiêu chuẩn. Quy hoạch sử dụng đất và các ứng dụng GIS phục vụ quy hoạch sử dụng đất. 2.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 2.1.1. Khái niệm GIS là hệ thống các công cụ nền máy tính dùng để thu thập, lưu trữ, truy cập và biến đổi, phân tích và thể hiện dữ liệu liên quan đến vị trí trên bề mặt trái đất và tích hợp các thông tin này vào quá trình lập quyết định (Trần Trọng Đức, 2002). Hình 2.1: Các thành phần của GIS (Trần Trọng Đức, 2002) Khi đã có một hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, bắt đầu câu hỏi đơn giản như: “ai là chủ của mảnh đất này?”, “Hai vị trí cách nhau bao xa?”, “Vùng đất cho hoạt động công nghiệp ở đâu?” và các câu hỏi phân tích như: “Tất cả các vị trí thích 4 hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu?”, “Kiểu đất ưu thế cho rừng thông là gì?”, “Nếu xây dựng một đường quốc lộ mới ở đây, giao thông chịu ảnh hưởng như thế nào?”; việc trả lời các câu hỏi “Như thế nào?”, “Tại sao?” chính là quá trình phân tích của hệ thống thông tin địa lý (Nguyễn Kim Lợi, 2007). 2.1.2. Mô hình dữ liệu GIS Mô hình dữ liệu thể hiện tập hợp các quy tắc hoặc hướng dẫn giúp chuyển đổi thế giới thực thành các đối tượng số với các đặc tính không gian và thuộc tính. Dữ liệu thuộc tính được thể hiện bởi mô hình dữ liệu dạng bảng, trong khi dữ liệu hình học được thể hiện bởi mô hình hình học. Mô hình dữ liệu hình học được phân ra làm 2 loại: vector và raster (1). Mô hình vector (Vector Model): biểu diễn các đối tượng địa lý trên mặt đất bằng những điểm, đường, vùng trong mặt phẳng toạ độ Descartes. Mỗi điểm được xác định bởi cặp toạ độ (x,y), mỗi đường được tuyến tính hoá từng đoạn, biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (xi,yi), một vùng được xác định bởi một đường khép kín và được biểu diễn bằng một chuỗi cặp toạ độ (xi, yi) có toạ độ điểm đầu và toạ độ điểm cuối trùng nhau (Trần Vĩnh Phước, 2003). (2). Mô hình Raster (Raster Model): hệ thống nền raster thể hiện, định vị trí và lưu trữ dữ liệu địa lý bằng cách sử dụng ma trận, mỗi vị trí được xác định bởi hàng và cột có thuộc tính chính bằng giá trị của ô đó. Mô hình dữ liệu này phù hợp trong biểu diễn dữ liệu biến đổi liên tục: độ cao, nhiệt độ,… Thế giới thực có thể được biểu diễn ở cả 2 dạng vector và raster, sự lựa chọn mô hình vector hay raster làm cơ sở tùy thuộc vào bản chất dữ liệu và người sử dụng. Trong đề tài nghiên cứu chúng tôi xây dựng dữ liệu GIS ở dạng vector, mô hình dữ liệu này kế thừa được nhiều nguồn thông tin trước đây được xây dựng trên nền vector. Hình 2.2: Biểu diễn thế giới thực sử dụng mô hình vector và raster 5 2.1.3. Phân tích dữ liệu GIS Chức năng quan trọng của GIS là phân tích dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính để trợ giúp cho quá trình ra quyết định. Phân tích dữ liệu được thực hiện để trả lời các câu hỏi về thế giới thực. Do tính chất phức tạp của các câu hỏi đặt ra, các phép phân tích không gian có thể biến đổi từ các hoạt động luận lý hoặc số học đơn giản đến các phân tích mô hình phức tạp. Khả năng phân tích không gian của GIS là cơ sở để phân biệt GIS với các hệ thống quản trị CSDL thông thường (Trần Trọng Đức, 2002). Phân tích dữ liệu bao gồm 3 nhóm chức năng chính: Phân tích dữ liệu không gian; Phân tích dữ liệu thuộc tính; Phân tích kết hợp giữa không gian và thuộc tính. 2.1.3.1 Phân tích dữ liệu không gian (Spatial Data Analysis) Chuyển đổi định dạng dữ liệu: Có nhiều phần mềm GIS khác nhau và thường mỗi phần mềm lưu trữ dữ liệu theo một định dạng dữ liệu riêng. Do đó, muốn sử dụng dữ liệu tạo từ các phần mềm GIS khác nhau đòi hỏi phải tiến hành chuyển đổi định dạng dữ liệu sang cấu trúc dữ liệu thích hợp với phần mềm GIS đang sử dụng. Hiện nay, trên địa bàn nghiên cứu (huyện Xuân Lộc) bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ thổ nhưỡng, giao thông, thuỷ lợi được xây dựng trên phần mềm Mapinfo. Trong đề tài này, dữ liệu được xây dựng trên ArcView, do vậy cần phải chuyển các file bản đồ từ các dạng khác về định dạng của ArcView. Chuyển đổi hình học: Do dữ liệu bản đồ vùng nghiên cứu được thu thập từ nhiều nguồn: bản đồ hiện trạng sử dụng đất (Sở Tài nguyên và Môi trường), bản đồ đất (SubNIAPP), …nên các lớp dữ liệu này không khớp nhau, do khác nhau về phép chiếu hoặc do sai số trong quá trình số hóa,…. Do vậy, các phương pháp chuyển đổi hình học được dùng để hiệu chỉnh các lớp dữ liệu về đặt trùng khớp lên một lớp dữ liệu nền (base map). Có 2 phương pháp chuyển đổi hình học được sử dụng: + Phương pháp dùng vị trí tương đối: chuyển các lớp dữ liệu đặt khớp lên lớp dữ liệu nền (base map) dựa theo địa hình, địa vật (ngã tư đường, sông suối,…). + Phương pháp dùng vị trí tuyệt đối: dùng chuyển đổi theo hệ thống toạ độ địa lý chung. Chuyển đổi toạ độ là chuyển đổi một hệ thống toạ độ (x,y) sang hệ thống toạ độ khác (u,v), việc này xảy ra khi: (i). Chuyển đổi các phép chiếu bản đồ; (ii) Điều 6 chỉnh các sai số trong quá trình số hóa; (iii). Nắn ảnh. Ví dụ: bản đồ đất, tưới, độ dốc thu thập được từ hệ quy chiếu HN72 nhưng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005 là hệ quy chiếu VN2000, do đó để trùng khớp hệ toạ độ của bản đồ đất, tưới, độ dốc được chuyển về hệ quy chiếu VN2000 (hiện Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xây dựng phần mềm MapTranformation để chuyển từ hệ toạ độ HN72 sang VN2000). Chuyển đổi toạ độ được thực hiện bằng một mô hình chuyển đổi thích hợp (hoặc các phương trình toán học) với tập hợp các điểm tham khảo (gọi là các điểm khống chế) được chọn cho việc xác định các thông số chuyển đổi. Hiện nay, có nhiều phần mềm chuyển đổi sử dụng theo mô hình Affine (hình 2.3). Phương trình chuyển đổi Affine: u = axy + bx + cy + x0 v = dxy + ey + fx + y0 Hình 2.3: Mô hình chuyển đổi Affine Ghép biên và soạn thảo đồ họa: + Ghép biên được sử dụng để điều chỉnh vị trí của các đối tượng kéo dài ngang: qua ranh giới của các mảnh bản đồ. Sai số có thể do sai số của bản đồ gốc, khác biệt về ngày tháng lập bản đồ, co giãn của bản đồ giấy, sai số trong quá trình số hóa,…(hình 2.4). + Soạn thảo đồ họa: chức năng soạn thảo trong GIS nhằm giúp thực hiện các chức năng thêm, xóa hoặc thay đổi vị trí của đối tượng (hình 2.5). Trong trường hợp số hoá các đối tượng trên bản đồ có Y0 X 0 Y V X U Trước khi ghép biên Sau khi ghép biên Hình 2.4: Ghép biên các mảnh bản đồ Hình 2.5: Sliver có thể tạo ra do số hoá hoặc chồng 2 lớp bản đồ 7 