Hai thập kỷ biến động diện tích san hô ở vịnh Nha Trang: Góc nhìn từ công nghệ viễn thám và thuật toán trí tuệ nhân tạo

Khu bảo tồn vịnh Nha Trang là khu bảo tồn biển đầu tiên của Việt Nam, từng được mệnh danh là “thủ phủ” san hô với hơn 250 loài san hô cứng thuộc 60 giống khác nhau. Tuy nhiên, trong hơn hai thập kỷ qua, sự thay đổi về phân bố và diện tích rạn san hô tại khu vực này chưa được theo dõi một cách toàn diện, định lượng và có hệ thống. Trước tình trạng này, nhóm nghiên cứu từ Chi nhánh Ven biển/ Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga, Trường Đại học Nông Lâm/Đại học Huế, Trường Đại học Văn Lang, Trường Đại học Thái Bình Dương và Đại học Dalhousie (Canada) đã thực hiện nghiên cứu có tên “Trends in Coral Reef Habitats over Two Decades: Lessons Learned from Nha Trang Bay Marine Protected Area, Vietnam”, được công bố trên tạp chí Water số tháng 4 năm 2025.
Nghiên cứu này đặt mục tiêu:
• Ứng dụng kỹ thuật viễn thám tiên tiến với ảnh vệ tinh Landsat (độ phân giải không gian 30m) và PlanetScope (3m) kết hợp các mô hình học máy hiện đại (Light Gradient Boosting Machine - LGBM và Deep Forest - DF) để nâng cao độ chính xác trong giải đoán ảnh vệ tinh, định lượng phân bố không gian của san hô.
• Đánh giá sự thay đổi không gian - thời gian của san hô ở phía Nam của khu bảo tồn vịnh Nha Trang từ năm 2002 đến 2024.
• Xác định một số nguyên nhân dẫn đến suy thoái san hô và đưa ra khuyến nghị bảo tồn hiệu quả hơn.

Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp công nghệ viễn thám và các thuật toán học máy tiên tiến
Dựa trên chuỗi ảnh vệ tinh trong các năm 2002 (Landsat 7 ETM+), năm 2016 (PlanetScope) và năm 2024 (PlanetScope), nhóm nghiên cứu đã xây dựng quy trình xử lý ảnh vệ tinh gồm: hiệu chỉnh khí quyển bằng phần mềm ACOLITE, hiệu chỉnh cột nước (BRI, DII), phân tích đối tượng ảnh (OBIA), và các kỹ thuật tăng cường dữ liệu (PCA, chỉ số phổ). Đặc biệt, để đảm bảo tính xác thực của kết quả nghiên cứu, nhóm đã tiến hành các đợt khảo sát thực địa trong năm 2024 tại các đảo trong khu vực nghiên cứu, thu thập hơn 1.900 điểm dữ liệu huấn luyện và kiểm chứng mô hình học máy.
Dữ liệu vệ tinh sau khi xử lý được huấn luyện với hai mô hình học máy:
• Light Gradient Boosting Machine (LGBM) - tối ưu cho ảnh Landsat 7 năm 2002 và ảnh PlanetScope năm 2016.
• Deep Forest (DF) - mạnh mẽ và phù hợp hơn cho ảnh PlanetScope năm 2024, khi hiện trạng phân bố san hô trở nên phức tạp và phân tán hơn.
Kết quả nổi bật của nghiên cứu: 
Diện tích san hô ghi nhận tại khu vực nghiên cứu đã giảm mạnh từ 275,72 ha vào năm 2002 xuống còn 150,66 ha vào năm 2016 và tiếp tục giảm còn 84,34 ha vào năm 2024, cho thấy tổng mức suy giảm xấp xỉ 70% trong vòng 22 năm (Hình 1):
• Trong giai đoạn 2002-2016, diện tích san hô tại khu bảo tồn vịnh Nha Trang suy giảm khoảng 125,06 ha. Sự suy giảm chủ yếu xảy ra dọc đường bờ của đảo Hòn Tre, trong khi Hòn Mun và Hòn Tằm ghi nhận mất mát diện tích san hô đáng kể ở khu vực phía Bắc và phía Tây. Các đảo Hòn Một và Hòn Miễu thể hiện xu hướng biến động đan xen giữa mất và phục hồi san hô, với sự tái xuất hiện san hô dọc theo phía Nam đảo Hòn Tằm và giữa hai phần Bắc-Nam của đảo.
• Giai đoạn 2016-2024, tiếp tục mất thêm 66,32 ha, xảy ra dọc đường bờ các đảo Hòn Tre, Hòn Mun, Hòn Một, Hòn Tằm và Hòn Miễu, với các điểm nóng tại Vũng Me, Mũi Nam, Bãi Trũ, Bãi Cạn, Bãi Nghẻo và Đầm Báy. 
• Trong giai đoạn 2002-2024, tổng diện tích san hô mất đi khoảng 191,38 ha, tương đương mức suy giảm hơn 69% so với diện tích ban đầu. Sự suy giảm tập trung chủ yếu tại Mũi Nam, Bãi Cạn, Bãi Nghẻo, Bãi Sạn (đảo Hòn Tre).
 
(a)
 
(b)
 
(c)

Hình 1. Phân bố không gian của san hô tại khu bảo tồn vịnh Nha Trang được giải đoán từ mô hình DF năm 2024 (a); và từ mô hình LGBM năm 2016 (b) và năm 2002 (c)

Độ chính xác của thuật toán học máy trong phân loại nền đáy đạt rất cao:
• Mô hình DF (2024): Kappa = 0,92, F1 = 0,86.
• Mô hình LGBM (2016 và 2002): Kappa từ 0,83 đến 0,89, F1 từ 0,82 đến 0,85.
Nguyên nhân chính gây suy thoái rạn san hô:
Thông qua phân tích không gian - thời gian và kết hợp với dữ liệu môi trường, nhóm nghiên cứu đã xác định được những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện tượng suy thoái rạn san hô:
1. Phát triển đô thị ven biển và du lịch ồ ạt: Lấn biển, xây resort, phá vỡ môi trường sống tự nhiên của san hô.
2. Ô nhiễm từ đất liền và sông Cái, sông Tắc: Bùn cát, chất hữu cơ, kim loại nặng đổ ra vịnh gây đục nước, ảnh hưởng đến san hô.
3. Hiện tượng bùng phát sao biển gai (COTS): Loài ăn san hô này phát triển mạnh từ 2017-2019, gây mất trắng san hô tại nhiều khu vực trong khu bảo tồn. Sự bùng phát này được cho là gia tăng do việc khai thác quá mức các kẻ thù tự nhiên của COTS và ô nhiễm từ nguồn dinh dưỡng.
4. Biến đổi khí hậu toàn cầu: Phân tích chuỗi số liệu nhiệt độ nước biển tầng mặt trong 22 năm (2002-2024) cho thấy nhiệt độ nước biển tăng theo thời gian, có thể gây hiện tượng tẩy trắng san hô tại khu vực nghiên cứu. Bên cạnh đó, gia tăng các cơn bão cũng làm san hô suy thoái, khó phục hồi.
Đề xuất hướng bảo tồn mới: Quản lý dựa vào cộng đồng và công nghệ hiện đại
Dựa trên kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả đề xuất:
• Chuyển đổi mô hình quản lý từ hành chính truyền thống sang quản lý cộng đồng - địa phương làm trung tâm.
• Ứng dụng mạnh mẽ công nghệ viễn thám và học máy trong giám sát san hô dài hạn với chi phí thấp và quy mô lớn.
• Bảo vệ các “điểm nóng san hô còn lại”, tạo vùng lõi bảo tồn phục hồi.
• Hạn chế hoạt động lấn biển, xả thải và đánh bắt ven đảo, phối hợp giữa ngành du lịch - thủy sản - môi trường trong hoạch định phát triển bền vững.
Kết luận:
Nghiên cứu kết hợp viễn thám và trí tuệ nhân tạo này không chỉ đóng góp về mặt khoa học công nghệ cho lĩnh vực giám sát tài nguyên môi trường biển, mà còn là tiếng chuông cảnh tỉnh về tốc độ suy giảm san hô tại các vùng ven biển của Việt Nam. Việc kết hợp dữ liệu viễn thám và thuật toán học máy hiện đại cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong quản lý tài nguyên biển, nhất là trong bối cảnh ngân sách hạn chế và nhu cầu theo dõi hệ sinh thái biển trên quy mô rộng ngày càng cấp thiết.

Nguồn tài liệu: Hieu, N.T.D.; Quang, N.H.; Dien, T.D.; Ha, V.T.; Tran, N.D.H.; Son, T.P.H.; Nguyen-Quang, T.; Hang, T.T.T.; Thang, H.N. Trends in Coral Reef Habitats over Two Decades: Lessons Learned from Nha Trang Bay Marine Protected Area, Vietnam. Water 2025, 17, 1224. https://doi.org/10.3390/w17081224

Tác giả: Nguyễn Trịnh Đức Hiệu, Trần Đức Diễn, Võ Thị Hà 
(Phòng Sinh thái Nhiệt đới, Chi nhánh Ven biển/Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga)