LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỊA LÝ BẢN ĐỒ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA

nhằm đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La phục vụ cho công tácquy hạch sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường của địa phương.Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng cô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hiệu

HÀ NỘI 2009

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sỹ, tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tậntình của Tiến sỹ Nguyễn Hiệu!

Xin chân thành cảm ơn những tình cảm và sự giúp đỡ quí báu của các thày

cô giáo trong Bộ môn Bản đồ - Viễn thám, các thày cô trong Khoa Địa lý và cácthày cô đang công tác tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia HàNội đã dành cho học viên trong quá trình học tập và nghiên cứu!

Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp

đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu!

Tác giả cũng xin tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình đãdành những tình cảm và sự giúp đỡ to lớn, tạo điều kiện về mọi mặt để có thể hoànthành luận văn này!

Đinh Văn Hùng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT 9

1.1 Tổng quan về nghiên cứu xói mòn 9

1.1.1 Một số quan niệm về xói mòn 9

1.1.2 Tổng quan về phân loại xói mòn đất 10

1.2 Tổng quan nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và tại Việt Nam 11

1.2.1 Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới 11

1.2.2 Nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam 13

1.3 Các mô hình đánh giá xói mòn đất 14

1.3.1 Mô hình thực nghiệm 14

1.3.2 Mô hình USLE 15

1.3.3 Mô hình SLEMSA 17

1.3.4 Mô hình Morgan, Morgan and Finney 17

1.3.5 Mô hình N-SPECT 17

1.4 Phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá xói mòn đất 18

1.4.1 Tính toán hệ số xói mòn do mưa (R) 18

1.4.2 Tính toán hệ số chiều dài sườn và độ dốc 19

1.4.3 Ứng dụng viễn thám trong phân loại lớp phủ thực vật 22

1.4.4 Xây dựng mô hình hóa tự động cho đánh giá xói mòn 24

CHƯƠNG 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA 27

2.1 Điều kiện tự nhiên 27

2.1.1 Đặc điểm địa chất 27

2.1.2 Đặc điểm địa hình 29

2.1.3 Đặc điểm khí hậu 31

2.1.4 Đặc điểm mạng lưới thủy văn 32

2.1.6 Đặc điểm lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất 34

2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 37

2.2.1 Đặc điểm các ngành sản xuất 37

2.2.2 Đặc điểm dân số, việc làm và thu nhập 37

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA 38

3.1 Mô hình đánh giá xói mòn đất 38

3.2 Cơ sở dữ liệu và quy trình đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu 41 3.2.1 Cơ sở dữ liệu đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu 41

3.2.2 Quy trình đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu 51

3.3 Phân tích, đánh giá xói mòn đất huyện Yên Châu tỉnh Sơn La 56

3.3.1 Xây dựng bản đồ các chỉ số xói mòn đất 56

3.3.2 Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn đất khu vực Yên Châu 70

3.3.3 Đề xuất một số giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên đất 78

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Mô hình quá trình xói mòn đất do nước (Meyer và Wischmeier

1969) [13] 15

Hình 2 Quy trình xây dựng mô hình số độ cao từ ảnh hàng không 20

Hình 3 Mô hình tính toán lưu vực sử dụng công cụ phân tích không gian của ArcGIS [12] 24

Hình 4 Mô hình tính toán phương trình MUSLE của N-SPECT [14] 25

Hình 5 Bản đồ địa chất khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La ……… 28

Hình 6 Thống kê độ dốc khu vực Yên Châu 30

Hình 7 Sơ đồ phân bố hệ thống sông suối khu vực Yên Châu 33

Hình 8 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực Yên Châu……… … 36

Hình 9 Mô hình số địa hình khu vực Yên Châu 43

Hình 10 Sơ đồ ảnh vệ tinh SPOT 5 khu vực Yên Châu 47

Hình 11 Sơ đồ đất khu vực Yên Châu 49

Hình 12 Quy trình tính toán hệ số R [14] 53

Hình 13 Quy trình tính toán hệ số LS [14] 54

Hình 14 Quy trình đánh giá xói mòn đất N-SPECT [14] 55

Hình 15 Mô hình số độ cao (DEM) độ phân giải 10x10m khu vực Yên Châu 58

Hình 16 Sơ đồ hướng dòng chảy khu vực Yên Châu 59

Hình 17 Sơ đồ tích lũy dòng chảy khu vực Yên Châu 60

Hình 18 Sơ đồ phân chia lưu vực khu vực Yên Châu 61

Hình 19 Sơ đồ hệ số LS khu vực Yên Châu 62

Hình 20 Bản đồ hệ số K khu vực Yên Châu ……… 65

Hình 21 Bản đồ phân loại lớp phủ mặt đất khu vực Yên Châu 68

Hình 22 Bản đồ hệ số C khu vực Yên Châu 69

Hình 23 Bản đồ xói mòn tiềm năng khu vực Yên Châu 71

Hình 25 Bản đồ xói mòn đất khu vực Yên Châu 74

Hình 26 Biểu đồ thống kê các cấp xói mòn thực tế khu vực Yên Châu 75

Hình 27 Kết quả tính toán xói mòn đất trong mô hình 3D 76

Hình 28 Sơ đồ tích lũy trầm tích khu vực Yên Châu 77

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Lượng mưa các tháng đo được tại trạm Yên Châu năm 2002 [Cục mạng lưới - Tổng cục KTTV] 31

Bảng 2 Bảng tra tương quan lớp phủ bề mặt với đường cong mưa (C-CAP) [14] 44

Bảng 3 Lượng mưa và số ngày mưa trung bình năm trạm KTTV Yên Châu và lân cận [Cục mạng lưới - Tổng cục KTTV] 48

Bảng 4 Tương quan thuộc tính trong dữ liệu thổ nhưỡng [14] 49

Bảng 5 Bảng phân loại nhóm đất [14] 51

Bảng 6 Hệ số LS khu vực Yên Châu 63

Bảng 7 Bảng dữ liệu đất khu vực Yên Châu [1;11;14] 64

Bảng 8 Kết quả phân loại lớp phủ mặt đất khu vực Yên Châu 67

Bảng 9 Bảng tra hệ số P theo Hội khoa học đất quốc tế [3] 70

Bảng 10 Thống kê diện tích xói mòn tiềm năng khu vực Yên Châu 72

Bảng 11 Thống kê diện tích các cấp xói mòn thực tế khu vực Yên Châu 75

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Dưới những tác động của các nhân tố tự nhiên và hoạt động khai thác tàinguyên của con người, đất đai đang ngày càng bị thoái hóa và biến đổi một cáchnhanh chóng Sự tác động tiêu cực của các nhân tố tự nhiên, sự biến đổi của khí hậutoàn cầu đang hàng ngày làm cho lớp đất mặt bị biến đổi, giảm sút về chất lượng,đặc biệt là tình trạng xói mòn, thoái hoá đất trên các vùng đất dốc Yên Châu là mộthuyện miền núi, biên giới của tỉnh Sơn La, nằm dọc trục quốc lộ 6, trung tâm huyện

lỵ cách thị xã Sơn La 64 km, có 47 km đường biên giới với nước CHDCND Lào.Tổng diện tích tự nhiên 857,75 km2; dân số trung bình năm 2006 là 64,2 nghìnngười, mật độ dân số 74,8 người/km2 Điều kiện tự nhiên phong phú thuận lợi choviệc phát triển sản xuất nông nghiệp đa dạng, cùng với đó là các hoạt động canh táctrên nền đất dốc dẫn đến nguy cơ xói mòn và bạc màu đất rất cao Là một huyệnđang có nhiều chuyển dịch về cơ cấu kinh tế xã hội do tiếp nhận dự án tái định cưthủy điện Sơn La, điều đóđặt ra những vấn đề cấp thiết trong khai thác và bảo vệ tàinguyên đất trong phát triển kinh tế xã hội

