Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - Tỉnh Bắc Giang

82 trang phuongnguyen 1900

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - Tỉnh Bắc Giang", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

ung_dung_cong_nghe_he_thong_thong_tin_dia_ly_gis_de_du_bao_x.pdf

Nội dung text: Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - Tỉnh Bắc Giang

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  HOÀNG TIẾN HÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ DỰ BÁO XÓI MÕN ĐẤT HUYỆN SƠN ĐỘNG - TỈNH BẮC GIANG CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC Mã số: 60.62.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: - TS. NGUYỄN VĂN SINH - TS. ĐỖ THỊ LAN ÀNH: 301 THÁI NGUYÊN, NĂM 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  HOÀNG TIẾN HÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ DỰ BÁO XÓI MÕN ĐẤT HUYỆN SƠN ĐỘNG - TỈNH BẮC GIANG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC ÀNH: 301 THÁI NGUYÊN, NĂM 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành theo chƣơng trình đào tạo cao học khoá 14 tại trƣờng Đại học Nông lâm - Đại học Thái Nguyên. Hoàn thành luận văn thạc sỹ này, tôi đã đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu, khoa đào tạo Sau đại học trƣờng Đại học Nông lâm. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Văn Sinh - Viện Sinh thái và tài nguyên sinh vật, Tiến sĩ Đỗ Thị Lan - Giảng viên khoa Tài nguyên - Môi trƣờng, trƣờng Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã trực tiếp chỉ dẫn, nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Luận văn có ý kiến tham gia của Thạc sỹ Đỗ Văn Thanh, giảng viên trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội; Thạc sỹ Hà Quý Quỳnh, Viện sinh thái và tài nguyên sinh vật, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của Lãnh đạo, cán bộ công chức các cơ quan: UBND huyện Sơn Động, Hạt Kiểm lâm, Phòng Tài nguyên - Môi trƣờng, Phòng Thống kê, Trung tâm khí tƣợng thủy văn huyện Sơn Động đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập các tài liệu phục vụ luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo các đơn vị: Sở Nông nghiệp và PTNT Bắc Giang, Chi cục Lâm nghiệp, Chi cục Kiểm lâm đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc tham gia khóa học và những điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu luận văn này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ngƣời thân, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Một lần nữa, tôi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 11 năm 2009 Tác giả Hoàng Tiến Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 6 1. Đặt vấn đề 6 2. Mục đích nghiên cứu 7 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu 7 4. Khối lƣợng và cấu trúc luận văn 7 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 9 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hƣởng đến xói mòn đất 9 1.1.1. Xói mòn đất 9 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất 9 1.1.2.1. Xói lở sông suối 9 1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt 10 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất 10 1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất 11 1.1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất 11 1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất 13 1.1.3.4. Ảnh hưởng của đất đến quá trình xói mòn đất 13 1.1.3.5. Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất 13 1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới 14 1.2.1. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mòn 14 1.2.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất [30] 15 1.2.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất 16 1.2.3.1. Mô hình kinh nghiệm 16 1.2.3.2. Mô hình nhận thức 22 1.3. Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam 23 1.4. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá xói mòn đất 28 1.4.1. Sự hình thành và phát triển của GIS 28 1.4.2. Ứng dụng GIS trực tiếp xây dựng bản đồ xói mòn 29 1.4.3. Ứng dụng GIS và mô hình hóa tính toán xói mòn đất 30 CHƢƠNG II: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN - XÃ HỘI 33 KHU VỰC NGHIÊN CỨU 33 2.1. Điều kiện tự nhiên 33 2.1.1. Vị trí địa lý, địa hình 33 2.1.1.1. Vị trí địa lý 33 2.1.1.2. Địa hình 34 2.1.2. Khí hậu, thuỷ văn 35 2.1.2.1. Khí hậu 35 2.1.2.2. Thuỷ văn 37 2.1.3. Thổ nhưỡng 38 2.1.4. Đặc điểm tài nguyên rừng 40 2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 43 2.2.1. Thành phần dân tộc và phân bố dân cư 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2
2.2.2. Y tế, giáo dục[21] 43 2.2.3. Giao thông 44 2.2.4. Tình hình phát triển sản xuất huyện Sơn Động 44 Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu 45 3.2. Thời gian nghiên cứu 45 3.3. Nội dung nghiên cứu 45 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 46 3.4.1. Ngoại nghiệp 46 3.4.2. Nội nghiệp 47 3.4.2.1. Hệ số mưa (R) 47 3.4.2.2. Hệ số thổ nhưỡng (K) 49 3.4.2.3. Hệ số độ dốc (S) và chiều dài sườn dốc (L) 51 3.4.2.4. Hệ số thực bì (C) 53 3.4.2.5. Hệ số các công trình bảo vệ đất (P) 54 3.4.2.6. Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động (V) 55 3.4.2.7. Thành lập bản đồ xói mòn huyện Sơn Động (A) 55 3.4.3. Quy trình nghiên cứu 56 3.4.3.1. Xây dựng các bản đồ đơn thành phần: 56 3.4.3.2. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế: 56 3.5. Cơ sở tài liệu 57 Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59 4.1. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế huyện Sơn Động 59 4.1.1. Xây dựng bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) 59 4.1.2. Thành lập bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) 60 4.1.3. Thành lập bản đồ hệ số địa hình (LS) 62 4.1.4. Thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C) 63 4.1.5. Bản đồ hệ số canh tác (P) 65 4.1.6. Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động 66 4.1.7. Bản đồ xói mòn huyện Sơn Động 69 4.2. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu 72 4.3. Ảnh hƣởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mòn đất huyện Sơn Động 73 4.3. Một số đề xuất cho khu vực nghiên cứu 74 4.3.1. Đối với khu vực xói mòn cấp 1 - Cấp không xói mòn 74 4.3.2. Đối với khu vực xói mòn cấp 2 - Cấp ít nguy hại 74 4.3.3. Đối với khu vực xói mòn cấp 3 - Cấp nguy hại 75 4.3.4. Đối với khu vực xói mòn cấp 4 - Cấp rất nguy hại 75 4.3.5. Đối với khu vực xói mòn cấp 5 - Cấp cực kỳ nguy hại 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 1. Kết luận: 77 2. Kiến nghị: 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất [6] 12 Bảng 2.1: Một số thông tin về chế độ khí hậu 36 huyện Sơn Động – Bắc Giang 36 Bảng 2.2: Lƣợng mƣa huyện Sơn Động năm 2007 theo tháng 36 Bảng 2.3: Độ che phủ thảm thực vật Sơn Động 42 Bảng 3.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam 50 Bảng 3.2. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế [3] 53 Bảng 3.3: Hệ số xói mòn đất của một số dạng thảm thực vật 54 ở Việt Nam [4] 54 Bảng 3.4. Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế [3] 55 Bảng 3.5: Phân cấp xói mòn và xói mòn tiềm năng 57 Bảng 4.1: Hệ số kháng xói các loại đất huyện Sơn Động 61 Bảng 4.2: Bảng hệ số C khu vực nghiên cứu 64 Bảng 4.3: Phân cấ p xó i mò n tiề m năng huyện Sơn Động 68 Bảng 4.4: Phân cấ p xó i mò n huyện Sơn Động 71 Bảng 4.5: Tƣơng quan diện tích xói mòn với độ che phủ rừng 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến xói mòn đất 10 Hình 1.2: Ứng dựng GIS trực tiếp tính toán xói mòn 30 Hình 1.3: Sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói mòn bằng GIS 32 Hình 2.1: Vị trí địa lý huyện Sơn Động 33 Hình 2.2: Bản đồ hành chính huyện Sơn Động 34 Hình 2.3: Biểu đồ lƣợng mƣa huyện Sơn Động, năm 2007 37 Hình 2.4: Hệ thống sông, suối huyện Sơn Động 38 Hình 2.5: Bản đồ phân bố các loại đất huyện Sơn Động 39 Hình 2.6: Diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động 40 Hình 2.7: Bản đồ hiện trạng thảm thực vật 41 huyện Sơn Động, năm 2007 41 Hình 2.8: Phân bố dân cƣ huyện Sơn Động 43 Hình 3.1: Mô hình phƣơng pháp tính toán bản đồ trên GIS 46 Hình 3.2. Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số R 48 Hình 3.3: Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số LS 52 Hình 3.4: Phƣơng pháp nghiên cứu xói mòn đất 58 Hình 4.1: Bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động 59 Hình 4.2: Bản đồ hệ số xói mòn do mƣa (R) 60 Hình 4.3: Bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) 62 Hình 4.4: Bản đồ hệ số LS 63 Hình 4.5: Bản đồ hệ số C khu vực nghiên cứu 65 Hình 4.6: Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động 67 Hình 4.7: Bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Sơn Động là huyện miền núi của tỉnh Bắc Giang có diện tích tự nhiên là 84.432,4 ha, trong đó diện tích đất lâm nghiệp là 68.348,29 hecta chiếm 72,0% [14]. Địa hình Sơn Động gồm đồi núi xen kẽ các thung lũng, manh mún, địa hình chia cắt mạnh chênh lệch về độ cao, độ dốc lớn. Hiện tƣợng xói mòn, rửa trôi đang xảy ra mạnh. Tuy nhiên, đến nay chƣa có nghiên cứu nào về xói mòn đất trên địa bàn huyện Sơn Động. Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tƣ liệu đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trƣờng sống, là tƣ liệu lao động chính của nền kinh tế Nông – Lâm nghiệp. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ gần đây, cùng với sự gia tăng dân số, các nguồn tài nguyên khoáng sản, thảm thực vật, đất đai đã và đang đƣợc sử dụng ở mức độ cao, thậm chí không hợp lý. Việc khai thác Nông – Lâm nghiệp không có ý thức ngày càng làm cho quá trình xói mòn đất xảy ra nghiêm trọng, độ phì nhiêu ngày càng giảm, nhiều nơi trơ sỏi đá, trở thành đất trống, đồi núi trọc [6]. Xói mòn đất là quá trình phá huỷ lớp thổ nhƣỡng (bao gồm cả phá huỷ thành phần cơ, lý, hoá, chất dinh dƣỡng v.v của đất) dƣới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hoá đất, laterit hoá, trơ sỏi đá v.v , ảnh hƣởng trực tiếp tới sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. [6]. Ðể giảm thiểu xói mòn ở khu vực miền núi, hai vấn đề cần đƣợc song song nghiên cứu là: quá trình xói mòn, nguyên nhân, các yếu tố ảnh hƣởng và vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên. Có nhiều phƣơng pháp nghiên cứ u, đánh giá xói mòn đất đƣợc các tác giả trong và ngoài nƣớc sử dụng. Trong đó, việc ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là phƣơng pháp, là công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6
cụ mạnh có khả năng phân tích không gian trong thờ i gian ngắn . Công nghệ GIS còn cho phép tích hợp phƣơng trình mất đất tổng quát của Wischmeier W.H và Smith D.D để tính toán và xây dựng bản đồ xói mòn đất của các lƣu vực, vùng lãnh thổ một cách dễ dàng và chính xác. Vớ i cá c lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang”. 2. Mục đích nghiên cứu Dự báo xói mòn đất phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lí tài nguyên đất huyện Sơn Động. Để đạt đƣợc mục đích trên, đề tài đặt ra những mục tiêu cụ thể sau: - Xây dựng bản đồ xói mòn đất hiện tại và bản đồ dự báo tiềm năng xói mòn đất huyện Sơn Động dựa trên ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS), làm cơ sở định hƣớng cho chiến lƣợc quy hoạch sử dụng đất huyện Sơn Động. - Đề xuất một số giải pháp chống xói mòn đất. 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học: Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá và dự báo xói mòn đất qua việc phân tích không gian và mối quan hệ của các nhân tố địa hình, thủy văn, thổ nhƣỡng, thực vật và con ngƣời tại huyện Sơn Động. - Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Đánh giá xói mòn và xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động, từ đó xây dựng bản đồ xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mòn đất. 4. Khối lƣợng và cấu trúc luận văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7
