Có rất 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
Trang 1Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Tiến Chính
Sinh viên thực hiện : Quàng Văn Công
ĐỀ CƯƠNG THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
“ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ XÓI MÒN ĐẤT TẠI LƯU VỰC SUỐI BÓ
CÁ, THÀNH PHỐ SƠN LA”
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC KHOA: NÔNG - LÂM
………….…………
Trang 2ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo số liệu thống kê hiện trạng sử dụng đất trong những năm gần đây cho thấy Việt Nam có khoảng 25 triệu hecta đất dốc, nguy cơ xói mòn và rửa trôi rất lớn khoảng 10 tấn/ha/năm Theo các quan trắc có hệ thống từ năm 1960 đến nay thì có khoảng 10-20% lãnh thổ bị ảnh hưởng xói mòn từ trung bình đến mạnh [1]
Sơn La là tỉnh miền núi phía Tây Bắc của Việt Nam, có độ cao trung bình
600 - 700m so với mực nước biển, địa hình chia cắt sâu và mạnh nên hình thành nhiều tiểu vùng khí hậu, cho phép phát triển một nền sản suất Nông – Lâm nghiệp phong phú Hiện tượng xói mòn, rửa trôi đang xảy ra mạnh
Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là tư liệu lao động chính của nền kinh
tế Nông – Lâm nghiệp Tuy nhiên, trong vài thập kỷ gần đây, cùng với sự gia tăng dân số, các nguồn tài nguyên khoáng sản, thảm thực vật, đất đai đã và đang được sử dụng ở mức độ cao, thậm chí không hợp lý Việc khai thác Nông – Lâm nghiệp không có ý thức ngày càng làm cho quá trình xói mòn đất xảy ra nghiêm trọng, độ phì nhiêu ngày càng giảm, nhiều nơi trơ sỏi đá, trở thành đất trống, đồi núi trọc [2]
Xói mòn đất là quá trình phá huỷ lớp thổ nhưỡng (bao gồm cả phá huỷ thành phần cơ, lý, hoá, chất dinh dưỡng… của đất) dước tác động của các nhân tố
tự nhiên và nhân sinh làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hoá đất, laterit hoá, trơ sỏi đá …, ảnh hưởng trực tiếp tới sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác [2]
Có rất 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
Với những lý do trên, em chọn đề tài “Đánh giá mức độ xói mòn đất tại lưu vực suối Bó Cá, thành phố Sơn La”
Phần 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trang 31.1 Trên thế giới
Có thể nói rằng con người đã quan tâm đến hiện tượng xói mòn từ rất sớm,
từ thời Hy Lạp và La Mã cổ đại đã có những tác giả đề cập đến xói mòn cùng với việc bảo vệ đất Quá trình xói mòn hiện đại được gắn liền với các hoạt động nông nghiệp Nhiều người đã cho rằng đất đai bị khai thác cạn kiệt có thể là nguyên nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi Vì vậy, cùng với thoái hoá đất, xói mòn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá trình phát triển của toàn nhân loại [3]
Theo Baver (1939) các nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được các nhà khoa học người Đức thực hiện vào những năm 1877 (Hudson, 1995) Năm 1907 tại Mỹ các chương trình nghiên cứu về xói mòn đất được bắt đầu khi Bộ Nông nghiệp nước này tuyên bố chính sách về bảo vệ nguồn tài nguyên đất Các nghiên cứu chi tiết đầu tiên về mưa được tiến hành bởi Laws (1941) Ellison (1944) đã phân tích các tác động cơ học của hạt mưa lên đất và đưa ra tiến trình xói mòn Công thức toán học được Zingg (1940) đưa vào để đánh giá ảnh hưởng của độ dốc và độ dài của sườn dốc đến sự xói mòn [7]
Năm 1947 Musgrave và cộng sự đã phát triển một phương trình thực nghiệm được gọi là phương trình Musgrave (Hudson, 1995) Phương trình này đã được triển khai áp dụng trong nhiều năm cho đến khi Wischmeier and Smith (1958) đưa ra công thức tính xói mòn đất, được gọi là phương trình mất đất phổ dụng (USLE) Từ giữa những năm 1980 đến đầu năm 1990 các mô hình xói mòn khác nhau đã được phát triển dựa trên phương trình USLE ở nhiều nơi trên thế giới như: mô hình dự đoán mất đất cho miền nam châu Phi- SLEMSA (Elwell, 1981), mô hình SOILOSS (Rosewell, 1993) được phát triển tại Úc và mô hình ANSWERS được phát triển vào cuối những năm 1970 để đánh giá mức độ bồi lắng lưu vực sông (Beasley và cộng sự, 1980) [7]
Hiện nay, xói mòn được nghiên cứu mở rộng hơn dưới nhiều loại hình và tính chất khác nhau Xu hướng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói mòn trên thế giới, thể hiện qua hội thảo lần thứ 12 của ISCO tổ chức tại Bắc Kinh năm
2002 là nghiên cứu xói mòn theo hướng mô hình hóa diễn tả động lực của quá
Trang 4tìm hiểu quá trình cũng như tác động của xói mòn lên môi trường nhằm có được các biện pháp chống xói mòn hiệu quả [4]
Quản lý và kiểm soát xói mòn đã trở thành một thách thức kể từ khi ngành nông nghiệp ra đời Với cố gắng kiểm soát xói mòn trên những vùng đất dốc đã dấn đến sự ra đời kiểu canh tác trên ruộng bậc thang Ruộng bậc thang đã trở thành nét truyền thống trên các cộng đồng dân cư trên thế giới bao gồm Trung Đông (Phoenicians), Trung và Đông Nam Á, Tây Á (Yemen), và Trung – Nam
Mỹ Người dân Inca đã thiết kế ruộng bậc thang với tường đá phức tạp ở Peru (Wiliam L.S, 1987)
Nghiên cứu hiện đại về xói mòn đất và các kỹ thuật kiểm soát xói mòn bắt đầu tại Mỹ từ năm 1930 Từ giai đoạn này, các khía cạnh cả về cơ bản lẫn ứng dụng trong nghiên cứu xói mòn được phát triển ở khắp nơi trên thế giới (R.Lal,2001) Một số nghiên cứu xói mòn và bảo tồn đất điển hình là :
Hệ thống nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (Consultative Group on Intermational Agricultural Research (CGIAR)) : một số kết quả nghiên cứu về xói mòn đã được tiến hành tại vùng trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (IARC) được quản lý bằng hệ thống này Liên quan đến hệ thống này có bốn trung 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 thành lập năm 1967; Viện nghiên cứu cây trồng nhiệt đới bán khô hạn quốc tế (ICRISAT) tại Ấn Độ và Ban nghiên cứu quản lý đất quốc tế (IBSRAM) tại Thailand thành lập năm 1984 (R.Lal, 1976-1981)
Các nghiên cứu quản lý lưu vực tương tự được tiến hành bởi ICRISAT trong những năm 1980 và 1990 Những thí nhiệm về tác động xói mòn đất đến chất lượng đất và năng suất đã được tiến hành trong những năm 1980 và 1990 bởi CIAT và IBSRAM
Một khía cạnh quan trọng của công tác nghiên cứu xói mòn tại IARC liên quan đến việc phát triển các mạng lưới nhằm đưa ra các chương trình hợp tác với các viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia (NARI) trong các vùng sinh thái do họ quản lý
Trang 5Tại 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 lưới nhằm tổ chức các cuộc hội thảo định kỳ luân phiên dưới sự bảo trợ của Tổ chức bảo tồn đất và nước thế giới (WASWC)
Nguyên cứu đất Liên hợp quốc và các tổ chức liên quan : các tổ chức khác nghiên cứu về xói mòn đất trên phạm vi quốc tế Tổ chức lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO) tại Italia, Chương trình môi trường Liên hợp quốc (UNEP) tại Kenya FAO đã cố gắng phát triển phương pháp nhằm đánh giá sự bạc màu của đất gây ra bởi xói mòn và các tác nhân khác, và tổ chức một mạng lưới 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 thành viên của họ cũng liên quan đến xói mòn đất Hai tổ chức quan trọng 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 giải quyết các nhiệm vụ liên quan đến xói mòn và bảo tồn đất
Việc ứng dụng GIS phục vụ theo dõi, quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên
và bảo vệ môi trường đã được một số nước trên thế giới ứng dụng từ năm 1970:
Tại Mỹ, GIS được ứng dụng khá rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực quản
lý tài nguyên và môi trường: trong đánh giá đất đai, trong quy hoạch không gian, quản lý đất đai khí tượng thủy văn, dự báo thời tiết, giám sát thay đổi môi trường…
Tại Đức đã sử dụng dữ liệu độ cao của GIS kết hợp với dữ liệu vệ tinh để
dự báo đặc tính vật lý của đất
Tại Úc, Hệ thống thông tin tài nguyên Úc đã được thực hiện tại những năm
1970, nhằm hỗ trợ đưa ra những quyết định liên quan đến các vấn đề sử dụng đất, môi trường…
Ở Bangladesh, Viện nghiên cứu nông nghiệp bắt đầu triển khai dự án GIS
từ năm 1996 với mục đích thiết lập hệ thống thông tin tài nguyên nông nghiệp
Trang 6dựa trên cơ sở GIS, sử dụng dữ liệu thông tin địa lý vùng sinh thái nông nhiệp (AEZ/GIS) để phát triển công nghệ và chuyển giao vào sản xuất nông nghiệp
FAO cũng đã ứng dụng GIS và viễn thám trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu của đời sống, trong mô hình phân vùng sinh thái nông nghiệp (Agro – Ecological Zone – AEZ) để đánh giá đất đai thế giới
Các tổ chức nghiên cứu quốc gia: xói mòn và kiểm soát xói mòn là các vấn
đề ưu tiên hang đầu với hầu hết các tổ chức nghiên cứu quốc gia trong các lĩnh vực tài nguyên đất, nông học, thủy văn và kỹ thuật nông nghiêp Mỗi quốc gia đều có các tổ chức lập ra hoặc có chức năng nghiên cứu xói mòn và các biện pháp hạn 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 nhiều kết quả Trọng tâm các nghiên cứu trong thế kỷ 20 là đo đạc và dự báo tốc
độ xói mòn và các tác động trực tiếp đến sản lượng nông nghiệp Xói mòn đất sẽ tiếp tục là thách thức với việc quản lý bền vũng tài nguyên đất trong thế kỷ 21 Vẫn cần phải nghiên cứu các mỗi quan hệ giữa các tác nhân gây ra xói mòn cả về
lý thuyết và thực tế Hiện nay, trên thế giới việc sử dụng các công cụ viễn thám
và GIS trong nghiên cứu xói mòn nhằm tăng độ chính xác trong đánh giá cũng là một vấn đề đang được quan tâm hàng đầu
1.2 Ở Việt Nam
Do nước ta có địa hình chủ yếu là đồi núi, xói mòn đất diễn ra thường xuyên nên hiện tượng xói mòn cũng đã được nghiên cứu từ rất sớm Thái Công Tụng và Moorman (1958) đã có những nghiên cứu về cơ bản xói mòn đất Sau quá trình nghiên cứu họ đưa kết luận phương pháp canh tác ruộng bậc thang của người làm nông giúp giảm hiện tượng xói mòn Đến những năm 1960 thì các nghiên cứu xói mòn ở Việt Nam đáng chú ý là của tác giả Nguyễn Ngọc Bình (1962) nêu lên ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất, góp phần đưa ra các tiêu chí bảo vệ đất, sử dụng và khai thác đất dốc, Chu Đình Hoàng (1962, 1963) nghiên cứu sự ảnh hưởng của giọt mưa đến xói mòn đất và chống xói mòn bằng biện pháp canh tác Nguyễn Xuân Kỳ, Nguyễn Quý Khải, Bùi Ngạch (1963)…đã tập trung nghiên cứu về xói mòn khu vực và biện pháp, công trình trồng cây xanh
Trang 7che phủ đất chống xòi mòn ở Tây bắc, Phú Thọ, Sơn La, Lào Cai Tuy mới là nghiên cứu định tính, mô tả là chủ yếu nhưng những công trình nghiên cứu đã góp phần xây dựng nên quy phạm tạm thời về “thiết kế trên đồi” của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn [8]
Từ những năm của thập niên 60 của thế kỷ 20, cùng với sự phát triển kinh
tế của Miền Bắc gắn với nền nông nghiệp tập trung là sự xuất hiện một loạt các công trình nghiên cứu xói mòn và chống xói mòn đất Đáng chú ý nhất trong thời
kỳ này là các tác giả: Tạ Quang Bửu, Trần Ích Châm, Hồ Sỹ Chúc, Tôn Gia Huyên, Nguyễn Xuân Quát …Các công trình nghiên cứu của các tác giải này đã giải quyết được nhiều vấn đề trong xói mòn và chống xói mòn nhưng tính hiệu quả chưa cao
Công trình của Chu Đình Hoàng và Đào Khương nghiên cứu về những nét đặc trưng chủ yếu của xói mòn vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam
Sau năm 1975, các nghiên cứu xói mòn đất được tiến hành rộng khắp trên toàn quốc Các trạm nghiên cứu xói mòn đất được xây dựng tại những khu vực đặc trưng đã mang lại tính định lượng cho công tác này
Các nghiên cứu trong giai đoạn này đã thu được nhiều kết quả quan trọng như công trình của Bùi Quang Toản, Ngô Trọng Thuận, Lê Thạc Cán, Nguyễn Quang Mỹ …
Các công trình nghiên cứu xói mòn cũng được các tác giả như: Chu Đức, Mai Đình Yên, Nguyễn Quang Mỹ …được đưa vào trong giai đoạn này
Từ những năm 80 trở đi thì các công trình nghiên cứu bắt đầu áp dụng phương trình mất đất đất phổ dụng của Wischmeier and Smith (1978) như: Phạm Ngọc Dũng (1991) đã tiến hành nghiên cứu về ứng dụng phương trình mất đất phổ quát vào dự báo tiềm năng xói mòn đất và đưa ra các biện pháp chống xói mòn cho các tỉnh Tây nguyên, Nguyễn Tử Xiêm và Thái Phiên (1996) với công trình nghiên cứu về đất đồi núi Việt Nam
Năm 1996, Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải đã công bố công trình nghiên cứu với tựa đề “Nghiên cứu tác dụng phòng hộ nguồn nước của một số thảm thực vật chính và các nguyên tắc xây dựng rừng phòng hộ nguồn nước [6]
Trang 8Một số nghiên cứu xói mòn phục vụ cho công tác tính toán bồi lắng cũng được đề cập Vì Văn Vị và Trần Bích Nga [9] đã thử dự đoán lượng cát bùn bồi lấp long hồ Hòa Bình với lượng xói mòn được đề cập cho toàn lưu vực từ 20.000 đến 40.000 tấn/km2/năm Nghiê cứu có sự liên quan giữa xói mòn và trầm tích trên lưu vực song đã dẫn tới những kết luận đáng chú ý
Không chỉ nghiên cứu xói mòn tại từng điểm, Lại Vinh Cẩm [10] sử dụng phương trình mất đất tổng quá (USLE) để đánh giá tiềm năng và mức độ xói mòn hiện tại của từng lưu vực (4 lưu vực lớn ở miền Bắc Việt Nam)
Đặc biệt trong những năm gần đây, phương pháp viễn thám và GIS đã được áp dụng trong nghiên cứu xói mòn đất Phương trình mất đất tổng quát (USLE) được sử dụng rộng rãi trong các mô hình do tính minh bạch và dễ áp dụng của nó, điển hình là các công trình nghiên cứu của Trần Minh Ý, Lại Vinh Cẩm, Nguyễn Tử Dần, Trần Thị Bích Nga…
Đặc biệt là trong đo vẽ bản đồ, đánh giá định lượng các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất Tiêu biểu trong giai đoạn này là các công trình của Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Xuân Đạo, Nguyễn Tứ Dần, Phạm Văn Cự, Nguyễn Ngọc Thạch …
Gần đây nhất, trong đề tài nghiên cứu của tác giả Vũ Anh Tuân [3] đã ứng dụng phương trình mất đất tổng quá (USLE) để tính toán xói mòn Đặc biệt lầ các thông tin về lớp phủ thực vật đã được xét đến “thông số lớp phủ thực vật” đã được thu nhận qua tà liệu viễn thám đa phổ UoSAT-12
Các công trình ứng dụng GIS và viễn thám trong nghiên cứu xói mòn đất
có độ tin cậy cao, thời gian thực hiện ngắn và đem lại chi phí thấp
Các trường Đại học KHTN thành phố Hồ Chí Minh, trường Đại học Nông Lâm Thủ Đức, Đại học Huế, Đại hoc KHTN Hà Nội, Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện Quy hoạch rừng, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp… đã có nhiều thành tựu trong nghiên cứu phát triển ứng dụng GIS, như tìm hiểu sự thay đổi sử dụng đất với công cụ GIS và viễn thám, ứng dụng GIS trong đánh giá đất, ứng dụng GIS tính toán các tham số trong phương trình mất đất phổ dụng USLE
để nghiên cứu về xói mòn đất
Trang 9Trong ngành kiểm lâm Việt Nam, từ năm 1997, cục Kiểm lâm (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đã lắp đặt và vận hành trạm thu ảnh viễn thám Modis tại Hà Nội với mục đính là phát hiện sớm điểm cháy rừng và quản lý lửa rừng
Trong những năm gần đây với việc ứng dụng GIS vào nghiên cứu xói mòn thì đã có một số công trình được tiến hành như: “Ứng dụng GIS ước lượng xói mòn đất tại lâm trường Mã Đà- Tỉnh Đồng Nai” của Nguyễn Kim Lợi (2006);
“Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá xói mòn đất lưu vực hồ Dầu Tiếng” của Trần Tuấn Tú, Nguyễn Trường Ngân (2009); “Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Cạn” của Hoàng Tiến Hà (2009) Các công trình nghiên cứu này tập trung vào tính toán lượng đất xói mòn, đề ra một số biện pháp hạn chế xói mòn nhưng vẫn chưa
đề cặp đến vấn đề hạn chế các hậu quả do xói mòn gây ra
Trang 10Phần 2 MỤC TIÊU – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu
Xác định được mức độ xói mòn đất tại lưu vực suối Bó Cá, thành phố Sơn La
Xây dựng bản đồ phân cấp xói mòn tiềm năng tại lưu vực suối Bó Cá,
thành phố Sơn La.
2.2 Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Xác định phạm vi không gian khu vực nghiên cứu
2.2.2 Xác định các chỉ số trong phương trình mất đất phổ dụng
2.2.3 Xây dựng bản đồ phân cấp xói mòn tại lưu vực
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu
Thu thập các số liệu, tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu như: số liệu mưa, số liệu thống kê về tình hình dân sinh, kinh tế xã hội, các tài liệu, đề tài liên quan đến vấn đề nghiên cứu và khu vực nghiên cứu
Thu thập các loại bản đồ gồm: bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ thảm thực vật, bản đồ phân bố mưa, bản đồ địa hình …
2.3.2 Phương pháp xác định ranh giới lưu vực
Ranh giới và diện tích lưu vực được xác định theo phương pháp kỹ thuật
số từ bản đồ DEM theo hướng dẫn của Thông tư số 60/2012/TT-BNN&PTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ngày 09 tháng 11 năm 2012
2.3.3 Phương pháp xác định các chỉ số trong phương trình mất đất phổ dụng
Xác định các tham số của phương trình Wischmeier W.H – Smith phù hợp với đặc điểm của khu vực nghiên cứu
Phương trình Wischmeier W.H-Smith có dạng:
Trong đó
R là hệ số xói mòn của mưa;
K là hệ số ứng chịu xói mòn của đất;
L là độ dài sườn dốc;
S là độ dốc;
C là yếu tố thực vật;
P là hiệu quả của các biện pháp chống xói mòn.
Các tham số trong Công thức (1) được xác định như sau:
2.3.3.1 Hệ số xói mòn do mưa, R