thể xảy ra trường hợp các đường được số hóa ngắn vài milimet (undershoot) và không tiếp xúc với đối tượng. Trong trường hợp này, các phần mềm cung cấp công cụ bắt điểm hoặc bắt đường để hiệu chỉnh sai số này. Ngoài ra các phần mềm còn cho phép xóa các vòng nhỏ kéo dài (sliver) sinh ra do chồng các đối tượng trên 2 bản đồ với nhau hoặc số hóa cùng một đường biên của đối tượng 2 lần. 2.1.3.2. Phân tích dữ liệu thuộc tính Phân tích dữ liệu thuộc tính bao gồm các chức năng soạn thảo, kiểm tra và phân tích dữ liệu. Nhiều phân tích trong GIS được thực hiện chỉ sử dụng dữ liệu thuộc tính (tìm vùng sản xuất lúa có năng suất > 5,0 tấnha). Soạn thảo thuộc tính: Chức năng cho phép dữ liệu thuộc tính được lấy ra, kiểm tra và thay đổi. Hai bảng dữ liệu thuộc tính có thể được liên kết với nhau thông qua trường khoá (key field). Dữ liệu thuộc tính từng mẫu tin có thể được thay đổi hoặc xác lập thông qua một số phép toán số học hoặc thống kê. Ví dụ: Chuyển đổi giá trị từ sản lượng sang giá trị sản xuất đòi hỏi thực hiện toán nhân Truy vấn thuộc tính: Cho phép truy tìm mẫu tin trong cơ sở dữ liệu thuộc tính thoả mãn điều kiện truy tìm đưa ra bởi người sử dụng. Trong truy vấn thường sử dụng các toán tử: =, , ≥, ≤, hoặc các toán tử luận lý: NOT, AND, OR, XOR. Bảng 2.1: Các phép toán luận lý Hình 2.6: Biểu đồ Venn ID Sản lượng (tấn) 1 5 2 6 3 8 4 3 ID Giá trị sản xuất (1.000 đồng) 1 50.000 2 60.000 3 80.000 4 30.000 10.000 8 Ví dụ: Tìm các vùng đất trồng cà phê có năng suất lớn hơn 2 tấnha, kết quả như sau: V_dat D_tich Nangsuat V_dat D_tich Nangsuat S_luong 1 2,2 2,5 1 2,2 2,5 5,5 2 1 1,5 Query 3 0,5 3 3 0,5 3 1,5 4 0,6 2,2 4 0,6 2,2 1,32 5 3 1,8 2.1.3.3. Phân tích kết hợp dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian: Sức mạnh của GIS là khả năng phân tích đồng thời dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính, bao gồm 4 nhóm chức năng chính: (i). Rút số liệu, phân loại và đo lường, (ii). Chồng lớp, (iii). Chức năng lân cận, (iv). Chức năng kết nối. Rút số liệu, phân loại và đo lường + Rút số liệu: hoạt động rút số liệu đối với dữ liệu không gian và thuộc tính bao gồm tìm kiếm chọn lọc, sắp xếp và hiển thị dữ liệu được chọn nhưng không cần thiết điều chỉnh vị trí của đối tượng hoặc tạo ra một đối tượng mới. + Phân loại và tổng quát hoá: Chức năng phân loại được cung cấp trong tất cả các hệ GIS. Đối với lớp dữ liệu đơn, chức năng phân loại liên quan đến gán tên cho từng polygon (ví dụ: đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất chuyên dùng, đất ở,…). Phân loại cũng được tiến hành trên nhiều lớp dữ liệu, thường kết hợp với chức năng chồng lớp (ví dụ: tìm vùng thích nghi S1 cho trồng cây cao su ở huyện Xuân Lộc). Ngoài ra, phân loại còn có thể trợ giúp cho việc nhận dạng một kiểu mẫu mới mà thông thường không thể nhìn thấy được nếu ta thể hiện từng đối tượng riêng lẻ. Tổng quát hóa (một dạng của phân loại) là quá trình làm kết quả phân loại kém chi tiết hơn hoặc làm giảm số lớp bằng cách phối hợp các lớp ban đầu. Tổng quá hóa thường dùng để làm nổi rõ các hiện tượng. Hình 2.7: Giảm số lớp sử dụng chức năng tổng quát hoá 9 Chức năng đo lường: Mọi hệ GIS đều có chức năng đo lường như: đo khoảng cách, chiều dài, chu vi, diện tích, xác định tâm trọng lực. Chồng lớp: Các chức năng chồng lớp số học và logic là một bộ phận trong các phần mềm GIS. Chồng lớp số học: bao gồm những phép tính như cộng, trừ, nhân, chia từng giá trị trong lớp dữ liệu với một giá trị tại vị trí tương ứng trong lớp dữ liệu thứ hai. Chồng lớp logic: liên quan đến việc tìm ra những vùng thoả mãn hoặc không thoả mãn điều kiện đặt ra (ví dụ: tìm vùng đất thích hợp cho trồng cao su ở Đắc Lắc). Chồng lớp với dữ liệu raster được tiến hành khá dễ dàng so với chồng lớp dữ liệu vector, bởi vì nó không đòi hỏi tiến hành các hoạt động topology mà chỉ tiến hành trên cơ sở pixel với pixel. Có hai phương pháp chồng lớp raster: (i). Phương pháp trung bình trọng số, (ii). Phương pháp phân hạng. (i). Phương pháp trung bình trọng số: hai lớp dữ liệu với các giá trị là P1 và P2 cùng các trọng số lớp tương ứng w1 và w2, khi chồng lớp với nhau thì lớp dữ liệu xuất sẽ có giá trị: P1w1 + P2w2 với w1+w2=1. (ii). Phương pháp phân hạng: dữ liệu thuộc tính của 2 lớp được phân hạng trước khi thực hiện việc chồng lớp, việc chồng lớp được thực hiện theo 3 nguyên tắc sau: + Hạng cực tiểu: hạng thấp hơn sẽ được chọn trong pixel xuất trong lớp kết quả + Hạng nhân: hai hạng được nhân với nhau, kết quả được gán chi pixel xuất. + Hạng chọn: chuyên gia quyết định hạng tổng hợp cho pixel xuất. Chồng lớp với dữ liệu vector (hình 2.8): có 3 hình thức chồng lớp là: Điểm trong vùng, đường trên vùng và vùng trên vùng. Trong đề tài chúng tôi lựa chọn cả 2 phương pháp chồng xếp vector và raster để thực hiện. 10 Dữ liệu không gian Dữ liệu thuộc tính Chức năng lân cận Chức năng lân cận đánh giá những đặc tính của vùng xung quanh vị trí được chọn nào đó (ví dụ: đếm số lượng nhà cần giải toả nằm trong bán kính 100 m với tâm là đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Dầu Giây). Tìm kiếm: là chức năng phổ biến áp dụng kết hợp với vùng lân cận. Tìm kiếm có thể đơn giản chỉ là xác định các đối tượng nằm trong vùng lân cận xác định. Hoặc có thể đưa vào các biểu thức phục vụ cho việc tìm kiếm. Ví dụ: Tìm những thửa đất trồng cao su có diện tích > 1 ha ở thị trấn Gia Ray. Chức năng liên quan địa hình: địa hình của mặt đất có thể được biểu diễn trong GIS bởi dữ liệu độ cao số. Bất kỳ biểu diễn của một sự biến đổi liên tục trong không gian dưới dạng số được biết đến như mô hình độ cao số (DEM: Digital Elevation Model) (Borrough, 1986). Hiện nay, người ta thường dùng mô hình TIN (Triangulated Irregular Network) để biểu diễn bề mặt các đối tượng không gian trong mô hình DEM, các điểm độ cao được kết nối với nhau thành lưới tam giác, mỗi tam giác có độ nghiêng nhất định được tính gần đúng với độ nghiêng thật của địa hình. Hai thông số thường dùng nhất để thể hiện bề mặt đất là độ dốc và hướng của địa hình. Hình 2.8: Chồng xếp dữ liệu vector 11 Hình 2.9: Thể hiện bề mặt địa hình với mô hình TIN Nguồn: YoungHoon Kim và Graham Clarke, School of Geography University of Leeds, EngLand, United Kingdom, 2000 (trích dẫn bởi Trần Thị Thu Dung, 2004). Vùng Thiessen: được định nghĩa vùng ảnh hưởng riêng biệt chung quanh mỗi điểm trong tập hợp các điểm. Được xây dựng xung quanh tập các điểm sao cho ranh giới vùng cách đều điểm lân cận. Phương pháp này được dùng để phân tích các yếu tố khí hậu như lượng mưa, nhiệt độ, trên cơ sở dữ liệu ở các trạm khí tượng thể hiện ở bảng dữ liệu điểm, vùng Thiessen được tạo ra xung quanh mỗi điểm và giá trị mưa, nhiệt độ được chỉ định cho mỗi vùng. Phép nội suy: phép nội suy là quá trình dự báo các giá trị chưa biết từ các điểm đã biết từ các điểm lân cận. Để nội suy có thể dùng các phương pháp nội suy khác nhau như hồi đa thức, chuỗi Fourier, hàm spline, trung bình di chuyển, kriging. Trong trường hợp một hàm đường cong hoặc hàm bề mặt đơn được xác định, phương pháp nội suy được gọi là nội suy toàn cầu và trong trường hợp các hàm khác nhau được xác định cục bộ cho từng vùng, phương pháp nội suy được gọi là nội suy cục bộ. Trong trường hợp đường cong hoặc bề mặt được xác định chính xác cho tất cả các điểm, phương pháp nội suy được gọi là nội suy chính xác, trong trường hợp đường cong hoặc bề mặt không đi qua tất cả các điểm quan sát do tồn tại sai số được gọi là nội suy gần đúng. 12 Nhiều mô hình toán học khác nhau được dùng trong nội suy, một trong những phương pháp thông dụng trong nội suy cao độ điểm chưa biết là tính toán giá trị trung bình từ các điểm lân cận có độ cao đã biết hoặc dùng phương pháp trung bình trọng số với trọng số tỷ lệ nghịch với khoảng cách. Chất lượng của kết quả nội suy phụ thuộc vào độ chính xác, số lượng và phân bố các điểm đã biết được dùng để tính toán và phương pháp nội suy. Chức năng kết nối Chức năng kết nối đề cập đến sự nối tiếp không gian giữa các đối tượng. Chức năng này thường sử dụng các hàm dùng đánh giá sự tích lũy giá trị trên khu vực đã di chuyển ngang qua. Mọi chức năng kết nối bao gồm: + Định rõ cách mà đối tượng không gian liên kết (bản đồ đường giao thông chỉ ra các đường được liên kết như thế nào). + Tập hợp các quy tắc quy định sự chuyển dịch dọc theo các liên kế này. + Đơn vị đo lường (khoảng cách giữa các đường hoặc thời gian di chuyển). Chức năng kết nối được nhóm vào các chủng loại sau: tiếp giáp, lân cận, mạng, lan truyền, hướng dòng và liên thông. (i). Đo đạc tiếp giáp: đánh giá tính chất của những đối tượng nối tiếp về mặt không gian. Ví dụ: tìm khu đất để xây dựng nhà máy chế biến mủ cao su bên cạnh vùng nguyên liệu với diện tích khoảng 2 ha. (ii). Đo đạc lân cận: bao gồm các chức năng trợ giúp xác định các đặc tính hình học và chuyên đề trên một khu vực địa lý xung quanh một hoặc nhiều đối tượng cụ thể. Ví dụ: xác định vùng nguyên liệu nhà máy mủ cao su cách nhà máy không quá 50km. Chồng 2 lớp thông tin: vùng đệm bán kính 50 km tâm là nhà máy chế biến mủ và lớp thích nghi đất đai cho cây cao su để xác định diện tích vùng nguyên liệu cao su. Chức năng mạng: tập hợp các đối tượng dạng tuyến nối tiếp nhau, mô phỏng quá trình chuyển động của nguồn từ vị trí này sang vị trí khác. Chức năng lan truyền: đánh giá hiện tượng bằng việc chuyển động từng bước ra xa theo tất cả các hướng bắt đầu từ một hoặc nhiều điểm. Nó có thể được sử dụng để đánh giá thời gian hoặc phí di chuyển trên một bề mặt phức tạp, xác định lưu 13 vực (bằng cách lan ra từ một điểm đến các điểm lân cận có độ cao tương tự hoặc cao hơn). Chức năng lan truyền bao gồm cả đặc tính của chức năng mạng và chức năng lân cận (hình 2.10). Chức năng hướng dòng: thực hiện việc tìm kiếm xuất phát từ một điểm đã chọn và di chuyển từng bước theo một quy tắc quyết định. Kết quả tìm kiếm là vết của một hay nhiều đường xuất phát từ điểm khởi đầu và kết thúc khi chức năng kết thúc (Aronoff, 1991). Ví dụ: ứng dụng trong DEM để xác định đường nước chảy. Quy tắc được xác định là di chuyển từ một vị trí đến vị trí lân cận có độ cao thấp nhất. Hoạt động lặp cho đến khi đến vị trí mà tất cả các điểm xung quanh có độ cao lớn hơn (hình 2.11). Chức năng liên thông: phục vụ cho xác định điểm có thể nhìn thấy, phục vụ cho quy hoạch mạng lưới truyền thông, cảnh quan, … 2.2. Các nghiên cứu về đánh giá thích nghi đất đai Đánh giá khả năng thích nghi đất đai là một trong những cơ sở để xây dựng nên phương án quy hoạch sử dụng đất, đặc biệt là quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp. Từ thích nghi đất đai với từng loại hình sử dụng đất các nhà hoạch định chính sách, các nhà quản lý sẽ quyết định lựa chọn phương án sử dụng đất. Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) cùng với hướng dẫn “khung” của FAO để tiến hành đánh giá đất đai tại huyện Xuân Lộc. 2.8 2.4 2.0 2.4 2.8 2.4 1.4 1.0 1.4 2.4 2.0 1.0 target cell 1 unit 2.0 2.4 1.4 unit 1.0 1.4 2.4 2.8 2.4 2.0 2.4 2.8 4.8 4 4.8 4.2 4.8 5.8 2.8 2 2.8 3.4 4.4 5.4 2 A0 2 3 4 5.0 2.8 2 2.8 3.4 4.4 5.4 4.8 4 4.8 4.2 4.8 5.8 Hình 2.10: Tính khoảng cách sử dụng hàm lan truyền Hình 2.11: Sử dụng hàm hướng dòng để tối ưu hoá tuyến di chuyển 14 2.2.1. Tình hình nghiên cứu đánh giá đất đai trên thế giới và sự ra đời phương pháp đánh giá đất của FAO Từ những thập niên 50 của thế kỷ 20, việc đánh giá khả năng sử dụng đất được xem như là bước nghiên cứu kế tiếp của công tác nghiên cứu chất lượng đất đai. Xuất phát từ những nghiên cứu riêng lẻ của từng quốc gia, đã được nhiều nhà khoa học hàng đầu thế giới và các tổ chức quốc tế quan tâm, do đó trở thành một trong những chuyên ngành nghiên cứu quan trọng, đặc biệt gần gũi với các nhà quy hoạch, người hoạch định chính sách đất đai và người sử dụng. Trước tình hình các quốc gia phát triển hệ thống đánh giá đất đai cho riêng mình, năm 1976, phương pháp đánh giá đất của FAO (A framework for land evaluation, FAO) ra đời, nhằm thống nhất các tiêu chuẩn đánh giá đất đai trên toàn thế giới. Bên cạnh đánh giá tiềm năng đất đai còn đề cập đến vấn đề kinh tế xã hội của từng loại hình sử dụng đất. Ngay từ khi mới được công bố, hướng dẫn của FAO đã được hầu hết các nhà khoa học đều công nhận tầm quan trọng của nó đối với sự phát triển của chuyên ngành đánh giá đất đai (Van Diepen et al, 1991). Tuỳ theo điều kiện sinh thái, đất đai, sản xuất ở các nước để vận dụng phương pháp đánh giá đất cho phù hợp và hiện nay, công tác đánh giá đất đai được thực hiện ở nhiều quốc gia và trở thành một công cụ quan trọng trong công tác lập quy hoạch sử dụng đất vùng lãnh thổ (hình 2.12). 