Cho đến nay, đã có một số công trình nghiên cứu phục vụ cho phát triển kinh

tế xã hội của huyện Yên Châu nói riêng và tỉnh Sơn La nói chung Tuy nhiên, chưa

có đề tài nào tiến hành đánh giá xói mòn đất trên cơ sở sử dụng công nghệ Viễnthám và GIS một cách chi tiết cho khu vực này

Công nghệ viễn thám và GIS ngày càng được nâng cao trong khả năng thuthập, xử lý và phân tích không gian Trong đó, các bài toán hỗ trợ cho đánh giá xóimòn đất như: xử lý ảnh số, mô hình hóa địa hình, chồng ghép phân tích dữ liệu,v.v… được tiến hành một cách hiệu quả và khách quan Trên thế giới, việc nghiêncứu đánh giá xói mòn đất sử dụng công nghệ viễn thám và GIS được quan tâm tạinhiều quốc gia, đặc biệt là tại các khu vực có nguy cơ xói mòn cao Xuất phát từ

những lý do trên, học viên đã chọn đề tài: “Ứng dụng Viễn thám và GIS đánh giá

xói mòn đất khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La” cho luận văn Thạc sỹ chuyên ngành,

nhằm đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La phục vụ cho công tácquy hạch sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường của địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất khuvực Yên Châu, tỉnh Sơn La làm cơ sở cho công tác lập quy hoạch sử dụng đất vàphát triển kinh tế xã hội của địa phương

Nội dung nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu trên, đề tài luận văn thực hiện các nội dung sau:

 Nghiên cứu tổng quan xói mòn đất trên thế giới và tại Việt Nam

 Nghiên cứu phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giáxói mòn đất;

 Phân tích đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất khu vựcYên Châu;

 Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và quy trình đánh giá xói mòn đấtbằng viễn thám và GIS;

 Xác định các chỉ số xói mòn đất khu vực Yên Châu;

 Thành lập bản đồ xói mòn đất thực tế và tiềm năng khu vực YênChâu;

 Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu nguy cơ xói mòn đất khu vựcYên Châu

Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Không gian nghiên cứu: khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La theo ranh giới hànhchính huyện Yên Châu

Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất domưa tại khu vực Yên Châu

Để thực hiện các nội dung của đề tài luận văn, ngoài phương pháp chính làứng dụng công nghệ viễn thám và GIS, đề tài sử dụng các phương pháp khác nhưlà: điều tra khảo sát thực địa, tổng hợp và phân tích tài liệu; nhóm phương phápnghiên cứu trắc lượng hình thái và động lực địa mạo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG

ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT

1.1 Tổng quan về nghiên cứu xói mòn

1.1.1 Một số quan niệm về xói mòn

Theo từ điển bách khoa toàn thư về khoa học đất, xói mòn xuất phát từ tiếngLatin là “erodere” chỉ sự ăn mòn dần thuật ngữ xói mòn dùng để chỉ các quá trìnhliên quan đến các lớp đất, đá tơi ra và bị mang đi bởi các tác nhân như gió, nước,băng, tuyết tan hoặc hoạt động của sinh vật [13]

Có nhiều quan niệm về xói mòn khác nhau Theo viện sĩ L.I Paraxôlốp, xóimòn đất là những hiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo đất cũng như quặng xốpbằng dòng nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và rất phổ biến Còn theoRattan Lal thì xói mòn đất còn được xem là sự chuyển dời vật lý của lớp đất donhiều tác nhân khác nhau như lực đập của giọt nước, gió, tuyết và bao gồm cả quátrình sạt lở do trọng lực [9]

R.P.C Morgan cũng cho rằng, xói mòn đất là một quá trình gồm hai pha, baogồm sự tách rời của các phần tử nhỏ từ mặt đất sau đó vận chuyển chúng dưới cáctác nhân gây xói như nước chảy và gió Khi năng lượng không còn đủ để vậnchuyển các phần tử này, pha tứ ba – quá trình bồi lắng – sẽ xảy ra [13]

Cũng dựa trên yếu tố trọng lực, có quan niệm cho rằng quá trình xói mòn,trượt lở, bồi lấp thực chất là quá trình phân bố lại vật chất dưới ảnh hưởng của trọnglực, xảy ra khắp nơi và bị chi phối bởi yếu tố địa hình [13]

Theo một trong những cách tiếp cận khác khi nghiên cứu về lớp phủ thực vậtthì xói mòn là một quá trình động lực phá hủy độ màu mỡ của đất, làm mất trạngthái cân bằng của cả vùng bị xói mòn lẫn vùng bị bồi tụ (Nguyễn Quang Mỹ,

Như vậy, xói mòn đất được xem xét trên quan điểm là một quá trình độnglực, bao gồm sự phá hủy các lớp đất đá, mùn và vận chuyển chúng đi xa dưới tácđộng của các nhân tố gây xói, như gió, nước, băng, tuyết tan hoặc hoạt động củasinh vật, bao gồm cả các yếu tố nhân sinh.

1.1.2 Tổng quan về phân loại xói mòn đất

Dựa vào các tác nhân gây xói mòn, có thể chia xói mòn thành các dạng sau[9;16]:

 Xói mòn do gió: là hoạt động diễn ra phổ biến nhất tại những vùng cókhí hậu khô cằn, kết quả dẫn đến sự thiếu hoặc phá hủy lớp phủ bềmặt Đây là hậu quả nghiêm trọng nhất bắt nguồn từ những sai lầmcủa con người trong khoa học nông nghiệp

 Xói mòn do nước cũng thường được gọi là sự rửa trôi nhưng bao hàmrộng hơn Tại một quy mô nhỏ, khi hạt mưa rơi xuống theo các hiệntượng thời tiết sẽ có ảnh hưởng khác nhau phụ thuộc vào kích thước

và hiệu ứng, những hạt mưa phùn nhỏ và đều thấm sâu hơn vào lòngđất, nhưng những hạt mưa lớn liên quan đến mưa nhiệt đới tác độngvào bề mặt đất và bóc tách các mảnh vụn từ mọi hướng Ngoài ra,sườn dốc cũng làm tăng đáng kể hiệu ứng bắn lên của giọt nước, làmtăng đáng kể sự rửa trôi theo sườn

 Xói mòn trọng lực gây ra do sự kết hợp giữa trọng lực của lớp đất đá

bề mặt và dòng chảy tràn Dạng xói mòn này không xuất hiện trêndiện rộng mà chỉ làm mất đất trong phạm vi hẹp, gây ra các tai biếntrượt lở

 Xói mòn do bão lũ: xói mòn do bão lũ được biết đến như những thiêntai diễn ra trong thời gian ngắn nhưng nhiều khi gây ra các hậu quảthảm khốc cho những vùng đặc biệt Với tốc độ gió rất lớn, gió bão cóthể thổi bật gốc cây, đối với các vùng đất dốc, chúng có thể gây rahiện tượng trượt đất và lũ bùn (Sharpe, 1938; Schaetzl and Follmer,1990)

 Xói mòn do băng tuyết tan: hiện tượng này chỉ xảy ra tại các vùng cóbăng tuyết một mùa Khi băng tuyết tan, chúng di chuyển xuống sườndốc tao thành dòng chảy và gây xói mòn đất.

