Ứng dụng công cụ xây dựng mô hình trong arcgis để xây dựng mô hình xói mòn đất phục vụ đánh giá sự di chuyển và phân bố dioxin tại huyện a lưới, tỉnh thừa thiên huế

A Lưới là một vùng núi với hệ sinh thái rừng rậm nhiệt đới, ở đây hầu hết các núi có độ dốc > 150 nên việc nghiên cứu quá trình di chuyển dioxin là rất phức tạp, cần có mô hình mô phỏng

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Ứng dụng công cụ xây dựng mô hình trong ArcGis để xây dựng mô hình xói mòn đất phục vụ đánh giá sự

di chuyển và phân bố dioxin tại huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế” là do tôi thực

hiện với sự hướng dẫn của TS Mai Văn Trịnh và TS Trần Thanh Chi Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào Các số liệu, kết quả trong luận văn đều do tôi làm thực nghiệm, xác định và đánh giá

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày trong luận văn này

Hà Nội, ngày 17 tháng 9 năm 2013

HỌC VIÊN

Nguyễn Thị Thanh Huyền

Thứ ba, tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Vũ Chiến Thắng cũng như Văn phòng Ban Chỉ đạo 33 – Bộ Tài nguyên và Môi trường, nơi tôi đã từng công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập chương trình cao học cũng như thực hiện luận văn này

Thứ tư, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến các giảng viên của Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) cùng các học viên trong lớp cao học kỹ thuật môi trường đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian học tập tại chương trình Thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật môi trường tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Cuối cùng và đặc biệt nhất, tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình và cảm ơn bạn bè vì đã hết lòng ủng hộ và chia sẻ những khó khăn trong cuộc

sống để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này

Học viên

ISSS : Hội Khoa học đất quốc tế

AIT : Viện Công nghệ Châu Á

GIS : Hệ thống thông tin địa lý

DEM : Mô hình số độ cao

USLE : Phương trình mất đất phổ dụng

RUSLE : Phương trình mất đất phổ dụng cải tiến

CCTA : Uỷ ban hợp tác kỹ thuật Nam Sahara

SARCCVS : Hội đồng bảo vệ và sử dụng đất đai Nam Phi CSDL : Cơ sở dữ liệu

4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của dioxin TCDD 13

Hình 1.2 Sơ đồ hình thành dioxin trong quá trình sản xuất chất da cam 14

Hình 1.3 Mô phỏng đường di chuyển và phân bố dioxin trong đất 16

Hình 1.4 Vị trí địa lý của huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế và huyện A Lưới nhìn qua ảnh vệ tinh theo không gian 3D 26

Hình 2.1 Phổ phản xạ của đất, thực vật phát triển và cây khô 39

Hình 2.2 Mô tả mô hình xói mòn dựa trên phương trình mất đất phổ dụng kết hợp với công cụ Model Builder trong ArcGIS 45

Hình 2.3 Bản chất mô hình tính toán xói mòn bằng công cụ Model Builder 47

Hình 2.4 Sơ đồ chồng xếp bản đồ trong ArcGis 48

Hình 2.5 Mô hình xói mòn tổng thể 49

Hình 2.6 Mô hình biểu diễn tính toán hệ số R bằng công cụ Model Builder 49

trong ArcGis 49

Hình 2.7 Bản đồ điểm lấy mẫu đất phân tích các đặc tính vật lý đất phục vụ tính toán xói mòn 50

Hình 2.8 Biểu diễn mô hình tính toán hệ số LS 51

Hình 2.9 Biểu diễn mô hình tính toán hệ số cây trồng C 52

Hình 3.1 Lượng mưa hàng năm tại trạm A Lưới giai đoạn 1976-2008 55

Hình 3.2 Số ngày mưa trong năm tại trạm A Lưới giai đoạn 1976 – 2008 55

Hình 3.3 Bản đồ tính toán hệ số xói mòn K huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế 57 Hình 3.4 Bản đồ chỉ số thực vật NDVI tại khu vực A Lưới 58

