Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011ntu.edu.vn/Portals/66/Tap chi KHCNTS/So 3-2011/So 3.2011_18 Pham Van... · - Sống ở độ sâu tới 6m, sự phân

Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG � 149

MÔ HÌNH SẢN XUẤT THẶNG DƯ VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

SURPLUS PRODUCTION MODELS AND GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM

Phạm Văn ThôngKhoa Khai thác Thủy sản - Trường Đại học Nha Trang

TÓM TẮT

Để cung cấp cho các nhà quản lý, nhà chuyên môn thêm công cụ tính toán đối với mô hình sản xuất

thặng dư của Schaefer và Fox. Tôi đã sử dụng số liệu nghiên cứu của Munro, Thompson và Corsi sau đó dùng

phần mềm hệ thống thông tin địa lý ArcView GIS 3.2 phân tích chúng. Kết quả cho thấy hệ thống thông tin địa

lý đã giúp chúng ta có một cái nhìn tổng quan về tình trạng đàn cá trong một thời gian ngắn, giúp khắc phục

được một trong những giả thuyết mà Munro và Thompson đưa ra.

Từ khóa: Mô hình sản xuất thặng dư, hệ thống thông tin địa lý.

ABSTRACT

In order to provide for managers, professions a calculator tool about surplus production model of

Schaefer and Fox. I have used reseach data of Munro, Thompson and Corsi. Then I have used Geographic

Information System software - ArcView GIS 3.2 to analyse them. As the result, geographic information system

have helped us to have an overview about the status of school of fi sh in a short time and overcome one of the

assumptions that was offered by Munro and Thompson.

Keywords: Surplus production models, Graphic Information System -GIS.

VAÁN ÑEÀ TRAO ÑOÅI

I. MỞ ĐẦU

Để xây dựng chiến lược quản lý nghề cá,

các nhà khoa học và nhà chính sách phải biết

trữ lượng cá hiện tại, những nhân tố ảnh hưởng

đến trữ lượng cá, vì thế nhiều thập kỷ qua những

công cụ, mô hình đánh giá trữ lượng cá đã được

áp dụng. Một trong những công cụ được sử

dụng phổ biến đó là mô hình sản xuất thặng dư

của Schaefer (1954) và Fox (1970). Tuy nhiên,

khi sử dụng mô hình Schaefer và Fox thì cần thu

thập số liệu về sản lượng đánh bắt trên một đơn

vị cường lực (Catch Per Unit of Effort-CPUE) và

cường lực trong một thời gian dài, đồng thời phải

sử dụng hai giả thuyết của Munro và Thompson

(1983) đó là:

Đối tượng nghiên cứu ít di cư, mỗi vùng có

một đối tượng nhất định.

Năng xuất sinh học tại các ngư trường khác

nhau không đáng kể vì thế chỉ có sự khác biệt

về cường lực khai thác đối với mỗi ngư trường.

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ

thông tin đã cung cấp cho chúng ta một công

cụ hữu ích để tính toán mô hình Schaefer và

Fox. Công cụ quan trọng đó là hệ thống thông


150 � TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG

tin địa lý (Geographic Information System –GIS),

GIS đã tạo cơ hội cho con người có cái nhìn sâu

sắc về tình trạng đàn cá trong một khoảng thời

gian tương đối ngắn, khắc phục tình trạng phải

nghiên cứu CPUE và cường lực trong thời gian

dài khi sử dụng mô hình Schaefer và Fox, đồng

thời giúp chúng ta xác định hiện trạng khai thác

ở các vùng biển.

Việc áp dụng mô hình sản xuất thặng dư

và GIS sẽ giúp các nhà quản lý, quy hoạch xác

định được số lượng tàu thuyền, sản lượng khai

thác bao nhiêu là hợp lý cho từng khu vực, vùng

biển. Đặc biệt là đối với vùng ven bờ, khi xác

định được cường lực khai thác hợp lý.

II. NỘI DUNG

1. Giới thiệu tóm tắt mô hình sản xuất thặng dư Schaefer (1954) và Fox (1970)

Mô hình sản xuất thặng dư Schaefer (1954)

và Fox (1970) xác định mức cường lực khai thác

được sản lượng cực đại mà không ảnh hưởng

đến năng suất của đàn cá trong thời gian dài,

sản lượng đó còn được gọi là sản lượng khai

thác bền vững tối đa (Maximum Sustainable

Yield-MSY). Hơn nữa, mô hình sản xuất thặng

dư còn đề cập đến CPUE trong mối tương quan

với cường lực khai thác, nó như là thông số đầu

vào và giả định sinh khối tỷ lệ với CPUE.

Mô hình sản xuất thặng dư có thể được

áp dụng khi dự báo được trữ lượng từng loài,

CPUE và cường lực khai thác (fi shing effort-f)

trên năm. Điều kiện tiên quyết là cường lực phải

có sự thay đổi lớn theo thời gian. Mô hình sản

xuất thặng dư có thể được tóm tắt như sau:

Đồ thị mô hình Schaefer như là hàm số với

biến f: Y= a+bX hoặc CPUE = a + b* f

Sản lượng tính toán, MSY và cường lực

khai thác cho MSY (FMSY- Cường lực khai thác

bền vững tối đa) được tính toán như sau:

Sản lượng tính toán = a*f + b*f2;

Fmsy = - 0,5*a/b; MSY = - 0,25*a2/b

Trong đó: a là hằng số; b là hệ số góc.

Ví dụ 1: Phân tích số liệu khai thác cá rạn

san hô bằng nghề lồng bẫy ở Jamaica.

Số liệu được thu thập bởi (Munro và

hompson 1983) như sau:

Bảng 1. Số liệu khai thác cá rạn san hô ở Jamaica [3]

Ngư trường Cường lực (Xuồng/km2) CPUE (kg/xuồng/năm) Mức khai thác

A 1,63 2.367 Dưới mức

B 0,38 3.279 Dưới mức

C 3,09 1.407 Dưới mức

D 5,63 556 Quá mức

E 4,43 974 Quá mức

F 5,51 1.306 Quá mức

G 4,58 564 Quá mức

H 4,20 767 Quá mức

I 1,49 1.875 Dưới mức



Hình 1. Đường cong Schaefer cá rạn san hô ở Jamaica

f (xuồng/km2)

f (xuồng/km2)

Hình 2. Đường cong sản lượng cá rạn san hô ở Jamaica

Từ bảng 1 và hình 1, 2 cho ta kết luận: CPUE = 2941,7 + (-432,46*f) → a = 2941,7; b = - 432,46 Sản lượng khai thác = a*f + b*f2 → 2941,7 * f + (-432,46) * f2

Fmsy = -0,5*a/b → -0,5 * (2941,7/(-432,46)) = 3,4 xuồng/km2

MSY = -0,25*a2/b → -0,25 * [(2941,7*2641,7)/(-432,46)] = 5002,5 kg/năm

2. Ứng dụng GIS trong mô hình sản xuất thặng dưVí dụ 2: Phân tích đối tượng tôm hùm (Cherax grafi ensis) ở hồ Kadim của PescanTôm hùm ở hồ Kadim chiếm một phần nhỏ nhưng giá trị kinh tế rất cao. Đối tượng này có những

đặc trưng sau:- Ít di chuyển, trong suốt vòng đời của nó chỉ di chuyển trong phạm vị 3km2.- Sống ở độ sâu tới 6m, sự phân bố của chúng không liên quan đến các yếu tố sinh học như

chất diệp lục, độ trong của nước.



- Được đánh bắt bằng nghề bẫy cố định tầng đáy.

Có hai cách phân tích dữ liệu như sau:- Cách thứ nhất: Tính giá trị trung bình của

cường lực và CPUE mỗi vùng từ dữ liệu điều tra được. Xây dựng đường cong Schaefer, sau đó dùng giá trị a, b từ đồ thị để tính toánFmsy(=-0,5*a/b). Tiếp theo nội suy lưới bản đồ của tham số (số lượng bẫy/ha) trong ranh giới khu vực khai thác và tìm ra khu vực khai thácquá mức với lệnh truy vấn [Số lượng bẫy/ ha] > [Fmsy].

- Cách thứ hai: Tạo lưới bản đồ cho tham số CPUE và Số lượng bẫy/ha. Sau đó thực hiện lệnh hồi quy lưới bản đồ giữa hai yếu tố vừa tạo ra và thu được giá trị a và b, sử dụng giá trị a và b tính được Fmsy. Cuối cùng thực hiện lệnh truy vấn lưới bản đồ về cường lực khai thác để tìm ra vùng khai thác quá mức và vùng khai thác

dưới mức. Vùng khai thác dưới mức với lệnh truy vấn: [Số lượng bẫy/ ha] < [Fmsy].

Thực hiện tính toán theo cách thứ 2 và sử dụng nguồn dữ liệu [3]:

- Sử dụng chương trình ArcView GIS 3.2 với tính năng Spatial Analyst thực hiện các công việc:

+ Mở ArcView; sau đó mở 1 Project và 1 View mới rồi thêm các lớp ‘Lobster data.shp’ ‘depth.shp’, ‘fi shing zones.shp’, ‘fi shing villages.shp’, ‘Lake Kadim boundary.shp’ và ‘Pais pescacountry.shp’ vào View mới mở này.

