Luận văn thạc sỹ khoa học lâm nghiệp ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý để dự báo xói mòn đất đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mòn đất cho khu vực nghiên cứu
- 98 trang
- file .pdf
Luận văn Thạc sỹ
Khoa học lâm nghiệp Ứng
dụng công nghệ hệ thống
thông tin địa lý (GIS) để dự
báo xói mòn đất huyện Sơn
Động - tỉnh Bắc Giang với
2
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
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
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
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 tiê ̀m năng huyện Sơn Động ............................................
68
Bảng 4.4: Phân cấ p xó i mo ̀n huyện Sơn Động .............................................................. 71
Bảng 4.5: Tƣơng quan diện tích xói mòn với độ che phủ rừng ................................... 73
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
6
Hình 4.7: Bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động ........................................................... 70
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
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.
8
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
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.
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:
10
- 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
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
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
12
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, 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, 380, 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]
Loại đất Cây trồng Độ dốc Tổn thất Năm nghiên
(0 0) về đất cứu, địa điểm
(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 Vĩnh Phú 1982-
Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 5 47 1986
Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 8 57
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 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].
14
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
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
16
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.
- 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
18
- Boltan, Dendy và Bolten, 1976; MUSLE (modified universal soil loss
equation, Auerswwald, 1990 [3]:
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
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:
20
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)
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
Khoa học lâm nghiệp Ứng
dụng công nghệ hệ thống
thông tin địa lý (GIS) để dự
báo xói mòn đất huyện Sơn
Động - tỉnh Bắc Giang với
2
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
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
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
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 tiê ̀m năng huyện Sơn Động ............................................
68
Bảng 4.4: Phân cấ p xó i mo ̀n huyện Sơn Động .............................................................. 71
Bảng 4.5: Tƣơng quan diện tích xói mòn với độ che phủ rừng ................................... 73
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
6
Hình 4.7: Bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động ........................................................... 70
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
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.
8
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
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.
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:
10
- 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
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
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
12
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, 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, 380, 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]
Loại đất Cây trồng Độ dốc Tổn thất Năm nghiên
(0 0) về đất cứu, địa điểm
(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 Vĩnh Phú 1982-
Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 5 47 1986
Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 8 57
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 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].
14
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
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
16
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.
- 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
18
- Boltan, Dendy và Bolten, 1976; MUSLE (modified universal soil loss
equation, Auerswwald, 1990 [3]:
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
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:
20
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)
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