Luận văn đƣợc trình bày trong 80 trang khổ A4 với 21 hình, 14 bảng biểu và đƣợc trình nhƣ sau: MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Chƣơng 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hƣởng đến xói mòn đất 1.1.1. Xói mòn đất Có nhiều định nghĩa về xói mòn đất, để phù hợp với khu vực nghiên cứu, luận văn sử dụng định nghĩa của Nguyễn Quang Mỹ [6]: Xói mòn đất (soil erosion) là quá trình phá hủy lớp thổ nhƣỡng (bao gồm phá hủy các thành phần cơ, lý, hóa, chất dinh dƣỡng v.v của đất) dƣới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá v.v ảnh hƣởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. Xói mòn gồm 2 loại: - Xói mòn bề mặt: Là loại xói mòn do mƣa và băng tuyết tan. Kiểu xói mòn này thƣờng gặp trên sƣờn và đỉnh phân thủy cũng nhƣ ở trên các bồn thu nƣớc. - Xói mòn theo dòng: Là kiểu xâm thực, xói mòn tập trung trong các dải trũng nhƣ các rãnh sâu, thung lũng, sông suối. Xâm thực theo dòng chia làm 2 loại là xâm thực sâu và xâm thực ngang. 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất Các quá trình xói mòn gồm: Xói lở sông suối và xói mòn, rửa trôi bề mặt. 1.1.2.1. Xói lở sông suối Quá trình xói lở sông suối đƣợc xác định theo công thức về động năng của dòng chảy [6]. F=vm2/2 Trong đó: F: là động năng của khối nƣớc chảy m: là khối lƣợng nƣớc chảy v: là vận tốc dòng chảy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9
Nhƣ vậy động năng của dòng chảy tỉ lệ thuận với bình phƣơng của tốc độ dòng chảy. Trong quá trình xói lở, dòng chảy tạo ra vật liệu, phù sa. Tùy theo kích thƣớc phù sa và tốc độ dòng chảy mà phù sa có thể vận chuyển xuôi theo chiều dòng chảy. Khi động năng của dòng chảy không đủ sức mang đi từng bộ phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dòng sông gọi là quá trình bồi tụ. 1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt Là quá trình xói mòn do dòng chảy tạm thời trên sƣờn lúc mƣa hoặc tuyết tan và chịu ảnh hƣởng của rất nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó yếu tố địa hình là quan trọng nhất. 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất gồm: khí hậu, địa hình, đất đai, thảm thực vật và con ngƣời, đƣợc mô tả trong hình 1.1: A/H tích cực A/H tiêu cực A/H hai chiều Khí hậu Địa hình Xói Con Mòn ngƣời Đất Thảm đai thực vật Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến xói mòn đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10
1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất Xói mòn chủ yếu do dòng chảy bề mặt gây ra, nhƣng dòng chảy lại do các yếu tố khí hậu quyết định đó là: Tổng lƣợng mƣa và tính chất của mƣa, thời gian và cƣờng độ mƣa. Thời gian mƣa càng lớn, cƣờng độ mƣa càng cao thì quá trình xói mòn càng xảy ra mạnh. Sự xuất hiện của xói mòn phụ thuộc rất nhiều vào lớp nƣớc trong một đợt mƣa và lƣợng mƣa trung bình tháng, năm. Lớp nƣớc mặt trên diện tích trồng cà phê 3 năm tuổi là 754mm gây rửa trôi 44,0 tấn/ha, khi lớp nƣớc mặt 2501mm gây rửa trôi 213 tấn/ha. Nhƣ vậy trong điều kiện nhƣ nhau, khi dòng chảy mặt tăng 4 lần sẽ làm tăng rửa trôi đất từ 5 lần [6]. Cƣờng độ mƣa gây ảnh hƣởng mạnh nhất đến dòng chảy mặt và xói mòn đất. Theo Nguyễn Quang Mỹ [6]: trận mƣa 10mm với cƣờng độ trung bình trong khoảng thời gian dƣới 1 giờ, xói mòn đất xảy ra mạnh nhất khi lớp nƣớc đạt từ 8-10mm và đặc biệt trên đất bỏ hoang. Ảnh hƣởng của cƣờng độ mƣa đến xói mòn càng mạnh nếu cƣờng độ đạt cực đại xảy ra vào nửa giờ đầu của trận mƣa. Ở Việt Nam nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng, mƣa phân hóa theo mùa rõ rệt. Lƣợng mƣa cực đại vào các tháng mùa hè và cực tiểu trong những tháng mùa đông. Vì vậy việc bảo vệ đất, chống xói mòn đặc biệt trong mùa mƣa là vô cùng cần thiết. Ngoài mƣa ảnh hƣởng trực tiếp đến xói mòn, các yếu tố khí hậu khác nhƣ gió, nhiệt độ, ẩm độ cũng có ảnh hƣởng đến xói mòn đất, tuy nhiên mức độ ảnh hƣởng không rõ ràng. 1.1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hƣởng lớn đến xói mòn đất. Nếu xét trên diện rộng, địa hình có tác dụng làm thay đổi sự phân bố nhiệt và lƣợng mƣa rơi xuống. Sự thay đổi về độ cao kéo theo sự thay đổi về nhiệt độ, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11
mƣa, ẩm. Các yếu tố địa hình nhƣ độ dốc, chiều dài sƣờn dốc, hình dạng (lồi, lõm, thẳng, bậc thang v.v ) mức độ chia cắt ngang của địa hình ảnh hƣởng trực tiếp đến xói mòn đất. Độ dốc của sƣờn là yếu tố địa hình có ảnh hƣởng lớn nhất đến quá trình xói mòn. Độ dốc lớn làm tăng cƣờng độ dòng chảy và do đó đẩy nhanh quá trình rửa trôi, xói mòn đất, gây nên xói mòn mạnh hơn. Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã đề xuất thang độ dốc trên lãnh thổ Việt Nam: 0-30, 3- 80, 8-150, 15-250, trên 250, tuy chƣa đƣợc hoàn thiện nhƣng đây cũng là bƣớc thống nhất đầu tiên để sử dụng độ dốc ở nƣớc ta [6]. Nguyễn Quang Mỹ đã nghiên cứu ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất tại Tây Nguyên từ năm 1978 đến 1982 trên đất bazan, trồng Chè một tuổi, kết quả cho thấy: Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất [6] Tổn thất Năm nghiên Độ dốc Loại đất Cây trồng về đất cứu, địa điểm (00) (T/ha/năm) NC Đất bazan Chè 1 tuổi 3 96 Tây Nguyên Đất bazan Chè 1 tuổi 8 211 1978-1982 Đất bazan Chè 1 tuổi 15 305 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 3 15 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 5 47 Vĩnh Phú Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 8 57 1982-1986 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 22 147 Bảng 1.1 cho thấy nếu độ dốc tăng 2 lần thì cƣờng độ xói mòn tăng 2- 4 lần. Chiều dài sƣờn dốc cũng là nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất. Chiều dài sƣờn càng tăng, khối lƣợng nƣớc càng lớn, lớp nƣớc càng dày, tốc độ và năng lƣợng dòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12
càng xảy ra mạnh. Nếu tăng chiều dài sƣờn dốc lên 2 lần thì xói mòn đất tăng từ 2 đến 7,5 lần [6]. Việt Nam có trên 3/4 lãnh thổ là đồi núi, mạng lƣới sông suối dày đặc, sông ngắn, dốc, lƣợng mƣa lớn, 85-90% lƣợng mƣa tập trung vào mùa mƣa, do đó xói mòn có điều kiện xảy ra mạnh. 1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất Lớp phủ thực vật có ảnh hƣởng lớn đến quá trình xói mòn đất, nếu lớp phủ thực vật càng tăng thì quá trình xói mòn càng giảm. Vai trò chống xói mòn của lớp phủ thực vật phụ thuộc vào tuổi và độ che phủ của nó. Thực vật có khả năng bảo vệ đất chống xói mòn qua việc làm giảm ảnh hƣởng của hạt mƣa xuống mặt đất bởi tán lá và làm cho nƣớc có khả năng chảy xuống đến 50-60% theo chiều thẳng đứng của bộ rễ. Không những thế, vật rơi rụng của thực vật nhƣ cành khô, lá rụng còn tạo ra lƣợng mùn lớn trong đất, giữ đất tơi xốp, chống xói mòn. 1.1.3.4. Ảnh hưởng của đất đến quá trình xói mòn đất Đất là đối tƣợng bị dòng chảy mặt phá hủy, bởi vậy sự phát triển của xói mòn phụ thuộc vào tính chất và trạng thái của đất. Những yếu tố chính của đất ảnh hƣởng đến xói mòn đất là thành phần cơ giới, cấu trúc và độ thấm nƣớc cũng nhƣ hàm lƣợng mùn trong đất. Những yếu tố dó ảnh hƣởng đến khả năng hình thành dòng chảy khi mƣa rào. 1.1.3.5. Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất Con ngƣời ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình xói mòn đất thông qua hoạt động sống. Việc phá rừng đã gián tiếp đẩy mạnh quá trình xói mòn đất. Những diện tích rừng mất đi làm lộ ra những khoảng trống không có thảm thực vật che phủ đất. Khi mƣa xuống quá trình xói mòn bề mặt xảy ra mạnh. Canh tác trên đất dốc không khoa học, du canh du cƣ cũng là nhƣng tác nhân gia tăng xói mòn đất. Trên độ dốc < 30 đã bắt đầu xảy ra xói mòn khi có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13
mƣa to. Từ độ dốc 30 trở lên, tùy vào yếu tố đất đai, thực vật, lƣợng mƣa v.v mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu. Qua số liệu của lâm trƣờng Cầu Hai (Phú Thọ) cho thấy rừng phủ kín chỉ trôi đi 1 tấn đất/ha/năm trong khi các nƣơng sắn lại mất 147 tấn đất/ha/năm [6]. Rõ ràng biện pháp canh tác không hợp lý đã gây tác hại lớn, ảnh hƣởng xấu đến quá trình xói mòn đất. 1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới Có thể nói rằng con ngƣời đã quan tâm đến hiện tƣợng xói mòn từ rất sớm, từ thời Hy Lạp và La Mã cổ đại đã có những tác giả đề cập đến xói mòn cùng với việc bảo vệ đất. Quá trình xói mòn hiện đại đƣợc gắn liền với các hoạt động nông nghiệp. Nhiều ngƣời đã cho rằng đất đai bị khai thác cạn kiệt có thể là nguyên nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi. Vì vậy, cùng với thoái hoá đất, xói mòn tồn tại nhƣ một vấn đề trong suốt quá trình phát triển của toàn nhân loại [10]. Về nguyên nhân xó i mò n , hầ u hế t cá c nhà nghiên cƣ́ u trên thế giới đều thố ng nhấ t rằ ng có hai nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tƣợng thoái hoá đất đang diễn ra mạnh mẽ trên qui mô toàn cầu hiện nay là: nguyên nhân tự nhiên và con ngƣời. Nguyên nhân con ngƣời, theo nhiều nhà nghiên cứu thể hiện ở sự quản lý đất kém và dƣờng nhƣ đó là một cái giá phải trả cho sự phát triển kinh tế, xã hội. Các giải pháp đƣa ra, đƣợc phân tích là khả thi nhất, là các biện pháp can thiệp vào lớp phủ thực vật nhằm đạt đƣợc hiệu quả tốt hơn trong việc chống xói mòn. Xói mòn tự nhiên là quá trình diễn ra liên tục trong tự nhiên và chỉ là thứ yếu nếu so với xói mòn do nguyên nhân con ngƣời. Tuy vậy, việc phân định nguyên nhân xói mòn không phải lúc nào cũng dễ dàng và cũng không cần thiết, nên trong việc lập bản đồ xói mòn, nhiều khi ngƣời ta không phân biệt hai nguyên nhân này. 1.2.1. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mòn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14
Hiện nay, xói mòn đƣợc nghiên cứu mở rộng hơn dƣới nhiều loại hình và tính chất khác nhau. Xu hƣớng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói mòn trên thế giới, thể hiện qua hội thảo lần thứ 12 của ISCO tổ chức tại Bắc Kinh năm 2002 là nghiên cứu xói mòn theo hƣớng mô hình hóa diễn tả động lực của quá trình xói mòn và nghiên cứu xói mòn kết hợp với các khoa học khác, chủ yếu để tìm hiểu quá trình cũng nhƣ tác động của xói mòn lên môi trƣờng nhằm có đƣợc các biện pháp chống xói mòn khả thi [17]. Điều đáng chú ý là nhiều nhà khoa học [17] đã đồng ý rằng hầu hết các nghiên cứu về xói mòn hiện đƣợc tiến hành nhằm các mục tiêu sao cho không cần phải xem xét đến sự khác biệt tỷ lệ (qui mô) không gian và thời gian. Nhƣng điều này sẽ dẫn đến những sai biệt đáng kể. Theo Valentin và các đồng nghiệp, để có thể dự báo đƣợc ảnh hƣởng của sự thay đổi toàn cầu, chúng ta buộc phải tìm hiểu quá trình xói mòn diễn ra ở các qui mô thời gian và không gian khác nhau, điề u nà y cũ ng hoà n toà n phù hợ p vớ i kế t luậ n củ a Drissa và nnk [18]. 1.2.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất [10] - Phương pháp phân loại, phân vùng lãnh thổ theo mức độ xói mòn Phƣơng pháp này đã đƣợc áp dụng ở nhiều nƣớc để phân chia khái quát ra các vùng lớn có mức độ nguy hiểm xói mòn tiềm năng khác nhau trên toàn lãnh thổ một quốc gia. Tuy nhiên hạn chế của phƣơng pháp này là thiên về định tính, mang đặc trƣng của phƣơng pháp chuyên gia, có khó khăn trong việc giải quyết chính xác ranh giới giữa các vùng và ở các phạm vi hẹp. Phƣơng pháp này đã đƣợc các tác giả Liên Xô (cũ) và Trung Quốc áp dụng. Các bản đồ phân vùng theo độ nguy hiểm tiềm năng xuất hiện xói mòn đƣợc xây dựng trên cơ sở tổng hợp các bản đồ phân cấp các điều kiện tự nhiên tham gia quá trình xói mòn : địa hình, khí hậu, lớp phủ thực vật. Trong các yếu tố đó, các tác giả chú ý nhiều nhất đến các yếu tố địa hình và khí hậu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15
- Phương pháp mô hình hoá Sử dụng mô hình để diễn tả quá trình xói mòn. Các mô hình này có thể là thực nghiệm hoặc lý thuyết. Ƣu điểm của phƣơng pháp này so với các phƣơng pháp khác là đã phần nào lƣợng hoá đƣợc vai trò của từng yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình xói mòn, có nghĩa là làm rõ hơn vai trò của chúng trong toàn bộ hệ thống. Phƣơng pháp này cũng cho phép ứng dụng các công nghệ thông tin vào nghiên cứu tính toán. Hạn chế của phƣơng pháp là do quá trình xói mòn diễn ra rất đa dạng, thay đổi theo điều kiện cụ thể của từng địa phƣơng nên mô hình có thể dùng tốt cho địa phƣơng này nhƣng không đúng với địa phƣơng khác. Vì vậy, khi vận dụng các mô hình cần phải chú ý tới các điều kiện đặc thù tại địa phƣơng, hay đúng hơn, là sử dụng các thông số của mô hình đã đƣợc kiểm chứng cho địa phƣơng [17]. 1.2.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất Việc mô hình hoá quá trình xói mòn bắt đầu vào thập niên 80 thế kỷ 20, góp phần tính toán và dự báo xói mòn. Theo Phạm Hùng [3], có thể chia các mô hình ra làm hai loại chính là mô hình kinh nghiệm và mô hình nhận thức. Các mô hình đƣợc xây dựng trên cơ sở của lý thuyết hệ thống với giả thiết là lƣợng vào và ra của hệ thống là đã xác định. 1.2.3.1. Mô hình kinh nghiệm Mô hình kinh nghiệm là các mô hình đƣợc xây dựng dựa vào tổng kết từ các quan sát thực tế. Nói theo nghĩa hẹp hơn, hầu hết các mô hình này đều dựa vào phƣơng trình mất đất tổng quát của Wischmeier và Smith hoặc các tƣ duy tƣơng tự. Có thể kể đến các mô hình: Phƣơng trình Musgrave của Musgrave, 1947; Phƣơng pháp tỉ lệ phân chia bùn cát, Renfro, 1975; Phƣơng pháp Dendy - Boltan, Dendy và Bolten, 1976; MUSLE (modified universal soil loss equation, Auerswwald, 1990 [3]: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16