+ Tạo lưới bản đồ cho lớp ‘fi shing zones.shp’ để tạo ranh giới nội suy bản đồ.

+ Tạo lưới bề mặt cho lớp ‘Lobster data.shp’ theo chỉ số CPUE và f.

+ Sử dụng công cụ hồi quy (Regression tool) tiến hành hồi quy với CPUE là biến phụ thuộc và f là biến độc lập, kết quả như hình 3.

Hình 3. Đồ thị phân bố hồi quy CPUE và f

+ Sử dụng kết quả a, b thu được từ nội suy để tính Fmsy và MSY như mục 1.+ Sử dụng công cụ phân tích bản đồ Map Query tìm ra khu vực khai thác dưới mức và

quá mức theo lệnh: Vùng khai thác quá mức [f]>[Fmsy], vùng khai thác dưới mức [f]<[Fmsy]. Kết quả như hình 4.



Với kết quả phân tích trên giúp ta dễ dàng nhận ra từng khu vực khai thác đã vượt mức, không vượt mức cho phép khai thác và có thể xác định được diện tích của từng vùng. Tuy nhiên để có được sự phân bố đều và phân chia màu sắc các khu vực rõ ràng như trên là rất khó. Nhằm khắc phục những tồn tại như đã nêu ta xem xét ở ví dụ 3 với những bước nâng cao hơn.

Ví dụ 3: Phân tích đối tượng cá tuyết(Merluccius merluccius) ở vùng biển Địa Trung Hải

Cá tuyết là đối tượng có giá trị kinh tế cao ở vùng biển Địa Trung Hải. Chúng sống ở tầng đáy, thường ở độ sâu giữa 70m và 370m vào ban ngày nhưng ban đêm chúng di cư xuống tầng nước sâu hơn. Cá tuyết được xem là loại thực phẩm quan trọng cho người dân Tây Âu trong suốt lịch sử. Chúng được đánh bắt bởi nghề lưới kéo đáy, nhưng cũng có thể đánh được bởi nghề câu, lưới rê tầng đáy. Tổng sản lượng đánh bắt cá tuyết trong năm 2000 là 71.627 tấn. Theo số liệu thống kê của FAO năm 2000, những nước

đánh bắt cá tuyết nhiều nhất là Tây Ban Nha 24.853 tấn, Ý 9.291 tấn.

Suốt những năm giữa thập kỷ 1990, đã có một số cuộc điều tra thử nghiệm gần bờ biển Tyrrenian của nước Ý. Sử dụng cách tiếp cận của Corsi (2001) phân tích số liệu điều tra được [3] như sau:

Corsi đã sử dụng GIS phân tích sản lượng đánh bắt và cường lực khai thác trong giai đoạn 1994 ÷ 1996. Các dữ liệu đã được sử dụng gồm:

- Cường lực khai thác (f) thể hiện qua thông số (tấn/km2) và CPUE được thể hiện qua thông số (kg/giờ kéo lưới).

- Số liệu 3 cuộc điều tra nghề lưới kéo với 130 điểm khảo sát một cách ngẫu nhiên. Sản lượng trung bình/giờ được nội suy bằng công cụ Universal Kriging cho toàn khu vực nghiên cứu để thu được CPUE cho toàn vùng.

- Lưới mô tả cường lực khai thác cho toàn khu vực nghiên cứu thu được từ việc thực hiện mô hình suy luận, lưới này chỉ ra vị trí có cường lực khai thác nhỏ trong toàn khu vực khai thác

Hình 4. Hiện trạng khai thác ở hồ KadimVùng màu xanh (màu nhạt) khai thác dưới mức, vùng màu đỏ (màu đậm) là khai thác quá mức



dựa trên chức năng kết hợp độ sâu và khoảng cách từ cảng trên bờ.

- Những khu vực đánh bắt chính trong vùng.- Số liệu đo sâu toàn khu vực nghiên cứu.Dùng phương pháp của Munro và

Thompson phân tích dữ liệu cá tuyết vùng biển Địa Trung Hải

Sử dụng phương pháp của Munro và

Thompson để tính toán Fmsy và xác định được vị

trí khai thác quá mức. Các bước thực hiện giống

ví dụ 2 nhưng thực hiện cho các lớp dữ liệu

‘Fishing zones.shp’, ‘Ports.shp’, ‘Coastline.shp’

và ‘Hake data.shp’, kết quả hồi quy như hình 5.

Kết quả phân tích hồi quy từ hình 5 cho thấy

hệ số b=1,62 là không hợp lệ.

Tiếp tục chèn thêm lớp ‘Depth.shp’ vào bản

đồ, kết quả như hình 6. Từ hình 6 cho thấy khu

vực khai thác có sự thay đổi lớn về độ sâu. Cá

tuyết là loài sống ở tầng đáy, các khu vực khai

thác không đồng nhất về mặt sinh thái. Điều này

có nghĩa là đã vi phạm giả thuyết của Munro và

Thompson.

Dùng phương pháp của Corsi phân tích dữ

liệu cá tuyết vùng biển Địa Trung Hải

Corsi có mô hình để khắc phục những vấn

đề khác nhau về năng suất sinh học ở các vùng,

mật độ phân bố đàn khác nhau. Các giả định

cơ bản trong phân tích của Corsi là hệ số góc

CPUE

(b) của đường cong Schaefer vẫn không đổi với

các vùng có năng suất sinh học khác nhau, trong

khi đó hằng số (a) thay đổi với những vùng khác

nhau.

Sử dụng Microsoft Excel phân tích và vẽ

đường cong phân bố Schaefer từ biến cường

lực khai thác và CPUE trong cơ sở dữ liệu

‘Corsi model.xls’. Kết quả thu được đường thẳng

hồi quy Schaefer Y=6,16–5,34*X (a = 6,16 và

b = - 5,34), CPUE = - 5,34 * f + 6,16

Từ hình 7 ta thấy: Tập hợp dày đặc các

điểm được tạo ra từ phân tích lưới bề mặt

CPUE và f, 3 đường thẳng, 3 đường cong

Schaefer với cùng độ dốc b = -5,34 nhưng 3

giá trị a khác nhau.

Hình 5. Đồ thị hồi quy của CPUE và f Hình 6. Độ sâu bờ biển tại Tyrrenean



Hình 7. Dữ liệu cá tuyết

Mỗi đường cong Schaefer Fmsy được tính toán liên quan đến CPUE tại Fmsy

(CPU-Emsy). Hàm cơ bản của mô hình Corsi được mô tả CPUEmsy = -b * f. Hàm này được gọi là hàm lôi cuốn (attractor function)

Tính toán vẽ đường cong Schaefer cho tham số sản lượng đánh bắt và CPUE với cùng hệ số độ dốc (b). Từ hình 8 cho thấy mối tương quan giữa Fmsy và CPUEmsy là một đường thẳng màu xanh, nét đứt, CPUEmsy = 5,34 * f

Hình 8. Hàm lôi cuốn cá



Giả định tập hợp các điểm nội suy được từ lưới bản đồ của tham số f và CPUE sẽ tạo nên vô số các điểm chạy song song với đường cong Schaefer đối với các điểm trong vùng khai thác. Sau đó sử dụng hàm lôi cuốn để phân chia tập hợp điểm này. Nếu CPUE < CPUEmsy thì nơi đó khai thác quá mức, ngược lại CPUE>CPUEmsy thì nơi ấy khai thác dưới mức như hình 9.

Hình 9. Đường cong Schaefer cá tuyết ở Thyrrenean

Sử dụng lệnh Map Query để tìm ra vùng khai thác dưới mức và quá mức theo lệnh như sau: [CPUE]>[Attractor] thì vùng này khai thác dưới mức, hiển thị bằng màu xanh (hình 10)[CPUE]<[Attractor] thì vùng này khai thác quá mức, hiện thị bằng màu đỏ (hình 10)

CPUE tổng

Hình 10. Hiện trạng khai thác cá tuyết ở Địa Trung Hải theo mô hình của Corsi Vùng màu xanh (màu nhạt) khai thác dưới mức và vùng màu đỏ (màu đậm) khai thác quá mức



III. KẾT LUẬNTừ những ví dụ trên cho thấy ưu điểm của việc sử dụng GIS trong mô hình sản xuất thặng dư:Khắc phục được hạn chế của mô hình Schaefer và Fox.Khắc phục được giả thuyết thứ hai của Munro và Thompson (1983).Dữ liệu thể hiện trên GIS trực quan, dễ hiểu, dễ quan sát.Tuy nhiên để sử dụng tốt GIS trong mô hình sản xuất thặng dư của Schaefer và Fox cần quan

tâm đến giả thuyết thứ nhất của Munro và Thompson (1983) về đối tượng nghiên cứu phải ít di cư và mỗi vùng có một đối tượng nhất định.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phạm Văn Thông (2010), Ứng dụng GIS và RS trong khai thác thủy sản, Đại học Nha Trang.2. G. de Graaf, F.J.B. Marttin, J. Aguilar-Manjarrez & J. Jenness (2003), Geographic Information Systems in

fi sheries management and planning, FAO.3. 2 CD dữ liệu kèm theo tài liệu 2.

Documents

Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011ntu.edu.vn/Portals/66/Tap chi KHCNTS/So 3-2011/So 3.2011_18 Pham Van... · - Sống ở độ sâu tới 6m, sự phân