01050004914 Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin Địa lý nghiên cứu Đánh giá xói mòn Đất tỉnh hòa bình

01050004914 Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin Địa lý nghiên cứu Đánh giá xói mòn Đất tỉnh hòa bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - -

PHẠM CÔNG SƠN HẢI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - -

PHẠM CÔNG SƠN HẢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN NGỌC THẠCH

Hà Nội – 2021

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, dưới sự hướng dẫn khoa học nghiêm cẩn, chu đáo của thầy

hướng dẫn GS.TS Nguyễn Ngọc Thạch Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất

đến thầy, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn đến Quý Thầy, Cô, các nhà khoa học ở Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn Bằng cả tấm lòng của mình, em xin chân thành cảm ơn

về sự giúp đỡ quý báu đó Quý Thầy, Cô đã truyền nhiệt huyết, sự nghiêm túc,

nỗ lực trong nghiên cứu khoa học, cung cấp cho học viên nhiều thông tin và tài liệu tham khảo quý giá để hoàn thành luận văn

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn tới các cán bộ thuộc Sở tài nguyên và Môi trường tỉnh Hòa Bình, Phòng Tài nguyên và Môi trường các huyện và người dân địa phương, cán bộ xã tại các địa điểm khảo sát, đã tạo điều kiện và tận tình giúp

đỡ học viên trong suốt thời kỳ tiến hành nghiên cứu tại địa phương

Em xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Khoa Địa lý; Phòng Sau Đại học, Trường ĐHKHTN, ĐHQGHN; Quý Thầy, Cô Khoa Địa lý đặc biệt là Bộ môn Bản đồ và Địa thông tin đã chỉ bảo, giúp đỡ, khích lệ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên hoàn thành luận văn

Học viên cũng xin cảm ơn đề tài cấp tỉnh: “ Ứng dụng công nghệ viễn thám

và GIS để quản lý, dự báo tai biến thiên nhiên, đề xuất các giải pháp giảm nhẹ

thiệt hại do tai biến tại tỉnh Hòa Bình, giai đoạn 2011-2015” do GS.TS Nguyễn

Ngọc Thạch làm chủ nhiệm, đã hỗ trợ dữ liệu trong quá trình học viên thực hiện luận văn

Cuối cùng, HV xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên em rất nhiều trong thời gian thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

6 Cơ sở tài liệu 3

7 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT 5

1.1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan 5

1.1.1 Tình hình nghiên cứu xói mòn đất 5

1.1.2 Phương pháp nghiên cứu xói mòn đất 8

1.1.3 Hướng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn đất 13

1.1.4 Các công trình nghiên cứu liên quan tại Hòa Bình 16

1.2 Cơ sở lý luận về ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý nghiên cứu xói mòn đất 17

1.2.1 Khái niệm xói mòn đất 17

1.2.2 Các dạng xói mòn đất 18

1.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất 20

1.2.4 Tích hợp giải đoán ảnh viễn thám và hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu xói mòn 28

1.3 Quan điểm và phương pháp nghiên cứu 30

1.3.1 Quan điểm nghiên cứu 30

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 31

1.3.3 Các bước nghiên cứu 33

CHƯƠNG 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI MÒN ĐẤT TỈNH HÒA BÌNH

35

2.1 Các nhân tố tự nhiên 35

2.1.1 Vị trí địa lý 35

2.1.2 Đặc điểm địa chất, kiến tạo 36

2.1.3 Đặc điểm địa hình 37

2.1.4 Đặc điểm thủy văn 41

2.1.5 Đặc điểm khí hậu 43

2.1.6 Đặc điểm thổ nhưỡng 51

2.1.7 Đặc điểm thảm thực vật rừng 56

2.3 Các nhân tố kinh tế - xã hội 59

2.3.1 Dân cư, nguồn lao động 59

2.3.2 Thực trạng phát triển kinh tế 60

2.3.3 Hiện trạng sử dụng đất 62

2.3.4 Giao thông vận tải 66

2.4 Vấn đề xói mòn tại tỉnh Hòa Bình 70

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT TỈNH HÒA BÌNH 72

3.1 Quy trình nghiên cứu Để thành lập bản đồ xói mòn đất cần có các bản đồ thành phần được thành lập thông qua các mô hình để đánh giá xói mòn đất cụ thể như sau : 72

3.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu tai biến 73

3.2.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu 73

3.2.2 Nội dung cơ sở dữ liệu 74

3.2.3 Các lớp dữ liệu phục vụ nghiên cứu 82

3.3 Xây dựng các bản đồ thành phần 88

3.3.1 Xây dựng bản đồ hệ số K 88

3.3.2 Xây dựng bản đồ hệ số R 92

3.3.3 Xây dựng bản đồ hệ số LS 93

3.3.4 Xây dựng bản đồ hệ số C 94

3.3.5 Xây dựng bản đồ hệ số P 97

3.4 Thành lập bản đồ xói mòn đất tỉnh Hòa Bình 98

3.4.1 Bản đồ xói mòn tiềm năng 98

3.4.2 Bản đồ xói mòn thực tế 99

3.5 Đánh giá xói mòn đất và đề xuất các giải pháp giảm thiểu xói mòn đất tỉnh Hòa Bình 101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DEM: Mô hình số độ cao

ĐHKHTN: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

ĐHQGHN: Đại học Quốc gia Hà Nội

FAO: Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc

GIS: Viễn thám và hệ thông tin địa lý

HTTĐL: Hệ thông tin địa lý

KH-CN: Khoa học Công nghệ

NDVI: Chỉ số khác biệt thực vật

NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

QHSDĐ: Quy hoạch sử dụng đất

UNEP: Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc

USLE: Phương trình mất đất tổng quát (Universal Soil Loss Equation)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Ảnh hưởng độ dốc lên xói mòn đất 23

Bảng 1.2 Các mức độ dốc quy hoạch sản xuất nông nghiệp 24

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất 24

Bảng 1.4 Ảnh hưởng sườn dốc lên xói mòn đất 24

Bảng 1.5 Phân loại thành phần cơ giới theo Katrinski 26

Bảng 2.1 Tọa độ địa lý, độ cao các trạm khí tượng, điểm đo mưa trên địa bàn tỉnh Hòa Bình 44

Bảng 2.2 Tổng lượng mưa trung bình tháng và năm (mm) 47

Bảng 2.3 Tổng hợp mạng lưới đường quốc lộ và tỉnh lộ 68

Bảng 2.4 Mức độ xâm thực tại các phụ lưu sông suối chính tỉnh Hòa Bình 70

Bảng 3.1 Tiêu chuẩn xây dựng Cơ sở dữ liệu 74

Bảng 3.2 Mã chủ đề thông tin địa lý có trong danh mục đối tượng địa lý cơ sở quốc gia 81

Bảng 3.3 Layer đối tượng đường thuỷ hệ: Sông suối, kênh, mương 84

Bảng 3.4 Layer đối tượng vùng thuỷ hệ 84

Bảng 3.5 Layer đối tượng đường 85

Bảng 3.6 Layer đối tượng điểm 85

Bảng 3.7 Layer vùng Tỉnh, phường, xã 85

Bảng 3.8 Layer đối tượng đường 86

Bảng 3.9 Layer đối tượng vùng 86

Bảng 3.10 Nhiệt độ không khí trung bình năm 86

Bảng 3.11 Lượng mưa trung bình năm 86

Bảng 3.12 Lớp thông tin thổ nhưỡng 87

Bảng 3.13 Lớp thông tin về rừng và thuộc tính 87

Bảng 3.14 Thuộc tính 87

Bảng 3.15 Lớp thông tin hiện trạng sử dụng đất 87

Bảng 3.16 Hệ số xói mòn do yếu tố đất (K) 90

Bảng 3.17 Bảng tra C theo hội khoa học đất quốc tế 95

Bảng 3.18 Hệ số C các kiểu thảm thực vật 96

Bảng 3.19 Tham số P đối với các biện pháp chống xói mòn khác nhau 97

Bảng 3.20 Tổng hợp cấp xói mòn đất ở khu vực đông bắc (Bộ NNPTNT ) 102

Bảng 3.21 Bảng tính diện tích các cấp xói mòn thực tế theo loại hình lớp phủ 102

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Các nhân tố ảnh hưởng xói mòn đất 20

Hình 1 2 Sơ đồ các bước nghiên cứu 34

Hình 2 1 Bản đồ hành chính tỉnh Hòa Bình 35

Hình 2 2 Bản đồ địa chất tỉnh Hòa Bình 36

Hình 2 3 Tỉnh Hòa Bình nhìn 3D với ảnh vệ tinh Landsat 38

Hình 2 4 Mô hình số địa hình tỉnh Hòa Bình 38

Hình 2 5 Bản đồ địa mạo xây dựng theo nguyên tắc nguồn gốc hình thái 39

Hình 2 6 Bản đồ mạng lưới thủy văn tỉnh Hòa Bình 42

Hình 2 7 Bản đồ phân vùng khí hậu tỉnh Hòa Bình 45

Hình 2 8 Bản đồ lượng mua trung bình năm tỉnh Hòa Bình 49

Hình 2 9 Bản đồ thổ nhưỡng tỉnh Hòa Bình 52

Hình 2 10 Bản đồ thảm thực vật tỉnh Hòa Bình 58

Hình 2 11 Cơ cấu dân số theo đơn vị hành chính cấp huyện tỉnh Hòa Bình, 2019 59

Hình 2 12 Cơ cấu sản phẩm trên địa bàn tỉnh Hòa Bình năm 2015 và 2019 theo khu vực kinh tế (giá so sánh năm 2010) 61

Hình 2 13 Bản đồ sử dụng đất giải đoán từ ảnh vệ sinh năm 2020 64

Hình 2 14 Hệ thống đường giao thông tỉnh Hòa Bình 68

Hình 3 1 Sơ đồ tính toán xói mòn đất theo mô hình USLE 72

Hình 3 2 Quy trình xây dựng Cơ sở dữ liệu 80

Hình 3 3 Các lớp thông tin trong cơ sở dữ liệu 88

Hình 3 4 Các bước thành lập bản đồ hệ số K 89

Hình 3 5 Toán đồ xác định hệ số xói mòn của đất – K của Wischmeier – Smith 90

Hình 3 6 Bản đồ hệ số K tỉnh Hòa Bình 91

Hình 3 7 Các bước thành lập bản đồ hệ số R 92

Hình 3 8 Bản đồ hệ số R tỉnh Hòa Bình 93

Hình 3 9 Bản đồ LS tỉnh Hòa Bình 94

Hình 3 10 Bản đồ hệ số C tỉnh Hòa Bình 96

Hình 3 11 Các bước thành lập bản đồ hệ số P 97

Hình 3 12 Bản đồ xói mòn tiềm năng tỉnh Hòa Bình 99

Hình 3 13 Bản đồ xói mòn thực tế tỉnh Hòa Bình 100

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Do biến đổi khí hậu và việc sử dụng đất đai chưa hợp lý mà quá trình thoái hoá đất đang diễn ra ngày một trầm trọng đe dọa đến nền nông nghiệp nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam Đặc biệt, xói mòn do nước xảy ra rất phổ biến và đang là quá trình chính gây nên sự thoái hóa đất, suy giảm khả năng sản xuất ở các nước nhiệt đới ẩm Xói mòn là một trong những loại thoái hóa đất được xem như rủi ro nghiêm trọng không chỉ cho nông nghiệp, mà còn cho nhiều vấn đề của tài nguyên, môi trường

Tỉnh Hòa Bình có diện tích trên 459.000 ha (1,41% diện tích cả nước) trong đó, diện tích sông, suối trên 6.000 ha, núi đá trên 24.000 ha, khu dân cư trên 20.000 ha, đường giao thông và kênh mương trên 32.000 ha, còn lại diện tích 5 lưu vực của 5 hệ thống sông trên 408.000 ha Tuy nhiên, do đặc điểm cấu trúc địa chất có khá nhiều hệ thống đứt gẫy và hàng loạt yếu tố cấu trúc như nếp lồi, nếp lõm, địa hào, địa lũy tồn tại trong phân giới lãnh thổ đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi gây xói mòn đất Bên cạnh đó, những tác động mạnh mẽ của con người đến lớp phủ rừng là nguyên nhân quan trọng làm tăng mức độ xói mòn đất Ngoài ra, hiện tượng xói mòn, hoang mạc hóa do lượng mưa lớn và địa hình dốc là hai tác nhân nguy hiểm gây xói mòn Trên địa bàn tỉnh lượng mưa trung bình đều đạt từ 1.500 - 2.000 mm/năm Cùng với đó, do thời gian khô hạn kéo dài từ tháng 7 năm trước đến tháng 4 năm sau nên thúc đẩy quá trình xói mòn đất khi mùa mưa Theo Sở KH-CN và Trung tâm Địa môi trường - Tổ chức lãnh thổ tỉnh Hòa Bình thì hàng năm lớp đất mặt bị xói mòn do mưa mất khoảng trên 34,5 triệu tấn đất/năm Trong đó vùng đồi núi cao bị xói mòn trên 1 triệu tấn/năm, vùng đồi núi cao dưới 900 m là trên 33,4 triệu tấn/năm, vùng các bậc thềm phù sa, đất lầy bị xói mất trên 90.000 tấn/ha/năm Bình quân đất mặt bị xói mòn mất là 84,6 tấn/ha/năm

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của GIS và viễn thám, những công nghệ này đã tích hợp hoặc hỗ trợ cho các mô hình nhằm ước tính lượng đất xói mòn cho từng

vị trí của lãnh thổ, đồng thời tìm ra những nguyên nhân cụ thể đặc thù gây xói mòn và

suy thoái đất đai Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá xói mòn đất trên cơ sở ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) đã trở thành một phương pháp và là hướng tiếp cận định lượng giúp mô phỏng xói mòn và phát hiện cấp độ rủi ro xói mòn Từ đó sẽ cung cấp những thông tin quan trọng hỗ trợ việc đưa ra quyết định hợp lý trong quy hoạch sử dụng đất và bảo vệ đất trên một phạm vi không gian cụ thể, đặc biệt vùng đồi núi

Đứng trước thực trạng cấp thiết của địa phương, và phù hợp với chuyên ngành

mình đang học, tác giả đã thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý nghiên cứu đánh giá xói mòn đất tỉnh Hòa Bình” nhằm giải quyết

những vấn đề ở tầm vĩ mô trong thời gian ngắn, là căn cứ khoa học cho đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên đất bền vững của tỉnh Hòa Bình

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá xói mòn đất tiềm năng và xói mòn đất hiện tại tỉnh Hoà Bình thông qua

mô hình mất đất phổ dụng (USLE) trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước theo hướng nghiên cứu xói mòn đất;

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới xói mòn đất;

- Thu thập tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu;

- Khảo sát điều tra các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất tại tỉnh Hoà Bình;

- Xây dựng qui trình ứng dụng công nghệ GIS mô hình hoá xói mòn đất, thành lập bản đồ xói mòn đất tiềm năng và xói mòn đất hiện tại cho tỉnh Hoà Bình

4 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi không gian: Toàn tỉnh Hòa Bình với diện tích trên 459.000 ha;

- Phạm vi thời gian: Số liệu và các dữ liệu được thu thập và phân tích trong giai

đoạn từ 2010 đến 2019;

- Phạm vi khoa học: Nghiên cứu giải quyết vấn đề xói mòn đất dưới góc độ viễn

thám và hệ thông tin địa lý từ đó thành lập bản đồ xói mòn đất tỉnh Hòa Bình, đánh giá xói mòn đất và đề xuất giải pháp giảm thiểu xói mòn tại đây

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa lý luận: Kết quả của luận văn góp phần đa dạng hơn cũng như bổ sung

phương pháp nghiên cứu về xói mòn đất cấp khu vực miền núi với quy mô cấp tỉnh

- Ý nghĩa thực tiễn: Những kết quả nghiên cứu của luận văn là tài liệu tham khảo

hữu ích cho công tác quy hoạch sử dụng đất và phòng tránh xói mòn đất tại Hòa Bình

6 Cơ sở tài liệu

Để hoàn thành nội dung đề tài luận văn, tác giả đã sử dụng nguồn dữ liệu sau:

- Dữ liệu viễn thám đa nguồn, đa thời gian cụ thể là sau: Ảnh Landsat 8, ảnh Sentinel (chụp năm 2020);

- Tư liệu địa hình với tỉ lệ 1: 100.000 và 1: 50.000 (nguồn cung cấp: cục đo đạc bản đồ);

- Các loại bản đồ chuyên đề: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ đất, bản đồ thảm thực vật…;

- Số liệu thống kê và bản đồ lưu trữ tại tổng cục địa chất, viện Điều tra quy hoạch rừng, Viện khí tượng thủy văn và tại địa phương: Số liệu về diện tích tự nhiên toàn tỉnh, diện tích từng loại rừng, diện tích rừng phân theo chức năng, diện tích rừng phân theo chủ quản lý, các loại đất, tính chất từng loại đất, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa hàng năm, điều kiện dân sinh kinh tế xã hội….;

- Tư liệu, số liệu điều tra khảo sát thực địa;

- Số liệu, tài liệu tham khảo liên quan

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Danh mục tài liệu tham khảo và các Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm 3 chương như sau:

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM

VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT

Chương 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI MÒN ĐẤT TỈNH HÒA BÌNH

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT TỈNH HÒA BÌNH

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT

1.1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan

1.1.1 Tình hình nghiên cứu xói mòn đất

a Thế giới

Trong những năm gần đây, do nhiều nguyên nhân và đặc biệt là do biến đổi khí hậu và việc sử dụng đất đai chưa hợp lý mà tài nguyên đất đang có xu hướng bị thoái hóa ngày càng trầm trọng, đe dọa đến hoạt động sản xuất lương thực ở nhiều quốc gia trên thế giới mà nguyên nhân chính là do xói mòn đất Theo FAO – UNEP, hàng năm trên thế giới có khoảng 5 – 7 triệu ha đất bị mất khả năng sản xuất do xói mòn Theo Eswaran et al, 2001 [14], khả năng sản xuất của một số khu vực trên thế giới sẽ giảm đến 50% do xói mòn và sa mạc hóa

Từ thế kỷ 18, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu về xói mòn và những biện pháp chống xói mòn để bảo vệ đất dốc Vào những năm 1877 đến 1895, nhà khoa học

người Đức Volni đã nghiên cứu thực nghiệm trên các ô thí nghiệm nhỏ về những nhân

tố tác động đến xói mòn như thực bì và lớp phủ bề mặt đất, ảnh hưởng của loại đất và độc dốc bề mặt Tại Mỹ, các thí nghiệm đầu tiên nhằm xác định xói mòn đất về mặt định lượng được nhiều Tổ chức Lâm nghiệp Mỹ tiến hành tại Bang Utah năm 1915 Những nghiên cứu chi tiết về lượng mưa được tiến hành bởi Laws (1941) [23] Ellison (1944)

đã phân tích các tác động cơ học của hạt mưa lên đất và đưa ra tiến trình xói mòn dựa trên phương trình phá hủy kết cấu hạt mưa [12]

Các công thức toán học được đưa ra để đánh giá ảnh hưởng của độ dốc và độ dài sườn dốc đến sự xói mòn Nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả phải kể đến

như: phương trình xói mòn đất của Horton năm 1945 [17], phương trình mất đất của Musgrave năm 1947 [25], phương trình xói mòn mặt của Dragoun năm 1962 [11] và Goege Fleming năm 1983 [15], phương trình mất đất phổ dụng USLE của Wischmeier

và Smith [36], mô hình mất đất phổ quát hiệu chỉnh RUSLE của Renard năm 1991 [32],

mô hình xói mòn đất Châu Âu (EUROSEM), mô hình WEPP của phòng nghiên cứu

Quốc gia về xói mòn đất của Mỹ, mô hình SWAT của Jeff Arnold [20] Mục đích của

mô hình USLE là thiết lập một mô hình thực nghiệm để dự đoán xói mòn trên ruộng canh tác để các chuyên gia kiểm soát xói mòn có thể chọn loại biện pháp cần thiết để giữ xói mòn trong giới hạn có thể chấp nhận được dựa trên các yếu tố khí hậu, độ dốc

và sản xuất [20]

Ở Thái Lan, theo Virgo và Holmes (1977) [35] đã nghiên cứu ở vùng Tarnto Settlement xói mòn khoảng 20-30 tấn/ha/năm ở vùng trồng cây cà phê với độ dốc 120 Partosedono (1974) quan trắc xói mòn ở lưu vực sông Cimanuk, Indonesia ước tính hàng năm mất đi lớp đất dày 5,2 mm và ở Philippines theo Mirranda (1978) ước tính xói mòn 44,6 tấn/ha/năm ở lưu vực Agno

Hiện tại, mô hình thực nghiệm này đang được sử dụng như một hướng dẫn thực hành cho các kỹ sư và vẫn đang được phát triển ở một số quốc gia Ở Zimbabwe, một

mô hình phù hợp cho khu vực - SLEMSA - đã được phát triển [13] Các mô hình khác dựa trên phương trình của Wischmeier, chẳng hạn như EPIC (Williams 1982 [37]) hoặc dựa trên những quá trình vật lý, hay mô hình RILL, INTER-RILL hoặc EUROSEL, mô hình mới của Châu Âu để dự đoán xói mòn Hiện nay chỉ có mô hình USLE được sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia Các thành tựu đạt được có ý nghĩa trên nhiều mặt nghiên cứu lý thuyết về cơ chế tác động của chúng đến xói mòn đất Từ đó đã có nhiều phương pháp chuẩn đoán đánh giá lượng đất bị rửa trôi, đề xuất được biện pháp phòng chống và mức độ cần thiết phải áp dụng các biện pháp này ở từng điều kiện cụ thể Tuy nhiên, đối với các khu vực nhỏ thì mô hình thực nghiệm lại cho độ chính xác cao hơn những mô hình vật lý [21]

b Việt Nam

Quá trình xói mòn đất làm phá hủy lớp thổ nhưỡng, rửa trôi dinh dưỡng trong đất, gây thoái hóa bạc mầu đất, làm giảm năng xuất cây trồng, thậm chí làm mất khả năng tồn tại và sinh tồn của cây trồng trên đất bị xói mòn Xói mòn còn gây nên hiện tượng bồi lắng sông hồ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lưu thông và tích trữ nước Hiện nay vấn đề bảo vệ đất chống xói mòn đã trở thành một vấn đề lớn và cấp

bách của thế giới và ở Việt Nam Các đề tài nghiên cứu về xói mòn đất đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

Nghiên cứu về xói mòn đất ở Việt Nam có thể nói bắt đầu từ những năm 1960 gắn với các nông trường và trang trại Trong thời gian này, miền Bắc xây dựng nhiều

nông trường, nông trang, các hợp tác xã nông nghiệp Ở khu vực trung du và miền núi nước ta chủ yếu là đất dốc, do đó vấn đề sử dụng hợp lý và có hiệu quả đất đai được nhiều người chú ý, nhất là Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Trường Sơn v.v Cán bộ kỹ thuật

ở các nông trường, nông trang đã đề ra hàng loạt các biện pháp chống xói mòn Từ năm

1975 nhiều công trình nghiên cứu về xói mòn đất được triển khai và áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại mở ra triển vọng cho việc ứng dụng phương trình Wischmeier W.H- Smith D.D vào dự báo xói mòn đất trong điều kiện nước ta hiện nay

Nguyễn Quang Mỹ và đồng nghiệp (1982) đã tiến hành nghiên cứu xói mòn đất khu vực Tây Nguyên từ năm 1977 trong Chương trình điều tra tổng hợp Tây Nguyên bằng phương pháp xây dựng trạm, trại, bãi - bể quan trắc; đóng cọc kết hợp khảo sát thực địa; tổng hợp trên bản đồ Kết quả nghiên cứu đã phản ánh khách quan tình hình xói mòn đất Tây Nguyên ở từng khu vực có độ dốc, chiều dài sườn, lớp phủ thực vật khác nhau Số liệu quan trắc thực tế chứng minh mức độ xói mòn khá mạnh ở Tây Nguyên Tuy nhiên, nghiên cứu xói mòn theo các phương pháp trên đòi hỏi thời gian quan trắc dài, hiệu chỉnh, xử lý số liệu phức tạp và gặp khó khăn khi thể hiện trên bản đồ

Khoảng từ những năm 90, hệ thông tin địa lý phát triển kết hợp với mô hình toán học đã vận dụng nghiên cứu xói mòn Một số nhà nghiên cứu Việt Nam cũng đã thử giải

quyết bài toán xói mòn bằng cách mô hình hoá, sử dụng sức mạnh tính toán của công nghệ tin học Phương trình mất đất tổng quát (USLE) của Wischmeier và Smith được

sử dụng rộng rãi trong các mô hình do tính minh bạch và dễ áp dụng của nó

Lê Huy Bá và cộng sự (1991-1994) ước tính tốc độ xói mòn đất thực tế trên phù

sa cổ mới khai hoang cũng được đo đạc ở một số khu vực đạt 1,8 cm/năm Theo Bộ NN&PTNT, đất dốc miền Bắc tầng mặt mất đi khoảng 1 cm/năm

Áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu tai biến nói chung và tai biến xói mòn đất nói riêng phát triển mạnh từ năm 2004 đến nay Tập thể các nhà khoa

học Địa lý thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội đã công bố nhiều công trình theo hướng nghiên cứu này Trong đó tích hợp các thông tinh về cấu trúc địa chất, địa mạo và lớp phủ được trình bày là cơ sở quan trọng cho việc giảm thiểu tai biến do xói mòn đất trên nhiều khu vực nghiên cứu Qua các công trình này các tác giả đã thống nhất quan điểm đánh giá tai biến xói mòn đất bằng GIS và viễn thám trên cơ sở địa mạo và địa lý tổng hợp

Có nhiều phương pháp nghiên cứu, đánh giá xói mòn đất được các tác giả trong

và ngoài nước sử dụng Trong đó, việc ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là phương pháp, là công cụ mạnh có khả năng phân tích không gian trong thời gian ngắn Công nghệ GIS còn cho phép tích hợp phương 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 lưu vực, vùng lãnh thổ một cách dễ dàng và chính xác

1.1.2 Phương pháp nghiên cứu xói mòn đất

Dựa trên điều kiện và yêu cầu đặt ra có thể có các phương pháp nghiên cứu khác nhau Hiện nay, có thể chia thành hai nhóm phương pháp cơ bản đó là nhóm phương pháp định lượng bằng thực nghiệm và nhóm chuẩn đoán bằng mô hình [5]

a) Phương pháp thực nghiệm

Để tính toán định lượng xói mòn đất, các nhà khoa học đã đưa ra nhiều phương pháp khảo sát thực tế Những phương pháp này cho phép xác định lượng mất đất cụ thể trên một mô hình trong điều kiện cụ thể, một số phương pháp điển hình có thể kể đến:

Phương pháp phẫu diện: Phương pháp này do Zakharov đưa ra dựa trên cơ sở

các khu vực có hình thái địa lý khác nhau, trong điều kiện không xảy ra xói mòn thì các tầng đất có độ dày tương đối ổn định Khi quá trình xói mòn xảy ra thì độ dày của các tầng sẽ thay đổi, cụ thể là độ dày của tầng mặt đất sẽ giảm đi Nếu quá trình xói mòn kéo dài thì các tầng kế tiếp cũng bị xói mòn và độ dày của các tầng đất này cũng giảm

đi Việc xác định mức độ xói mòn bằng cách so sánh các mô hình chưa bị xói mòn với

mòn thì các mô hình này phải có các điều kiện tương đồng Phương pháp này có thể đánh giá tổng quát về hiện tượng xói mòn trên khu vực nghiên cứu, từ đó xác định được phương pháp nghiên cứu xói mòn đất với độ chính xác cao hơn Nhược điểm của phương pháp này là độ chính xác không ca, để xác định chính xác lượng đất mất cần phải định

vị được những vị trí đất ổn định

Phương pháp đóng cọc: Phương pháp này được sử dụng ở các vùng có điều kiện

xây dựng các trạm nghiên cứu khó khăn, việc thu thập số liệu không thường xuyên, các cọc được đóng trước mùa mưa, số lượng cọc tùy theo quy mô khu vực nghiên cứu Vị trí cọc được đóng theo nguyên tắc đỉnh dốc, sườn dốc và chân dốc, điểm đặt cọc ở chân dốc phải ở vị trí không bị xói mòn và cũng không bị bồi tụ lắng đọng Sau từng khoảng thời gian nhất định, đo độ sâu bào mòn (so với thời điểm đóng cọc) với kết quả của cọc đóng trên đỉnh và sườn, có thể tính độ sâu trung bình của quá trình bào mòn Hạn chế của phương pháp là hệ thống cọc đóng hay bị thất lạc, thời gian theo dõi kéo dài, cọc đóng ảnh hưởng đến tính chất vật lý của nơi đóng cọc, bản thân cọc làm ảnh hưởng đến dòng chảy, khi xác định độ sâu bào mòn chủ yếu dùng thước đo và bằng mắt thường nên độ chính xác của lượng đất mất được xác định là không cao

Phương pháp đo bộ rễ thực vật: Cơ sở của phương pháp này là khi bị bào mòn,

rửa trôi, rễ của thực vật vẫn ở độ cao nhất định và như vậy cổ rễ thực vật sẽ nổi lên trên mặt đất Xác định thời điểm từ lúc trồng đến thời điểm nghiên cứu sẽ xác định được mức độ xói mòn trong khoảng thời gian đó và tính được lượng đất bị bào mòn hàng năm Phương pháp này dễ áp dụng, không đòi hỏi phương tiện nghiên cứu phức tạp, tuy nhiên độ chính xác không cao

Phương pháp thu hứng: Trên diện tích đất nhất định được cô lập không bị ảnh

hưởng của dòng chảy và vật chất xói mòn từ xung quanh Phía cuối ô đất đặt bộ phận thu đất Sau khoảng thời gian nhất định thì thu lượng bồi lắng và đem cân, qua đó sẽ tính toán được lượng đất bị xói mòn trên một đơn vị diện tích Phương pháp này cho kết quả chính xác, đánh giá được lượng đất mất do tất cả các dạng xói mòn do nước Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi nhiều công đoạn phức tạp và trang thiết bị đắt tiền

Phương pháp đồng vị phóng xạ: Phương pháp này dựa vào nguyên tố urani và

thori Bản chất của phương pháp là nghiên cứu xói mòn theo quan điểm địa hóa học, trong đó hàm lượng urani và thori cũng như các nguyên tố hóa học khác đều được giải phóng trong quá trình xói mòn Sau khi so sánh hàm lượng của chúng ở những mẫu trước và sau khi bị xói mòn có thể xác định được lượng đất bị xói mòn

b) Phương pháp sử dụng mô hình

Các nghiên cứu đã cho thấy, để xác định xói mòn đất nếu chỉ dùng các phương pháp đo thực nghiệm thì kết quả chỉ phản ánh xói mòn trong khu vực nhỏ, những phương pháp này đòi hỏi mất nhiều công sức, kinh phí và thời gian thực hiện Vì vậy, hiện nay nhiều nghiên cứu xói mòn đất được tiếp cận bằng phương pháp mô hình toán học trong chuẩn đoán xói mòn đất Các mô hình mô phỏng bằng toán học được sự trợ giúp của máy tính đã giúp các nhà khoa học có thể nghiên cứu định lượng và dự báo xói mòn chính xác hơn Một số mô hình toán điển hình đó là:

Mô hình xói mòn đất dựa trên cơ sở phương trình mất đất phổ dụng dụng

(Universal Soil Loss Equation – USLE) [20, 33]: Mô hình này miêu tả lượng đất mất hàng năm do xói mòn Đây cũng là mô hình được vận dụng nghiên cứu đánh giá xói mòn đất tỉnh Hòa Bình của tác giả Công thức chung của USLE được tính như sau [32]:

A=R.K.L.S.C.P (1) Trong đó:

A: Lượng đất mất trung bình hàng năm (tấn/ha);

Mô hình mất đất phổ quát hiệu chỉnh (Revised Universal Soil Loss Equation –

RUSLE [21, 32]: Mô hình RUSLE được phát triển trên cơ sở mô hình USLE, cập nhật

thông tin của dữ liệu đầu vào và kết hợp với một số quá trình của xói mòn đất Phương trình tương quan để tính toán lượng đất xói mòn của mô hình RUSLE cũng tương tự như phương trình của mô hình USLE Nguyên tắc để hiệu chỉnh chỉ số xói mòn do mưa

là dựa vào lượng mưa, khả năng gây xói mòn của dòng chảy mặt hình thành do nước mưa hoặc tuyết tan Chỉ số C cũng được hiệu chỉnh và thay đổi so với mô hình USLE,

cụ thể C được tính toán dựa trên chỉ số phụ về chỉ số tổn thất đất SLR (Soil Loss Ratios) Chỉ số SLR phụ thuộc vào độ ẩm đất, độ nhám của bề mặt, lớp phủ bề mặt, độ dày tán

lá, kiểu sử dụng đất chính,…[32] Mô hình RUSLE được kỳ vọng đạt độ chính xác tương đương hoặc cao hơn và có khả năng dùng để mô phỏng xói mòn trên phạm vi lớn với các hệ số xói mòn được xác định bằng dữ liệu viễn thám

Bên cạnh đó, Năm 1975, Williams, J R [38] đã đề nghị cải tiến phương trình tương quan của mô hình USLE và xây dựng thành công mô hình mất đất phổ dụng cải tiến (Modified Universal Soil Loss Equation – RUSLE/MUSLE) Các chỉ số trong mô hình được xác định theo công thức tương tự như mô hình USLE

Mô hình đánh giá xói mòn đất (N – SPECT) [27]: N – SPECT (Nonpoint Source Pollution and Erosion Comparison Tool) 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 và ArcObjects (bộ thư viện các công cụ của Arcgis) Do đó, nó chứa đựng một giao diện người dùng đầy đủ và mạnh mẽ với các công cụ xử lý raster phức tạp của ứng dụng phân tích không gian (Arcgis Spatial Analygis) Điểm đặc biệt của mô hình N – SPECT là cho phép tính toán dòng chảy mặt theo phương pháp đường cong mưa (curve number)

N – SPECT là một bộ công cụ phức tạp được xây dựng hướng tới một số lĩnh vực như: quản lý chất lượng nước, dự báo ô nhiễm, đánh giá xói mòn, quản lý bờ biển…

Mô hình thực nghiệm AĐ Ivanovaki và IA Kornev xác định lượng đất rửa trôi

dựa trên sự khác nhau về độ dốc sườn, khoảng cách tới đường chia nước và cường độ mưa hay tuyết tan Mô hình này chưa đề cập tới vai trò của thảm thực vật cũng như vai trò của các loại đất, chỉ đưa vào dưới dạng một hệ số Tuy vậy, mô hình thực nghiệm này được 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 Khắc phục hạn chế của mô

hình trên có Mô hình SEIM (Soil ErosionIndex Model): Mô hình chỉ số xói mòn đất

dựa trên nhóm nhân tố tự nhiên là mưa và sườn dốc cùng với nhóm nhân tố con người như lớp phủ và sử dụng đất

Mô hình xói mòn đất Châu Âu (EUROSEM – The European Soil Erosion Model) [24]: Mô hình EUROSEM được phát triển dưới sự tài trợ của Liên minh Châu Âu vào

đầu thập niên 90 Mô hình này dựa trên khái niệm về mô hình hóa các pha tách và vận chuyển của hạt đất và sau đó, quá trình xói mòn dựa trên cơ sở của những giả định đó

Nó mô phỏng một hiện tượng xói mòn đối với các lưu vực nhỏ Mô hình sử dụng các

mô tả vật lý để phản ánh quá trình xói mòn đất ở trạng thái động nhất

Mô hình xói mòn do mưa (WEPP – Water Erosion Prediction Project) [22]: là

một quá trình mô phỏng một cách liên tục và là một mô hình dự báo xói mòn được sử dụng cho các máy tính cá nhân Nó có thể ứng dụng cho các quá trình xói mòn sườn đồi (xói mòn dạng phẳng và xói mòn rãnh), cũng như mô phỏng các quá trình thủy văn

và xói mòn trên các lưu vực nhỏ Mô hình WEPP thể hiện một công nghệ mới về dự báo xói mòn dựa trên cơ sở khí hậu, lý thuyết thấm, thủy văn, cơ lý đất, khoa học về cây trồng, thủy lực học vầ cơ học về xói mòn Mô hình có nhiều điểm thuận lợi, bao gồm khả năng ước lượng sự phân bố về lượng đất mất đi do xói mòn theo không gian

và thời gian (lượng đất thực sự mất đi của toàn bộ sườn dốc hoặc đối với mỗi điểm trên

một tuyến sườn dốc có thể được ước tính theo ngày, tháng hoặc trung bình năm)

Mô hình SWAT (Soil and Water Assessement Tool) [26]: Mô hình được xây dựng

nhằm đánh giá và dự đoán các tác động của thực tiễn quản lý đất đai đến nguồn nước, lượng bùn và lượng hóa chất trong nông nghiệp sinh ra trên một khu vực rộng lớn và phức tạp với sự không ổn định về các yếu tố như đất, sử dụng đất và điều kiện quản lý trong một thời gian dài [5,7] Mô hình SWAT là tập hợp những phép toán hồi quy để thể hiện mối quan hệ giữa giá trị thông số đầu vào và thông số đầu ra SWAT cho phép

mô hình hóa nhiều quá trình vật lý trên một lưu vực Dữ liệu đầu vào của SWAT bao gồm dữ liệu về đất (bản đồ đất), dữ liệu về sử dụng đất (bản đồ hiện trạng sử dụng đất),

dữ liệu khí tượng (dữ liệu về trạm thủy văn, nhiệt độ không khí trung bình, lượng mưa trung bình ngày, lưu lượng dòng chảy, bức xạ mặt trời, gió…)

1.1.3 Hướng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn đất

Trong thời gian gần đây, các nghiên cứu về xói mòn dần hoàn thiện về phương pháp, chuyển từ định tính sang định lượng, tập trung nghiên cứu về các tác nhân gây xói mòn đất và ảnh hưởng của nó đến xói mòn đất Bên cạnh những phương pháp thực nghiệm và phương pháp truyền thống và công nghệ hiện đại cũng đã được áp dụng Đặc biệt, sự ra đời và phát triển mạnh của công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS đã hộ trợ việc tính toán lượng đất xói mòn trên một khu vực rộng lớn trong thời gian ngắn và giảm thiểu chi phí ngoại nghiệp Một số nghiên cứu điển hình về ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và Việt Nam

Sử dụng dữ liệu ảnh Landsat kết hợp mô hình USLE trong tính toán mức độ xói mòn đất được nhiều nghiên cứu công bố: Nghiên cứu “Ước tính thông số thực

vật để lập mô hình xói mòn đất bằng cách sử dụng phân tích quang phổ tuyến tính

trên dữ liệu ảnh Landsat ETM” của nhóm tác giả Asis AM và Omasa K (2007) đã

sử dụng cách tiếp cận mới dựa trên phân tích hỗn hợp phổ (SMA) của dữ liệu ảnh Landsat ETM để lập bản đồ hệ số C để sử dụng trong mô hình xói mòn đất và cho kết quả khả quan [28] Tác giả Alejandra M Rojas Gonzalez năm 2008 [16] đã sử dụng phương trình USLE để tính toán và đánh giá xói mòn đất từ các yếu tố đầu vào như độ che phủ, thảm thực vật được tính toán từ dữ liệu Landsat ETM tại lưu vực sông Rio Grande de Arecibo, Puerto Rico Bên cạnh đó, tác giả Nuket Benzer năm

2010 [9] đã ứng dụng GIS để đánh giá xói mòn đất dựa trên phương trình RUSLE Trong nghiên cứu này, bản đồ sử dụng đất của khu vực nghiên cứu được thành lập

từ ảnh Landsat TM Lớp phủ thực vật được trích xuất từ ảnh Landsat TM được sử dụng để xác định hệ số C và hệ số P trong không gian, các hệ số này được đánh giá

độ chính xác dựa trên kết quả thực nghiệm Nghiên cứu khẳng định việc ứng dụng viễn thám và GIS có thể nâng cao đáng kể mô hình không gian đối với xói mòn đất

Sử dụng dữ liệu đa nguồn như DEM, ảnh SPOT và các bản đồ hợp phần địa

lý trong nghiên cứu xói mòn cũng có những kết quả nhất định: Nghiên cứu “Đánh

giá xói mòn đất thành phố Kuala Lumpur sử dụng dữ liệu viễn thám và GIS” của Pradhan, M và cộng sự năm 2014 [31] đã sử dụng bộ dữ liệu đa nguồn như dữ liệu lượng mưa, bản đồ DEM, ảnh SPOT 5 và bản đồ địa chất của khu vực nghiên cứu để tính toán xói mòn đất theo không gian của thành phố Kuala Lumpur Kết quả đã chứng minh tầm quan trọng của thảm thực vật để hạn chế xói mòn đất Hay nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ rủi ro xói mòn đất” của tác giả Esther O Makinde và cộng sự năm 2018 [29] đã ước tính nguy cơ xói mòn thực tế bằng cách sử dụng mô hình RUSLE tích hợp công nghệ GIS và viễn thám để cung cấp thông tin sử dụng đất Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh viễn thám và GIS là những công cụ mạnh mẽ để lập bản đồ nguy cơ xói mòn đất, có thể giúp các nhà quy hoạch và quản lý đưa ra quyết định đúng đắn cho việc bảo vệ đất

b) Việt Nam

Ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS chỉ mới phát triển trong thập kỷ vừa qua Một số nghiên cứu về xói mòn sử dụng công nghệ viễn thám có thể kể đến là:

Đánh giá xói mòn đất kết hợp giữa GIS với phương pháp RUSLE và USLE:

Nghiên cứu sử dụng viễn thám và GIS để đánh giá xói mòn đất huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ năm 2012 của tác giả Trần Quốc Vinh [7] đã xác định các hệ số xói mòn đất, mức độ xói mòn đất huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ bằng công nghệ viễn thám và GIS theo phương trình mất đất phổ dụng biến đổi RUSLE Nghiên cứu đã đưa ra một số đề xuất về biện pháp bảo vệ đất chống xói mòn có hiệu quả cao ở khu vực nghiên cứu Nghiên cứu “Ứng dụng phương trình mất đất phổ dụng (USLE) và hệ thông tin địa lý (GIS) đánh giá xói mòn tiềm năng đất Tây Nguyên và đề xuất giải pháp giảm thiểu xói mòn” của Nguyễn Mạnh Hà và động nghiệp (2013) đã khẳng định mô hình hóa xói mòn (USLE) và hệ thông tin địa lý (GIS) cho thấy tính toán xói mòn đất tiềm năng có nhiều thuận lợi so với phương pháp truyền thống Nghiên cứu “Giải pháp GIS và Viễn thám trong thành lập bản đồ xói mòn đất thành phố Đà Lạt” của tác giả Lê Văn Trung

và cộng sự năm 2016 [4] Nghiên cứu đã đưa ra các giải pháp thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng cho khu vực thành phố Đà Lạt dựa trên việc tích hợp viễn thám (ảnh Landsat 8), GIS và mô hình toán USLE Các hệ số ảnh hưởng đến xói mòn đất được phân tích

và lựa chọn để thành lập các lớp chuyên đề bằng công nghệ GIS

Vận dụng dữ liệu đa nguồn được sử dụng trong nghiên cứu xói mòn cũng như xây dựng kịch bản dự báo tai biến: Nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS

để quản lý, dự báo tai biến thiên nhiên, đề xuất các giải pháp nhằm giảm nhẹ tai biến tại tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011-2015” của GS TS Nguyễn Ngọc Thạch [2] Kết quả của

đề tài đã khẳng định hướng mới trong việc áp dụng kết hợp giữa Viễn thám và hệ thông tin địa lý để nghiên cứu lập bản đồ tai biến lũ lụt và trượt lở và xói mòn cho một vùng núi có địa hình đa dạng và có quá trình khai thác sử dụng lãnh thổ tương đối điển hình cho tình trạng chung ở các tỉnh vùng núi ở Việt Nam Tác giả Bùi Thị Kiên Trinh và

cộng sự năm 2019 [3] đã sử dụng ảnh Landsat 8 kết hợp dữ liệu DEM, dữ liệu khí tượng

…để xây dựng một số kịch bản xói mòn đất của huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An nhằm đề ra các biện pháp ứng phó Kết quả cho thấy sự phù hợp và khả thi của phương pháp trong điều kiện thực tiễn ở địa phương Nghiên cứu biến động hiện trạng lớp phủ thực vật và ảnh hưởng của nó tới quá trình xói mòn lưu vực sông Trà Khúc bằng phương pháp viễn thám và GIS năm 2004 của tác Vũ Anh Tuân [6] đã trình bày ảnh hưởng của lớp phủ tới quá trình xói mòn Kết quả nghiên cứu đã chứng minh ưu điểm của viễn thám và GIS trong và phân tích các vấn đề sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên đất

Như vậy, vận dụng dữ liệu đa nguồn cùng phương pháp USLE, RUSLE kết hợp GIS trong nghiên cứu xói mòn đất là công cụ hữu hiệu và khả thi cả trên thế giới và Việt Nam Chính vì vậy, nghiên cứu đã vận dụng dữ liệu ảnh Landsat, Sport cùng bản đồ hợp phần địa lý để xây dựng bản đồ xói mòn đất tỉnh Hòa Bình thông qua mô hình USLE

1.1.4 Các công trình nghiên cứu liên quan tại Hòa Bình

Nghiên cứu xói mòn đất liên quan đến hồ chứa Hòa Bình thời kỳ 1998-2001 đã được triển khai (Nguyễn Kiên Dũng và Vũ Đình Hòa, 2001) [1] Trong đó, các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xói mòn đất được xác định là có liên quan đến độ dốc sườn, thảm thực vật và lượng mưa diễn ra tại hồ chứa Hòa Bình giai đoạn 1998-2001 Nguồn số liệu được theo dõi liên tục dựa theo kết quả quan trắc của Trạm nghiên cứu

và và Thực nghiệm Môi trường hồ chứa Hòa Bình Kết quả của nghiên cứu là cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc lựa chọn các loại cây trồng nông nghiệp và thời điểm gieo trồng phù hợp, đồng thời là khởi đầu cho các nghiên cứu tiếp theo về hệ số gia nhập bùn cát - chỉ số xác định độ xói mòn đất và bùn ở các lưu vực sông, suối nhỏ được triển khai

Năm 2012, Nguyễn Thị Toan đã thực hiện “Nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc Việt Nam” Bản đồ dự báo xói mòn đã được xây dựng thông qua phương trình mất đất của USLE với việc kết hợp ứng dụng công nghệ GIS Các hệ số phục vụ xây dựng bản đồ xói mòn đất bao gồm hệ số R được xác định từ bản đồ lượng mưa trung bình năm, hệ số K từ bản đồ thổ nhưỡng, hệ số SL từ

nghiên cứu Trên cơ sở đó bản đồ xói mòn đất tiềm năng các tỉnh vùng Tây Bắc được thành lập Trong đó, Hòa Bình được xác định là tỉnh có nguy cơ xói mòn tiềm năng ở

cả 8 cấp độ, cấp III là chiếm phần lớn diện tích của tỉnh Các giải pháp kỹ thuật canh tác trên đất dốc là những đề xuất mà nghiên cứu đề ra nhằm giảm thiểu quá trình xói mòn tại các khu vực có độ dốc lớn

Nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để quản lý, dự báo tai biến thiên nhiên, đề xuất các giải pháp nhằm giảm nhẹ tai biến tại tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011-2015” của Nguyễn Ngọc Thạch [2] Kết quả của đề tài đã khẳng định hướng mới trong việc áp dụng kết hợp giữa Viễn thám và hệ thông tin địa lý để nghiên cứu lập bản

đồ tai biến lũ lụt và trượt lở và xói mòn cho một vùng núi có địa hình đa dạng và có quá trình khai thác sử dụng lãnh thổ tương đối điển hình cho tình trạng chung ở các tỉnh vùng núi ở Việt Nam

Như vậy, mặc dù Hòa Bình là tỉnh với diện tích đồi núi tương đối lớn, tuy nhiên các nghiên cứu về xác định mức độ xói mòn tại đây chưa được quan tâm nhiều Hơn nữa, công nghệ GIS và phương trình USLE là sự kết hợp có nhiều ưu điểm trong xây dựng bản đồ xói mòn nói chung và tại khu vực miền núi nói riêng Do vậy, việc áp dụng hay kỹ thuật này trong xây dựng bản đồ xói mòn đất tại tỉnh Hòa Bình tương đối phù hợp, và là tiền để cho những nghiên cứu và định hính sử dụng đất dốc sau này tại Hòa Bình và các tỉnh khác có liên quan

1.2 Cơ sở lý luận về ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý nghiên cứu xói mòn đất

1.2.1 Khái niệm xói mòn đất

Xói mòn đất được coi là nguyên nhân chính gây thoái hóa đất vì xói mòn đất dẫn đến mất lớp đất mặt và các chất hữu cơ trong đất, những chất cần thiết cho sự phát triển của thực vật [30] Dựa vào nguyên nhân, hình thức tác động và hệ quả của quá trình, khái niệm về xói mòn đất được các tác giả đưa ra như sau:

Mưa, gió, trọng lực là nhân tố chi phối mạnh tới xói mòn đất: Theo Ellison

(1944) thì “Xói mòn là hiện tượng di chuyển đất bởi nước mưa, gió dưới tác động của

trọng lực lên bề mặt của đất Xói mòn đất được xem như là một hàm số với biến số là loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thực vật, lượng mưa và cường độ mưa” [12] Theo Hudson (1981) thì “Xói mòn là quá trình san bằng, trong đó các hạt đất hay

đá cứng bị nhào lộn, rửa trôi và di chuyển dưới tác dụng của trọng lực, gió và nước là động lực chính của quá trình này” [18]

Xói mòn là quá trình phá hủy thổ nhưỡng dưới tác động của nhiều nhân tố tự nhiên và nhân sinh khác nhau: Theo định nghĩa của Nguyễn Quang Mỹ: Xói mòn đất

là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng (bao gồm phá hủy các thành phần cơ, lý, hóa, chất dinh dưỡng v.v của đất) dưới 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 hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác Theo định nghĩa của FAO (1994) thì “Xói mòn đất là hiện tượng các phần tử mảnh, cục và có khi

cả lớp bề mặt đất bị bào mòn, cuốn trôi do sức gió và sức nước” Hay theo Jim Ritter (2012) thì “Xói mòn đất là quá trình tự nhiên làm ảnh hưởng đến tất cả dạng đất Trong nông nghiệp, xói mòn đất lầ quá trình lớp đất bề mặt bị chuyển rời do các yếu tố vật lý như nước, gió hoặc các yếu tố liên quan đến hoạt động trồng trọt” [19]

1.2.2 Các dạng xói mòn đất

Phân loại xói mòn đất sẽ khác nhau theo từng căn cứ phân chia:

 Căn cứ vào các nguyên nhân gây ra xói mòn

Tức là dựa trên nguồn gốc các lực tự nhiên hay con người, xói mòn được chia thành hai loại:

- Xói mòn tự nhiên (hay xói mòn địa chất) : là quá trình xói mòn xảy ra dưới tác

động của các lực tự nhiên như nắng, mưa, gió , băng tuyết ( ở vùng ôn đới )

- Xói mòn gia tăng (hay xói mòn tăng cường): quá trình xảy ra dưới tác động của

các hoạt động kinh tế của con người (phá rừng, canh tác đất, khai thác khoáng sản )

 Theo quan điểm xói mòn đồng nghĩa với thoái hóa đất, giảm độ phì của đất, xói mòn được chia thành hai loại:

- Xói mòn vật lý: là quá trình làm mất đi một lượng đất dưới tác động của nước

(mưa, dòng chảy) hay gió

- Xói mòn độ phì: là quá trình làm mất chất dinh dưỡng trong đất (phôtpho, Nitơ,

Nitrit, Nitrat )

 Căn cứ vào các tác nhân gây xói mòn có thể phân thành 5 dạng: xói mòn do nước,

do gió, do trọng lực, do tuyết tan và do dòng bùn đá

- Xói mòn do nước: Gây ra do tác động của nước chảy tràn trên bề mặt Để xảy

ra xói<mòn nước cần có năng lượng của mưa làm tách các hạt đất ra khỏi thể đất sau đó nhờ dòng chảy vận chuyển chúng đi Khoảng cách di chuyển hạt đất phụ thuộc vào năng lượng của dòng chảy, địa hình của mặt đất… Xói mòn do nước còn được phân biệt thành xói mòn dạng hạt (hiện tượng rửa trôi các hạt đất trên bề mặt canh tác), xói mòn dạng tuyến (hình thành những mương xói nhỏ không làm trở ngại đến việc canh tác bình thường), xói mòn theo khe, rãnh (bề mặt đất tạo thành những dòng xói theo khe, rãnh trên sườn dốc nơi mà dòng chảy được tập trung) và xói mòn bờ Có 4 dạng xói mòn do nước gồm xói mòn dạng phẳng, xói mòn dạng rãnh, xói mòn dạng mương xói, xói mòn xảy ra do tác động của va đập

- Xói mòn do gió: là sự tách rời và di chuyển các hạt đất do tác động của gió Xói mòn này có thể xuất hiện ở bất cứ dạng địa hình nào Gió mang sản phẩm xói mòn theo

những hướng khác nhau

- Xói mòn trọng lực: xói mòn này xuất hiện do tác động kết hợp giữa trọng lực

của đất đá trên sườn dốc và dòng chảy tràn Mặc dù mang tính địa phương nhưng nó có thể mang đến thảm họa khủng khiếp

- Xói mòn dòng bùn đá: là một loại lũ quét đi qua các vùng đất đá bở rời và địa

hình thuận lợi cho việc tập trung nước và chất rắn

- Xói mòn do tuyết tan, bang tan: Xói mòn mạnh hay yếu phụ thuộc vào yếu tố

cường độ mưa, lượng mưa, địa hình, đặc điểm của lớp phủ thổ nhưỡng và thảm thực

vật, tình trạng sử dụng đất, kỹ thuật trồng trọt, phương pháp tổ chức sản xuất và yếu tố

xã hội

1.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất

Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất gồm: khí hậu, địa hình, đất đai, thảm thực vật và con người (Hình 1.1)