Mục đích của các mô hình này là để tính toán lƣợng đất tổn thất trung bình hàng năm cũng nhƣ dự báo xói mòn đất bình quân trên đất dốc. Ngoài ra, việc sử dụng các mô hình cũng cho phép dự báo những thay đổi về xói mòn đất do biến đổi trong hệ thống canh tác và đề xuất, ƣớc đoán hiệu quả của các biện pháp phòng chống xói mòn. Mô hình kinh nghiệm có những hạn chế sau: - Phạm vi ứng dụng mang tính địa phƣơng, có độ chính xác hạn chế khi áp dụng ở những khu vực khác nhau. - Chƣa đề cập đến quá trình bồi lắng và chuyển tải hạt đất - Không có khả năng tính toán cho từng trận mƣa hay các bƣớc thời gian ngắn hơn - Đối với các lƣu vực lớn, độ chính xác chƣa cao do tính phức tạp của khu vực nghiên cứu. Nhƣợc điểm này có thể đƣợc khắc phục bằng cách chia khu vực nghiên cứu thành các khu vực nhỏ hơn. Mô hình thực nghiệm AĐ Ivanovaki và IA Kornev Mô hình này đƣợc xây dựng tại các trạm thực nghiệm Novosilski. Phƣơng trình của mô hình có dạng [2]: M=AI0,75L1,5X1,50 Trong đó: M: lƣợng đất rửa trôi I: Độ dốc sƣờn (tang góc dốc) L: Khoảng cách từ đƣờng chia nƣớc (chiều dài sƣờn m) X: Cƣờng độ mƣa hoặc tuyết tan (mm/ph) A: Hệ số tính đến các nhân tố khác Mô hình này chƣa đề cập tới vai trò của thảm thực vật cũng nhƣ vai trò của các loại đất, chỉ đƣa vào dƣới dạng một hệ số. Tuy vậy, mô hình thực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17
nghiệm này đƣợc một số nhà khoa học Việt Nam ứng dụng trong các tính toán của mình để phân cấp tiềm năng xói mòn cho các khu vực khác nhau. Mô hình USLE USLE (Universal soil loss equation) – Phƣơng trình mất đất tổng quát (hay phƣơng trình mất đất phổ dụng) đƣợc Wischmeier và Schmid hoàn thiện vào năm 1978 từ kết quả của một nỗ lực thống kê lớn ( dữ liệu từ hơn 5000 plot hàng năm). Phƣơng trình đƣợc thiết kế ban đầu nhƣ là một công cụ qui hoạch để kiểm soát vấn đề xói mòn cho các cánh đồng ở vùng “vành đai ngô” nƣớc Mỹ [45]. Phƣơng trình mất đất tổng quát cho phép đánh giá ở tỷ lệ từng cánh đồng lƣợng đất mất do xói mòn khe rãnh và xói mòn liên rãnh. Trong khung cảnh của phƣơng trình mất đất tổng quát, xói mòn đƣợc định nghĩa là tổng lƣợng đất đƣợc chuyển tới chân sƣờn dốc nơi các quá trình lắng đọng quan trọng bắt đầu diễn ra hoặc các dòng chảy bắt đầu đƣợc tập trung lại. Việc áp dụng cách tiếp cận mô hình hoá phân tích thống kê hồi qui đa biến để xây dựng phƣơng trình đã cho phép phân tách các nhân tố trọng số của một loạt biến độc lập (mƣa, đất, địa hình, lớp phủ thực vật và phƣơng thức canh tác). Hơn nữa, việc sử dụng các tham số đo lƣờng lƣợng mất đất hàng năm cho phép phƣơng trình này có thể dùng đƣợc trong đánh giá lƣợng mất đất trung bình hàng năm. Phƣơng trình có đƣợc từ số lƣợng lớn các thửa đất đƣợc quan sát hiếm khi quá 90m chiều dài và dốc quá 18%. Loại đất mà mô hình ban đầu đƣợc xây dựng chủ yếu là loại đất cấu trúc hạt vừa [17]. Phƣơng trình mất đất tổng quát có dạng nhƣ sau: A=R*K*L*S*C*P (Phƣơng trình: Wischmeier WH - Smith DD) Trong đó: A: lƣợng đất mất trung bình hàng năm chuyển tới chân sƣờn (kg/m2.năm) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18
R: hệ số xói mòn do mƣa (thang đo độ xói mòn đƣợc lập trên cơ sở EI30) (KJ.mm/m2.h.năm) K: hệ số kháng xói của đất (đƣợc xác định bằng lƣợng đất mất đi cho một đơn vị xói mòn của mƣa trong điều kiện chuẩn, nghĩa là chiều dài sƣờn là 22,4m, độ dốc 9%, trồng luống theo chiều từ trên xuống sƣờn dốc) (kg.h/KJ.mm) L: Hệ số chiều dài sƣờn dốc, tỷ lệ đất mất đi của thửa đất so với lƣợng đất mất đi của thửa đất chuẩn (không thứ nguyên) S: Hệ số độ dốc (tỷ lệ đất mất đi của thửa đất so với lƣợng mất đất của thửa đất chuẩn) (không thứ nguyên) C: Hệ số cây trồng hoặc lớp phủ (không thứ nguyên) tỷ lệ lƣợng đất mất của thửa đất so với lƣợng đất mất đi của thửa đất chuẩn (bỏ hoá cách năm) P: Hệ số canh tác bảo vệ đất (không thứ nguyên) tỷ lệ lƣợng đất mất đi của thửa đất so với lƣợng đất mất đi của thửa đất chuẩn (trồng luống theo chiều từ trên xuống sƣờn dốc) Phƣơng trình ban đầu đƣợc thành lập ở hệ đo lƣờng Anh - Mỹ nhƣng ngày nay đã đƣợc chuyển sang hệ SI để tiện cho việc tính toán với các dữ liệu thu thập đƣợc cũng nhƣ đánh giá so sánh USLE với các mô hình xói mòn khác. Phƣơng trình mất đất tổng quát có thể đƣợc coi là công cụ dự báo có thể “đánh giá tốt nhất” [17] và chính xác dƣới các điều kiện về khí hậu, đất, địa hình đã đƣợc Wischmieier và Smith chỉ rõ. Cũng có thể nhận thấy rằng việc sử dụng phƣơng trình này để tính toán hoặc dự đoán các hiện tƣợng xói mòn xảy ra trong thời gian ngắn hơn sẽ không chính xác [3] và khi áp dụng phƣơng trình cho các tỷ lệ khác (qui mô về không gian) cũng cần hết sức thận trọng. Tuy nhiên, việc phân tách quá trình xói mòn thành các biến độc lập cũng mang lại khả năng to lớn trong tính toán dự đoán xói mòn, và tƣ duy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19
này, cũng nhƣ bản thân phƣơng trình USLE có thể đƣợc sửa đổi để thích hợp với những hoàn cảnh cụ thể về tỷ lệ không gian, điều kiện khí hậu cũng nhƣ các điều kiện địa - vật lý khác bằng cách thay đổi các hệ số của phƣơng trình. Vì lý do trên, phƣơng trình USLE đã đƣợc thay đổi cho phù hợp với các điều kiện khác nhau, ví dụ [17]: - USLE cho đất canh tác nông nghiệp (chính là phƣơng trình gốc của Wischmeier và Smith) - USLE cho đất xây dựng (Wischmeier, Jonson và Cross, 1971) - USLE cho đất rừng (Dissmeier và Foster, 1981) - USLE trong điều kiện bão (Onstad và Foster, 1974) - USLE cho đánh giá lƣợng trầm tích của lƣu vực (Williams, 1975) Trong quá trình phát triển, phƣơng trình USLE cũng đồng thời đƣợc các chuyên gia đánh giá, đặc biệt là trên khía cạnh áp dụng. Mặc dù vẫn đƣợc coi là công cụ hữu hiệu trong đánh giá xói mòn do mƣa với ý tƣởng quản lý tổng hợp lƣu vực và trong các nghiên cứu dựa trên GIS, Baumann và nnk [39], khi so sánh kết quả nghiên cứu xói mòn của cùng một khu vực trong cùng một thời kỳ (bang Chiapas, Mexico, 1997) của hai nhóm nghiên cứu cùng sử dụng phƣơng trình mất đất phổ dụng (USLE) đã thấy có sự khác biệt đáng kể (từ 57 đến 300 t/ha cho vùng cao và 20 đến 859 t/ha cho vùng thấp). Sau khi tìm hiểu, họ thấy rằng sai lệch do bản đồ chỉ chiếm một phần, còn một phần là do sai lệch trong quá trình diễn giải và đánh giá cùng một nguồn dữ liệu. Sự phân tích tập trung vào ba nhân tố chính của phƣơng trình USLE: C, K và R, nghĩa là sự ảnh hƣởng của lớp phủ thực vật, điều kiện thổ nhƣỡng và đặc điểm mƣa trong quá trình xói mòn. Mô hình SEIM Để đá nh giá đƣợ c mƣ́ c độ xó i mò n trên lã nh thổ lớ n (toàn bộ Đài Loan), các tác giả đã sử dụng Mô hình chỉ số xói mòn đất (Soil Erosion Index Model Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20
– SEIM). Mô hì nh nà y nghiên cƣ́ u sƣ̣ ả nh hƣở ng củ a cá c chỉ số khá c nhau tớ i lƣợ ng đấ t xó i mò n mà không nhằ m tí nh ra cụ thể lƣợ ng đấ t xó i m òn hàng năm [15]. Vớ i sƣ̣ có mặ t củ a Ci (chỉ số lớp phủ ) và Ui (chỉ số sử dụng đất ), mô hình này mang tới bức tranh rõ rệt hơn về tình trạng xói mòn so với mô hình xói mòn tiềm năng từ phƣơng trình USLE (loại bỏ hệ số C và P). Mô hì nh chỉ số xó i mò n đấ t có dạ ng: Ai=Ki+Ri+Ti+Ci+Ui Trong đó : Ki: chỉ số xói mòn của đất Ri: Chỉ số xói mòn của mƣa Ti: Chỉ số xói mòn của sƣờn Ci: Chỉ số xói mòn của lớp phủ Ui: Chỉ số xói mòn của sử dụng đất. Để có thể thấ y rõ hơn vai trò củ a cá c chỉ số tớ i tiề m năng xó i mò n , các tác giả đã phân tích dựa trên cơ sở chia 5 loại chỉ số trên thành 2 lĩnh vực: các chỉ số điều kiện tự nhiên và các chỉ số nhâ n tạ o (artificial index ) gồ m Ci và Ui, tƣ̀ đó có đƣợ c kế t luậ n về nhƣ̃ ng nơi mà con ngƣờ i cầ n có tá c độ ng để giảm thiểu xói mòn Mô hình ESLE (Emprical Soil loss equation)[17] Trong nghiên cƣ́ u củ a mì nh , các tác giả đã sử dụng s ố liệu từ khoảng 1841 khoảnh-năm để đá nh giá cá c hệ số trong phƣơng trì nh USLE . Vớ i hệ số LS, khi á p dụ ng cho vù ng đấ t dố c , các tác giả đã tìm ra sự khác biệt đáng kể giƣ̃ a kế t quả thƣ̣ c nghiệ m và phƣơng trì nh khi độ dố c trên 10 độ . Theo tí nh toán, các tác giả đƣa ra công thức tính LS nhƣ sau : S=10.8sin(teta) +0.03 khi gó c dố c teta 5-10 độ S=21.91sin(teta)-0.96 teta>10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21
Để có thể đá nh giá đƣợ c rõ hơn cá c tá c độ ng củ a con ngƣờ i trong việ c bảo vệ đất chống xói mòn , các tác giả đã đƣa vào phƣơng trình 3 hệ số mớ i (thay thế cho C và P ) gọi là B (biological control ), E(Engineering control ) và T (tillage). B đặ c trƣng cho cá c tá c độ ng đế n lớ p phủ , E cho cá c tá c độ ng đế n đị a hì nh và T là hƣớng luống canh tác . 1.2.3.2. Mô hình nhận thức Khác với mô hình kinh nghiệm, các mô hình nhận thức đƣợc phát triển dựa vào hiểu biết về các qui luật vận động và cơ chế vật lý của quá trình xói mòn, nghĩa là dựa vào các hiểu biết đã đƣợc lý thuyết hoá dƣới dạng các định luật hay phƣơng trình vật lý. Các quá trình vật lý của xói mòn có thể đƣợc kể ra gồm: quá trình bóc tách hạt đất (do năng lƣợng của hạt mƣa rơi hoặc một dạng năng lƣợng khác); quá trình chuyển tải (với các định luật về dòng chảy mà quá trình này tuân thủ) và quá trình sa lắng của các hạt đất. Vì thế, cơ sở lý thuyết của mô hình nhận thức là lý thuyết cơ học chất rắn, chất lỏng và phân tích mô hình kinh nghiệm. Mô hình nhận thức đơn giản Bản chất của các mô hình nhận thức đơn giản là quá trình xói mòn đƣợc chia ra làm hai bƣớc, bƣớc đất bị bóc tách và bƣớc đất đƣợc chuyển tải tới cửa ra. Lƣợng đất bị bóc tách thƣờng đƣợc tính theo phƣơng trình mất đất tổng quát USLE, quá trình chuyển tải đƣợc tính toán qua các hàm diễn toán thành phần chuyển tải. Các mô hình thuộc loại này có thể kể ra là Mô hình diễn toán bùn cát theo Muskingum, Sign và Quiroga, 1986; Kết hợp mô hình mô phỏng mƣa, dòng chảy và bùn cát, Franchini và Schipa, 1993 [3]: Theo nhận xét của Phạm Hùng [3], mô hình nhận thức đơn giản có các ƣu điểm và nhƣợc điểm sau: Ƣu điểm: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22
- Mô tả và tính toán khá chi tiết quá trình chuyển tải hạt đất trên sƣờn dốc thông qua việc phân chia lƣu vực. - Không bắt buộc phụ thuộc vào hình dạng xác định. Nhƣợc điểm: Không hoàn toàn dựa vào quá trình vật lý của hiện tƣợng xói mòn mà mới chỉ đề cập đến lƣợng đất tổn thất hàng năm. Mô hình nhận thức phức tạp Các mô hình loại này đƣợc xây dựng dựa vào bản chất vật lý của hiện tƣợng xói mòn lƣu vực. Quá trình xói mòn lƣu vực đƣợc mô tả qua ba quá trình chính: 1) quá trình bóc tách các hạt đất do năng lƣợng của hạt mƣa; 2) quá trình chuyển tải hạt đất do dòng chảy mặt gây nên và 3) quá trình bồi lắng do khả năng chuyển tải của bề mặt lƣu vực nhỏ hơn nồng độ tập trung các hạt. Mỗi quá trình đều tuân thủ những định luật vật lý và có thể mô phỏng đƣợc. Toàn bộ ba quá trình trên là liên tục và tạo nên động lực của quá trình xói mòn trên bề mặt lƣu vực. Có thể kể ra các mô hình phổ biến sau: Dự báo xói mòn do nƣớc (WEPP), Lane và Nearing, 1989; Mô hình xói mòn châu Âu, Morgan, 1992; Chƣơng trình dự báo xói mòn theo quá trình, Schramm, 1994 [3]: Ƣu điểm quan trọng nhất cần phải kể tới của mô hình nhận thức phức tạp là nó đã khắc phục nhiều nhƣợc điểm của mô hình nhận thức đơn giản. Cách mô phỏng sát với quá trình xói mòn trên bề mặt lƣu vực, vì thế, cho phép xem xét phản ứng của hệ thống thuỷ văn khi muốn thay đổi một bộ phận hay toàn bộ cấu trúc của hệ thống. Nhƣợc điểm dễ thấy của mô hình nhận thức phức tạp là đòi hỏi lƣợng thông tin đầu vào tƣơng đối lớn và chính xác. 1.3. Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam Việt Nam có trên 3/4 diện tích tự nhiên là đồi núi với độ dốc cao, địa hình chia cắt phức tạp. Trƣớc đây hầu hết các diện tích đồi núi đều có rừng che phủ, ngày nay, do nhu cầu lƣơng thực thực phẩm, nhu cầu gỗ trong công nghiệp và xây dựng cũng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23
nhƣ quá trình buông lỏng quản lí những năm đầu đổi mới làm cho diện tích rừng Việt Nam giảm mạnh. Độ che phủ đất ngày càng giảm cùng với hiện tƣợng mƣa tập trung theo mùa là nguyên nhân chính gây nên xói mòn vùng đất dốc và đang ảnh hƣởng không nhỏ đến sản xuất Nông Lâm nghiệp các tỉnh miền núi. Tuy vậy việc nghiên cứu xói mòn mới chỉ bắt đầu từ những năm 60 trở lại đây. Một số tác giả đã nghiên cứu xói mòn đất ở Đông bắc, Tây bắc bằng các phƣơng pháp đơn giản và trực quan nhƣ đóng cọc, dùng dây hoặc mô tả, đánh giá định tính quá trình xói mòn trong khoảng thời gian ngắn (4 năm 1961-1964). Sau đó, do chiến tranh (1965-1976), vấn đề xói mòn ít đƣợc quan tâm nghiên cứu. Những công trình đầu tiên nghiên cứu xói mòn ở Việt Nam đáng chú ý là của các tác giả Nguyễn Quí Khải (1962), Nguyễn Xuân Khoát (1963), Tôn Gia Huyên (1963, 1964), Bùi Quang Toản (1965), Trần An Phong (1967) [17] Trong những năm 1977, 1978, các đề tài nghiên cứu xói mòn đƣợc triển khai trong nhiều chƣơng trình khoa học cấp nhà nƣớc nhƣ các chƣơng trình Tây nguyên, Tây bắc, Môi trƣờng Những công trình này đã đi sâu nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố đến xói mòn; phƣơng pháp nghiên cứu định lƣợng, quan trắc, cân đo chính xác. Đáng chú ý một số công trình của Bùi Quang Toản (1985), Đỗ Hƣng Thành (1982), Phan Liên (1984), Nguyễn Quang Mỹ và nnk (1985, 1987) [6],[7], nghiên cứu về ảnh hƣởng của các yếu tố địa hình tới xói mòn, Nguyễn Quang Mỹ đã có những tổng kết rằng hiện tƣợng xói mòn trên lãnh thổ Việt Nam là khá nghiêm trọng do ảnh hƣởng của điều kiện tự nhiên và canh tác và có thể tóm tắt nhƣ sau [5]: - Độ dốc tăng 2 lần, xói mòn tăng từ 2 đến 4 lần - Chiều dài sƣờn tăng 2 lần, xói mòn tăng 2 đến 7,5 lần Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24
- Hƣớng Đông, Đông nam, Tây nam, Tây, do năng lƣợng mặt trời chiếu nhiều, nhiệt độ tăng cao dẫn tới quá trình phong hoá khiến vật chất bị vỡ làm cho xói mòn tăng từ 1,8 đến 3,9 lần. - Sƣờn lồi tăng 2 đến 3 lần so với sƣờn thẳng. Sƣờn lõm xói mòn yếu, sƣờn bậc thang xói mòn không đáng kể. Theo Nguyễn Quang Mỹ [6], lịch sử nghiên cứu xói mòn ở nƣớc ta có thể chia thành 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Trước năm 1954. Giai đoạn này xói mòn đất hầu nhƣ chƣa đƣợc nghiên cứu đƣa lên thành lý luận. Một số biện pháp canh tác chống xói mòn mang tính sơ khai nhƣ làm ruộng bậc thang, xây kè cống mới bƣớc đầu xuất hiện. - Giai đoạn 2: Từ 1954 đến 1975. Nghiên cứu về xói mòn đất ở Việt Nam có thể nói bắt đầu từ những năm 1960. Trong thời gian này, miền Bắc xây dựng nhiều nông trƣờng, nông trang, các hợp tác xã nông nghiệp. Ở khu vực trung du và miền núi nƣớc ta chủ yếu là đất dốc, do đó vấn đề sử dụng hợp lý và có hiệu quả đất đai đƣợc nhiều ngƣời chú ý, nhất là Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Trƣờng Sơn v.v Cán bộ kỹ thuật ở các nông trƣờng, nông trang đã đề ra hàng loạt các biện pháp chống xói mòn. Giai đoạn này đã bắt đầu xuất hiện một số công trình nghiên cứu về xói mòn đất, nổi bật là công trình nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Bình (1962), Nguyễn Quý Khải (1962), Cao Văn Bính (1962) về ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất, góp phần đƣa ra các tiêu chí bảo vệ đất, sử dụng và khai thác đất dốc. Các tác giả Tôn Gia Huyên, Chu Đình Hoàng, Nguyễn Xuân Kỳ, Nguyễn Quý Khải, Bùi Ngạnh (1963) [5] v.v đã tập trung nghiên cứu về xói mòn khu vực và biện pháp, công trình trồng cây xanh che phủ đất chống xói Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25
mòn ở Tây bắc, Bắc Thái (cũ), Phú Thọ (cũ), Sơn La và Lào Cai. Tuy mới là các nghiên cứu định tính, mô tả là chủ yếu nhƣng những công trình nghiên cứu này đã góp phần xây dựng nên quy phạm tạm thời về "thiết kế trên đồi" của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Cuối giai đoạn này, các công trình nghiên cứu xói mòn đất tập trung nghiên cứu theo chiều sâu, đã có phân vùng xói mòn, xây dựng các trạm quan trắc định vị lâu dài. Nổi bật là các công trình của Chu Đình Hoàng và Đào Khƣơng về những nét đặc trƣng chủ yếu của xói mòn vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam. Những công trình nghiên cứu giai đoạn này bƣớc đầu đã ứng dụng nhằm ngăn chặn, kiểm soát xói mòn đất trong canh tác Nông Lâm nghiệp. - Giai đoạn 3: Từ 1975 đến nay. Nhiều công trình nghiên cứu về xói mòn đất đƣợc triển khai trong giai đoạn này và áp dụng các phƣơng pháp nghiên cứu hiện đại, xây dựng hàng loạt các khu quan trắc kiên cố nhƣ trạm nghiên cứu xói mòn An Châu (Hữu Lũng – Lạng Sơn), trạm Ekmat (Buôn ma thuột), trạm nghiên cứu xói mòn đất Tây nguyên. Trong giai đoạn này các công trình nghiên cứu đã đi theo hƣớng định lƣợng nhƣ công trình nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ [7] về xói mòn đất Nông nghiệp Tây nguyên và các nhân tố ảnh hƣởng đến xói mòn. Công trình của Phạm Ngọc Dũng (1991) [1] về ứng dụng phƣơng trình mất đất phổ quát vào dự báo tiềm năng xói mòn đất và đƣa ra các biện pháp chống xói mòn cho các tỉnh Tây nguyên. Công trình này mở ra triển vọng cho việc ứng dụng phƣơng trình Wischmeier W.H– Smith D.D vào dự báo xói mòn đất trong điều kiện nƣớc ta hiện nay. Năm 1996, Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải đã công bố công trình nghiên cứu với tựa đề “Nghiên cứu tác dụng phòng hộ nguồn nƣớc của một số thảm thực vật chính và các nguyên tắc xây dựng rừng phòng hộ nguồn nƣớc”[4]. Về mặt lý luận các tác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26
giả đã đánh giá đƣợc năng lực phòng hộ của một số dạng cấu trúc thảm thực vật rừng về mặt chống xói mòn. Một số nghiên cứu xói mòn phục vụ cho công tác tính toán bồi lắng cũng đáng đƣợc đề cập. Vi Văn Vị và Trần Bích Nga [12] đã thử dự đoán lƣợng cát bùn bồi lấp lòng hồ Hoà Bình với lƣợng xói mòn đƣợc đề cập cho toàn lƣu vực là từ 20.000 đến 40.000 tấn/km2 năm. Nghiên cứu sự liên quan giữa xói mòn và trầm tích trên lƣu vực sông đã dẫn tới những kết luận đáng chú ý. Không nhằm nghiên cứu xói mòn tại từng điểm, Lại Vinh Cẩm [16] sử dụng phƣơng trình mất đất tổng quát (USLE) để đánh giá tiềm năng và mức độ xói mòn hiện tại của từng lƣu vực (4 lƣu vực lớn ở miền Bắc Việt Nam). Kết quả nghiên cứu về xói mòn tại các lƣu vực đƣợc tích hợp với phân tích lƣu vực nhằm chỉ ra các khu vực xói mòn nguy hiểm làm cơ sở cho đề xuất các biện pháp phòng tránh hữu hiệu nhằm mục tiêu phát triển bền vững [16]. Trong thời gian gần đây, khoảng từ những năm 90, với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thông tin địa lý, một số nhà nghiên cứu Việt Nam cũng đã thử giải quyết bài toán xói mòn bằng cách mô hình hoá, sử dụng sức mạnh tính toán của công nghệ tin học. Phƣơng trình mất đất tổng quát (USLE) của Wischmeier và Smith đƣợc sử dụng rộng rãi trong các mô hình do tính minh bạch và dễ áp dụng của nó. Điển hình cho các nghiên cứu loại này là của Trần Minh Ý, Lại Vinh Cẩm, Nguyễn Tứ Dần, Trần Thị Bích Nga [12],[13],[16]. Gầ n đây nhấ t , trong đề tài nghiên cứu cơ bản 74 06 01 [10], tác giả Vũ Anh Tuân đã ứng dụng phƣơng trình mất đất tổng quát USLE để tính toán xói mòn. Điểm đặc biệt là các thông tin về lớp phủ thực vật đã đƣợc xét đến “thông số lớp phủ thực vật” đã đƣợc thu nhận qua tƣ liệu viễn thám đa phổ UoSAT-12. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27
Quá trình xói mòn đất làm phá hủy lớp thổ nhƣỡng, rửa trôi dinh dƣỡng trong đất, gây thoái hóa bạc mầu đất, làm giảm năng xuất cây trồng, thậm trí làm mất khả năng tồn tại và sinh tồn của cây trồng trên đất bị xói mòn. Xói mòn còn gây nên hiện tƣợng bồi lắng sông hồ, ảnh hƣởng nghiêm trọng đến khả năng lƣu thông và tích trữ nƣớc. Hiện nay vấn đề bảo vệ đất chống xói mòn đã trở thành một vấn đề lớn và cấp bách của thế giới và ở Việt Nam. Các đề tài nghiên cứu về xói mòn đất đang đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Sơn Động là huyện miền núi, địa hình phức tạp, độ dốc lớn, khí hậu có tính chất đặc thù, lƣợng mƣa lớn với cƣờng độ cao, đa phần nhân dân canh tác nông lâm nghiệp trên đất dốc nhƣng chƣa áp dụng những biện pháp canh tác khoa học. Đây là những nguyên nhân cơ bản gây thoái hóa, xói mòn đất. Tuy nhiên đến nay chƣa có công trình khoa học nào nghiên cứu đánh giá xói mòn đất trên địa bàn huyện Sơn Động. Vì vậy đề tài nghiên cứu đánh giá xói mòn đất và tìm ra biện pháp tác động phù hợp nhằm giảm thiểu xói mòn trên địa bàn là rất cần thiết và cấp bách. 1.4. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá xói mòn đất 1.4.1. Sự hình thành và phát triển của GIS Trong xã hội thông tin, thông tin địa lý giữ một vai trò rất quan trọng. Khi cung cấp thông tin hoặc sự kiện, nhà cung cấp thông tin cần phải cho biết vật ấy, sự kiện ấy xảy ra ở đâu, khi nào, đó chính là thông tin địa lý (Geographic Information) [9]. Từ khi ra đời, hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) phát triển với tốc độ mạnh, đã và đang đƣợc ứng dụng trong rất nhiều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28
ngành, lĩnh vực. GIS đã phát triển từ những ứng dụng trên các đối tƣợng liên quan đến đất đai và biến đổi chậm nhƣ tài nguyên, môi trƣờng đến những ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan đến con ngƣời hoặc những đối tƣợng có tần số biến đổi nhanh nhƣ cơ sở kỹ thuật hạ tầng, kinh tế, xã hội. Với những ứng dụng ngày càng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội, từ năm 1992, các nhà khoa học Mỹ đã xác lập một ngành khoa học mới: Khoa học thông tin địa lý (Geographic Information Science). Khoa học thông tin địa lý đã từng bƣớc hoàn thiện các mô hình biểu diễn đối tƣợng, hoạt động, sự kiện và các quan hệ của chúng trong thế giới thực, đồng thời nghiên cứu phát triển các thuật toán lƣu trữ, xử lý số liệu theo không gian và thời gian [9]. Có nhiều phần mềm GIS, để phù hợp với điều kiện tài chính và bản quyền, đề tài chọn phần mềm Mapinfo và Arcview là hai công cụ chính để lập bản đồ, chồng xếp và phân tích bản đồ, quản lí dữ liệu, xử lý và truy xuất thông tin. 1.4.2. Ứng dụng GIS trực tiếp xây dựng bản đồ xói mòn Nhƣ trình bày ở trên cho thấy GIS là công cụ mạnh có khả năng ứng dụng để đánh giá xói mòn đất. Sử dụng trực tiếp GIS trong đánh giá, xây dựng bản đồ xói mòn đất đƣợc thực hiện qua 2 bƣớc sau: Bƣớc 1: Xây dựng bản đồ hợp phần gồm 4 loại bản đồ sau: - Bản đồ thổ nhƣỡng - Bản đồ lƣợng mƣa - Bản đồ địa hình - Bản đồ thảm thực vật Bƣớc 2: Sử dụng GIS tính toán để đƣợc bản đồ xói mòn đất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29
Các bƣớc cụ thể đƣợc mô phỏng theo hình 1.2 dƣới đây: Bản đồ thổ nhƣỡng Bản đồ lƣợng mƣa Bản đồ GIS xói mòn Bản đồ địa hình đất Bản đồ thảm thực vật Hình 1.2: Ứng dựng GIS trực tiếp tính toán xói mòn - Ƣu điểm của phƣơng pháp này: Nhanh, tốn ít công - Nhƣợc điểm: Độ tin cậy không cao, khi tạo thành bản đồ thành quả cần có những kiểm định thực tế. 1.4.3. Ứng dụng GIS và mô hình hóa tính toán xói mòn đất Với việc các mô hình tính toán xói mòn phong phú, đa dạng (nhƣ đã trình bày ở mục 1.2, 1.3), việc lựa chọn mô hình cần dựa trên yếu tố: - Tính khả thi, bao gồm cả việc khả thi về dữ liệu và phƣơng pháp - Tính phù hợp về thông tin. Các thông tin mà mô hình có thể đem lại (nghĩa là kết quả tính toán) phải đầy đủ, phù hợp với yêu cầu đặt ra - Tính chính xác. Mô hình đƣợc chọn phải có độ chính xác phù hợp với yêu cầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30
Từ những yếu tố trên cho thấy USLE là một trong những mô hình phù hợp để đánh giá, tính toán xói mòn. Sử dụng mô hình USLE trong đánh giá xói mòn đã là đề tài nghiên cứu của nhiều tác giả và cho thấy mô hình USLE có thể áp dụng cho tính toán xói mòn ở cấp độ khu vực hoặc một huyện (nhƣ nghiên cứu của đề tài). Tính tổng hợp của mô hình USLE là đề cập đến tất cả các nhân tố ảnh hƣởng tới xói mòn một cách riêng biệt trong mối tƣơng quan chặt chẽ. Điều này cho phép tách riêng từng yếu tố để phân tích ảnh hƣởng vai trò của chúng đến xói mòn và tìm ra biện pháp tác động phù hợp nhất. Với cách tiệm cận vấn đề theo từng thông số ảnh hƣởng đến xói mòn, USLE có thể đƣợc tính toán bằng GIS. Trình tự các bƣớc cơ bản đƣợc thực hiện nhƣ sau: Bƣớc 1: Xây dựng các bản đồ hợp phần: - Bản đồ thổ nhƣỡng - Bản đồ lƣợng mƣa - Bản đồ địa hình - Bản đồ thảm thực vật - Bản đồ canh tác sử dụng đất v.v Bƣớc 2: Từ các bản đồ đơn tính, ứng dụng GIS xây dựng các bản đồ hệ số xói mòn của phƣơng trình USLE Bƣớc 3: Từ các bản đồ hệ số xói mòn, ứng dụng GIS xây dựng bản đồ tiềm năng xói mòn và xói mòn hiện tại của khu vực nghiên cứu Các bƣớc thực hiện đƣợc mô phỏng theo hình 1.3: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31
