Laboratory Exercise No. 4 GIS & LP & GP Model Chuyên đề 4 ỨNG DỤNG GIS & QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH & QUI HỌACH MỤC TIÊU (LP & GP) TRONG QUI HỌACH SỬ DỤNG ĐẤT Mục tiêu: Để thiết lập kế hoạch quản lý một khu vực (lưu vực hoặc tỉnh), mục đích chính của bài tập này là Bằng cách nào ứng dụng thuật toán tuyến tính (LP) và thuật tóan qui họach mục tiêu (GP) & công nghệ thông tin địa lý (GIS) để tối ưu hóa sử dụng đất và quy hoạch sử dụng đất trong tương lai. Mục tiêu chi tiết của bài tập này như sau: 1) Đánh giá sự thay đổi các kiểu sử dụng đất trong một lưu vực trong một khỏang thời gian; 2) Xác định hệ số của các biến ảnh hưởng tới những quyết định bằng thuật toán tuyến tính (LP) nhằm hỗ trợ các nhà quy hoạch và hoạch định chính sách trong việc quản lý và phát triển kinh tế vùng; 3) Ứng dụng kỹ thuật tối ưu hóa và công nghệ thông tin địa lý (GIS) để tối ưu việc sử dụng đất. Tài liệu tham khảo: Huggett.R.J. 1993. Modelling the Human Impact on Natural: System Analysis of Environmental Problems. Oxford Univ. Press. Oxford. Kim Loi. N. 2002. Effect of Land Use/Land Cover Changes and Practices on Sediment Contribution to The Tri An Reservoir of Dong Nai Watershed, Vietnam. M.Sc. Thesis, Graduate School, Kasetsart University, Bangkok, Thailand. Kim Loi. N., and N. Tangtham. 2004. Decision support system for sustainable watershed management in Dong Nai watershed – Vietnam: Conceptual framework a proposed research techniques. Paper presented in Forest and Water in Warm Humid Asia, IUFRO Workshop, July 10-12, 2004 Kota Kinabalu, Malaysia. Kim Loi. N. and N. Tangtham. 2004. Decision support system for sustainable watershed management in Dong Nai watershed – Vietnam: Applying Linear Programming Technique for Land Allocation. Paper presented in International Environmental Modelling and Software Society iEMSs 2004 International Conference . Complexity and Integrated Resources Management Session. 14-17 June 2004 University of Osnabrck, Germany. Kim Loi. N., and N. Tangtham. 2005. Decision support system for sustainable watershed management in Dong Nai watershed – Vietnam. Paper presented in International Seminar on “Synergistic Approach to Appropriate Forestry Technology for Sustaining Rainforest Ecosystem”, March 7 - 9, 2005, Bintulu Kinabalu, Malaysia. Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 126 Laboratory Exercise No. 4 GIS & LP & GP Model Kim Loi. N. 2005. Decision support system (DSS) for sustainable watershed management in Dong Nai Watershed - Vietnam. Ph.D Thesis, Graduate School, Kasetsart University, Bangkok, Thailand. Vật liệu cần chuẩn bị: 1) Bản đồ sử dụng đất 2) Bản đồ địa hình 3) Lượng mưa của khu vực cần nghiên cứu 4) Bản đồ đất 5) Số liệu thống kê về kinh tế xã hội trong lưu vực, máy vi tính, các phần mềm về GIS như Arcview GIS, ArcInfo, Stagraphics Plus 5.0, LINDO 6.0 sẽ được sử dụng trong bài tập này. Các kiến thức căn bản Sự thay đổi các kiểu sử dụng đất nó có ý nghĩa rất lớn ảnh hưởng đến xói mòn đất, đến việc chuyển biến khí hậu, như trong một báo cáo gần đây về sự thay đổi lớp phủ thực vật toàn cầu của hai chương trình nghiên cứu mang tên “Chương trình địa quyển và sinh quyển quốc tế” (International Geosphere- Biosphere Programme, IGBP) và “Chương trình về tác động của con người trong sự biến đổi môi trường toàn cầu” (Human Dimensions of Global Environmental Change Programme, HDP) (1993). Các động lực của sự biến đổi trong các hệ thống sử dụng đất được phân loại thành các nhóm biến số như sau: (1) nhóm biến số ảnh hưởng lên nhu cầu và tác động lên đất đai, nghĩa là dân số và sự gia tăng dân số, (2) nhóm biến số kiểm soát cường độ khai thác tài nguyên đất đai thông qua kỹ thuật và công nghệ, (3) nhóm biến số liên quan đến việc tiếp cận và kiểm soát tài nguyên đất (các chính sách), (4) các biến số chi phối đến động lực của những quyết định cá nhân (thái độ, hành vi) (Huggett., 1993). Sự suy thoái lưu vực hiện đang là một hiện tượng đã và đang diễn ra trên toàn thế giới. Có rất nhiều nguyên nhân làm cho lưu vực suy thoái, nhưng quan trọng nhất là việc sử dụng không hợp lý tài nguyên trong lưu vực, trong số các tài nguyên thì việc sử dụng đất được xem là quan trọng nhất. Hậu quả của việc suy thoái lưu vực là những trận lũ lụt và hạn hán, rất nguy hiểm đối với con người và tài nguyên thiên nhiên. Chẳng hạn như: 2 trận lụt năm 1999 tại vùng duyên hải Nam Bộ đã cướp đi hàng trăm sinh mạng và thiệt hại kinh tế đến hàng trăm tỉ đồng. Ngoài ra hàng triệu tấn đất từ các đồi núi đã bị cuốn trôi về các dòng sông và các lòng hồ. Trước thực trạng trên, tôi xin được đề nghị thực hiện bài tập “ỨNG DỤNG GIS & QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH & QUI HỌACH MỤC TIÊU (LP & GP) TRONG QUI HỌACH SỬ DỤNG ĐẤT”. A. TỔNG QUAN Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 127 Tự nhiên Xã hội …. Các hệ thống máy tính khác Cơ sở dữ liệu (DBM) Mô hình (MBM) Cơ sở kiến thức (KBM) Quản lý kết nối (DM) Hoạch định/lập kế hoạch (PDM) Laboratory Exercise No. 4 GIS & LP & GP Model 1. Quản lý lưu vực Cách tiếp cận cổ điển trong quản lý tài nguyên là chỉ tập trung quản lý từng tài nguyên riêng lẽ, như thủy sản, rừng và đời sống hoang dã, hay quản lý riêng lẽ từng thành phần của môi trường, như nước, không khí hoặc đất đai. Việc quản lý các hệ sinh thái còn bị phân cách hơn nữa tùy vào người sử dụng. Quản lý lưu vực được xem là cách tiếp cận hợp lý hơn để khai thác và bảo vệ tài nguyên. Brooks et.al (1992) định nghĩa “Quản lý lưu vực” như là một tiến trình hướng dẫn, tổ chức sử dụng đất và những tài nguyên khác để cung cấp tốt những yêu cầu và phục vụ mà không ảnh hưởng đến tài nguyên đất và nước. Quản lý lưu vực cũng được định nghĩa như là quá trình tối ưu hóa sử dụng tài nguyên trong lưu vực, chẳng hạn như tối đa sự cung cấp nước, hạn chế tối đa các vấn đề xói mòn và bồi lắng, lũ lụt và hạn hán. 2. Hệ thống thông tin hỗ trợ các quyết quyết định (DSS) Little (1970) định nghĩa DSS là một mô hình dựa trên sự phân tích số liệu nhằm hỗ trợ các nhà quản lý trong việc ra các quyết định. Một hệ thống DSS được xem là thành công thì hệ thống đó phải đơn giản, dễ điều khiển, dễ sử dụng. Bonczek et al. (1980) định nghĩa DSS như là một hệ thống máy tính bao gồm 3 thành phần cơ bản: Hệ thống ngôn ngữ (LS) (nhằm kết nối giữa những người sử dụng và các cấu phần khác trong hệ thống DSS); Hệ thống nhận biết (KS) (nơi chứa những vấn đề của DSS, cơ sở dữ liệu của DSS; và hệ thống tiến trình giải quyết vấn đề (PPS) (liên kết giữa 2 cấu phần trên, nhằm đưa ra những đề nghị cho những người ra quyết định). Chúng ta có rất nhiều định nghĩa về DSS, nhưng chung quy lại theo nghĩa rộng hay hẹp. Theo nghĩa hẹp DSS là một chương trình máy tính sử dụng các phương pháp phân tích, và những mô hình nhằm giúp những nhà hoạch định, quy hoạch phân tích những ảnh hưởng và chọn lựa cách giải quyết thích hợp cho từng vấn đề. (Watkins and Mckinney, 1995). Còn theo nghĩa rộng thì bao gồm cả nghĩa hẹp trên, DSS còn bao gồm những kỹ thuật khác nhằm hỗ trợ cho những nhà quy hoạch ra những quyết định phù hợp, chẳng hạn như: Hệ thống quản lý thống tin, cở sở dữ liệu, công nghệ thông tin địa lý (GIS). (Power, 1997). Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 128 Laboratory Exercise No. 4 GIS & LP & GP Model Hình 1. Các thành phần cơ bản của DSS 3. Tổng quan về vấn đề thay đổi sử dụng đất Theo các số liệu do cơ quan Lương Nông của Liên hợp quốc công bố gần đây (FAO, 1993), nhịp độ mất rừng trong vùng nhiệt đới của toàn thế giới trong thời kỳ 1981-1990 đã lên tới 15,5 triệu ha mỗi năm và tỷ lệ mất rừng và tỷ lệ mất rừng là 0,8%/năm. Tính riêng cho rừng mưa nhiệt đới, con số này là 0,6%/năm. Tuy nhiên khi xét ở cấp độ chi tiết hơn, nhiều tác giả đã đưa ra những ước tính khác biệt nhau (Monastersky, 1993). Sự khác biệt này có liên quan đến những tiêu chí dùng để định nghĩa thế nào là rừng và thế nào là mất rừng. 4. Tối ưu hóa sử dụng đất trong lưu vực bằng LP (Linear Programming) & GIS LP (Linear Programming) là hệ thống của các đẳng và bất đẳng thức thường được sử dụng trong lĩnh vực kinh tế thương mại để giải quyết tối ưu những vấn đề. “Tối ưu hóa” cũng có nghĩa là tìm ra giá trị lớn nhất hoặc giá trị nhỏ nhất. Những bài toán tối ưu hóa có thể được giải quyết bằng sử dụng kỹ thuật gọi là “Linear Programming”. Linear Programming gồm có 2 phần cơ bản là “mục tiêu hướng tới” bằng định lượng là lớn nhất (hay nhỏ nhất” và hệ thống các bất đẳng thức điều kiện, đại diện cho những vấn đề cần giải quyết. Kỹ thuật LP có thể được viết 1 cách tổng quát như sau: ∑ = = n j cjXjMinimizeZ 1 Subject to biijXja n j ≥ ∑ =1 i = 1,2,3,…,n X j >= 0 j = 1,2,3,….,n ∑ = = n j cjXjMaximizeZ 1 Subject to biijXja n j ≤ ∑ =1 i = 1,2,3,…,n X j >= 0 j = 1,2,3,….,n Trong đó: Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 129 Laboratory Exercise No. 4 GIS & LP & GP Model Z = Tổng giá trị hoặc lợi tức từ các hoặc động “ j ”trong lưu vực của mục tiêu xác định X j = Cấp độ hoặc đơn vị của hoạt động sản xuất “ j ” c j = Giá trị hoặc lợi tức đến từ những đơn vị hoạt động sản xuật thứ “ j ” a j = Tổng số đầu vào “ i ” sử dụng hoạt động sản xuất “ j ” b i = Tổng các giới hạn điều kiện đầu vào sản xuất tứ “ i ” Nội dung yêu cầu thực hiện: 1) Đánh giá tình hình sử dụng đất tại một vùng (số liệu sẽ được cung cấp); 2) Xác định hệ số của các biến ảnh hưởng tới những quyết định bằng thuật toán tuyến tính (LP) nhằm hỗ trợ các nhà quy hoạch và hoạch định chính sách; 3) Sử dụng LP & GP & GIS tối ưu hóa qui họach sử dụng đất. 4) Nhưng thuận lợi & khó khăn của phương pháp này. 5) Các kiến nghị và đề xuất Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 130 . No. 4 GIS & LP & GP Model Chuyên đề 4 ỨNG DỤNG GIS & QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH & QUI HỌACH MỤC TIÊU (LP & GP) TRONG QUI HỌACH SỬ DỤNG ĐẤT. hiện bài tập ỨNG DỤNG GIS & QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH & QUI HỌACH MỤC TIÊU (LP & GP) TRONG QUI HỌACH SỬ DỤNG ĐẤT”. A. TỔNG QUAN Designed by Dr.