Tích hợp năm lớp dữ liệu tự nhiên bằng GIS và AHP

Điện Biên có địa hình chủ yếu là đồi núi dốc, chia cắt mạnh, nhiệt độ trung bình năm khoảng 21-23°C và nhiều khu vực nằm ở độ cao phù hợp với cà phê chè. Trong bối cảnh một số cây trồng truyền thống cho hiệu quả kinh tế còn hạn chế, địa phương đang thúc đẩy phát triển các cây có giá trị như cà phê, mắc ca và chè. Bài báo cho biết đến năm 2026, diện tích cà phê của tỉnh đạt 8.378 ha, tăng 77,21% so với cùng kỳ năm trước. Tuy nhiên, mở rộng diện tích chỉ thực sự bền vững khi vùng trồng được xác định trên cơ sở thổ nhưỡng, địa hình, khí hậu và khả năng cung cấp nước.

Nhóm tác giả gồm: Đinh Xuân Hùng, Bùi Tuấn Hải, Nguyễn Ngọc Sáng và Trần Thị Thanh Dung, thuộc Viện Quy hoạch Thủy lợi, đã kết hợp dữ liệu viễn thám, công nghệ GIS và phương pháp Analytic Hierarchy Process (AHP). Đây là phương pháp ra quyết định đa tiêu chí do Thomas L. Saaty đề xuất, cho phép so sánh từng cặp tiêu chí, lượng hóa mức độ ưu tiên và kiểm tra tính nhất quán của quá trình đánh giá. Trong nghiên cứu này, năm nhóm thông tin được tích hợp gồm thổ nhưỡng, cao độ, lượng mưa bình quân năm, độ dốc và mô đun dòng chảy năm.

Dữ liệu cao độ số được lấy từ mô hình SRTM của NASA với độ phân giải 30 m; lớp độ dốc được tính từ mô hình cao độ bằng công cụ Slope trong QGIS. Thông tin thổ nhưỡng được kế thừa từ Atlat Tài nguyên nước Quốc gia. Lượng mưa bình quân giai đoạn 1981–2025 được tính từ dữ liệu vệ tinh CHIRPS. Do dữ liệu mưa ban đầu có độ phân giải 5 km, nhóm nghiên cứu nội suy về độ phân giải 30 m bằng phương pháp nội suy tuyến tính hai chiều trong QGIS để đồng bộ với các lớp dữ liệu không gian khác.

Đối với yếu tố nước, nghiên cứu sử dụng số liệu dòng chảy tại các trạm Mường Lay, Bản Yên và Na Sang-Nậm Mức được Viện Quy hoạch Thủy lợi thu thập qua các dự án. Từ dòng chảy trung bình nhiều năm và diện tích lưu vực, nhóm tác giả tính mô đun dòng chảy năm. Chỉ tiêu này phản ánh gián tiếp mật độ và tiềm năng sinh nước mặt từ lượng mưa cùng điều kiện tự nhiên, qua đó hỗ trợ xem xét liệu vùng canh tác có khả năng đáp ứng yêu cầu nước của cà phê chè hay không. Các tác giả lưu ý đây mới là đánh giá về điều kiện tự nhiên, chưa bao gồm tác động của công trình thủy lợi và nguồn nước tưới thực tế.

Lớp dữ liệu nền được xây dựng từ bản đồ sử dụng đất theo Quy hoạch sử dụng đất tỉnh Điện Biên. Nhóm nghiên cứu chuyển dữ liệu từ định dạng DGN sang shapefile, đồng thời loại bỏ các loại đất không thuộc phạm vi xem xét như rừng phòng hộ, đất ở đô thị, đất quốc phòng, an ninh, mặt nước và giao thông. Phạm vi phân tích được kết hợp với điều kiện độ dốc từ 3° trở lên, phù hợp mục tiêu đánh giá vùng đất dốc có khả năng bố trí sản xuất nông nghiệp.

Các tiêu chí được so sánh theo thang điểm Saaty từ 1 đến 9. Kết quả tính trọng số cho thấy thổ nhưỡng có mức ưu tiên cao nhất, đạt 0,41; tiếp theo là cao độ 0,27; lượng mưa 0,16; độ dốc 0,11; và mô đun dòng chảy 0,05. Ma trận có giá trị riêng lớn nhất 5,36, chỉ số nhất quán CI bằng 0,09, chỉ số ngẫu nhiên RI bằng 1,12 và tỷ số nhất quán CR bằng 0,08. Do CR nhỏ hơn 0,1, quá trình so sánh cặp được đánh giá là có tính nhất quán nội tại và có thể sử dụng để tích hợp các lớp dữ liệu.

Trên cơ sở yêu cầu sinh trưởng của cây và các tài liệu liên quan, mỗi tiêu chí được chia thành ba mức. Nhóm “rất tiềm năng” gồm các khu vực có đất nâu đỏ hoặc nâu vàng, cao độ 1.000-2.000 m, lượng mưa 1.500-2.000 mm/năm, độ dốc 3-8° và mô đun dòng chảy từ 40 đến dưới 60 lít/giây/km². Nhóm “tiềm năng” gồm đất xám feralit hoặc đất xám mùn trên núi, cao độ 600-1.000 m, lượng mưa 1.000–1.500 mm/năm, độ dốc 8-15° và mô đun dòng chảy từ 20 đến dưới 40 lít/giây/km². Các giá trị nằm ngoài những ngưỡng phù hợp được xếp vào nhóm “không tiềm năng”.

Sau khi chuẩn hóa, các lớp dữ liệu được chồng xếp trong GIS theo trọng số AHP. Chỉ số tổng hợp nằm trong khoảng từ 1 đến 3 và được phân nhóm theo phương pháp khoảng chia đều: từ 1,00 đến 1,67 là không tiềm năng; trên 1,67 đến 2,34 là tiềm năng; trên 2,34 đến 3,00 là rất tiềm năng. Cách tiếp cận này biến nhiều nguồn dữ liệu có cấu trúc và đơn vị khác nhau thành một bản đồ tổng hợp, giúp người sử dụng nhận diện sự phân bố không gian thay vì chỉ đọc các bảng số liệu rời rạc.

Hơn 369 nghìn héc-ta có tiềm năng và rất tiềm năng

Kết quả bản đồ cho thấy 27.153ha được xếp ở mức không tiềm năng, tương ứng 2,84% diện tích toàn tỉnh. Diện tích ở mức tiềm năng đạt 276.597ha, chiếm 28,96%, phân bố rộng tại nhiều xã, trong đó có Mường Ảng, Na Sang, Si Pa Phìn và Nà Hỳ. Nhóm rất tiềm năng đạt 92.872ha, chiếm 9,72%, tập trung tại các xã như Mường Ảng, Si Pa Phìn, Sáng Nhè, Sính Phình, Pú Nhung, Pu Nhi và Na Son. Như vậy, tổng diện tích được xác định ở hai mức tiềm năng và rất tiềm năng là 369.469ha.

Mường Ảng nổi lên như một địa bàn đáng chú ý. Theo thống kê của nghiên cứu, xã có khoảng 1.239 ha ở mức rất tiềm năng, tương đương khoảng 14,25% diện tích, và 2.893 ha ở mức tiềm năng, chiếm khoảng 33,5%. Kết quả này phù hợp với vai trò đã được nhận diện của Mường Ảng trong sản xuất cà phê Điện Biên, đồng thời cho thấy dư địa tiếp tục rà soát vùng trồng. Tuy nhiên, bản đồ tiềm năng không đồng nghĩa toàn bộ diện tích được xác định đều có thể chuyển ngay sang trồng cà phê; quyết định cụ thể còn phải xem xét hiện trạng sử dụng đất, quyền sử dụng đất, hạ tầng, nước tưới, thị trường và yêu cầu bảo vệ môi trường.

Dù vậy, nhóm tác giả thận trọng khi diễn giải kết quả. Tỷ số CR bằng 0,08 chỉ chứng minh các so sánh trong ma trận có tính nhất quán, chưa chứng minh rằng trọng số phản ánh hoàn toàn chính xác ảnh hưởng thực tế của từng yếu tố đến năng suất hoặc chất lượng cà phê. Các tiêu chí hiện được xem xét chủ yếu theo dạng độc lập, trong khi thổ nhưỡng, cao độ, mưa, độ dốc và khả năng cung cấp nước có thể tương tác với nhau. Điều kiện phù hợp cũng có thể thay đổi theo thời gian dưới tác động của biến đổi khí hậu, chuyển đổi sử dụng đất và biến động chế độ nước.

Vì thế, nghiên cứu đề xuất các bước tiếp theo gồm kiểm định trọng số bằng điều tra thực địa, năng suất và phân bố vùng cà phê hiện có; thực hiện phân tích độ nhạy khi thay đổi trọng số; và đánh giá sâu hơn quan hệ giữa các tiêu chí. Yếu tố nước cần được mở rộng từ mưa và mô đun dòng chảy tự nhiên sang khả năng cấp nước của hồ chứa, công trình thủy lợi và hệ thống tưới. Các biến số kinh tế - xã hội như khoảng cách đến đường giao thông, cơ sở chế biến, lao động, chi phí đầu tư và khả năng tiếp cận thị trường cũng cần được tích hợp để bản đồ phản ánh đầy đủ hơn tính khả thi của phát triển vùng trồng.

Đối với độc giả quốc tế, công trình cho thấy Việt Nam đang áp dụng các công cụ địa không gian phổ biến trên thế giới vào một bài toán phát triển cụ thể tại vùng núi. Kết quả không chỉ hướng tới tăng diện tích cà phê chè, mà quan trọng hơn là xác định nơi có điều kiện phù hợp, nơi cần đầu tư thêm về nước và hạ tầng, cũng như nơi không nên mở rộng. Cách tiếp cận dựa trên dữ liệu có thể hỗ trợ cân bằng giữa mục tiêu nâng cao sinh kế, phát triển chuỗi giá trị cà phê và yêu cầu quản lý bền vững đất dốc - một nguồn tài nguyên quan trọng nhưng dễ bị xói mòn và suy thoái nếu sử dụng không phù hợp.

Bản đồ tiềm năng vì vậy nên được xem là công cụ hỗ trợ ra quyết định, không phải kết luận thay thế khảo sát tại chỗ. Khi được cập nhật bằng dữ liệu năng suất, chất lượng hạt, nguồn nước tưới, hạ tầng chế biến và các kịch bản khí hậu, mô hình có thể trở thành nền tảng cho quy hoạch vùng cà phê chè chính xác hơn. Từ trường hợp Điện Biên, nghiên cứu mở ra khả năng nhân rộng phương pháp tích hợp viễn thám, GIS và AHP cho các cây trồng giá trị cao khác tại khu vực trung du và miền núi phía Bắc Việt Nam.

Công trình là một phần kết quả của đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp thủy lợi phù hợp với khả năng nguồn nước cho các vùng đất dốc có tiềm năng sản xuất các loại cây trồng có giá trị kinh tế cao khu vực Trung du miền núi phía Bắc”, thực hiện trong giai đoạn 2024-2026. Việc gắn đánh giá tiềm năng cây trồng với khả năng nguồn nước giúp kết quả nghiên cứu vượt ra ngoài một bài toán phân hạng đất đơn thuần, hướng tới hỗ trợ quy hoạch sản xuất nông nghiệp có cơ sở khoa học và thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu.