ƯỚC TÍNH độ xói mòn đất của HIMALAYA

Vị trí địa lý Khu vực nghiên cứu được lựa chọn cho mô hình xói mòn đất, là Sitlarao subwatershed, nằm ở phía tây của thung lũng Doon, huyện Dehra Dun, Uttar Pradesh, Ấn Độ Hình 1.. Mục t

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

Tên đề tài báo cáo ƯỚC TÍNH ĐỘ XÓI MÒN ĐẤT CỦA HIMALAYA

Học tên HV: CHÂU NGUYỄN NGÂN HÀ MSSV: 12260649

GVGD: PGS TS LÊ VĂN TRUNG

Tphcm, tháng 11 năm 2012

MỤC LỤC

BẢNG

HÌNH

I Giới thiệu

1 Lý do chọn đề tài:

Xói mòn đất là một hiện tượng xảy ra rất thường xuyên ở hầu hết các nước trên thế giới Việt Nam cũng không nằm ngoài những nước này Đặt biệt là những miền rừng núi có độ dốc cao, với đặc điểm rừng tự nhiên của Việt Nam đang bị phá hoại tương đối nhiều cùng với kiểu khí hậu mưa nhiều nên thường xuyên xảy ra lũ, sạt lở và xói mòn đất thì việc kiểm soát độ xói mòn đất ở những khu vực rừng núi là một nhu cầu bức thiết Chính vì vậy tôi chọn đề tài “ước tính độ xói mòn đất của Himalaya” làm tài liệu tìm hiểu và tham khảo là cần thiết

2 Tổng quan

a Vị trí địa lý

Khu vực nghiên cứu được lựa chọn cho mô hình xói mòn đất, là Sitlarao subwatershed, nằm ở phía tây của thung lũng Doon, huyện Dehra Dun, Uttar Pradesh, Ấn Độ (Hình 1) Subwatershed thuộc về hệ thống sông Asan, là một nhánh của sông Yamuna Khu vực này nằm giữa 77◦45 và 77◦57 kinh độ Đông và 30◦24 và 30◦29 vĩ độ Bắc bao phủ khoảng 52 km2 Độ cao thay đổi từ 440 đến 2300 m trên MSL

Hình Vị trí của khu vực nghiên cứu.

Bản đồ chính của khu vực nghiên cứu đã được chuẩn bị từ cuộc điều tra toposheet của Ấn

Độ ở tỉ lệ 1:50 000 Hệ thống thoát nước, đường giao thông và các địa điểm quan trọng như làng, đền thờ v.v, đã được số hoá bản đồ phân khúc và bản đồ điểm

b Tác giả

Jose Varghese (Department of Earth Sciences, University of Roorkee, Roorkee, India) Sudhir Kumar (National Institute of Hydrology, University of Roorkee, Roorkee, India) Sanjay K Jain (National Institute of Hydrology, University of Roorkee, Roorkee, India)

II Giới thiệu bài báo cáo

1 Mục tiêu nghiên cứu

Ứng dụng kĩ thuật Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để khảo sát và quản lí độ xói mòn đất của vùng Himalaya, thông qua các dữ liệu không gian và thời gian để phân tích các yếu tố như đất, địa hình, sử dụng đất / che phủ v.v…

3 Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu về độ xói mòn của Himalaya, có hai mô hình xói mòn đất được sử dụng để ước tính độ xói mòn đất từ một lưu vực Himalaya là mô hình Morgan và mô hình phương trình xói mòn phổ thông (USLE)

Trong nghiên cứu này còn sử dụng hai phần mềm xử lý hình ảnh GIS ILWIS (Đất đai thùn lũng và hệ thống thông tin nước) và ERDAS (hệ thống phân tích dữ liệu tài nguyên trái đất)

đã được sử dụng cho việc chuẩn bị của các cơ sở dữ liệu cần thiết và phân tích dữ liệu ILWIS là một gói phần mềm GIS tích hợp xử lý hình ảnh và khả năng phân tích không gian, cơ sở dữ liệu dạng bảng và đặc điểm GIS thông thường ERDAS IMAGINE được sử dụng chủ yếu cho mục đích xử lý hình ảnh

a MODEL I (MORGAN và các đồng nghiệp, 1984)

Mô hình này phân tách các quá trình xói mòn đất vào một giai đoạn nước và giai đoạn trầm tích Trong giai đoạn trầm tích, xói mòn đất được coi là do tách rời của các hạt đất từ khối đất bằng cách tác động hạt mưa (dội đột ngột) và vận chuyển của dòng chảy Động năng của lượng mưa (E) phụ thuộc vào số lượng lượng mưa hàng năm (R) và cường độ mưa (I) Như vậy:

E = R × (11,9 + 8,7 log10I) (1)

Với

E = động năng lượng mưa (J.m-2)

I = cường độ lượng mưa (mm.h-1)

R = lượng mưa (mm.năm-1)

Tỷ lệ của sự tách biệt đột ngột là một chức năng của chỉ số K đất detachability định nghĩa

là trọng lượng của đất tách ra từ khối lượng đất trên một đơn vị lượng mưa năng lượng

F = K × (Ee-0.05A) × 10-3 (2)

Với

F = tỷ lệ của sự tách biệt đột ngột (kg.m-2)

K = chỉ số tách rời đất (g.m.J-1)

A = lượng mưa thường xuyên tính theo phần trăm

Năng lực vận chuyển của dòng chảy (G) (kgm-2) phụ thuộc vào khối lượng của lưu lượng (Q), yếu tố cây phủ (C) và độ dốc của các yếu tố địa hình (S) ở các mức độ

G = CQ 2 sin (S) × 10 -3 (3)

Dòng chảy tràn Q được ước tính dựa trên các phương trình sau đây

Q = R exp(- Rc/Ro) (4)

Với

Q = khối lượng dòng chảy (mm)

Rc = 1000 × MS × BD × RD × (Et/Eo)0,5

Ro = R/Rn

MS = dung lượng ẩm lưu trữ

BD = mật độ số lượng lớn đất (gm cc -1)

RD = rễ sâu (m)

E t = thực tế bốc hơi (mm ngày -1)

Eo = lượng bốc hơi tiềm năng (mm ngày -1)

Rn = Số ngày mưa

Mô hình so sánh tỷ lệ đoán trước của sự tách biệt đột ngột với năng lực vận tải của dòng chảy đường bộ và tương đương tỷ lệ xói mòn thấp hơn của hai giá trị, qua đó cho thấy, cho dù đội vận tải là yếu tố hạn chế (Morgan và cộng sự, 1984 ) Nếu năng lực vận tải cao hơn so với tỷ

lệ của sự tách biệt đất, giá trị đất tách rời sẽ được thực hiện như xói mòn Tương tự như vậy, nếu

tỷ lệ của sự tách biệt của đất cao hơn so với năng lực vận tải đường bộ dòng chảy, giá trị của năng lực vận tải được coi là xói mòn

c Mô hình USLE II (WISCHMEIR VÀ SMITH, 1978)

Mô hình phương trình xói mòn thông thường (USLE) là mô hình đất xói mòn tốt nhất được biết đến và được sử dụng rộng rãi nhất USLE được phát triển để ước tính tổn thất đất

thung lũng trong thời gian thời gian kéo dài Hạn chế của mô hình này là nó không ước tính năng suất lắng đọng, trầm tích, kênh xói mòn, hoặc rãnh xói mòn Xói mòn được tính bằng biểu thức:

A = R × K × L × S × C × P (5)

Trường hợp L, S, C, P là tất cả các hệ số không thứ nguyên

R (yếu tố tính xói mòn theo lượng mưa) là phụ thuộc vào tham số EI, đó là sản phẩm của năng lượng động lực của các cơn bão và cường độ tối đa 30 phút

K (đất ngộ độc tố) là một chức năng của tỷ lệ phần trăm của phù sa, cát thô, cấu trúc của đất, tính thấm của đất và tỷ lệ phần trăm của các chất hữu cơ

L (yếu tố độ dốc dài) được định nghĩa là tỷ lệ xói mòn từ một chiều dài độ dốc cụ thể so với một đơn vị chiều dài (22,13 m) với tất cả các điều kiện khác

S (yếu tố độ dốc) là một chức năng của độ dốc thực tế

C (yếu tố quản lý cây trồng) được định nghĩa là tỷ lệ xói mòn từ đất cắt theo điều kiện cụ thể để sự mất mát tương ứng từ nghiêng, liên tục bỏ hoang

P (yếu tố thực hành kiểm soát xói mòn) đưa vào tài khoản hiệu quả của hoạt động bảo tồn như đường nét, dải canh và ruộng bậc thang về xói mòn

Phương trình nhóm vật lý và quản lý các quan hệ với nhau rất nhiều thông số ảnh hưởng đến tỷ lệ xói mòn dưới sáu yếu tố chính, trong đó giá trị trang web cụ thể có thể được biểu đạt bằng số (Singhet al., 1981)

d Dữ liệu sử dụng

Đối với việc tạo ra các mô hình số độ cao (DEM), bản đồ đường viền của khu vực này đã được chuẩn bị bằng cách số hóa các đường nét từ cuộc điều tra toposheet của Ấn Độ Trong nghiên cứu này, một thuật toán nội suy đường đồng mức trong ILWIS được sử dụng để tạo DEM

và độ dốc bản đồ từ bản đồ đường viền Sự khác biệt chiều cao cho mục đích này cần phải được tính toán trong tọa độ X và Y, vì tổng thể độ dốc là một chức năng của sự khác biệt về chiều cao trên khoảng cách ngang trong cả chiều X và Y Từ bản đồ độ dốc DEM có thể được tạo ra ở mức

độ hoặc tỷ lệ phần trăm

Trong nghiên cứu mối quan hệ giữa độ cao và lượng mưa, phát triển bởi Shreshta (1997),

đã được sử dụng cho việc chuẩn bị của một bản đồ lượng mưa Mối quan hệ này là như sau:

R = 1384,2 + 0,339 Z (6)

Trong đó R là lượng mưa (mm) và Z là độ cao (mét)

Bản đồ lượng mưa cho thấy giá trị khác nhau của lượng mưa cho mỗi pixel Bản đồ lượng mưa này đã được phân loại và thể hiện trong hình 2 Dựa trên các dữ liệu khí hậu, số lượng của ngày mưa trung bình trong một năm được tìm thấy là 75 ngày ở độ cao thấp (lên đến

700 m), 85 ngày trong phạm vi độ cao trung bình (701 đến 1200 m) và 95 ngày ở độ cao cao hơn(Shrestha, năm 1997) Từ đó, một bản đồ, hiển thị ngày mưa hàng năm như là một hàm của

độ cao, được tạo ra

Hình Lượng mưa phân loại bản đồ của khu vực nghiên cứu.

Một bản đồ đất thuộc về địa văn học của thung lũng Doon đã được sử dụng để tạo ra các bản đồ đất của khu vực (Hình 3) Các đơn vị đất khác nhau được đặt tên H11, H12, H13, H21 (đất đồi còn lại), M1, M2, M3 (đất của các khu vực miền núi), P11, P12, P21 (đất của các khu vực Piedmont), V1, V2, V3 (đất sông thượng nguồn) (Shrestha, 1997)

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã được chuẩn bị bằng cách xử lý hình ảnh kỹ thuật số của

vệ tinh viễn thám Ấn Độ, dữ liệu IRS-IC, LISS III của tháng hai năm 1998 Các lớp đất được học

sử dụng khác nhau được xác định là rừng rậm, rừng bị suy thoái, trồng trọt, rừng hỗn giao, đất bỏ hoang, bụi rậm mở, sông và tuyết diện tích (Hình 4) Tuyết phủ là một hiện tượng tạm thời xảy ra

ở các khu vực cao hơn của khu vực

Hình Bản đồ loại đất của khu vực nghiên cứu

Hình Bản đồ sử dụng đất của khu vực nghiên cứu

4 Nội dung nghiên cứu

Xói mòn đất là một quá trình phức tạp mà bề mặt đất được tách ra, vận chuyển và tích lũy trong một nơi khác dẫn sự bồi lắng trong hồ chứa Người ta ước tính rằng ra tổng số 329 MHA của Ấn Độ, và khoảng 167 MHA bị ảnh hưởng xói mòn nghiêm trọng bởi nước và gió Điều này bao gồm 127 MHA bị ảnh hưởng bởi xói mòn đất và MHA 40 xuống cấp thông qua các rãnh và khe núi, du canh, ngập nước, độ mặn và độ kiềm, sông hóa và sa mạc hoá (Das, 1985) Narayan

và Babu (1983) đã ước tính rằng ở Ấn Độ có khoảng 5334 Mt (16,4 t ha -1) đất bị xói mòn hàng năm, khoảng 29% chảy theo các con sông xuống biển và 10% được trữ lại trong các hồ chứa làm mất khả năng lưu trữ của hồ Toàn bộ khu vực Himalaya bị ảnh hưởng với một vấn đề nghiêm trọng của sự xói mòn đất và các con sông chảy qua các khu vực này là vận chuyển của trầm tích Các vùng Himalaya và Tây Tạng bao gồm chỉ có khoảng 5% bề mặt đất của trái đất, nhưng

cung cấp khoảng 25% lượng tầm tích cho các đại dương thế giới (Raymo và Ruddiman, 1992) Ở vùng núi Hy Mã Lạp Sơn, một hậu quả của mất rừng kết hợp với ảnh hưởng của lượng mưa gió mùa, các lưu vực mong manh đã trở nên khó giữ nước và xói mòn cao, gắn kết với dòng chảy (Valdiya, 1985; Rawat và Rawat, 1994) Nạn phá rừng quy mô lớn trong phạm vi Shivalik của dãy Hy Mã Lạp Sơn, đã làm tăng nhiều sự tiếp xúc với đất trên bề mặt đất với những cơn mưa, trong những năm 1960 Đất không được bảo vệ này đã sẵn sàng được bốc ra khỏi bề mặt đất trong Shivaliks mong manh bởi kết quả của sự kết hợp của mưa và dòng chảy (Kothyari, 1996) Hầu hết các bộ phận của dãy Himalaya, đặc biệt là cá vùng Shivaliks, đại diện cho các chân đồi của dãy Himalaya ở phía bắc và phía đông Ấn Độ, bao gồm sa thạch, đá phiến sét và các tập đoàn này với các đặc điểm của sông ngòi và đất sâu Những hình thành địa chất yếu, không ổn định do đó rất dễ bị xói mòn Xói mòn tăng tốc đã xảy ra trong khu vực này do nạn phá rừng thâm canh, xây dựng đường bộ quy mô lớn, khai thác mỏ và canh tác trên các sườn dốc Garde

và Kothyari (1987) báo cáo rằng tỷ lệ xói mòn đất trong khu vực miền Bắc Hy Mã Lạp Sơn là cao và theo thứ tự 2000 đến 2500 t km-2 năm-1

5 Tính toán dữ liệu

a Mô hình I

Để ước tính xói mòn đất do đội đột ngột, các dữ liệu lượng mưa hàng năm và cường độ

30 phút của khu vực được yêu cầu Bản đồ lượng mưa hàng năm đã được tạo ra bằng cách sử dụng phương trình (6) và cường độ mưa cho khu vực đã được thực hiện như là 25 mm.h-1

Bảng Các đơn vị đất khác nhau và các thông số

Đơn vị bản

đồ đất

Kết cấu bề mặt Tỷ trọng

G/cc

Độ ẩm dung lượng lưu trữ

Yếu tố K Chỉ số đất

Tự do

H11 Đất sét trộn nghiêm

trọng

1,3 0,18 0,45 0,22

H12 Đất á sét 1,3 0,18 0,50 0,22 H13 Đất sét trộn nghiêm

trọng

1,4 0,20 0,40 0,22

H21 Đất á sét 1,3 0,20 0,48 0,22 M1 Đất sét cát nghiêm

trọng

1,2 0,26 0,45 0,35

M2 Đất sét cát nghiêm

trọng

1,2 0,25 0,43 0,35

trọng P11 Đất sét trộn nghiêm

trọng

1,4 0,18 0,35 0,22

P12 Đất á sét 1,3 0,20 0,40 0,22 P21 Đất sét cát nghiêm

trọng

1,3 0,20 0,36 0,35

P22 Bãi cát mùn 12 0,28 0,38 0,30 V1 Đất sét trộn 1,3 0,20 0,41 0,22 V2 Bãi cát mùn 1,4 0,10 0,30 0,36 V3 Đất á sét 1,2 0,15 0,35 0,30

Bản đồ đường bộ dòng chảy lưu vực đã được tạo ra bằng cách sử dụng phương trình (2) Các tham số được sử dụng trong phương trình phụ thuộc vào đặc tính của đất và sử dụng đất Các giá trị của các thông số được sử dụng trong nghiên cứu này được đưa ra trong Bảng I và II

Bảng Sử dụng đất và các thông số khác nhau

Sử dụng đất yếu tố C yếu tố P A (%) E t / E o R d

Mở chà 0,1 0,8 15 0,05 0,10 Suy thoái sal rừng 0,03 0,8 20 0,80 0,10 Dày đặc sal rừng 0,004 0,8 20 0,90 0,10 Rừng hỗn giao 0,05 0,8 15 0,80 0,10 Trồng trọt 0,3 0,6 30 0,85 0,07 Hoang vu 0,5 0,7 10 0,58 0,05

-Ước tính sự xối mòn từ lưu lượng của dòng chảy và tỷ lệ ước tính của sự tách lớp đất Nếu lưu lượng của dòng chảy cao hơn so với tỷ lệ của sự tách biệt lớp, giá trị đất tách rời sẽ được thực hiện như sự xối mòn Tương tự như vậy, nếu tỷ lệ của sự tách lớp của đất cao hơn so với lưu lượng của dòng chảy, giá trị của năng lực vận t lưu lượng của dòng chảy sẽ được xem xét cho việc xối mòn Độ xối mòn đã được tính toán như sau:

Xói mòn = iff (G> F, F, G)

e Mô hình II (USLE)

Tại Ấn Độ, các công trình nghiên cứu đã cho thấy rằng Ryếu tố có thể được tính bằng cách

sử dụng các mối quan hệ sau đây (Singhet al, 1981.)

R yếu tố = 79 + 0,363 R (7)

R là lượng mưa trung bình hàng năm tính bằng mm

Sự phân bố không gian của các giá trị K trong khu vực được hình thành dưới hình thức của một bản đồ yếu tố K Với mục đích này, các giá trị K lấy từ dữ liệu thuộc tính liên quan đến đất của khu vực

Như L là tỷ lệ của trường để xối mòn tương ứng của chiều dài độ dốc 22,13 m, giá trị của

nó có thể được thể hiện như

L = (λ/22.13)m, (8)

Với λ là độ dốc chiều dài lĩnh vực (m) và m giả định giá trị của 0,2 đến 0,5 Wischmeier

và Smith (1978) đã đi ra với mức giá trị của số mũ khác nhau để dốc khác nhau như sau (Singh

et al, 1981)

Độ dốc dốc Giá trị của m

3 - 4,5% 0,4 4,5% hoặc nhiều hơn 0,5

Giá trị L đã được tính toán bằng cách lấy chiều dài độ dốc lĩnh vực như kích thước lưới (25 m) và được đưa ra như sau:

L = (25/22.13)m

Với mục đích này, bản đồ m đã được tạo ra, bằng cách sử dụng bản đồ độ dốc như là đầu vào Đối với việc tạo ra bản đồ S, Wischmeier và Smith (1978) đã đưa ra các phương trình sau đây

S = (0,43 + 0,30s + 0,043s2) / 6,613 (9)

Trong đó S là độ dốc theo tỷ lệ phần trăm

Các yếu tố L, S được kết hợp tính toán bằng cách nhân yếu tố S đất từ các bản đồ được tạo Yếu tố C và P, sử dụng đất khác nhau, được lấy từ các dữ liệu thuộc tính sử dụng đất và bản

đồ thuộc tính, hiển thị các biến đổi không gian

6 Kết quả nghiên cứu

Sau khi đánh giá tất cả các tham số, xói mòn đất bằng các mô hình đã được tính toán Kết quả của cả hai mô hình được so sánh và được thể hiện trong hình 5 và 6

Hình Bản đồ xói mòn đất (mô hình Morgan) của vùng nghiên cứu.

Hình Bản đồ xói mòn đất (mô hình Usle) của vùng nghiên cứu.

Kết quả của mô hình II cũng cho thấy rằng từ khu vực rừng xói mòn là ít Khu vực rừng hỗn giao có độ xói mòn vừa phải do địa hình dốc Trong các lĩnh vực trồng trọt, phạm vi của xói mòn là cao Mở khu vực cây bụi và các vùng đất bỏ hoang xói mòn rất cao

Ngoài ra độ xói mòn đất còn được tính cụ thể trên loại hình sử dụng đất

Bảng Xói mòn trung bình hàng năm từ sử dụng đất khác nhau

Sử dụng đất Khu vực Trung bình hàng năm xói mòn

Mô hình Morgan USLE (Km 2 ) Tấn km -2 năm -1

Trồng trọt 17,93 1717 5392 Rừng rậm 10,02 117 198 Suy thoái rừng 0,66 569 895 Rừng hỗn giao 5,02 2934 6517 Vùng cỏ mọc 5,46 5779 12.986 Hoang vu 4,93 7486 19.866