 Xói mòn sinh học là quá trình xói mòn gây ra do sinh vật Vi khuẩnvới số lượng lớn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy xác sinhvật và các khoáng chất Hiện tượng này diễn ra đặc biệt mạnh tạinhững vùng có khí hậu ẩm ướt thích hợp cho vi sinh vật phát triển

 Xói mòn do con người: đây là dạng xói mòn dễ thấy nhất và gây racác hậu quả nghiêm trọng về kinh tế do những hoạt động của conngười Những hoạt động như canh tác trên vùng đất dốc, phá rừng,khai thác lớp phủ không bền vững, v.v… là các nhân tố góp phần đẩynhanh tốc độ xói mòn đất của các dạng xói mòn khác

1.2 Tổng quan nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.1 Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới

Quản lý và kiểm soát xói mòn đã trở thành một thách thức kể từ khi ngànhnông nghiệp định cư (settled agriculture) ra đời Với cố gắng kiểm soát xói mòntrên những vùng đất dốc đã dẫn đến sự ra đời của kiểu canh tác trên ruộng bậcthang Ruộng bậc thang đã trở thành nét truyền thống trong các cộng đồng cư dân

cổ trên toàn thế giới bao gồm Trung Đông (Phoenicians), Trung và Đông Nam Á,Tây Á (Yêmen), và Trung – Nam Mỹ Người dân Inca đã thiết kế hệ thống ruộngbậc thang với tường đá phức tạp ở Peru (Wiliam L.S, 1987) [4,15]

Những nghiên cứu hiện đại về xói mòn đất và các kỹ thuật kiểm soát xóimòn bắt đầu tại Mỹ từ những năm 1930 Từ giai đoạn này, các khía cạnh cả về cơbản lẫn ứng dụng trong nghiên cứu xói mòn được phát triển ở khắp nơi trên toàn thếgiới (R Lal, 2001) Một số tổ chức nghiên cứu xói mòn và bảo tồn đất điển hình là:

Hệ thống nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (ConsultativeGroup on International Agricultural Research (CGIAR)): một số các kết quả nghiên

cứu về xói mòn đất đã được tiến hành tại vài trung tâm nghiên cứu nông nghiệpquốc tế (IARC) được quản lý bởi hệ thống này Liên quan đến hệ thống này có bốntrung tâm quản lý tài nguyên thiên nhiên bao gồm: Viện nông nghiệp nhiệt đới quốc

tế (IITA) tại Nigeria thành lập năm 1967; Trung tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế(CIAT) tại Columbia cũng thành lập năm 1967; Viện nghiên cứu cây trồng nhiệt đớibán khô hạn quốc tế (ICRISAT) tại Ấn Độ và Ban nghiên cứu và quản lý đất quốc

tế (IBSRAM) tại Thailand thành lập năm 1984 (R Lal, 1976-1981) Các nghiên cứuquản lý lưu vực tương tự đã được tiến hành bởi ICRISAT trong những năm 1980 và

1990 Những thí nghiệm về tác động của xói mòn đến chất lượng đất và năng suất

đã được đã được tiến hành trong những năm 1980 và 1990 bởi CIAT và IBSRAM.Một trong các khía cạnh quan trọng của công tác nghiên cứu xói mòn tại IARC liênquan đến việc phát triển các mạng lưới nhằm đưa ra các chương trình hợp tác vớicác viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia (NARI) trong các vùng sinh thái do họquản lý Tại hội nghị quốc tế về quản lý và bảo tồn đất trong các vùng nhiệt đới ẩm(1975), các nhà khoa học đã kết hợp với nhau và cuối cùng thành lập một mạng lướinhằm tổ chức các cuộc hội thảo định kỳ luân phiên dưới sự bảo trợ của Tổ chức bảotồn đất quốc tế (ISCO) Liên quan chặt chẽ với ISCO là Tổ chức bảo tồn đất vànước thế giới (WASWC)

Nghiên cứu đất Liên hiệp quốc và các tổ chức liên quan: các tổ chức khácnghiên cứu về xói mòn đất trên phạm vi quốc tế bao gồm Tổ chức lương thực vàNông nghiệp Liên hiệp quốc (FAO) tại Italia, Chương trình môi trường Liên Hiệpquốc (UNEP) tại Kenya FAO đã cố gắng phát triển phương pháp nhằm đánh giá sựbạc màu của đất gây ra bới xói mòn và các tác nhân khác, và tổ chức một mạng lưới

để đánh giá tác động của xói mòn lên sản lượng cây trồng Các nghiên cứu toàn cầu

về xa mạc hóa và phương thức kiểm soát chúng cũng được tổ chức bởi UNEP.Cùng với ISCO và WASWC còn có một số tổ chức chuyên môn quốc tế mà thànhviên của họ có liên quan đến nghiên cứu xói mòn đất Hai tổ chức quan trọng nhưthế là Hội các khoa học thủy văn quốc tế (IAHS) và Tổ chức nghiên cứu đất trồng

trọt quốc tế (ISTRO) Hiệp hội các khoa học đất quốc tế (IUSS) được lập ra để giảiquyết các nhiệm vụ liên quan đến xói mòn và bảo tồn đất.

Các tổ chức nghiên cứu quốc gia: xói mòn và kiểm soát xói mòn là các vấn

đề ưu tiên hàng đầu với hầu hết các tổ chức nghiên cứu quốc gia trong các lĩnh vựctài nguyên đất, nông học, thủy văn và kỹ thuật nông nghiệp Mỗi quốc gia đều cócác tổ chức được lập ra hoặc có chức năng nghiên cứu xói mòn và các biện pháphạn chế xói mòn đất trong phạm vi lãnh thổ cũng như qui mô quốc tế

Nghiên cứu xói mòn đất đã đi được một chặng đường dài và đạt được nhiềukết quả Trọng tâm của các nghiên cứu trong thế kỷ 20 là đo đạc và dự báo tốc độxói mòn và các tác động trực tiếp đến sản lượng nông nghiệp Một số ảnh hưởngcủa xói mòn tới chất lượng nước, ô nhiễm, tai biến thiên nhiên, v.v… cũng đã được

đề cập đến Xói mòn đất sẽ tiếp tục là thách thức với việc quản lý bền vững tàinguyên đất và nước trong thế kỷ 21 Vẫn cần phải nghiên cứu các mối quan hệ giữacác tác nhân gây ra xói mòn cả về lý thuyết và thực tế Sử dụng các công cụ viễnthám và GIS trong nghiên cứu xói mòn nhằm tăng độ chính xác trong đánh giá cũng

là một trong các vấn đề đang được quan tâm hàng đầu

1.2.2 Nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam

Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa, khí hậu và địa hình phân hóa phứctạp do đó hiện tượng xói mòn diễn ra rộng khắp và đa dạng, công tác nghiên cứu xóimòn đất cũng vì thế đã được quan tâm từ rất sớm Tuy nhiên, các nghiên cứu xóimòn đất và các biện pháp chống xói mòn trong giai đoạn trước những năm 1960hầu như chưa đem lại kết quả gì đáng kể và chỉ dựa chủ yếu vào kinh nghiệm thựctiễn

Từ những năm của thập niên 60 thế kỷ 20, cùng với sự phát triển kinh tế củaMiền Bắc gắn với nền nông nghiệp tập trung là sự xuất hiện một loạt các công trìnhnghiên cứu xói mòn và chống xói mòn đất Đáng chú ý nhất trong thời kỳ này là cáctác giả: Tạ Quang Bửu, Trần Ích Châm, Hồ Sỹ Chúc, Tôn Gia Huyên, NguyễnXuân Quát, v,v… Các công trình nghiên cứu của các tác giả này đã giải quyết được

Sau năm 1975, các nghiên cứu xói mòn đất được tiến hành rộng khắp trêntoàn quốc Các trạm nghiên cứu xói mòn đất được xây dựng tại những khu vực đặctrưng đã mang lại tính định lượng cho công tác này Các nghiên cứu trong giai đoạnnày đã thu được nhiều kết quả quan trọng, như các công trình của Nguyễn Quang

Mỹ, Bùi Quang Toản, Ngô Trọng Thuận, Lê Thạc Cán, v,v… Các công trình có ápdụng các mô hình toán trong nghiên cứu xói mòn cũng đã được các tác giả như:Nguyễn Quang Mỹ, Chu Đức, Mai Đình Yên, v,v… đưa vào trong giai đoạn này[3]

Đặc biệt là trong những năm gần đây, phương pháp viễn thám và GIS đãđược áp dụng trong nghiên cứu xói mòn đất Đặc biệt là trong đo vẽ bản đồ, đánhgiá định lượng các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất Tiêu biểu cho giaiđoạn này là các công trình của Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Xuân Đạo, Phạm Văn

Cự, Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Tứ Dần, Lại Vĩnh Cẩm, v,v… [3] Các côngtrình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn đất có độ tin cậy cao,thời gian thực hiện ngắn và đem lại chi phí thấp

1.3 Các mô hình đánh giá xói mòn đất

Có nhiều mô hình được sử dụng cho đánh giá xói mòn như: mô hình thựcnghiệm, USLE, SLEMSA, v.v…, trong đó đáng chú ý là một số mô hình được sửdụng phổ biến [13]:

T R

Khả năng vận chuyển của mưa

T F

Khả năng vận chuyển của dòng chảy mặt

Rửa trôi tổng hợp

Lượng đất mang xuống

1.3.2 Mô hình USLE

Cố gắng đầu tiên để phát triển một mô hình mất đất cho những khu vực đấtdốc và đồng ruộng của Zingg (1940), ông đã gắn xói mòn với các nhân tố độ dốc vàchiều dài sườn dốc Các nghiên cứu sau này bổ sung thêm các yếu tố khí hậu dựa

(Musgrave 1947), tiếp đến là nhân tố mùa màng trong tính toán hiệu quả bảo vệ đấtcủa các cây trồng khác nhau (Smith 1958), nhân tố bảo vệ và độ kháng xói của đất.Wischmeier và Smith đã thay nhân tố khí hậu thành chỉ số xói mòn do mưa (R) cuốicùng cho ra mô hình mất đất tổng quát (USLE) [13] Phương trình này có dạng[16] :

E = R x K x L x S x C x PTrong đó : E : lượng mất đất trung bình năm (kg/m2.năm)

R: là hệ số xói mòn do mưa (KJ.mm/m2.h.năm)K: Hệ số kháng xói của đất (Kg.h/KJ.mm)L: Hệ số chiều dài sườn dốc

S: Hệ số độ dốcC: Hệ số lớp phủP: Hệ số canh tác bảo vệ đấtĐây được xem như mô hình phổ biến nhất được sử dụng để xây dựng cáccông cụ đánh giá xói mòn đất dựa trên các điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình

và lớp phủ thực vật Tuy nhiên, việc sử dụng phương trình này để đánh giá xói mònxảy ra trong thời gian ngắn hơn sẽ không chính xác và khi áp dụng cho các quy mônghiên cứu khác nhau cũng cần thận trọng Trong thực tế, việc tách quá trình xóimòn thành các nhân tố là các biến độc lập cũng đem lại nhiều khả năng tùy biếntrong tính toán đánh giá xói mòn đất bằng việc thay đổi chúng phù hợp hơn với cácđiều kiện về khí hậu, đất, địa hình và canh tác khác nhau

Đã có một số mô hình đánh giá xói mòn sử dụng USLE hoặc USLE biến đổiđược áp dụng trên thế giới Mô hình này cũng được ứng dụng trong GIS nhằm xâydựng các công cụ mô hình hóa xói mòn cho các khu vực khác nhau

Một trong các mô hình áp dụng phương trình mất đất tổng quát cho đánh giáxói mòn là N-SPECT của Tổng cục Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ(NOAA) Đây là một trong các mô hình sử dụng các công cụ phân tích không gianmạnh mẽ của ArcGIS nhằm giải quyết bài toán đánh giá xói mòn đất tại Mỹ cũngnhư trên toàn thế giới

1.3.3 Mô hình SLEMSA

Mô hình SLEMSA (Soil Lost Estimator for Southern Africa) được phát triểnrộng rãi từ dữ liệu của Zimbabuê nhằm đánh giá xói mòn đất từ các hệ thống nôngtrại khác nhau nhằm tìm ra biện pháp bảo vệ thích hợp nhất Mô hình này đã đượcthông qua bởi các nước khu vực Nam Phi, công thức tính xói mòn đất có dạng [13]:

1.3.4 Mô hình Morgan, Morgan and Finney

Morgan và những người khác (1984) đã phát triển một mô hình dự báolượng mất đất của các khu vực nhỏ cỡ thửa đất trên vùng đất dốc [13] Mô hình củaông cũng dựa chủ yếu vào phương trình mất đất tổng quát, nhưng cúng bao gồmmột số thay đổi theo sự hiểu biết về các quá trình xói mòn Mô hình này chia quátrình xói mòn đất thành hai pha là nước và trầm tích Cũng giống như mô hình mấtđất tổng quát, mô hình không thể dự báo xói mòn cho một cơn bão bất kỹ hoặc xóimòn khe rãnh Hạn chế của mô hình này là chỉ có thể áp dụng cho một lưu vực nhỏbằng cách phân chia lưu vực thành các đơn vị đất với cùng thông số về loại đất, độdốc và kiểu lớp phủ

1.3.5 Mô hình N-SPECT

N-SPECT là mô công cụ đánh giá xói mòn đất và ô nhiễm nước cũng nhưlập các kịch bản biến đổi sử dụng đất cho các khu vực khác nhau Bộ công cụ nàyđược phát triển dựa trên mô hình mất đất tổng quát và chạy trên môi trường GIS.Các chức năng chính của N-SPECT là tính toán ước lượng dòng chảy mặt, lượngtích lũy trầm tích, tổng lượng mất đất, v.v

Đặc biệt, công cụ N-SPECT có thể chạy trên môi trường ArcGIS với cácphiên bản mới nhất và luôn được cập nhật Đây là một lợi thế bởi nó có thể sử dụngcác công cụ phân tích không gian của ArcGIS – một trong các hệ GIS được đánhgiá là mạnh nhất hiện nay – để giải quyết bài toán đánh giá xói mòn đất.

1.4 Phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá xói mòn đất

Với sự phát triển mạnh mẽ, công nghệ viễn thám và GIS ngày càng giảiquyết được nhiều vấn đề trong mô hình hóa không gian địa lý nói chung và mô hìnhhóa xói mòn nói riêng Với các bài toán mô hình hóa đa nhân tố như đánh giá xóimòn đất, công nghệ viễn thám và GIS có khả năng cung cấp các tư liệu và công cụsau [4]:

 Xây dựng các dữ liệu đầu vào cho tính toán mô hình xói mòn đất

 Sử dụng các công cụ phân tích không gian và các công cụ xây dựng

mô hình tính toán tự động các tham số tham gia vào mô hình xói mòn

 Xây dựng các mô hình, giải quyết các kịch bản đánh giá xói mòn đất,biến đổi sử dụng đất liên quan đến xói mòn, đánh giá ô nhiễm nguồnnước do xói mòn,…

1.4.1 Tính toán hệ số xói mòn do mưa (R)

Đối với các bài toán mô hình hóa xói mòn, việc tính toán hệ số xói mòn domưa thường dựa vào lượng mưa và số ngày mưa trung bình trong nhiều năm liêntiếp Tính toán hệ số xói mòn do mưa dựa vào cường độ mưa thường chỉ áp dụngvới các nghiên cứu chi tiết bởi việc thu thập số liệu khí tượng thủy văn rất phức tạp.Các số liệu khí tượng thủy văn liên quan đến nghiên cứu xói mòn do nước đượccung cấp bởi mạng lưới đài trạm chỉ bao gồm lượng mưa theo ngày Do đó, người

ta tiến hành tổng hợp được lượng mưa trung bình tháng, năm và số ngày mưa trongnăm dựa trên số liệu của nhiều năm

Để tính toán được các đường đẳng mưa nhằm xây dựng bản đồ hệ số xóimòn do mưa, GIS cung cấp công cụ nội suy với đầu vào là số liệu lượng mưa trung

bình tại các trạm trong khu vực nghiên cứu và lân cận Đây là phương pháp phổbiến nhưng cũng có nhược điểm là chưa tính toán được ảnh hưởng của các yếu tốđịa hình lên lượng mưa như: độ chênh cao, hướng sườn.

1.4.2 Tính toán hệ số chiều dài sườn và độ dốc

Các yếu tố địa hình đóng vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu đánh giá xóimòn, quyết định đến độ chính xác của các phân tích đánh giá xói mòn Dựa vào các

dữ liệu địa hình được cung cấp, người ta tiến hành tính toán các dữ liệu sau:

 Xây dựng mô hình số độ cao (DEM)

 Dữ liệu chiều dài sườn

Xây dựng mô hình số độ cao từ phương pháp trắc địa ảnh

Quy trình xây dựng mô hình số độ cao cơ bản bằng phương pháp trắc địa ảnhđược thể hiện trong hình 2 dưới đây

Trước tiên, người ta tiến hành bay chụp khu vực nghiên cứu với một tỷ lệảnh nhất định Sử dụng các máy quét phim chuyên dụng (photogrammetric scanner)

để chuyển ảnh từ dạng tương tự sang dạng số với độ phân giải rất cao (thông thườngkhoảng 16µm - 32µm) Các điểm khống chế mặt đất (GCP) cũng được đo đạc bằngthiết bị GPS với độ chính xác đến centimét

Hình 2 Quy trình xây dựng mô hình số độ cao từ ảnh hàng không

Ảnh hàng không dạng số được đưa vào các chương trình trắc địa ảnh để tínhtoán, quá trình đo ảnh thông thường được thực hiện theo quy trình sau:

 Lập khối ảnh

 Định hướng trong, định hướng tương đối

 Đo điểm khống chế mặt đất (GCP) trên ảnh

 Đo điểm nối ảnh hoặc khớp ảnh tự động

 Bình sai khối tam giác ảnh không gian

Với khả năng liên kết chặt chẽ, quá trình đo ảnh đảm bảo cho ra khối ảnh cósai số khoảng cách rất nhỏ (1/3 kích thước pixel) Đổi với độ cao, sai số tại cácđiểm khống chế nhỏ hơn 1/1000 độ cao bay chụp (H)

Sau đó, các mô hình lập thể tạo ra từ khối tam giác ảnh không gian được đođạc các yếu tố sau:

Phim ảnh hàng không

Chuyển đổi sang dạng số

Tính toán, bình sai khối tam giác ảnh không gian

 Đường đẳng cao

 Điểm độ cao

 Hệ thống các đường phân thủy, tụ thủy (break line)

Một số hệ thống trắc địa ảnh cao cấp còn cho phép sử dụng phương phápkhớp ảnh để tạo mô hình số độ cao tự động từ khối ảnh Tuy nhiên, phương phápnày cũng cần phải đo vẽ bổ sung hệ thống các đường phân, tụ thủy cho tính toánDEM

Các dữ liệu địa hình được đưa vào để thành lập mô hình TIN (TerrainIrregular Network), sau đó mô hình TIN được chuyển đổi thành DEM dạng rastercho lưu trữ và tính toán

Đây được xem như một trong các phương pháp hiệu quả và có độ chính xácđáng tin cậy nhất trong thành lập bản đồ địa hình cũng như xây dựng mô hình số độcao Phương pháp trắc địa ảnh cũng được áp dụng cho một số tư liệu ảnh vệ tinh cókhả năng chụp nghiêng như: SPOT 5, WorldView 1, WorldView 2,… Tuy nhiên,

để tăng cường độ chính xác của đo vẽ địa hình thì cần phải có các thông số hình họccủa vệ tinh tại thời điểm bay chụp như ma trận hằng số hữu tỉ (RPC) cho tính toán.Trên thực tế, người ta mới chỉ chứng minh được ảnh vệ tinh mới có khả năng thànhlập mô hình số độ cao cho bản đồ tỷ lệ 1:25.000 tại Việt Nam Các khu vực yêu cầu

độ chính xác cao hơn đều sử dụng ảnh hàng không

Xây dựng mô hình số độ cao từ bản đồ địa hình

Hê thông tin địa lý cũng cung cấp các công cụ cho xây dựng mô hình số độcao từ bản đồ địa hình Đây là một trong các phương pháp hiệu quả và nhanh chóngnhưng độ chính xác không cao Quy trình thành lập mô hình số độ cao từ bản đồđược tiến hành theo các bước sau:

 Quét bản đồ, nắn chỉnh hình học

 Số hóa các yếu tố địa hình, gán thuộc tính

 Tạo mô hình TIN

 Thành lập DEM

Tuy nhiên, các đặc trưng của địa hình thường không được thể hiện đầy đủtrên dữ liệu bản đồ địa hình do quá trình tổng quát hóa Các loại bản đồ thường ở tỷ

lệ vừa và nhỏ nên khoảng cao đều lớn, độ khái quát hóa cao Do đó, việc chiết táchcác thông tin địa hình thường không đảm bảo cho các phân tích đánh giá chi tiết chocác vùng nhỏ

Các công cụ phân tích ba chiều của GIS cung cấp các công cụ mạnh cho xử

lý mô hình số độ cao Bao gồm:

 Thành lập và biên tập mô hình TIN

 Chuyển đổi mô hình TIN sang dạng raster

 Các phân tích thống kê lân cận (Neiboughood Statistics)

 V.v…

Sản phẩm của quá trình xây dựng mô hình số độ cao và xử lý ba chiều chođánh giá xói mòn bao gồm:

 Dữ liệu phân chia các lưu vực phụ

 Dữ liệu tính toán tích tụ dòng chảy (Flow Accumulation)

 Dữ liệu chiều dài sườn

 Dữ liệu độ dốc

 Dữ liệu hệ số LS

Ngoài ra,các công cụ GIS và ảnh số ngày càng được phát triển không ngừngtăng khả năng xử lý DEM với khối lượng lớn hơn cho khu vực rộng hơn và chi tiếthơn Các dữ liệu ngày càng tương thích với nhiều hệ phần mềm mô hình hóa khônggian trong đó xói mòn đất

1.4.3 Ứng dụng viễn thám trong phân loại lớp phủ thực vật

Một trong các ứng dụng quan trọng của viễn thám đối với nghiên cứu xóimòn đất là chiết xuất ra các thông tin liên quan đến lớp phủ mặt đất Các tư liệu ảnhviễn thám được thu nhận một cách nhanh chóng và phản ảnh đặc trưng phản xạ phổcủa các đối tượng trên bề mặt trái đất Đối với viễn thám đa phổ, các đối tượng thựcvật thường phản xạ mạnh tại kênh cận hồng ngoại (có bước sóng từ … ) và là yếu

tố quan trọng để xác định và chiết tách thông tin liên quan đến lớp phủ thực vật.Người ta có thể tiến hành phân loại ảnh viễn thám theo một trong hai phương pháp:

 Phân loại không kiểm định: phân loại các pixel trên ảnh thành một sốcác nhóm pixel nhất định Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệmđược thời gian, nhược điểm là độ tin cậy không cao

 Phân loại ảnh có kiểm định: tiến hành lựa chọn các vùng mẫu trênảnh, phân tích đánh giá các vùng mẫu và phân loại ảnh theo đặc trưngphản xạ phổ tại các vùng lấy mẫu Ưu điểm của phương pháp này làcho độ tin cậy cao, nhược điểm là thời gian lấy mẫu nhiều và phụthuộc vào chủ quan của người lấy mẫu

Tuy nhiên, phân loại ảnh viễn thám tại thời điểm chụp chưa hẳn đã phản ảnhđúng đặc trưng lớp phủ thực vật của khu vực nghiên cứu Đặc biệt là tại Việt Nam,nơi mà lớp phủ mặt đất thay đổi theo các mùa trong năm và tập quán canh tác Đểnghiên cứu một cách chính xác lớp phủ mặt đất tại khu vực nào đó, cần phải thuthập tư liệu ảnh viễn thám tại nhiều thời điểm khác nhau nhằm phân loại và so sánhđưa ra kết quả cuối cùng

Trong nghiên cứu xói mòn, một trong các thông tin quan trọng cũng có thểđược chiết tách từ ảnh viễn thám đó là hệ số lớp phủ thực vật (NDVI) Chỉ số nàythường được tính theo công thức:

TNDVI= Sqrt(NDVI+0,5)

Cũng như phương pháp phân loại lớp phủ mặt đất từ ảnh viễn thám, phươngpháp tính toán hệ số lớp phủ thực vật chỉ phản ảnh được hiện trạng lớp phủ thực vậttại thời điểm thu nhận ảnh.

1.4.4 Xây dựng mô hình hóa tự động cho đánh giá xói mòn

Các mô hình đánh giá xói mòn thường là các bài toán phân tích đa nhân tốphức tạp, có sự tham gia của nhiều biến (R, LS, K, C, P) Ngoài ra, trong quá trình

áp dụng, người ta còn sử dụng các biến đổi nhằm tăng độ tin cậy cho mô hình

Hệ thông tin địa lý cung cấp các công cụ phân tích không gian cho phép tínhtoán, chồng ghép dữ liệu và giải quyết bài toán đánh giá xói mòn một cách tự động.Tùy vào từng bài toán, GIS cho phép xây dựng các mô hình tự động và đưa ra kếtquả là các hệ số cho tính toán xói mòn Dưới đây là ví dụ về mô hình tính toán chophân tích lưu vực (Water Delineation) bằng GIS:

Hình 3 Mô hình tính toán lưu vực sử dụng công cụ phân tích không

gian của ArcGIS [12]

Hình 4 là một ví dụ về quy trình tính toán xói mòn đất theo mô hình MUSLEcủa N-SPECT Mô hình này thường được áp dụng cho tính toán xói mòn đất gây ra

do mưa tại một thời điểm (VD: bão)

Nhìn chung, công nghệ viễn thám và GIS có khả năng hỗ trợ rất hiệu quả chođánh giá xói mòn đất từ cung cấp các dữ liệu đầu vào đến phân tích các nhân tố vàtính toán mô hình tổng hợp Với các công cụ viễn thám và GIS, có thể tính toán cácyếu tố của quá trình xói mòn cũng như xây dựng mô hình đánh giá xói mòn cho mộtkhu vực rộng lớn một cách nhanh chóng, chính xác và tin cậy.

CHƯƠNG 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA

2.1 Điều kiện tự nhiên

Khu vực nghiên cứu nằm trong ranh giới của huyện Yên Châu tỉnh Sơn La.Đây là một huyện miền núi biên giới của tỉnh Sơn La, có ranh giới phía Nam giápLào Lãnh thổ trải dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, phân dị phức tạp YênChâu có trục quốc lộ 6 chạy xuyên suốt cùng với mạng lưới giao thông khá pháttriển, tạo điều kiện thuận lợi trong phát triển kinh tế và xã hội Tuy nhiên, đây cũng

là khu vực có đặc điểm tự nhiên phức tạp, là khu vực mà các hoạt động xói mòn xảy

ra mạnh mẽ, đặc biệt là vào mùa mưa

2.1.1 Đặc điểm địa chất

Nền địa chất khu vực Yên Châu bao gồm các thành tạo có tuổi từ Cambriđến Đệ tứ Các thành tạo này chủ yếu bao gồm các đá trầm tích và biến chất, cáctrầm tích hạt thô như: cát kết, bột kết và trầm tích cacbonat phân bố dọc khu vựctheo hướng Tây Bắc – Đông Nam

Các thành tạo điển hình và phân bố của chúng được thể hiện trong hình 5,bao gồm:

 Hệ tầng Paham bao gồm các đá phiến sét, đá phiến Silic, đá phun tràophân bố thành dải phía Tây Nam khu vực, giáp với biên giới Lào

 Hệ tầng Yên Duyệt bao gồm các đá phiến sét, đá phiến sét than, đáphiến vôi, đá phiến silic, đá vôi

Hình 5 Bản đồ địa chất khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La [2]

 Hệ tầng Viên Nam phân bố ở phía Đông Bắc khu vực nghiên cứu, cócấu tạo từ profia bazan, xpilit, keratofia, đá phiến lục xen fenzit.

 Hệ tầng Đồng Giao bao gồm các thành tạo cacbonat phân bố kéo dàitheo hướng Tây Bắc – Đông Nam Đây là thành tạo phổ biến nhấttrong khu vực, tạo nên các dãy núi đá vôi bao gồm đá vôi màu xámsáng, đá vôi màu xám trắng, đá phiến sét, đá phiến vôi

 Hệ tầng Yên Châu: là các trầm tích lục nguyên phân bố ở đáy và sườncủa thung lũng Đây là thành tạo phổ biến nhất trong khu vực nghiêncứu, phân bố trải dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Hệ tầng nàychia làm hai phụ điệp nhỏ: phụ điệp trên bao gồm các đá hạt mịn nhưcát kết, bột kết, sạn kết, đá sét; phụ điệp dưới bao gồm chủ yếu là các

đá hạt thô như cuội kết, sạn kết, cát kết, đá vôi dạng dăm

Nhìn chung, cấu trúc địa chất của khu vực nghiên cứu khá phức tạp, phân bốtheo hướng của đứt gãy sông Đà có phương Tây Bắc – Đông Nam Lớp vỏphong hóa dày cộng với điều kiện khí hậu mưa theo mùa dẫn đến việcthường xuyên xảy ra hiện tượng trượt lở, tai biến

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Phản ánh rõ ràng các cấu trúc địa chất, địa hình khu vực nghiên cứu đặctrưng bởi các dãy núi chạy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, kẹp giữa là một thunglũng thấp Biên độ địa hình rất lớn, nơi thấp nhất chỉ khoảng 150m và nơi cao nhấtlên đến trên 1500m (đỉnh núi nằm ở phía Bắc của Huyện Yên Châu)

Nhìn chung, địa hình khu vực Yên Châu có cấu trúc khá phức tạp, bị chia cắtmạnh Có thể chia địa hình Yên Châu thành hai phần chính sau:

Vùng lòng chảo Yên Châu có địa hình thấp, độ cao trung bình khoảng400m so với mực nước biển Địa hình chia cắt phức tạp, phần lớn đấtđai có độ dốc lớn khiến cho các quá trình xói mòn đất xảy ra rấtmạnh Mặt khác, đây là vùng trũng thấp kẹp giữa hai vùng núi cao do

đó thường xuyên xảy ra các hiện tượng lũ quét, sạt lở khi có mưa lớn

nhiều hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp, là nguyên nhân làm tănghoạt động xói mòn đất.

Vùng núi có độ cao trung bình từ 900 – 1000 m so với mực nướcbiển Vùng này đặc trung với các phiêng bãi khá bằng phẳng nằm xengiữa các dãy núi cao Tuy nhiên, địa hình ở đây cũng bị chia cắt phứctạp, độ dốc lớn dẫn đến các hoạt động xói mòn diễn ra phổ biến Đâycòn là vùng phát triển trồng các loại cây chuyên canh tập trung vàchăn nuôi gia súc góp phần làm tăng quá trình xói mòn đất

Theo các nghiên cứu trước đây, độ dốc là một trong các nguyên nhân quantrọng làm tăng cường độ xói mòn đất Độ dốc của khu vực nghiên cứu được thểhiện bằng thống kê trong hình 6 dưới đây:

Hình 6 Thống kê độ dốc khu vực Yên Châu

Căn cứ theo các thống kê trên đây, có thể thấy rằng:

Độ dốc khu vực Yên Châu lớn, hầu hết độ dốc địa hình tập trungtrong khoảng từ 30o– 70o

Có một số vùng tương đối bằng phẳng, những vùng có độ dốc nhỏkhông nhiều Khu vực có độ dốc trên 60o nhiều, nơi dốc nhất lên đến