Hình 1.1 Các nhân tố ảnh hưởng xói mòn đất a) Nhân tố khí hậu

Xói mòn chủ yếu do dòng chảy bề mặt gây ra, nhưng dòng chảy lại do các yếu

tố khí hậu quyết định đó là: tổng lượng mưa và tính chất của mưa, thời gian và cường

độ mưa Thời gian càng lớn, cường độ mưa càng cao thì quá trình xói mòn càng xảy ra mạnh Sự xuất hiện của xói mòn phụ thuộc rất nhiều vào lớp nước trong một đợt mưa

và lượng mưa trung bình tháng, năm Ngoài mưa ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn, các yếu tố khí hậu khác như gió, nhiệt độ, ẩm độ cũng có ảnh hưởng đến xói mòn đất, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng không rõ ràng

A/H tích cực A/H tiêu cực A/H 2 chiều

Lượng mưa: Ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xói mòn ở những khu vực có lượng

mưa thấp thì khả năng xói mòn là rất thấp vì lượng mưa không đủ để tạo thành dòng chảy (vì bị mất do ngấm vào đất, bay hơi, thực vật sử dụng ) và do đó không có khả năng vận chuyển vật chất đi xa Lượng mưa trung bình hàng năm thường phải lớn hơn

300 mm thì xói mòn do mưa mới xuất hiện rõ Nếu lượng mưa lớn hơn 1000 mm/ năm thì cũng tạo điều kiện tốt cho lớp phủ thực vật phát triển và lượng xói mòn cũng không đáng kể Nhưng với lượng mưa như vậy mà tại những khu vực có rừng bị tàn phá thành đất trống, đồi núi trọc thì xói mòn thì sẽ là rất lớn

Tác động của mưa sẽ phụ thuộc vào vị trí địa lý, địa chất, thổ nhưỡng của khu vực Nhiệt độ càng cao, độ ẩm không khí thấp dẫn tới bốc hơi càng mạnh, đất càng bị nén chặt, tốc độ và khả năng thấm ít thì lượng mưa tạo dòng chảy bề mặt càng nhiều,

Do đó ảnh hưởng của trận mưa đầu và thời gian đầu của một trận mưa ít hớn so với những trận mưa sau và ở thời gian sau vì độ thấm của đất, và hơi ẩm của không khí đã

bị thay đổi

Cường độ mưa: lượng mưa trong một thời gian nhất định (đơn vị tính là mm/h)

Theo các kết quả nghiên cứu ở nhiều khu vực trên thế giới thì những trận mưa có cường

độ mưa trên 25 mm/h thì mới có tác dụng tạo nên dòng chảy và từ đó mới gây xói mòn

Tỷ lệ lượng mưa tạo ra trong năm được tạo ra bởi các trận mưa có cường độ lớn hơn 25 mm/h càng nhiều thì khả năng gây xói mòn càng lớn Nếu thời gian mưa dồn dập trong thời gian gắn thì đó chính là tiền đề cho sự hình thành lũ quyét, trượt lở ở vùng núi gập lụt ở hạ lưu, cùng với việc gia tăng xói mòn đất Cường độ mưa ở những vùng ôn đới ít khi vượt quá 75 mm/h, trừ những trận mưa giông đầu hè Còn ở những vùng nhiệt đới thì cường độ mưa lớn hơn nhiều, đạt 150 mm/h hay lớn hơn

Đặc tính của mưa: Mưa rào nhiệt đới gây tác hại nhiều hơn nhiều so với mưa nhỏ

ở các vùng ôn đới Mặt khác xói mòn cũng mạnh nếu lượng mưa chỉ đạt trung bình nhưng ở trên những sườn dốc thiếu lớp phủ thực vật Khi hạt mưa lớn (mưa rào thường

có đường kính hạt mưa lớn nhất là khoảng 5 mm, ít khi lớn hơn vì nếu quá lớn sẽ không bền vững và dễ bị phá vỡ thành các hạt nhỏ hơn) thì vận tốc khi chạm đất cũng tăng và

do đó lực phá huỷ cấu trúc đất vẫn tăng Vận tốc cuối của hạt mưa có đường kính khoảng

5 mm sẽ đạt khoảng 9 m/giây

Thời gian mưa: là mức độ tập trung của những trận mưa, khoảng từ tháng V đến

tháng IX nhanh hay chậm hơn tuỳ vùng Lượng mưa trong mùa mưa thường chiếm 70 - 85% lượng mưa cả năm Do mưa dồn dập như vậy mà khả năng thấm xuống đất chỉ có tác dụng ở những trận mưa đầu, còn phần lớn sẽ tạo thành dòng chảy bề mặt khi nước trong đất đã đạt bão hoà Chính vì vậy mà lượng đất bị xói mòn chủ yếu là vào mùa mưa, nhất là những nơi đất đang thời kỳ bỏ hoá không có sự điều tiết và cản nước của lớp phủ thực vật

Các yếu tố khác: Tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự xói mòn đất như nhiệt

độ không khí, sự bay hơi nước, tốc độ gió (khi mưa xuống), Những tác động này nếu

so sánh với tác động do mưa gây ra thì có thể xem là không đáng kể, trừ một số trường hợp đặc biệt như lượng mưa quá nhỏ chẳng hạn

b) Nhân tố địa hình

Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất Độ dốc của sườn là yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình xói mòn Độ dốc lớn làm tăng cường độ dòng chảy và do đó đẩy nhanh quá trình rửa trôi, xói mòn đất, gây nên xói mòn mạnh hơn Chiều dài sườn dốc cũng là nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất Chiều dài sườn càng tăng, khối lượng nước càng lớn, lớp nước càng dày, tốc

độ và năng lượng dòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất càng xảy ra mạnh Nếu tăng chiều dài sườn dốc lên 2 lần thì xói mòn đất tăng từ 2 đến 7,5 lần

 Dạng địa hình

Địa hình ảnh hưởng rất lớn lên xói mòn và với mỗi kiểu địa hình sẽ có những loại hình xói mòn khác nhau Nếu địa hình núi, phân cắt có độ dốc lớn thì xói mòn khe rãnh dạng tuyến diễn ra mạnh mẽ Còn đối với những mặt sườn phơi và địa hình thấp, thoải thì xói mòn theo diện (hay xói mòn bề mặt) sẽ chiếm ưu thế Với địa hình núi đá vôi thì không có hai loại hình trên mà có xói mòn ngầm, tạo các dạng hang động

Trên lý thuyết thì những vùng núi cao, độ dốc lớn thì được coi là những nơi có xói mòn, còn những vùng đồng bằng, nơi có độ dốc không đáng kể thì được coi là vùng bồi tụ, tức là tích tụ vật chất bị xói mòn từ những vùng cao xuống Thực tế thì cả những vùng đồng bằng cũng có bị xói mòn nhưng lượng đất mất rất ít, chủ yếu là quá trình rửa trôi lớp đất màu bề mặt và hậu quả là làm giảm độ phì của đất canh tác

Khi thực hiện lập bản đồ xói mòn tiềm năng đất bằng hệ thông tin địa lý thì

để đơn giản, chúng tôi chỉ xét tới những vùng có khả năng xói mòn tiềm năng cao (những vùng độ dốc lớn) mà không xét tơí nhứng vùng ít khả năng (như vùng thung lũng giữa núi, ruộng bậc thang, đồng bằng)

Như vậy độ dốc ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất, nhất là khi điều kiện lớp đất phủ thực vật mỏng Do vậy việc quy hoạch sử dụng đất trong nông nghiệp là cần thiết để giảm khả năng xói mòn đất khi sử dụng không đúng những vùng đất dốc Các mức độ dốc dùng trong quy hoạch sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam được chia thành 5 cấp:

Bảng 1.2 Các mức độ dốc quy hoạch sản xuất nông nghiệp

 Chiều dài sườn dốc

Khi chiều sài sườn lớn thì động năng của dòng chảy bề mặt sẽ rất lớn nhất là ở điểm cuối chân dốc Thông thường, chiều dài sườn tăng lên hai lần thì xói mòn đất tăng

Tác giả, năm nghiên cứu

c) Nhân tố thổ nhưỡng

Đất là đối tượng 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 hưởng đến xói mòn là thành phần cơ giới, cấu trúc và độ thấm nước cũng như hàm lượng mùn trong đất Những yếu tố đó ảnh hưởng đến khả năng hình thành dòng chảy khi mưa rào

 Thành phần cơ giới của đất

Thành phần cơ giới của đất là yếu tố ảnh hưởng theo cả hai cách trực tiếp và gián tiếp đến xói mòn Ảnh hưởng trược tiếp của nó là làm cho đất có tính chống xói mòn khác nhau tuỳ tỷ lệ % của các hạt sét, cát và limon Còn ảnh hưởng gián tiếp đến xói mòn do nó ảnh hưởng đến khả năng giữ nước và thấm nước dẫn đến từ đó ảnh hưởng đến tốc độ thấm của nước và lượng nước bị giữ lại trong đất càng lớn thì khả năng hình thành dòng chảy bề mặt càng giảm dẫn đến khả năng xói mòn giảm