PP khác + GIS GIS GIS Bản đồ lƣợng mƣa Hệ số R trung bình năm Bản đồ xói Bản đồ địa hình Hệ số LS mòn tiềm năng Hệ số K Bản đồ thổ nhƣỡng Hệ số C Bản đồ xói Bản đồ lớp phủ thực mòn vật Hệ số P Cơ sở dữ liệu đầu vào Bản đồ thành phần Bản đồ kết quả GIS Hình 1.3: Sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói mòn bằng GIS Hình 1.3 trên đây miêu tả việc sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói mòn bằng hệ thống thông tin địa lý. Các thông số của mô hình (các hệ số) đƣợc tính toán trên GIS từ các dữ liệu đầu vào (các bản đồ). Cuối cùng, dựa trên bản đồ hệ số, tính toán bản đồ xói mòn và bản đồ xói mòn tiềm năng. - Ƣu điểm: Phƣơng pháp này cho độ tin cậy cao, dễ phân cấp xói mòn - Nhƣợc điểm: Cần hiểu rõ về GIS để thực hiện tốt các bƣớc công việc trong khi đây là phần mềm tiên tiến với nhiều ứng dụng rất đa dạng, khó tìm hiểu, nắm bắt trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, cần đặc biệt lƣu ý đối với việc ứng dụng GIS trong tính toán xói mòn đất là số liệu đầu vào phải đồng bộ và thống nhất về khuôn mẫu, tọa độ và tiêu chuẩn. Do đó, quan tâm đến việc xây dựng một cơ sở dữ liệu đủ tin cậy là yêu cầu hàng đầu trong việc ứng dụng GIS nói chung và ứng dụng GIS trong đánh giá xói mòn đất nói riêng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32
CHƢƠNG II: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1. Điều kiện tự nhiên 2.1.1. Vị trí địa lý, địa hình 2.1.1.1. Vị trí địa lý Huyện Sơn Động đƣợc bao bọc bởi dãy núi cánh cung Đông Triều, đỉnh núi cao nhất của huyện là đỉnh Yên Tử cao 1064,0 m. Tọa độ địa lý từ: 2109’00” đến 21030’10” Vĩ độ Bắc; từ 106040’00” đến 107000’20” Kinh độ Đông. Phía Đông giáp huyện Đình Lập (tỉnh Lạng Sơn), huyện Ba Chẽ và huyện Hoành Bồ (tỉnh Quảng Ninh); Phía Tây giáp huyện Lục Nam và huyện Lục Ngạn (tỉnh Bắc Giang); Phía Bắc giáp huyện Đình Lập, Lộc Bình (tỉnh Lạng Sơn) và huyện Lục Ngạn (tỉnh Bắc Giang). Hình 2.1: Vị trí địa lý huyện Sơn Động Các đơn vị hành chính của huyện gồm 20 xã và 02 thị trấn, trong đó các xã đa số là miền núi, vùng cao, dân tộc ít ngƣời, diện tích canh tác đất nông Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33
nghiệp ít, đời sống của nhân dân còn gặp rất nhiều khó khăn, chủ yếu sống dựa vào rừng. Hình 2.2: Bản đồ hành chính huyện Sơn Động 2.1.1.2. Địa hình Sơn Động là huyện miền núi, địa hình chia cắt phức tạp, thoải dần từ phía Đông Bắc xuống phía Tây; độ dốc trung bình từ 200 đến 300. Theo Wischeimer W.H. - Smith D.D. độ đốc và chiều dài sƣờn dốc là những nhân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34
tố ảnh hƣởng lớn đến xói mòn đất qua việc ảnh hƣởng trực tiếp đến tốc độ dòng chảy bề mặt. 2.1.2. Khí hậu, thuỷ văn 2.1.2.1. Khí hậu Khí hậu mang tính chất đặc thù của khí hậu nhiệt đới gió mùa. Trong một năm có 4 mùa rõ rệt: - Mùa xuân thƣờng có mƣa bụi, độ ẩm không khí cao - Mùa hạ thƣờng có mƣa nhiều - Mùa thu khí hậu tƣơng đối mặt mẻ - Mùa đông thời tiết thƣờng rất lạnh và khô. Về chế độ nhiệt Nhiệt độ bình quân năm là 23,20C (T0tb từ 2001-2006), nhiệt độ tháng cao nhất đạt 39,20C (ngày 07/5/2003), tháng thấp nhất chỉ còn 20C (ngày 24/12/2001). Về chế độ ẩm Độ ẩm không khí của huyện Sơn Động dao động từ 66% đến 90%, trung bình là 72,46%; những tháng mùa hè độ ẩm không khí cao hơn những tháng mùa đông. Về chế độ mƣa Lƣợng mƣa trung bình năm là 1704,3mm, tập trung từ tháng 6 đến tháng 8, chiếm khoảng 70% lƣợng mƣa cả năm. Trong một năm, lƣợng mƣa tháng cao nhất đạt 555,1mm (tháng 8), tháng thấp nhất là 22,3mm (tháng 1). Các thông tin về chế độ khí hậu huyện Sơn Động đƣợc tổng hợp trong bảng 2.1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35
Bảng 2.1: Một số thông tin về chế độ khí hậu huyện Sơn Động – Bắc Giang. Nhiệt độ trung bình (0C) Lƣợng mƣa trung Năm Trung bình Tháng cao Tháng thấp bình (mm) năm nhất nhất 2001 2185,5 22,9 37,0 2,0 2002 1682,7 23,2 36,3 5,8 2003 1682,4 23,7 39,2 4,4 2004 2385,9 22,8 39,0 5,0 2005 2024,2 23,0 38,0 3,6 2006 1264,9 23,5 37,3 3,5 2007 1657,4 23,0 37,5 4,0 (Nguồn: Trạm khí tƣợng huyện Sơn Động - Bắc Giang, từ 2001-2007) Yếu tố khí hậu, đặc biệt là lƣợng mƣa hàng năm có ảnh hƣởng đến xói mòn đất qua cƣờng độ, tần xuất mƣa. Qua Bảng 2.1 ta thấy lƣợng mƣa bình quân năm của khu vực nghiên cứu là khá cao, trên 1700mm. Bảng 2.2: Lƣợng mƣa huyện Sơn Động năm 2007 theo tháng Tháng Lƣợng mƣa Số ngày mƣa (mm) (Ngày) 1 3,1 7 2 25,8 5 3 0,0 0 4 47,5 7 5 92,9 14 6 93,3 13 7 526,5 13 8 337,5 23 9 394,1 17 10 104,2 7 11 27,6 1 12 4,9 4 Tổng năm 1657,4 111 TB tháng 138,1 9,3 (Nguồn: Trạm khí tƣợng huyện Sơn Động - Bắc Giang, năm 2007) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36
Lƣợng mƣa các tháng trong năm huyện Sơn Động năm 2007 đƣợc thể hiện trong hình 2.3 600 500 400 300 L•îngm•a 200 100 0 Th¸ng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 L•îng m•a (mm) 3,1 26 0 48 93 93 527 338 394 104 28 4,9 Sè ngµy m•a (Ngµy) 7 5 0 7 14 13 13 23 17 7 1 4 Hình 2.3: Biểu đồ lƣợng mƣa huyện Sơn Động, năm 2007 Bảng 2.2 và hình 2.3 cho thấy biến động về lƣợng mƣa trong năm rất lớn. Lƣợng mƣa trong tháng 7,8,9, chiếm 75,9 % lƣợng mƣa cả năm, còn lại các tháng khác lƣợng mƣa không đáng kể. Do địa hình khá phức tạp, độ dốc lớn nên ảnh hƣởng của mƣa bão đến khu vực nghiên cứu là rất lớn. Chế độ gió: Huyện Sơn Động chịu ảnh hƣởng của hai loại gió mùa. Gió mùa Đông Bắc thƣờng xuất hiện vào mùa Đông, mùa Xuân kèm theo sƣơng muối, mƣa phùn và giá lạnh (kéo dài từ tháng 12 năm trƣớc đến tháng 1,2,3 năm sau). Gió mùa Đông Nam thƣờng xuất hiện vào mùa Hè, mùa Thu kèm theo là mƣa to và rất to, nắng nóng và giông bão (kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10). 2.1.2.2. Thuỷ văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37
Sơn Động là huyện đầu nguồn của hệ thống sông Lục Nam, trên địa bàn huyện có hàng trăm con suối và nhiều hồ, đập lớn. Có 4 sông đổ về hệ thống sông Lục Nam, đó là: sông An Châu bắt nguồn từ Vân Sơn, Hữu Sản; sông An Bá bắt nguồn từ An Lạc; sông Tuấn Đạo bắt nguồn từ Thanh Sơn, Thanh Luận; sông Cẩm Đàn bắt nguồn từ Chiêm Sơn. Hình 2.4: Hệ thống sông, suối huyện Sơn Động (Nguồn: Hạt Kiểm lâm huyện Sơn Động, năm 2007) 2.1.3. Thổ nhưỡng Đất ở huyện Sơn Động đƣợc hình thành trên phức hệ trầm tích gồm các loại đá mẹ: Sa thạch, phiến thạch, sa phiến thạch, cuội kết và phù sa cổ. Đất và sự phân bố các loại đất huyện Sơn Động thể hiện trong hình 2.5: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38
Hình 2.5: Bản đồ phân bố các loại đất huyện Sơn Động (Nguồn: Viện điều tra quy hoạch, 2007) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Đất ở huyện Sơn Động đƣợc thảm thực vật che phủ nhiều năm nên giàu dinh dƣỡng, nhiều diện tích vẫn còn tính chất đất rừng. Đây là điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế nông lâm nghiệp ở địa phƣơng. 2.1.4. Đặc điểm tài nguyên rừng Theo số liệu của UBND tỉnh Bắc Giang năm 2007, cơ cấu diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động gồm: Diện tích tự nhiên: 84.432,4 ha, trong đó: - Đất Nông nghiệp = 10.096,2 hecta - Đất lâm nghiệp = 68.348,29 hecta, trong đó + Diện tích có rừng là 58.441,09 hecta + Diện tích không có rừng (quy hoạch cho lâm nghiệp) là 9.907,2 hecta [14]. - Đất khác: Ngoài hai loại đất chính trên, diện tích còn lại là 16.084,11 hecta (gồm đất ở, đất chuyên dùng, đất quân sự và đất chƣa sử dụng). Diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động đƣợc thể hiện trong hình 2.6. 17% 11% 72% §Êt N«ng nghiÖp §Êt l©m nghiÖp §Êt kh¸c Hình 2.6: Diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40
Trong tổng số 68.348,29 ha đất lâm nghiệp, diện tích đất có rừng chiếm 85,5%, gồm nhiều kiểu thảm thực vật khác nhau. Hình 2.7: Bản đồ hiện trạng thảm thực vật huyện Sơn Động, năm 2007 (Nguồn: Hạt Kiểm lâm huyện Sơn Động, năm 2007) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41
Bảng 2.3: Độ che phủ thảm thực vật Sơn Động (Nguồn: Hạt Kiểm lâm huyện Sơn Động, năm 2007) Diện tích đất lâm nghiệp Diện tích Độ Stt Xã Không có tự nhiên Tổng có rừng che phủ rừng 1 An B¸ 2.844,00 2412,44 2297,94 114,5 80,8 2 An Ch©u 1.906,00 1429,47 1252,87 176,6 65,7 3 An L¹c 11.933,20 11627,9 10330,3 1297,6 86,6 4 An LËp 1.164,00 814,12 669,12 145 57,5 5 Bång Am 2.885,00 2213,7 2094,3 119,4 72,6 6 CÈm §µn 1.936,00 1286,7 1228,8 57,9 63,5 7 Chiªn S¬n 438,00 190,7 190,7 0 43,5 8 Dư¬ng Hưu 7.605,30 6770,28 4933,68 1836,6 64,9 9 Gi¸o Liªm 1.847,00 2046,71 1518,01 528,7 82,2 10 H÷u S¶n 3.519,00 3591,6 2238,7 1352,9 63,6 11 LÖ ViÔn 1.683,90 1149,94 816,04 333,9 48,5 12 Long S¬n 6.811,00 5210,7 4733,7 477 69,5 13 Phóc Th¾ng 1.793,00 1663 1382,1 280,9 77,1 14 QuÕ S¬n 1.080,00 1132,1 1111 21,1 102,9 15 Th¹ch S¬n 2.361,70 1875,5 1435,6 439,9 60,8 16 Thanh LuËn 5.631,00 4987,8 4673,1 314,7 83,0 17 Thanh S¬n 7.557,40 6115,9 5673,8 442,1 75,1 18 TB1 6.950,90 0 0 0 - 19 TT. An Ch©u 154,00 21 21 0 13,6 20 TuÊn §¹o 6.320,00 6685,89 5937,99 747,9 94,0 21 V©n S¬n 3.608,00 3166,94 2644,34 522,6 73,3 22 VÜnh Khư¬ng 1.522,00 1483,5 1157,7 325,8 76,1 23 Yªn §Þnh 2.882,00 2472,4 2100,3 372,1 72,9 Tổng cộng 84.432,40 68.348,29 58441,09 9.907,20 69,4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42
2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 2.2.1. Thành phần dân tộc và phân bố dân cư Sơn Động có 9 dân tộc sinh sống, trong đó có nhiều dân tộc ít ngƣời nhƣ: Nùng, Dao, Cao Lan, Sán Chí, Sán Rìu, Tày, Hoa [8]. Đƣợc sự quan tâm của Đảng và Nhà nƣớc, trong những năm qua, Đảng bộ và nhân dân các dân tộc huyện Sơn Động đã tích cực đổi mới, chuyển dịch cơ cấu cây trồng, không ngừng mở rộng diện tích canh tác, góp phần phủ xanh đất trống, đồi núi trọc. Về cơ cấu dân cƣ, tính đến 31/12/2007 [8], Sơn Động có 72.930 ngƣời, trong đó 5.104 ngƣời sống ở khu vực thành thị (thị trấn, thị tứ), 67.826 ngƣời sống ở khu vực nông thôn miền núi. Nhƣ vậy, hầu hết dân số huyện Sơn Động sống ở khu vực nông thôn, đời sống của nhân dân còn gặp nhiều khó khăn, nghèo nàn, lạc hậu. BiÓu ®å: ph©n bè d©n c• gi÷a Thµnh thÞ-N«ng th«n 7,1% 92,9% Thµnh thÞ N«ng th«n Hình 2.8: Phân bố dân cƣ huyện Sơn Động 2.2.2. Y tế, giáo dục[8] Mỗi xã trên địa bàn huyện có ít nhất một trạm xá, mỗi trạm xá có từ 5 đến 15 giƣờng bệnh, tổng số giƣờng bệnh của huyện là 230 giƣờng. Bệnh viện đa khoa huyện nằm tại thị trấn An Châu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43
Trên địa bàn mỗi xã có một trƣờng tiểu học ở trung tâm và có những trƣờng tiểu học ở khu lẻ, nằm rải rác trong các thôn bản xa khu trung tâm xã thƣờng là các lớp học ghép, lớp học còn nhiều khó khăn, tạm bợ. Trên địa bàn mỗi xã có một trƣờng trung học cơ sở. Trên địa bàn huyện có tổng số 608 phòng học với 1.194 giáo viên và 15.575 học sinh. 2.2.3. Giao thông Huyện Sơn Động có đƣờng quốc lộ 279 chạy qua. Đây là đƣờng giao thông huyết mạch của địa phƣơng, thuận tiện cho việc đi lại và buôn bán giữa các vùng trong huyện và tỉnh bạn. Các xã đều có đƣờng ôtô đến trung tâm xã, trong đó [8]: 10 xã có đƣờng nhựa, còn lại các xã đều có đƣờng cấp phối chạy qua trung tâm xã nhƣng chất lƣợng kém và phải tu sửa thƣờng xuyên. 2.2.4. Tình hình phát triển sản xuất huyện Sơn Động Sơn Động là huyện miền núi, đời sống của nhân dân vẫn chủ yếu dựa vào sản xuất nông, lâm nghiệp. Do địa hình phức tạp, độ dốc lớn, diện tích đất trống đồi núi trọc nhiều nên xói mòn xảy ra mạnh, đất đai thoái hoá, bạc mầu, năng xuất cây trồng thấp, đời sống nhân dân còn gặp rất nhiều khó khăn. Bình quân lƣơng thực thấp, chỉ đạt 303 kg/ngƣời/năm [8]. Do vậy nhân dân ở đây vẫn thiếu ăn, cuộc sống còn rất nhiều khó khăn vất vả. Để duy trì cuộc sống, nhân dân dựa vào rừng nhƣ khai thác Gỗ, Củi, các loại lâm sản ngoài gỗ nhƣ Song, Mây, Nhựa Trám, Sau sau, cây dƣợc liệu nhƣ Sâm nam, Ba kích, Củ mài, Các ngành sản xuất khác trên địa bàn huyện chƣa phát triển mạnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44
Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Xói mòn đất huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang. - Phạm vi nghiên cứu Do hạn chế về điều kiện thực hiện , đề tài nà y đƣợ c giớ i hạ n trong phạ m vi sau: + Địa điểm nghiên cƣ́ u : Khu vƣ̣ c nghiên cƣ́ u là huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang, qui mô nghiên cƣ́ u ở đây là cấ p huyện . + Nội dung nghiên cƣ́ u : Nghiên cứu xói mòn đất là đề tài lớn và phức tạp và cần nhiều thời gian. Đề tài chỉ tập trung kế thừa số liệu, ứng dụng GIS và phƣơng trình mất đất phổ quát của Wischmeier W.H - Smith D.D để xây dựng bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động. 3.2. Thời gian nghiên cứu Đề tài đƣợc tiến hành trong thời gian hai năm 2008-2009, trong đó: - Năm 2008: Thu thập số liệu và điều tra bổ sung hoàn chỉnh số liệu. Các số liệu về kinh tế xã hội, khí hậu, hiện trạng rừng năm 2007 và trƣớc đó. - Năm 2009: Phân tích đồng bộ số liệu liên quan, xây dựng cơ sở dữ liệu hoàn thiện đề tài, viết và hoàn thiện luận văn tốt nghiệp. 3.3. Nội dung nghiên cứu - Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng các bản đồ thành phần của mô hình (bản đồ hệ số xói mòn đất, bản đồ hệ số xói mòn do mƣa, bản đồ hệ số chiều dài sƣờn dốc, bản đồ hệ số độ dốc, bản đồ hệ số lớp phủ thực vật và bản đồ hệ số canh tác bảo vệ đất). Từ các bản đồ thành phần, ứng dụng GIS để xây dựng bản đồ xói mòn và xói mòn tiềm năng huyện huyện Sơn Động. Hai phần mềm chính đƣợc sử dụng là MapInfo và Arcview. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45
z A A,B: là các bản đồ thành phần B C: Là bản đồ mới đƣợc tạo ra từ việc ứng dụng GIS chồng xếp các bản đồ thành phần. x C y Hình 3.1: Mô hình phƣơng pháp tính toán bản đồ trên GIS - Kiểm chứng kết quả nghiên cứu ngoài thực địa - Đánh giá ảnh hƣởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất. - Đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mòn đất cho khu vực nghiên cứu. 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 3.4.1. Ngoại nghiệp - Thu thập các số liệu, tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu nhƣ: Số liệu mƣa, số liệu thống kê về tình hình dân sinh, kinh tế xã hội, các tài liệu, đề tài liên quan đến vấn đề nghiên cứu và khu vực nghiên cứu. - Thu thập các loại bản đồ gồm bản đồ thổ nhƣỡng, bản đồ thảm thực vật, bản đồ phân bố mƣa, bản đồ địa hình. - Kiểm chứng thông tin: Sau khi đã thu thập đƣợc đầy đủ các thông tin liên quan đến vấn đề nghiên cứu, chúng tôi phối hợp với các cơ quan liên quan để kiểm chứng một số thông tin ngoài thực địa. Các thông tin đƣợc kiểm chứng là bản đồ lƣợng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46
mƣa và bản đồ thảm thực vật. Với bản đồ mƣa (lấy từ Atlat mƣa Việt Nam) chúng tôi thu thập số liệu đo mƣa của trạm khí tƣợng thuỷ văn huyện Sơn Động trong 7 năm (2001-2007) để đối chứng. Với bản đồ thảm thực vật chúng tôi sử dụng phƣơng pháp chọn mẫu ngẫu nhiên kiểm tra 3 xã, mỗi xã kiểm tra 3 khoảnh, trong mỗi khoảnh kiểm tra tất cả các lô trạng thái để đối chứng giữa bản đồ và thực địa. - Kiểm chứng kết quả nghiên cứu: Sau khi xây dựng đƣợc bản đồ xói mòn đất khu vực nghiên cứu chúng tôi tiến hành kiểm chứng kết quả ngoài thực địa. Phƣơng pháp kiểm chứng là lựa chọn ngẫu nhiên theo cấp xói mòn. Mỗi cấp xói mòn kiểm tra 3 điểm ở 3 xã khác nhau. Mục đích kiểm tra không phải là để tính toán, so sánh xói mòn thực tế với kết quả mà để kiểm tra mức độ tin cậy của kết quả nghiên cứu theo cấp xói mòn ở từng địa hình, địa bàn cụ thể. 3.4.2. Nội nghiệp Xác định các tham số của phƣơng trình Wischmeier W.H - Smith D.D phù hợp với đặc điểm của khu vực nghiên cứu. Phƣơng trình WischmeierW.H - SmithD.D có dạng: A=R*K*L*S*C*P (1) (Còn gọi là phƣơng trình mất đất phổ quát) - Để thực hiện phƣơng trình 1, chúng tôi sử dụng GIS để xây dựng các bản đồ thành phần và hệ số bản đồ. - Phƣơng pháp thống kê dùng để thống kê - Phƣơng pháp tổng hợp, tính toán, sắp xếp mức độ tác động của các yếu tố đến xói mòn. - Phƣơng pháp kế thừa số liệu và các công trình nghiên cứu khác. 3.4.2.1. Hệ số mưa (R) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47
Ở miền Bắc Việt Nam, Nguyễn Trọng Hà đã sử dụng phƣơng pháp tính hệ số xói mòn do mƣa dựa theo lƣợng mƣa trung bình hàng năm của nhiều năm liên tục và phân tích tƣơng quan, phƣơng trình tính R theo lƣợng mƣa hàng năm, từ đó đề xuất [2]: R = 0,548257P – 59,9 (4.1) Với R: là hệ số xói mòn mƣa trung bình năm (J/m2) P: là lƣợng mƣa trung bình hàng năm (mm/năm) Khu vực nghiên cứu là huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang, nằm ở vùng Đông Bắc Việt Nam. Do đó chúng tôi sử dụng công thức 4.1 do Nguyễn Trọng Hà đề nghị làm công thức tính hệ số xói mòn do mƣa cho luận văn. Quá trình tính toán nhƣ hình 3.2: Số liệu lƣợng mƣa hàng năm Số hoá Bản đồ đẳng trị lƣợng mƣa trung bình Raster hoá và nội suy Bản đồ lƣợng mƣa trung bình năm Tính toán theo công thức Bản đồ hệ số R Hình 3.2. Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số R Sau khi có số liệu mƣa từ Atlat, công việc tiếp theo là cắt riêng bản đồ mƣa huyện Sơn Động. Vì Atlat mƣa Việt Nam đƣợc xây dựng trên phần mềm Mapinfo nên việc cắt bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa của Sơn Động cũng đƣợc thực hiện trên Mapinfo 9.0. Cần lƣu ý một số điểm sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48
+ Phải thống nhất tọa độ giữa file làm khuôn và file cắt mới cho ra kết quả thống nhất và tin cậy. + Nên cắt với 1 khoảng rộng hơn hẳn huyện Sơn Động để đảm bảo rằng bàn đồ đƣờng đẳng trị mƣa mới cắt bao trùm toàn bộ huyện Sơn Động. Sau khi cắt xong, sử dụng công cụ Universal translator trong thẻ Tools của bản đồ chuyển đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động sang Arcview và thực hiện việc raster hóa và nội suy trong Arcview. Tiếp theo nội suy bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động ra mô hình TIN, từ mô hình TIN chuyển thành file Grid (convert to Grid), sau đó tính hệ số xói mòn do mƣa (R). Sử dụng công thức 4.1 và phần mềm Arcview 3.2 tính toán, thống nhất độ lớn pixcel là 30, các bƣớc thực hiện: Analysis/ Map calculate/R=0,548257asgrid*bản đồ mưa - 59,9asgrid thu đƣợc bản đồ hệ số xói mòn do mƣa. 3.4.2.2. Hệ số thổ nhưỡng (K) K là hệ số kháng xói của đất, phụ thuộc nhiều vào thành phần cơ lý của đất, quan trọng nhất là kích thƣớc hạt đất. Tƣơng quan giữa các thành phần khác nhau trong đất cũng nhƣ kết cấu đất và khả năng thẩm thấu của nó. Công thức tính hệ số K đƣợc Wischmeier đƣa ra là: 100K=2,1.10-4M1,14(12-OS) + 3,25(A-2) + 2,5(D-3) (4.2) Trong đó: K hệ số xói mòn của đất, đơn vị là T/acre.1000.foot.tonf.inch.acre-1.h-1 M: trọng lƣợng cấp hạt (trọng lƣợng theo đƣờng kính cấp hạt). M đƣợc xác định: (%) M = (%limon + % cát mịn)(100% - %sét) OS: hàm lƣợng chất hữu cơ trong đất, đo bằng phần trăm D: hệ số phụ thuộc khả năng tiêu thấm của đất A: hệ số phụ thuộc vào hình dạng, sắp xếp và loại kết cấu đất. Tuy nhiên, nếu dựa vào công thức 4.2 để tính hệ số K rất phức tạp. Để tiện cho việc tính toán hệ số K, Wischmeier và Smith đã đƣa ra toán đồ dựa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49
vào công thức trên để tra hệ số K. Chúng tôi cũng sử dụng phƣơng pháp này để xác định hệ số K cho các loại đất khu vực nghiên cứu. Hệ số thổ nhƣỡng đã đƣợc Nguyễn Trọng Hà[2] nghiên cứu và công bố năm 1996, vì vậy đề tài chỉ phân tích tính chất đất, phân loại đất khu vực nghiên cứu, sau đó kế thừa kết quả nghiên cứu của Nguyễn Trọng Hà theo bảng 3.1: Bảng 3.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam Stt Loại đất Hệ số (K) I Đất đen 1 Đất đen có tần kết von dầy 0,09 2 Đất đen Glây 0,10 3 Đất đen cácbonát 0,19 4 Đất nâu thẫm trên Bazan 0,12 5 Đất đen tầng mỏng 0,15 II Đất nâu vùng bán khô hạn 6 Đất nâu vùng bán khô hạn 0,25 7 Đất đỏ vùng bán khô hạn 0,20 III Đất tích vôi 8 Đất vàng tích vôi 0,28 9 Đất nâu thẫm tích vôi 0,30 IV Đất xám 10 Đất xám bạc mầu 0,22 11 Đất xám có tầng loang lổ 0,25 12 Đất xám feralit 0,23 13 Đất xám mùn trên núi 0,19 V Đất đỏ 14 Đất nâu đỏ 0,22 15 Đất nâu vàng 0,23 16 Đất đỏ vàng có tầng sét loang lổ 0,21 17 Đất mùn vàng đỏ trên núi 0,15 VI Đất mùn Alit núi cao 18 Đất mùn Alit núi cao 0,15 19 Đất mùn Alit núi cao Glây 0,12 20 Đất mùn thô than bùn núi cao 0,11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50
Các bƣớc thành lập bản đồ hệ số K: Từ bản đồ thổ nhƣỡng, gán trị số K cho từng loại đất, sau đó raster bản đồ vừa có để đƣợc bản đồ hệ số K. Việc gán hệ số K và raster hóa đƣợc tiến hành trên ArcView 3.2. Kích cỡ pixcel là 30m. 3.4.2.3. Hệ số độ dốc (S) và chiều dài sườn dốc (L) Theo Nguyễn Ngọc Lung [4] thì “ chiều dài sƣờn dốc đƣợc tính bằng khoảng cách từ điểm bắt đầu dòng chảy mặt đến điểm diễn ra sự lắng đọng bùn cát hoặt là tới điểm tiếp xúc với lòng dẫn nào đó”. Nhƣ vậy có thể chia các mái chảy thành các lô có độ dài sƣờn dốc khác biệt. Theo công thức Wischmeier W.H. – Smith D.D. thì hệ số chiều dài sƣờn dốc L đƣợc tính cho đoạn sƣờn dốc chuẩn 22,13 mét là: L = (X/22,13)m (x) Trong đó: L – hệ số chiều dài sƣờn dốc X – chiều dài sƣờn dốc (mét) m – hệ số mũ (dao động từ 0,2-0,5) + m = 0,2 nếu độ dốc sƣờn dốc = 5% Huyện Sơn Động tỉnh Bắc Giang là huyện miền núi vùng cao, đa số địa hình là đồi núi dốc, độ đốc trên 5%; do đó hệ số m chọn cố định bằng 0,5. Hệ số độ dốc S (Slop) đƣợc Wischmeier W.H. – Smith D.D. tính theo công thức: S = 65,4 Sin2(x) + 4,56 Sin(x) + 0,065 (y) Trong đó: S – Là hệ số độ dốc x - Là độ dốc (độ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51
Trong thực tế mối liên hệ giữa độ dốc và chiều dài sƣờn dốc rất chặt chẽ, thƣờng đƣợc sử dụng để xây dựng một bản đồ chuyên đề riêng, vì vậy hai hệ số L và S thƣờng đƣợc gộp lại thành yếu tố địa hình (LS) và đƣợc tính theo công thức x*y. Tuy công thức tính LS khá đơn giản nhƣng việc áp dụng công thức này trong hệ thống GIS cần phải đảm bảo một số yêu cầu chính xác và tỉ mỉ. Hệ số LS đặc trƣng cho tác động của địa hình tới yếu tố xói mòn, vì thế có thể đƣợc tính toán thông qua bản đồ địa hình. Từ bản đồ địa hình đƣợc số hoá, xây dựng mô hình số độ cao (DEM), từ đó xây dựng bản đồ độ dốc. Việc nội suy DEM từ các đƣờng đồng mức hoặc các điểm độ cao là một trong những chức năng quan trọng của GIS với nhiều thuật toán và phần mềm khác nhau. Hầu hết các phần mềm GIS thông dụng ở Việt Nam đều có thể đƣợc sử dụng để nội suy và tính toán DEM. Các bƣớc tính toán bản đồ hệ số LS đƣợc trình bày trong hình 3.3. Việc nội suy bản đồ địa hình huyện Sơn Động thực hiện trên phần mềm Arcview 3.2 với kích thƣớc pixel là 30m. Sau đó, mô hình số độ cao đƣợc chuyển sang format của phần mềm IDRISI 32 và tính toán bản đồ hệ số LS. Bản đồ địa hình đã đƣợc số hoá Nội suy đƣờng đồng mức Mô hình số độ cao Bản đồ hệ số LS Hình 3.3: Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số LS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52
3.4.2.4. Hệ số thực bì (C) Hệ số C đặc trƣng cho mức độ hạn chế xói mòn của lớp phủ thực vật. Về mặt cơ chế, lớp phủ thực vật có hai tác dụng chính là làm giảm động năng của hạt mƣa khi rơi xuống mặt đất và giúp giữ hạt đất không bị các dòng chảy tràn trên mặt cuốn trôi. Với hệ số C, hiện nay có hai phƣơng pháp chính để xác định. Phƣơng pháp thứ nhất là xác định tại thực địa theo cách của Wischmeier và Smith với một số biến đổi. Phƣơng pháp này đòi hỏi phải có đầu tƣ lớn trong thời gian dài và đem lại kết quả tin cậy. Phƣơng pháp thứ hai là sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất hay ảnh vệ tinh để xây dựng phủ thực vật sau đó tham khảo hệ số C của từng loại hiện trạng từ tài liệu. Hiện nay , với hệ số C của nhiều loại cây đã đƣợc tính toán và thƣ̣ c nghiệ m bở i nhiề u tá c giả khá c nhau . Ở Việt Nam, đã có nhiều nhà khoa học công bố về hệ số C của một số loại lớp phủ thực vật chính. Bảng tra C theo hội khoa học đất quốc tế dƣới đây cũng là một tài liệu tham khảo quan trọng đƣợc nhiều nhà khoa học Việt Nam đánh giá cao. Bảng 3.2. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế [3] Bãi chăn thả, Cây bụi và cây có chiều cao khác Rừng nhiệt Cây % che cây lâu năm nhau (không phủ kín đất) đới (lớp hàng phủ thấp và có lớp phủ >50%) năm phủ 4m 2m 1m 0,5m 0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 10 0,55 0,97 0,95 0,93 0,92 0,55 20 0,30 0,95 0,90 0,83 0,83 0,009 0,30 30 0,17 0,92 0,85 0,79 0,75 0,17 40 0,09 0,89 0,80 0,72 0,66 0,09 50 0,05 0,87 0,75 0,65 0,58 0,003 0,06 60 0,027 0,84 0,70 0,58 0,50 0,056 70 0,015 0,81 0,65 0,51 0,41 0,001 0,053 80 0,008 0,78 0,60 0,44 0,33 0,050 90 0,005 0,76 0,55 0,37 0,24 0,047 100 0,002 0,73 0,5 0,30 0,16 0,0001 0,043 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53
Nghiên cứu khả năng chống xói mòn của từng dạng thực bì khu vực nghiên cứu là việc rất công phu và mất nhiều thời gian. Trong phạm vi đề tài chúng tôi chỉ phân loại trạng thái thực bì tại địa điểm nghiên cứu theo bảng phân loại của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải[4], sau đó áp dụng kết quả nghiên cứu hệ số C của 2 tác giả trên. Bảng 3.3: Hệ số xói mòn đất của một số dạng thảm thực vật ở Việt Nam [4] Hệ số thảm thực Dạng cấu trúc thảm thực vật vật (C) Rừng 3 tầng, độ tàn che 0,7 – 0,8 0,0070 Rừng 2 tầng, độ tàn che 0,7 – 0,8 0,0072 Trảng cỏ tranh 0,0076 Rừng tre nứa 0,0083 Rừng 3 tầng nghèo kiệt, độ tàn che 0,3 – 0,4 0,0100 Rừng Thông ba lá 0,0108 Rừng phục hồi sau nƣơng rẫy 0,0132 Rừng keo lá tràm trồng hỗn giao với Long não 0,0134 Thảm cỏ + cây bụi 0,0135 Rừng Thông ba lá trồng hỗn giao với Keo lá tràm 0,0150 Rừng 1 tầng cây nhỡ, độ tàn che 0,7 – 0,8 0,0186 Rừng tếch thuần loài 0,0194 3.4.2.5. Hệ số các công trình bảo vệ đất (P) Lƣợng xói mòn đất (khi có sử dụng các biện pháp chống xói mòn) P = Lƣợng xói mòn đất (nơi không sử dụng các biện pháp chống xói mòn) Nhƣ vậy giá trị tối đa của hệ số P bằng 1 (khi không có biện pháp, công trình chống xói mòn). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54
Tham khảo hệ số P của hội khoa học đất quốc tế: Bảng 3.4. Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế [3] Độ dốc Trồng theo đƣờng Trồng theo đƣờng đồng mức Trồng theo (%) đồng mức và cây trồng theo băng luống 1-2 0,6 0,3 0,12 3-8 0,5 0,25 0,1 9-12 0,6 0,3 0,12 13-16 0,7 0,35 0,14 17-20 0,8 0,4 0,16 21-25 0,9 0,45 0,18 3.4.2.6. Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động (V) Bản đồ xói mòn tiềm năng thể hiện mức độ xói mòn với giả sử không có lớp phủ thực vật. Bản đồ này thể hiện điều kiện tự nhiên của mức độ xói mòn nếu chúng ta quan niệm lớp phủ thực vật là một hợp phần có thể tác động đƣợc nhằm điều khiển quá trình xói mòn. Bản đồ xói mòn tiềm năng đƣợc tính theo công thức: V = RKLS Với V: lƣợng đất xói mòn tiềm năng R: Hệ số xói mòn do mƣa K: Hệ số kháng xói của đất LS: Hệ số xói mòn của địa hình 3.4.2.7. Thành lập bản đồ xói mòn huyện Sơn Động (A) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55
Bản đồ xói mòn đƣợc thành lập từ kết quả phép nhân giữa các bản đồ thành phần R,K,LS,C,P theo phƣơng trình USLE. Phần mềm đƣợc ứng dụng là Arcview 3.2. A=RKLSCP (Phương trình: Wischmeier W.H - Smith D.D) 3.4.3. Quy trình nghiên cứu Ứng dụ ng công nghệ hệ thống thông tin đị a lý (GIS) với khả năng phân tích không gian mạnh để mô hình hóa quá trình xói mòn đất huyện Sơn Động dựa trên phƣơng trình USLE (Universal Soil Loss Equation). 3.4.3.1. Xây dựng các bản đồ đơn thành phần: Sử dụng phần mềm ArcView, Mapinfo và kế thừa các bản đồ thành quả của Hạt kiểm lâm để xây dựng các bản đồ thành phần: - Bản đồ đai cao - Bản đồ độ dốc - Bản đồ thảm thực vật - Bản đồ thổ nhƣỡng - Bản đồ lƣợng mƣa 3.4.3.2. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế: - Tích hợp các bản đồ thành phần bằng phần mềm Arcview và Mapinfo, thực hiện tính bản đồ để xây dựng bản đồ phân cấp tiềm năng xói mòn và xói mòn thực tế khu vực nghiên cứu. Chúng tôi tham khảo bảng phân cấp của Lai Vinh Cam [16] và Vũ Anh Tuân [10] khi nghiên cứu xói mòn khu vực Tây Bắc để phân cấp xói mòn cho đề tài nghiên cứu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56
Bảng 3.5: Phân cấp xói mòn và xói mòn tiềm năng Lƣợng xói mòn tiềm Lƣợng xói mòn hiện Cấp xói mòn (đƣợc sử năng (t/ha.năm) tại (t/ha.năm) dụng trong luận văn) 1500 >200 Xói mòn cực kỳ nguy hại 3.5. Cơ sở tài liệu Ðể thực hiện đƣợc nghiên cứu này, luận văn sử dụng các tài liệu, số liệu sau: - Các loại số liệu thống kê Số liệu về diện tích tự nhiên toàn huyện, diện tích từng loại rừng, diện tích rừng phân theo chức năng, diện tích rừng phân theo chủ quản lý, các loại đất, tính chất từng loại đất, nhiệt độ, độ ẩm, lƣợng mƣa hàng năm, điều kiện dân sinh kinh tế xã hội . - Bản đồ địa hình Bản đồ địa hình cung cấp các thông tin địa hình, mạng lƣới thủy văn, giao thông, địa giới hành chính. Sử dụng bản đồ địa hình để xây dựng mô hình số độ cao. - Bản đồ chuyên đề Bản đồ chuyên đề cung cấp các thông tin chuyên đề, thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Các loại bản đồ chuyên đề sử dụng đƣợc sử dụng gồm: bản đồ hiện trạng rừng, bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa, bản đồ địa hình, bản đồ thổ nhƣỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57
- Các số liệu, tài liệu tham khảo liên quan. Quá trình nghiên cứu của đề tài đƣợc mô phỏng nhƣ hình 3.4. Số liệu thu thập, điều tra USLE GIS Bản Bản Bản Bản Bản đồ đồ đồ đồ đồ R K LS C P GIS Bản đồ xói mòn đất Hình 3.4: Phƣơng pháp nghiên cứu xói mòn đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58
Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế huyện Sơn Động 4.1.1. Xây dựng bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) Khu vực nghiên cứu là huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang, nằm ở vùng Đông Bắc Việt Nam. Do đó chúng tôi sử dụng công thức 4.1 do Nguyễn Trọng Hà đề nghị làm công thức tính hệ số xói mòn do mƣa cho luận văn. Sau khi có bản đồ mƣa từ Atlat, chúng tôi sử dụng công cụ Mapinfo để cắt riêng bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa của Sơn Động. Kết quả nhƣ sau: Hình 4.1: Bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động Tiếp theo nội suy bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động ra mô hình TIN, từ mô hình TIN chuyển thành file Grid (convert to Grid), sau đó tính hệ số xói mòn do mƣa (R). Sử dụng công thức 4.1 và phần mềm Arcview Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59
3.2 tính toán, thống nhất độ lớn pixcel là 30 thu đƣợc bản đồ hệ số xói mòn do mƣa: Hình 4.2: Bản đồ hệ số xói mòn do mƣa (R) 4.1.2. Thành lập bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) Trong nghiên cứu của mình, Nguyễn Trọng Hà [3] đã tính toán và đƣa ra hệ số K cho một số loại đất chủ yếu ở Việt Nam. Phƣơng pháp tính toán là dựa vào công thức và toán đồ của Wishcmeier và Smith . Nhƣ vậ y, bản đồ hệ số K là một dẫn xuất của bản đồ thổ nhƣỡng. Sau khi phân tích tính chất từng loại đất, so sánh với kết quả nghiên cứu về đất của Nguyễn Trọng Hà, chúng tôi thống nhất hệ số K cho huyện Sơn Động nhƣ sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60
Bảng 4.1: Hệ số kháng xói các loại đất huyện Sơn Động STT Loại đất Hệ số K 1 Sông 1,00 2 Thổ cƣ 1,00 3 Đất thung lũng 1,00 4 Đất dốc tụ bạc màu có sp Feralitic 0,10 5 Đất dốc tụ bạc màu ko có sp Feralitic 0,10 6 Đất dốc tụ không bạc màu 0,10 7 Đất Feralitic (170-700m) 0,22 8 Đất Feralitic biến đổi do trồng lúa bạc màu 0,10 9 Đất Feralitic biến đổi do trồng lúa ko bạc màu 0,10 10 Đất Feralitic mùn trên núi (trên700m) 0,15 11 Đất Feralitic nâu tím phát triển trên phiến thạch sét 0,21 12 Đất Feralitic nâu vàng phát triển trên phù sa cổ 0,23 13 Đất Feralitic tím nâu phát triển trên phiến thạch lẫn sa thạch 0,21 14 Đất Feralitic vàng đỏ pt trên sa thạch, dăm kết và cuội kết 0,23 15 Phù sa ven suối 1,00 Từ bảng 4.1, gán trƣờng K vào bảng thuộc tính của bản đồ đất. Sau khi gán xong, chuyển bản đồ vừa gán về dạng grid (chọn đối tượng/theme/convert to grid) thu đƣợc bản đồ hệ số kháng xói của đất (K). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61
Hình 4.3: Bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) 4.1.3. Thành lập bản đồ hệ số địa hình (LS) Hệ số LS đặc trƣng cho tác động của địa hình tới yếu tố xói mòn, vì thế có thể đƣợc tính toán thông qua bản đồ địa hình. Việc nội suy bản đồ địa hình huyện Sơn Động thực hiện trên phần mềm Arcview 3.2 với kích thƣớc pixel là 30m. Sau đó, mô hình số độ cao đƣợc chuyển sang format của phần mềm IDRISI 32 và tính toán bản đồ hệ số LS. Kết quả nhƣ sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62
Hình 4.4: Bản đồ hệ số LS 4.1.4. Thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C) Hệ số C đặc trƣng cho mức độ hạn chế xói mòn của lớp phủ thực vật. Về mặt cơ chế, lớp phủ thực vật có hai tác dụng chính là làm giảm động năng của hạt mƣa khi rơi xuống mặt đất và giúp giữ hạt đất không bị các dòng chảy tràn trên mặt cuốn trôi. Hiện nay , với hệ số C của nhiều loại cây đã đƣợc tính toán và thƣ̣ c nghiệ m bở i nhiề u tá c giả khá c nhau . Ở Việt Nam, đã có nhiều nhà khoa học công bố về hệ số C của một số loại lớp phủ thực vật chính. Tham khảo bảng tra C của Hội khoa học đất quốc tế [3] và hệ số C khu vực sông Trà Khúc [10], tiến hành rà soát các loại hiện trạng thảm thực vật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63
khu vực nghiên cứu, đánh giá và gán trị số C cho từng dạng thảm thực vật tƣơng đồng thu đƣợc bảng hệ số C khu vực nghiên cứu: Bảng 4.2: Bảng hệ số C khu vực nghiên cứu STT Loại rừng Hệ số C Ghi chú A Đất có rừng I Rừng tự nhiên 1 Rừng gỗ - Rừng giàu 0,001 Nhƣ hiện trạng IIIa3 - Rừng TB 0,003 Nhƣ hiện trạng IIIa2 - Rừng nghèo 0,009 Nhƣ hiện trạng IIIa1 - Rừng non chƣa có trữ lƣợng 0,170 Nhƣ hiện trạng IIa - Rừng non có trữ lƣợng 0,056 Nhƣ hiện trạng IIb 2 Rừng tre nứa - Rừng tre luồng 0,047 3 Rừng hỗn giao Rõng hçn giao l¸ réng+l¸ 0,010 kim - Rừng hỗn giao gỗ + tre nứa 0,010 II Rừng trồng - RT có trữ lƣợng 0,760 - RT chƣa có trữ lƣợng 0,550 - RT là tre luồng 0,500 - RT cây đặc sản 0,400 B Đất chƣa có rừng - Đất trống, trảng cỏ 0,850 Nhƣ hiện trạng Ia - Đất có cây bụi rải rác 0,700 Nhƣ hiện trạng Ib - Đất có cây gỗ tái sinh 0,600 Nhƣ hiện trạng Ic C Đất Nông nghiệp 0,060 Tính thời điểm có lớp phủ D Đất khác 1,000 Không xác định Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64
Sau khi gán xong hệ số C cho bản đồ thảm thực vật, chuyển bản đồ vừa gán về dạng grid (chọn đối tượng/theme/convert to grid) thu đƣợc bản đồ hệ số kháng xói của đất (C). Hình 4.5: Bản đồ hệ số C khu vực nghiên cứu 4.1.5. Bản đồ hệ số canh tác (P) Hệ số P đặc trƣng cho mức độ giảm xói mòn do các biện pháp canh tác. Rõ ràng với canh tác mà luống đƣợc trồng theo hƣớng đƣờng đồng mức sẽ giảm thiểu xói mòn so với các biện pháp canh tác có luống theo hƣớng sƣờn. Hệ số P chỉ thể hiện rõ rệt trong tính toán xói mòn với các khu vực canh tác nông nghiệp. Với thực vật tự nhiên (ví dụ nhƣ rừng và cây bụi), thƣờng hệ số P đƣợc chọn bằng 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65
Việ c xá c đị nh cá c thông số về phƣơng thƣ́ c canh tá c cho khu vực nghiên cứu là rất khó khăn và tốn kém trong khi diện tích rừng tự nhiên của huyện Sơn Động còn khá lớn mà nhƣ̃ ng khu vƣ̣ c có lƣợ ng xó i mò n lớ n hầ u hế t tậ p trung ở v ùng miền núi cao , sƣờ n dố c . Vì vậy trong nghiên cƣ́ u nà y , chúng tôi thống nhất chọn chỉ số P bằng 1. 4.1.6. Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động Việc tính toán bản đồ xói mòn tiềm năng (V) chỉ đơn thuần là phép nhân các bản đồ thành phần đã đƣợc tính toán nhƣ trình bày ở 4.1.1 - 4.1.5 bằng phần mềm Arcview 3.2. Bản đồ xói mòn tiềm năng đƣợc thể hiện ở hình 4.6. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66
Hình 4.6: Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67
Bảng 4.3: Phân cấ p xó i mò n tiề m năng huyện Sơn Động Cấp xói mòn Diện tích Xã 1 2 3 4 5 xã An Bá 186,55 712,10 678,28 609,72 657,35 2.844,00 An Châu 283,18 436,39 416,40 427,97 342,05 1.906,00 An Lạc 849,97 3.222,54 2.983,79 2.464,24 2.412,67 11.933,20 An Lập 521,63 230,73 152,14 130,21 129,28 1.164,00 Bồng Am 139,66 639,01 681,39 708,99 715,95 2.885,00 Cẩm Đàn 540,52 594,07 413,51 256,18 131,71 1.936,00 Chiên Sơn 346,51 78,99 9,88 2,12 0,50 438,00 Dƣơng Hƣu 1.294,83 2.748,82 1.609,58 1.112,86 839,21 7.605,30 Giáo Liêm 535,66 592,17 316,12 218,82 184,22 1.847,00 Hữu Sản 612,66 990,69 701,74 601,03 612,88 3.519,00 Lệ Viễn 566,67 415,37 214,03 245,88 241,95 1.683,90 Long Sơn 1.005,93 2.007,11 1.470,24 1.104,40 1.223,32 6.811,00 Phúc Thắng 365,37 487,15 435,49 314,99 190,01 1.793,00 Quế Sơn 617,25 330,92 80,84 37,13 13,86 1.080,00 Thạch Sơn 173,71 622,10 644,89 510,46 410,55 2.361,70 Thanh Luận 601,60 1.235,39 887,75 954,54 1.951,72 5.631,00 Thanh Sơn 1.130,42 1.697,93 1.290,19 1.307,67 2.131,19 7.557,40 TB1 467,25 1.912,14 2.161,62 1.581,77 828,12 6.950,90 TT. An Châu 113,91 25,33 8,67 3,56 2,54 154,00 Tuấn Đạo 678,72 1.732,91 1.490,18 1.264,27 1.153,92 6.320,00 Vân Sơn 734,93 1.031,89 708,17 556,48 576,52 3.608,00 Vĩnh Khƣơng 277,57 354,07 295,11 339,46 255,79 1.522,00 Yên Định 580,31 956,88 637,17 429,02 278,61 2.882,00 Xói mòn theo cấp 12.624,81 23.054,73 18.287,20 15.181,76 15.283,90 84.432,40 % theo cấp 14,95% 27,31% 21,66% 17,98% 18,10% 100% Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68
Qua hình 4.6 và bảng 4.3 cho thấy yếu tố độ dốc và chiều dài sƣờn dốc ảnh hƣởng lớn đến xói mòn tiềm năng. Các xã có tiềm năng xói mòn đất lớn là Thanh Sơn, Thanh Luận, Tuấn Đạo, Bồng Am, An Lạc, Vân Sơn, Hữu Sản. Đó đều là những xã có nhiều núi cao, độ dốc lớn và lƣợng mƣa >1.600mm. Tuy nhiên xói mòn tiềm năng chỉ nói lên nguy cơ xói mòn khi chƣa có lớp phủ thực vật. 4.1.7. Bản đồ xói mòn huyện Sơn Động Bản đồ xói mòn đƣợc thành lập từ kết quả phép nhân giữa các bản đồ thành phần R,K,LS,C,P theo phƣơng trình USLE. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69
Hình 4.7: Bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70
Bảng 4.4: Phân cấ p xó i mò n huyện Sơn Động Cấp xói mòn Diện tích Xã 1 2 3 4 5 xã An Bá 140,71 1.355,75 865,26 339,55 142,73 2.844,00 An Châu 388,01 842,92 394,48 220,67 59,93 1.906,00 An Lạc 5.275,93 4.026,40 1.742,79 733,58 154,50 11.933,20 An Lập 443,91 342,51 198,21 117,86 61,51 1.164,00 Bồng Am 667,04 1.190,94 731,65 240,72 54,65 2.885,00 Cẩm Đàn 403,24 706,41 589,40 205,03 31,92 1.936,00 Chiên Sơn 270,84 119,52 43,69 3,91 0,04 438,00 Dƣơng Hƣu 1.197,38 3.000,84 2.189,75 1.046,06 171,27 7.605,30 Giáo Liêm 369,06 438,87 557,32 365,32 116,42 1.847,00 Hữu Sản 401,03 707,56 984,64 961,89 463,88 3.519,00 Lệ Viễn 364,52 466,36 371,56 322,34 159,12 1.683,90 Long Sơn 1.374,07 2.768,18 1.749,37 762,27 157,11 6.811,00 Phúc Thắng 342,16 608,56 508,98 273,67 59,63 1.793,00 Quế Sơn 441,90 349,59 230,46 53,58 4,47 1.080,00 Thạch Sơn 218,33 770,23 723,05 502,29 147,80 2.361,70 Thanh Luận 1.894,43 2.894,31 668,36 136,29 37,60 5.631,00 Thanh Sơn 2.989,19 2.956,31 1.042,48 420,63 148,79 7.557,40 TB1 409,96 980,47 2.139,52 2.634,93 786,02 6.950,90 TT. An Châu 85,11 38,59 17,42 10,15 2,72 154,00 Tuấn Đạo 3.292,97 2.101,61 604,28 247,26 73,88 6.320,00 Vân Sơn 611,67 1.156,35 1.023,38 575,39 241,22 3.608,00 Vĩnh Khƣơng 191,92 407,05 524,76 314,44 83,84 1.522,00 Yên Định 799,08 1.131,88 623,81 270,49 56,74 2.882,00 Xói mòn theo cấp 22.572,47 29.361,21 18.524,62 10.758,33 3.215,78 84.432,40 % theo cấp 26,73% 34,77% 21,94% 12,74% 3,81% 100% Qua hình 4.7 thể hiện bản đồ xói mòn thực tế cho thấy khung cảnh khác hẳn so với bản đồ xói mòn tiềm năng. Những khu vực xói mòn tiềm năng lớn nhƣ dãy núi Yên Tử, Phƣợng Hoàng lại hầu nhƣ không xảy ra xói mòn cấp 4, cấp 5 bởi đƣợc che phủ bởi thảm thực vật, đặc biệt là rừng tự nhiên. Ngƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71
lại rất nhiều diện tích có xói mòn tiềm năng không cao nhƣ Thạch Sơn, Phúc Thắng, Dƣơng Hƣu thực tế lại xói mòn mạnh. 4.2. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu Sau khi có bản đồ xói mòn tiềm năng và bản đồ xói mòn thực tế huyện Sơn Động, chúng tôi tiến hành kiểm chứng hiện trƣờng. Kết quả cho thấy: - Đối với bản đồ xói mòn tiềm năng: Xói mòn tiềm năng nói lên nguy cơ xói mòn khi không có lớp phủ thực vật. Qua kiểm tra thực tế cho thấy xói mòn tiềm năng xảy ra mạnh ở những khu vực núi cao nhƣ dãy núi Yên Tử, Phƣợng Hoàng, núi Mít. Đây là những ngọn núi có độ cao trên 600m và có độ dốc lớn. Điều này cho thấy tiềm năng xói mòn ở những khu vực núi cao, độ dốc lớn là rất lớn. Qua thực tế cho thấy: + Khu vực không xảy ra xói mòn tiềm năng là những khu bằng phẳng nằm ở chân đồi, núi, thung lũng nơi không có độ dốc. + Khu vực có nguy cơ xói mòn tiềm năng cấp 1,2 xảy ra ở những khu vực chân đồi, núi nơi có độ dốc nhỏ. + Khu vực có nguy cơ xói mòn tiềm năng cấp 3 xảy ra ở những khu vực có độ dốc trung bình, chiều dài sƣờn dốc ngắn. + Khu vực có nguy cơ xói mòn tiềm năng cấp 4,5 xảy ra ở những khu vực núi cao, nơi có độ dốc lớn, sƣờn dốc dài. - Đối với bản đồ xói mòn thực tế: Ngƣợc lại với bản đồ xói mòn tiềm năng, xói mòn thực tế lại xảy ra mạnh ở những nơi không có thảm thực vật che phủ hoặc những nơi đã có thảm thực vật nhƣng mức độ che phủ chƣa cao, ít tầng tán. Hầu nhƣ những diện tích đƣợc xác định là xói mòn cấp 4, cấp 5 đều là những diện tích đất trống trên sƣờn núi có độ dốc từ trung bình đến lớn. Những điểm xói mòn cấp 0, cấp 1, cấp 2 là những diện tích nằm dƣới chân đồi núi, những diện tích bằng hoặc diện tích đƣợc che phủ ở mức độ cao bởi thảm thực vật. Những nơi có nguy có xói mòn tiềm năng cấp 4, cấp 5 nhƣ dãy núi Yên Tử, Phƣợng Hoàng thực tế lại chỉ xảy ra xói mòn cấp 1, cấp 2. Qua kiểm tra thực tế cho thấy những diện tích này đƣợc che phủ bởi rừng tự nhiên rậm rạp, nhiều tầng tán. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72
4.3. Ảnh hƣởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mòn đất huyện Sơn Động Qua bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện tại cho thấy lớp phủ thực vật có vai trò quan trọng đối với quá trình xói mòn đất. Mỗi loại lớp phủ thực vật có mức độ ảnh hƣởng khác nhau đến quá trình xói mòn đất. Bảng 4.5: Tƣơng quan diện tích xói mòn với độ che phủ rừng Diện tích xói mòn Đất Diện tích Đất có rừng Xã cấp 3,4,5 trống tự nhiên D.tích %/DTTN Tổng RTN RT (Ia,Ib,Ic) An Bá 2.844,00 1.347,54 47,4 2297,94 1919,34 378,6 114,5 An Châu 1.906,00 675,08 35,4 1252,87 857,27 395,6 176,6 An Lạc 11.933,20 2.630,87 22,1 10330,3 9431,9 898,4 1297,6 An Lập 1.164,00 377,58 32,4 669,12 239,6 429,52 145 Bồng Am 2.885,00 1.027,02 35,6 2094,3 1728,8 365,5 119,4 Cẩm Đàn 1.936,00 826,34 42,7 1228,8 609,9 618,9 57,9 Chiên Sơn 438,00 47,64 10,9 190,7 0 190,7 0 Dƣơng Hƣu 7.605,30 3.407,08 44,8 4933,68 2525,3 2408,38 1836,6 Giáo Liêm 1.847,00 1.039,06 56,3 1518,01 238,8 1279,21 528,7 Hữu Sản 3.519,00 2.410,41 68,5 2238,7 202,9 2035,8 1352,9 Lệ Viễn 1.683,90 853,02 50,7 816,04 129,9 686,14 333,9 Long Sơn 6.811,00 2.668,75 39,2 4733,7 3435,5 1298,2 477 Phúc Thắng 1.793,00 842,28 47 1382,1 858,7 523,4 280,9 Quế Sơn 1.080,00 288,51 26,7 1111 555,6 555,4 21,1 Thạch Sơn 2.361,70 1.373,14 58,1 1435,6 971,3 464,3 439,9 Thanh Luận 5.631,00 842,25 14,9 4673,1 4356,3 316,8 314,7 Thanh Sơn 7.557,40 1.611,91 21,3 5673,8 5205,2 468,6 442,1 TB1 6.950,90 5.560,47 Không xác định TT. An Châu 154,00 30,3 19,7 21 0 21 0 Tuấn Đạo 6.320,00 925,42 14,6 5937,99 4879,99 1058 747,9 Vân Sơn 3.608,00 1.839,98 51 2644,34 1157,44 1486,9 522,6 Vĩnh Khƣơng 1.522,00 923,04 60,7 1157,7 677,4 480,3 325,8 Yên Định 2.882,00 951,04 33 2100,3 1404,6 695,7 372,1 Tổng 84.432,40 32.498,73 58.441,09 41.385,74 17.055,35 9.907,2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73
Qua phân tích mối tƣơng quan giữa diện tích xói mòn với độ che phủ của rừng ở Sơn Động cho thấy: Có 3 mức xói mòn chính: - Mức 1: Xói mòn mạnh với diện tích lớn ở các xã có độ che phủ không cao nhƣ Lệ Viễn, Hữu Sản, Cẩm Đàn. - Mức 2: Xói mòn tƣơng đối mạnh ở các xã có diện tích rừng trồng lớn (so với diện tích có rừng và diện tích tự nhiên) nhƣ Giáo Liêm, Long Sơn, Thạch Sơn, Vân Sơn. - Mức 3: Xói mòn yếu ở các xã có độ che phủ, diện tích rừng tự nhiên lớn nhƣ Thanh Sơn, Thanh Luận, Tuấn Đạo. Qua những phân tích trên cho thấy thực vật tự nhiên có vai trò to lớn trong việc giảm thiểu xói mòn. Ở những khu vực không con rừng tự nhiên thì rừng trồng cũng đóng vai trò to lớn trong việc giảm thiểu xói mòn đất. 4.3. Một số đề xuất cho khu vực nghiên cứu 4.3.1. Đối với khu vực xói mòn cấp 1 - Cấp không xói mòn Bảo vệ tốt diện tích rừng hiện có, kết hợp phát triển rừng với lợi dụng rừng đảm bảo mục đích kinh tế và nhƣng vẫn bảo vệ môi trƣờng sinh thái. 4.3.2. Đối với khu vực xói mòn cấp 2 - Cấp ít nguy hại Theo kết quả nghiên cứu, những vùng xói mòn cấp 2 thƣờng là chân đồi thấp, nơi có thực bì dầy, độ dốc nhỏ, đất đai còn tốt, độ phì cao. Biện pháp kỹ thuật đối với khu vực này là bảo vệ hiện trạng lớp phủ. Có thể kết hợp trồng cây ngắn ngày nhƣ Dứa, Chè hay lâm sản ngoài gỗ nhƣ Ba kích, mây, thảo quả dƣới tán rừng, vừa tận dụng đất đai tăng thu nhập vừa tăng cƣờng khả năng bảo vệ đất của thảm thực vật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74
4.3.3. Đối với khu vực xói mòn cấp 3 - Cấp nguy hại Xói mòn cấp 3 là cấp xói mòn nguy hại, diện tích này chiếm 21,94% diện tích tự nhiên khu vực nghiên cứu. Hiện trạng chính là những lâm phần rừng phục hồi sau nƣơng rẫy, diện tích trảng cỏ, cây bụi (Ib, Ic). Biện pháp kỹ thuật khả thi với những diện tích này là bảo vệ diện tích rừng hiện có bằng các biện pháp khoanh nuôi tái sinh có trồng bổ sung các cây bản địa có giá trị kinh tế và có khả năng thích nghi cao với điều kiện sinh thái nhƣ Trám, Lát, Muồng, Lim xanh Cũng có thể trồng bổ sung các loại lâm sản ngoài gỗ những nơi còn tính chất đất rừng. Đối với những diện tích không còn khả năng phục hồi thành rừng thì có thể trồng lại rừng. Khi trồng rừng có thể ƣu tiên chọn cây mọc nhanh nhƣ Keo, Bạch đàn để nhanh chóng tạo lớp phủ bảo vệ đất. Cần lƣu ý các biện pháp kỹ thuật lâm sinh khi tác động, đặc biệt là công tác xử lý thực bì. Cần tránh tối đa việc sử dụng biện pháp xử lý thực bì toàn diện, nên xử lý thực bì theo băng hoặc theo rạch, đồng thời cần xử lý thực bì sớm trƣớc mùa mƣa để đảm bảo an toàn cho đất. 4.3.4. Đối với khu vực xói mòn cấp 4 - Cấp rất nguy hại Cấp xói mòn rất nguy hại trên địa bàn nghiên cứu chiếm 12,74%, chủ yếu là những diện tích đất trống, trảng cỏ hiện trạng Ia hoặc những nơi rừng trồng chƣa thành rừng trên các sƣờn núi có độ dốc lớn. Cần ƣu tiên trồng rừng trên những diện tích này. Nên chọn loài cây mọc nhanh và có khả năng cải tạo đất nhƣ Keo, muồng. Hạn chế tối đa các tác động làm ảnh hƣởng đến xói mòn đất nhƣ cày xới, xử lý thực bì toàn diện, trồng cây sinh trƣởng chậm 4.3.5. Đối với khu vực xói mòn cấp 5 - Cấp cực kỳ nguy hại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75
Diện tích xói mòn cực kỳ nguy hại chỉ chiếm 3,81% diện tích tự nhiên huyện Sơn Động. Tuy nhiên xói mòn cực kỳ nguy hại ảnh hƣởng nghiêm trọng đến tính chất đất, làm đất mất khả năng canh tác. Cần phủ xanh diện tích này bằng rừng trồng cây mọc nhanh, cây có tác dụng cải tạo đất. Nếu có điều kiện cần kết hợp các biện pháp công trình chống xói mòn. Khi xử lý thực bì trồng rừng tuyệt đối không đƣợc xử lý toàn diện, tránh mùa mƣa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận: - Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) kết hợp phƣơng trình mất đất phổ quát của để dự báo xói Wischmeier W.H - Smith D.D để dự báo xói mòn đất ở huyện Sơn Động là vấn đề mới, có ý nghĩa khoa học và mang tính thực tiễn, thời sự. - Đề tài đã xây dựng đƣợc bản đồ tiềm năng xói mòn đất và bản đồ xói mòn thực tế huyện Sơn Động là cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng đất hợp lý cho khu vực nghiên cứu, đảm bảo tính bền vững của lãnh thổ. - Những kết quả của đề tài đã đƣợc chúng tôi kiểm chứng ngoài thực địa, do đó kết quả của đề tài là đáng tin cậy, có hàm lƣợng khoa học, có thể làm tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác quy hoạch sử dụng đất của địa phƣơng. - Đề tài đã căn cứ vào tình hình thực tế và kết quả nghiên cứu đã đƣa ra một số đề xuất cho khu vực nghiên cứu theo từng cấp xói mòn. Do thời gian có hạn nên những đề xuất này có thể chƣa đƣợc đầy đủ. Tuy nhiên, đây là tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho địa phƣơng và nhân dân. 2. Kiến nghị: Cần tiếp tục có những nghiên cứu về xói mòn đất bằng GIS trên những phạm vi lớn hơn (cấp tỉnh hoặc cấp quốc gia) để đồng bộ trong quá trình phân tích đánh giá và lựa chọn biện pháp tác động mang tính tổng hợp và hệ thống. Trong các nghiên cứu tiếp theo về xói mòn đất, cần kết hợp việc sử dụng công nghệ GIS với các biện pháp xác định xói mòn ngoài thực địa để kiểm chứng, nâng cao giá trị thực tiễn của vấn đề nghiên cứu tại địa phƣơng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77