85o

2.1.3 Đặc điểm khí hậu

Yên Châu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều Đâycũng là một trong các tác nhân quan trọng gây ra quá trình xói mòn đất mạnh mẽtrong khu vực này Kết hợp với các yếu tố về vị trí địa lý, địa hình tạo cho YênChâu có sự phân dị về khí hậu mặc dù diện tích khu vực không lớn

Theo thống kê từ trạm trạm khí tượng thủy văn Yên Châu thì mùa mưa bắtđầu từ tháng 5 đến tháng 10 hàng năm, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau.Lượng mưa các tháng đo được tại trạm Yên Châu trong năm 2002 được thống kêtrong bảng 1 dưới đây

Bảng 1 Lượng mưa các tháng đo được tại trạm Yên Châu năm 2002 [Cục mạng lưới - Tổng cục KTTV]

Khí hậu khu vực Yên Châu được chia thành hai tiểu vùng khí hậu khác nhau:

Vùng lòng chảo Yên Châu: có khí hậu khô nóng, chịu ảnh hưởng củagió mùa Tây Nam Đặc trưng của khu vực này là chế độ nhiệt và sốngày nắng cao, lượng mưa nhỏ do bị bao bọc bới các dãy núi cao do

đó phần nào làm giảm các tác nhân gây xói mòn đất do mưa

Vùng núi cao, biên giới có khí hậu mát, ẩm mang đặc trưng của khuvực Mộc Châu – Sơn La Khu vực này thường mưa nhiều và có chế

độ mưa nhiều vào các tháng giữa năm và hạn hán vào các tháng mùakhô

Nhìn chung, Yên Châu có một nền khi hậu khắc nghiệt, có một mùa mưa tậptrung do đó chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các hoạt động xói mòn, sạt lở đất,gây nhiều thách thức với công tác quản lý và bảo tồn tài nguyên đất

2.1.4 Đặc điểm mạng lưới thủy văn

Địa hình chia cắt mạnh tạo cho Yên Châu có một hệ thống sông suối phongphú và phức tạp Các hệ thống sông suối chính bao gồm: hệ thống suối Sập, hệthống suối Vạt và hệ thống suối Nậm Pàn Tuy nhiên, hệ thống sông suối của khuvựa phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở vùng có quốc lộ 6 đi qua và một số xãvùng biên giới

Hình 7 dưới đây là sơ đồ hệ thống sông suối chính của khu vực Yên Châuđược lấy từ bản đồ địa chính cơ sở 1:10.000

Hình 7 Sơ đồ phân bố hệ thống sông suối khu vực Yên Châu

Hầu hết các sông suối đều ngắn, dốc nên khả năng giữ nước kém, tốc độdòng chảy lớn Khi có mưa lớn thường gây ra các hiện tượng lũ quét, xói mòn vàrửa trôi mạnh làm tăng nguy cơ mất đất trong toàn khu vực

Đất Feralit mùn vàng nhạt trên đá cát: chiếm 17% tổng diện tích(15.000 ha) Phân bố chủ yếu ở khu vực xã Chiềng On và ở một sốkhu vực đất dốc thuộc vùng núi cao và biên giới.

Đất Feralit đỏ nâu trên đá biến chất: chiếm 24,4% diện tích toàn khuvực (22,409 ha) Đây là loại đất phổ biến, phân bố đều trong toàn khuvực nghiên cứu Đặc điểm của loại đất này là có tầng đất dầy, độ phìcao, tỷ lệ mùn lớn

Đất đỏ nâu trên đá vôi: chiếm 23,1% tổng diện tích khu vực(19.366ha) Phân bố tập trung tại các xã vùng biên giới giáp caonguyên Mộc Châu

Đất vàng nâu trên đá phù sa cổ: chiếm 9,1% diện tích (7.600 ha) Loạiđất này phân bố dọc theo các hệ thống suối lớn

Đất Feralit nâu vàng trên đá mắc ma axít : chiếm 20% tổng diện tíchkhu vực nghiên cứu (17.300 ha) Loại đất này phân bố đều trên toànkhu vực

Đất có rừng phòng hộ chiếm 90,54% tổng diện tích đất lâm nghiệp(39.859,06 ha), tập trung chủ yếu tại các xã Lóng Phiêng, PhiêngKhoài, Chiềng On, Chiềng Đông, Sập Vạt Trong đó, đất có rừng tựnhiên chiếm 92,86% diện tích, đất có rừng trồng chiếm 2,87% diệntích và đất khoanh nuôi phục hồi rừng phòng hộ chiếm 4,27% diệntích

Các đối tượng sử dụng đất của khu vực Yên Châu được thể hiện trong hình 8dưới đây.

Nhìn chung, khu vực nghiên cứu có thảm thực vật khá lớn và phong phú, làmột trong các tác nhân làm giảm nguy cơ xói mòn đất Việc tăng cường phát triểnrừng phòng hộ cũng được quan tâm nhằm góp phần tăng thêm diện tích rừng phòng

hộ phục vụ cho công tác bảo tồn đất Tuy nhiên, do vị trí địa lý gần với đường quốc

lộ và tập quán canh tác của người dân nên trước đây nhiều diện tích rừng đã bị chặtphá, khai thác cạn kiệt Dẫn đến khả năng giữ nước chống lũ lụt và xói mòn giảm điđáng kể

Trong khu vực nghiên cứu, có ba loại hình sử dụng đất phổ biến là:

Nhóm đất nông nghiệp chiếm 76% diện tích đất tự nhiên

Nhóm đất phi nông nghiệp chiếm 3,49% diện tích đất tự nhiên

Đất chưa sử dụng chiếm 20,38% diện tích đất tự nhiên

Trong nhóm đất nông nghiệp, trồng cây hàng năm chiếm 93,33% tổng diệntích, bao gồm các cây ngô, sắn xen các cây ngắn ngày Hầu hết các cây hàng nămđược canh tác trên vùng đất dốc, độ che phủ thấp và khả năng chống xói mòn thấp

Hình 8 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực Yên Châu

2.2 Điều kiện kinh tế xã hội

2.2.1 Đặc điểm các ngành sản xuất

Nông nghiệp là ngành kinh tế giữ vai trò chủ đạo trong nền kinh tế củahuyện Yên Châu Việc tăng cường áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật và nâng caotrình độ sản xuất của người dân được thực hiện liên tục, góp phần làm tăng dần giátrị của sản xuất nông nghiệp theo từng năm Quá trình dịch chuyển cơ cấu kinh tếsang sản xuất hàng hóa, dần dần hình thành các vùng cây trồng chuyên canh giúpcho hiệu quả sử dụng đất và các biện pháp bảo vệ chống xói mòn được nâng cao.Tuy nhiên, cùng với quá trình phát triển sản xuất nông nghiệp, việc mở rộng diệntích đất trồng cây cũng làm cho lớp phủ bề mặt bị tác động mạnh, trở nên dễ bị xóimòn và bạc màu hơn

Đối với ngành lâm nghiệp, công tác quản lý, bảo vệ và khôi phục rừng đãđược quan tâm từ những năm đầu của thập niên 90 thế kỷ XX Việc triển khai cácchương trình 327 của chính phủ, dự án Việt Đức, dự án 661, v.v… đã phần nàongăn chặn có hiệu quả tình trạng phá rừng làm nương rẫy Diện tích đất rừng tăngdần theo từng năm nhưng tốc độ khai thác rừng lớn khiến cho chất lượng rừng giảmsút liên quan đến khả năng chống xói mòn giảm đi

Các ngành kinh tế khác như công nghiệp, dịch vụ chưa phát triển và khôngtác động nhiều đến đất đai Tuy nhiên, Yên Châu là một khu vực có tiềm năng vềkhoáng sản nên cũng cần đề phòng nguy cơ thoái hóa đất khi xuất hiện công nghiệpkhai thác và chế biến khoáng sản