15 Hình 2.12: Vai trò của đánh giá đất đai trong công tác quy hoạch sử dụng đất 2.2.2. Tình hình nghiên cứu đánh giá thích nghi đất đai ở Việt Nam Ở Việt Nam công tác đánh giá, phân hạng đất đã được nhiều cơ quan khoa học nghiên cứu và thực hiện như: Viện Thổ nhưỡng – Nông hoá, Viện QH và TKNN, các trường Đại học Nông nghiệp. Đặc biệt Viện QH và TKNN trong nhiều năm qua đã thực hiện nhiều công trình, đề tài nghiên cứu về đánh giá, phân hạng đất đai. Được triển khai rộng rãi trên toàn quốc, từ phân hạng đất tổng quan trên toàn quốc (Tôn Thất Chiểu, Hoàng Ngọc Toàn, 19801985) đến các tỉnh, thành và các địa phương, với nhiều đối tượng cây trồng, nhiều vùng chuyên canh và các dự án đầu tư. Đánh giá đất đai đã trở thành quy định bắt buộc trong công tác quy hoạch sử dụng đất. + Từ đầu những năm 1970, Bùi Quang Toản cùng nhiều nhà khoa học của Viện Nông hoá Thổ nhưỡng (Vũ Cao Thái, Nguyễn Văn Thân, Đinh Văn Tỉnh...) đã tiến hành công tác đánh giá phân hạng đất đai ở 23 huyện, 286 hợp tác xã và 9 vùng chuyên canh. Kết quả bước đầu đã phục vụ cho công tác tổ chức lại sản xuất và làm cơ sở để đề ra quy trình kỹ thuật phân hạng đất đai cho các hợp tác xã và các vùng chuyên canh. Quy trình này bao gồm 4 bước: (1). Thu thập tài liệu, (2). Vạch khoanh đất, (3). Đánh giá và phân hạng chất lượng đất, (4). Xây dựng bản đồ phân hạng đất. Các yếu tố được sử dụng trong đánh giá, phân hạng đất đai vùng đồng bằng bao gồm: loại 16 đất, độ dày tầng đất, độ chặt, xốp, hạn, úng, mưa, mặn, chua...Các yếu tố đó được chia thành 4 mức độ thích hợp: rất tốt, tốt, trung bình và kém. + Phân loại khả năng thích hợp đất đai (Land suitability classification) của FAO được áp dụng trong nghiên cứu “Đánh giá và quy hoạch sử dụng đất hoang Việt Nam” (Bùi Quang Toản và ctv, 1985). Tuy nhiên, trong nghiên cứu này việc đánh giá chỉ dựa vào điều kiện tự nhiên (thổ nhưỡng, điều kiện thuỷ văn, khả năng tưới tiêu và khí hậu nông nghiệp) và phân cấp dừng lại ở cấp phân vị lớp thích nghi (Suitable class). + Đánh giá phân hạng đất khái quát toàn quốc (Tôn Thất Chiểu và ctv, 1986) được thực hiện ở tỷ lệ bản đồ 1500.000 dựa trên Phân loại khả năng đất đai (land capability classification) của Bộ Nông nghiệp Mỹ, chỉ tiêu sử dụng là thổ nhưỡng và địa hình. Mục tiêu nhằm sử dụng đất đai tổng hợp. Có 7 nhóm đất được chia theo mức độ hạn chế, trong đó 4 nhóm đầu có thể sử dụng cho nông nghiệp, nhóm kế tiếp có khả năng cho lâm nghiệp và nhóm cuối cùng có thể sử dụng cho các mục đích khác. + Từ năm 1992, phương pháp đánh giá đất đai của FAO và các hướng dẫn tiếp theo được Viện QH và TKNN áp dụng rộng rãi trong các dự án quy hoạch phát triển ở các huyện và tỉnh. Bước đầu cho thấy tính khả thi rất cao và đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn xác nhận như một tiến bộ khoa học kỹ thuật, có thể áp dụng rộng rãi trong toàn quốc (Hội nghị đánh giá đất đai cho việc QHSDĐ trên quan điểm sinh thái bền vững, đã được Viện QH và TKNN, Vụ Khoa học và Đào tạo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tổ chức tại Hà Nội (91011995). Đặc biệt là ba tài liệu đã được công bố chính thức về những kết quả nghiên cứu áp dụng phương pháp điều tra và đánh giá đất của FAO trong điều kiện Việt Nam: (1) Đánh giá đất toàn quốc được trình bày trong tài liệu: Đánh giá hiện trạng sử dụng đất theo quan điểm sinh thái và phát triển bền vững (Trần An Phong, 1995). (2) Đánh giá đất đai cho một vùng được trình bày t