Mọi tính chất hoá, lý của đất đều liên quan đến thành phần cơ giới của đất như

độ chua mặn, độ xốp, cấu trúc, độ thấm, khả năng hấp phụ các chất dinh dưỡng cũng như các chất ô nhiễm, ví dụ như đất Feralít nâu đỏ phát triển trên Bazan có thành phần cơ giới nặng nên có khả năng giữ nước tốt, hấp thụ nhiều các chất dinh dưỡng, khả năng chống xói mòn đất cao do có độ kết dính bền chặt Xói mòn sẽ lớn trên những loại đất có thành phần cơ giới nhẹ, độ ngập nước thấp như đất bồi tích, đất giầu Silíc hoà tan

Thành phần cơ giới của đất (hay còn gọi là thành phần cấp hạt) là hàm lượng phần trăm của những nguyên tố cơ học có kích thước khác nhau khi đoàn nạp đất ở trạng thái bị phá huỷ

Các nguyên tố chính được phân loại theo độ lớn khác nhau Hiện nay phổ biến nhất là bảng phân loại của N.A Katrinski (Liên Xô cũ)

Bảng 1.5 Phân loại thành phần cơ giới theo Katrinski

Tính thẩm thấu của đất được đo bằng tốc độ thẩm thấu của nước qua một khối đất có chiều sâu nhất định Tốc độ được đo với đơn vị là cm/h và gọi là hệ số thấm nước và dao động trong khoảng 0O đến 6O cm/h

Tốc độ thấm sử dụng trong đánh giá xói mòn đất được chia thành 6 cấp độ:

d) Lớp phủ thực vật

Ngoài ra, một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng tới xói mòn mà con người có thể tác động đó là yếu tố thảm thực vật Thảm thực vật có tác dụng rất lớn trong việc ngăn chặn xói mòn nhờ làm tắt năng lượng hạt mưa, làm chậm tích tụ nước, giảm năng lượng của gió, tăng khả năng thấm nước và tăng ma sát cơ học thông qua bộ rễ

và thảm lá rụng Thảm thực vật rừng nhiệt đới tự nhiên có khả năng hạn chế xói mòn cao hơn nhiều so với rừng trồng về công năng giữ đất và giữ nước Tuy nhiên, con người có khả năng tác động vào thảm thực vật nhằm hạn chế xói mòn theo hướng có lợi cho con người thông qua các biện pháp canh tác hợp lý và duy trì sản xuất một cách bền vững

Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng 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 hưởng của hạt mưa xuống mặt đất bởi tán

lá và làm cho nước có khả năng chảy xuống đến 50-60% theo chiều thẳng đứng của

bộ rễ Không những thế, vật rơi rụng của thực vật như cành khô, lá rụng còn tạo ra lượng mùn lớn trong đất, giữ đất tơi xốp, chống xói mòn

e) Nhân tố con người

Con người ảnh hưởng 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 mưa xuống quá trình xói mòn bề mặt xảy ra mạnh

Canh tác trên đất dốc không khoa học, du canh du cư cũng là những tác nhân gia tăng xói mòn đất Trên độ dốc < 30 đã bắt đầu xảy ra xói mòn khi có mưa to Từ

độ dốc 30 trở lên, tùy vào yếu tố đất đai, thực vật, lượng mưa v.v mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu

1.2.4 Tích hợp giải đoán ảnh viễn thám và hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu xói mòn

Nghiên cứu đánh giá xói mòn đất trên cơ sở ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) giúp mô phỏng xói mòn và phát hiện cấp độ rủi ro xói mòn sẽ cung cấp những thông tin quan trọng hỗ trợ việc đưa ra quyết định hợp lý trong quy hoạch sử dụng đất và bảo vệ đất trên một phạm vi lớn đặc biệt vùng đồi núi Với sự phát triển mạnh mẽ của GIS và viễn thám, những công nghệ này đã tích hợp hoặc hỗ trợ cho các

mô hình nhằm ước tính lượng đất xói mòn cho các vùng đồi núi và lưu vực Để ước tính xói mòn đất có thể sử dụng nhiều mô hình xói mòn như RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation), WEPP (Water Erosion Prediction Project), SWAT (Soil and Water Assessment Tool), EUROSEM (European Soil Erosion Model)… đã được phát triển và

sử dụng rộng rãi trong nhiều năm qua Trong đó, mô hình USLE (Universal Soil Loss Equation) là mô hình thực nghiệm được sử dụng hiệu quả, có thể mô phỏng lượng đất mất hàng năm một cách đơn giản, dễ hiểu và không đòi hỏi quá nhiều số liệu

Để thành lập bản đồ xói mòn đất cho khu vực nghiên cứu theo mô hình USLE và GIS thì ta cần xây dựng bản đồ hệ số R, bản đồ hệ số K, bản đồ hệ số LS, bản đồ hệ số

C Sau đó tích các bản đồ hệ số R, bản đồ hệ số K, bản đồ hệ số LS để cho ra bản đồ xói mòn tiềm năng Cuối cùng tích bản đồ hệ số C với bản đồ xói mòn tiềm năng để cho ra bản đồ xói mòn thực tế

Hệ số R: R là hệ số xói mòn của mưa và dòng chảy (rainfall and runoff erosivity)

Nó đặc trưng cho sự tác động của mưa đến quá trình xói mòn đất, đây là thước đo sức mạnh xói mòn của mưa và sức chảy tràn trên bề mặt R không chỉ là lượng mưa mà yếu

tố này thể hiện qua tổng lượng mưa và cường độ mưa

Hệ số K: K là hệ số thể hiện khả năng xói mòn của đất (soil erodibility) Nói cách

khác đây là một nhân tố biểu thị tính dễ bị tổn thương của đất với xói mòn và là đại lượng nghịch đảo với tính kháng xói mòn của đất Đất có giá trị K càng lớn thì khả năng xói mòn càng cao K phụ thuộc vào đặc tính của đất chủ yếu là sự ổn định về cấu trúc đất, thành phần cơ giới đất Đặc biệt là ở các tầng đất trên mặt và thêm vào đó là thành

Hệ số LS: Là đại lượng biểu thị cho sự ảnh hưởng của nhân tố độ dốc (S) và độ

dài sườn dốc (L) tới hoạt động xói mòn đất Về mặt lý thuyết, khi tăng tốc độ dòng chảy lên gấp đôi thì mức độ vận chuyển đối với các hạt có thể lớn hơn 64 lần, nó cho phép mang các vật liệu hòa tan trong nước lớn hơn gấp 30 lần và kết quả làm tăng sức mạnh xói mòn gấp 4 lần S là độ dốc của sườn, lượng mất đất lớn khi độ dốc cao Nó là tỷ lệ của sự mất đất từ độ dốc thực tế đối với độ dốc chuẩn (9%) dưới những điều kiện khác đồng nhất, sự liên hệ của sự mất đất đối với độ dốc bị ảnh hưởng bởi mật độ lớp phủ thực vật và kích thước hạt đất L là khoảng cách từ đường phân thủy ở đỉnh dốc đến nơi vận tốc dòng chảy chậm lại và vật chất bị trầm lắng Nó là tỷ số lượng mất đất ở các loại đất giống nhau có độ dốc giống nhau nhưng có chiều dài sườn khác nhau, so với chiều sườn của ô đất chuẩn (72.6 feet) -> L và S là 2 yếu tố được xem xét chung khi tính toán

xói mòn Tùy thuộc vào từng khu vực mà ta có cách tính toán LS cho phù hợp

Hệ số C: Theo Wischmeier và Smith (1978) thì hệ số C là tỉ số giữa lượng đất

mất trên một đơn vị diện tích có lớp phủ thực vật và sự quản lý của con người đối với lượng đất mất trên một diện tích trống tương đương Hệ số C là hệ số đặc trưng cho mức

độ che phủ đất của các lớp thực phủ bề mặt, biện pháp quản lý lớp phủ, biện pháp làm

đất, sinh khối đất…Giá trị của C chạy từ 0 đến 1 [36]

Hệ số P: Ngoài ra, một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng tới xói mòn mà con người

có thể tác động đó là yếu tố thảm thực vật Thảm thực vật có tác dụng rất lớn trong việc ngăn chặn xói mòn nhờ làm tắt năng lượng hạt mưa, làm chậm tích tụ nước, giảm năng lượng của gió, tăng khả năng thấm nước và tăng ma sát cơ học thông qua bộ rễ và thảm

lá rụng Thảm thực vật rừng nhiệt đới tự nhiên có khả năng hạn chế xói mòn cao hơn nhiều so với rừng trồng về công năng giữ đất và giữ nước Tuy nhiên, con người có khả năng tác động vào thảm thực vật nhằm hạn chế xói mòn theo hướng có lợi cho con người thông qua các biện pháp canh tác hợp lý và duy trì sản xuất một cách bền vững Ví dụ, các phương pháp canh tác theo đường đồng mức, trồng cây theo băng, luân canh, đa canh, trồng xen, gối vụ, tạo các đai rừng, bón phân hợp lý để cây phát triển và tạo tán che kịp thời Ngoài ra, trong quá trình canh tác, một số biện pháp công trình cũng có