2.2.2 Đặc điểm dân số, việc làm và thu nhập

Khu vực nghiên cứu nằm trong huyện Yên Châu với dân số trên 61.000người thuộc ba dân tộc chính là Thái, Kinh và Mông Có đến trên 90% dân sốngbằng nông nghiệp, trình độ dân trí thấp và tập quán canh tác lạc hậu Lực lượng laođộng dồi dào, chủ yếu là sản xuất nông nghiệp Thu nhập bình quân đầu người tạikhu vực này còn thấp, ước đạt 233 USD năm 2004 Thu nhập phân bố không đồngđều giữa các khu vực trong vùng

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU

TỈNH SƠN LA

3.1 Mô hình đánh giá xói mòn đất

Như đã trình bày trong phần 1.3, hiện nay có một số mô hình đánh giá xóimòn đất ứng dụng GIS với các mức độ khác nhau Một số sản phẩm GIS được xâydựng chuyên cho đánh giá xói mòn như: ArcSWAT (Soil and Water Analyst Tool),RUSLE 1, RUSLE 2, N-SPECT, v.v… Tuy nhiên, để lựa chọn mô hình hợp lý chonghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam thì cần phải có một số tiêu chí nhất định Thứnhất, bộ công cụ cần phải tương thích với các hệ thống GIS hiện đại để giảm thiểuthời gian xử lý dữ liệu cũng như tận dụng được các chức năng phân tích không giansẵn có Điều này có nghĩa là các bộ công cụ chạy trực tiếp trên nền các phần mềmGIS sẽ được ưu tiên chọn lựa Trong số này có hai phần mềm là N-SPECT vàArcSWAT là có khả năng chạy mô hình phân tích ngay trên CSDL GIS của ArcGIS(một phần mềm GIS phổ biến hiện nay) Thứ hai, công cụ đánh giá xói mòn phải

có khả năng mở rộng và cho phép định nghĩa các yếu tố tham gia mô hình xói mòncho các khu vực khác nhau trên thế giới cả ArcSWAT và N-SPECT đều cho phépngười dùng định nghĩa các tham số cho từng đối tượng trong CSDL Thứ ba, bộcông cụ cần phải thuận lợi trong quá trình định nghĩa các tham số tham gia phươngtrình tính toán ArcSWAT là một trong các bộ công cụ cho phép định nghĩa cáctham số xói mòn rất chi tiết và phức tạp Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu thìtác giả đã không chọn mô hình này do các thông số tham gia tính toán xói mòn quáphức tạp và không thể thực hiện một cách chính xác trong điều kiện hiện tại (VD:đối với tính toán hệ số C cho một đối tượng lớp phủ thực vật thì cần tới hơn 40tham số khác nhau) Công cụ N-SPECT được lựa chọn như một giải pháp hợp lýnhất cho luận văn với độ phức tạp ít và khả năng người dùng hóa cao

N-SPECT là một ứng dụng GIS mở rộng chạy trong môi trường ArcGIS.Công cụ này được phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình Visual Basic vàArcObjects (bộ thư viện các công cụ của ArcGIS) Do đó, nó chứa đựng một giaodiện người dùng đầy đủ và mạnh mẽ với các công cụ xử lý raster phức tạp của ứngdụng phân tích không gian (ArcGIS Spatial Analyst).

Điểm đặc biệt của mô hình N-SPECT tính toán dòng chảy mặt theo phươngpháp đường cong mưa (curve number) Tại Mỹ, Trung tâm Bảo vệ tài nguyên thiênnhiên (NRCS) thuộc Cục Nông nghiệp (USDA) đã phát triển phương pháp đườngcong mưa để dự báo dòng chảy trực tiếp từ sự vượt quá giới hạn của mưa (USDA,1986) Phương pháp này được mở rộng để dự báo dòng chảy mặt từ những cơn bãoriêng lẻ cũng như lượng mưa trung bình năm Số đường cong mưa (còn được gọi là

số đường cong, CN) là một tham số liên quan đến nhóm đất và lớp phủ của khuvực đó N-SPECT lưu trữ số đường cong trong một CSDL riêng (Geodatabase), chophép người dùng có thể thêm, thay đổi và xóa các giá trị thông qua giao diện ngườidùng

N-SPECT là một bộ công cụ phức tạp được xây dựng hướng tới một số lĩnhvực như: quản lý chất lượng nước, dự báo ô nhiễm, đánh giá xói mòn, quản lý bờbiển, v.v… Các chức năng chính của bộ công cụ này bao gồm:

 Ước lượng dòng chảy mặt, lượng tích lũy trầm tích

 Xác định những vùng có độ nhạy cảm cao với xói mòn do nước

 Ước lượng lượng đất rửa trôi

 Đánh giá tác động tương đối của sự thay đổi sử dụng đất với phân tíchkịch bản

Tỷ lệ xói mòn và trầm tích tích tụ được tính toán bằng phương trình mất đấthiệu chỉnh (Revised USLE) và cải tiến (Modified USLE) Mô hình N-SPECT cósẵn các số liệu xây dựng trước cho khu vực mẫu là Wai’anae thuộc O’ahu, Ha Wai.Tuy nhiên, để áp dụng cho tính toán đánh giá xói mòn đất ở các khu vực khác thìcần đưa vào một số dữ liệu sau:

 Dữ liệu lớp phủ bề mặt (dạng raster)

 Dữ liệu lượng mưa (dạng raster)

 Dữ liệu đất (dạng shapefile)

 Dữ liệu nhân tố R (dạng raster)

Rất nhiều kết quả trong N-SPECT được chiết xuất từ DEM và vì thế, nó trởnên quan trọng nhất trong các nguồn dữ liệu này Trong nghiên cứu xói mòn đất thìDEM thường được tạo ra từ CSDL địa hình được thành lập từ một trong cácphương pháp như: đo đạc trắc địa, trắc địa ảnh hàng không, viễn thám, từ bản đồ địahình Tại Việt Nam, DEM được xây dựng chủ yếu từ bản đồ địa hình, tuy nhiên cácbản đồ địa hình tỷ lệ cao thường ít được xây dựng cho các khu vực miền núi nơi mànghiên cứu xói mòn đất được quan tâm nhiều nhất Một trong các nguồn tư liệu mới

và tin cậy là bản đồ địa chính cơ sở có yếu tố địa hình Được xây dựng bằng phươngpháp trắc địa ảnh số ở tỷ lệ lớn với độ chính xác cao, phục vụ cho công tác kiểm kê

và quản lý đất đai Dữ liệu đều ở dạng số và có thể sử dụng cho thành lập DEM saukhi kiểm tra và chỉnh sửa lỗi Tuy nhiên, việc xử lý một CSDL địa hình lớn rất tốnthời gian và tài nguyên hệ thống, Đổi lại, mức độ chi tiết của DEM có thể đáp ứngđược các yêu cầu với phân tích xói mòn đất ở các quy mô vừa và nhỏ Tác giả cũngmạnh dạn áp dụng dữ liệu bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1:10000 cho mô hình N-SPECT

Phân chia lưu vực (Water Delineation)

Một bài toán đánh giá xói mòn bằng N-SPECT thường bắt đầu với việc phântích lưu vực Tuy nhiên, đây là một tập hợp các bài toán phân tích không gian phứctạp và không phải mô hình nào cũng xử lý một cách đúng đắn, đặc biệt là với phạm

vi đánh giá lớn N-SPECT lợi dụng các công cụ phân tích không gian mạnh mẽ củaArcGIS trong tính toán phân tích lưu vực ArcGIS là một trong các hệ GIS có cácchức năng xử lý và phân tích hàng đầu hiện nay trên thế giới, ESRI đã phát triển cảmột bộ công cụ phân tích ba chiều giải quyết các bài toán ba chiều hiện nay Do đó,N-SPECT DEM có thể loại bỏ các lỗi chủ quan và những thiếu sót khác thường gặptrong dữ liệu địa hình bằng việc sử dụng công cụ Fill Sau đó, dữ liệu hướng dòng