Hình 3.5 Bản đồ hệ số cây trồng C cho khu vực A Lưới 59

Hình 3.6 Bản đồ độ dốc (theo độ) huyện A Lưới 61

Hình 3.7 Bản đồ hệ số độ dốc và chiều dài sườn dốc (LS) 63

5

Hình 3.8 Bản đồ xói mòn tiềm tàng huyện A Lưới 65 Hình 3.9 Bản đồ hệ số xói mòn đất huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế 67 Hình 3,10, Vùng xói mòn trung bình – mạnh và xói mòn mạnh 69 Hình 3,11 Bản đồ các đường băng rải chất độc hóa học tại A Lưới (đường màu xanh) thể hiện trên bản đồ các khu vực bị xói mòn trung bình – mạnh và mạnh 69 Hình 3.12 Tương quan giữa lượng xói mòn đất tính toán theo phương trình mất đất phổ dụng và theo kỹ thuật Cs137 70

6

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số lượng dioxin rải xuống miền Nam Việt Nam theo các tác giả 12

Bảng 1.2 Thống kê tình hình sử dụng đất huyện A Lưới năm 2006 30

Bảng 2.1 Phân loại nhóm cấu trúc đất (S) theo đặc tính đất 35

Bảng 2.2 Phân loại nhóm độ dẫn nước (p) theo thành phần cơ giới của đất 36

Bảng 2.3 Chi tiết về số kênh, chiều dài sóng, vùng điện từ và những ứng dụng khái quát của ảnh vệ tinh Landsat TM (Landsat Thematic Mapper) và Landsat ETM+ (Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus) 40

Bảng 2.4 Giá trị P cho ruộng bậc thang canh tác theo đường đồng mức và độ dốc42 Bảng 2.5.Giá trị P cho ruộng bậc thang canh tác theo đường đồng mức và độ dốc 42 Bảng 3.1.Một phần bảng thuộc tính của bản đồ đất vùng A Lưới, Thừa Thiên Huế 56 Bảng 3.2 Diện tích các vùng phân bố theo độ dốc và độ cao so với mặt biển 61

Bảng 3.3 Thang đánh giá xói mòn đất của ISSS 64

Bảng 3.4: Bảng phân bố diện tích các mức xói mòn tiềm tàng theo đơn vị hành chính huyện 65

Bảng 3.5 Phân bố diện tích xói mòn hiện trạng theo đơn vị hành chính huyện 67

7

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

PHẦN MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT ĐỘC HÓA HỌC DIOXIN, XÓI MÒN, CÁC MÔ HÌNH XÓI MÒN VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 11

1.1.Chất độc hóa học dioxin, các nghiên cứu về dioxin và tồn lưu dioxin tại A Lưới 11

1.2.Xói mòn và các mô hình xói mòn 17

1.2.1.Xói mòn và các loại xói mòn đất 17

1.2.2.Các nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới 20

1.2.3.Các nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam 22

1.2.4.Ứng dụng GIS và các mô hình tính toán xói mòn trong đánh giá xói mòn 24

1.3.Tổng quan về khu vực nghiên cứu 26

1.3.1.Vị trí của huyện A Lưới 26

1.3.2.Khái quát điều kiện tự nhiên 28

1.3.2.1.Điều kiện địa chất địa hình 28

1.3.2.2.Điều kiện khí hậu thủy văn 28

1.3.2.3.Điều kiện thổ nhưỡng, sinh vật 28

1.3.2.4.Tình hình sử dụng đất 29

1.3.3.Kinh tế xã hội 30

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU 32

2.1 Phương trình mất đất phổ dụng 32

2.1.1 Hệ số xói mòn do mưa (R) 33

2.1.2 Hệ số xói mòn đất (K) 34

2.1.3 Hệ số độ dốc và chiều dài sườn dốc (SL) 36

8

2.1.4 Hệ số cây trồng (C) 38

2.1.5 Hệ số bảo vệ đất (P) 41

2.2 Ứng dụng công cụ xây dựng mô hình (Model Buider) trong ArcGis để xây dựng mô hình xói mòn dựa vào phương trình mất đất phổ dụng 43

2.3 Các bước thực hiện 46

2.3.1.Thu thập dữ liệu 46

2.3.2.Chuyển đổi và chuẩn hóa các loại dữ liệu 46

2.3.3.Xây dựng mô hình sử dụng công cụ Model Builder 47

2.3.4.Xây dựng mô hình tính toán xói mòn đất 48

2.3.4.1 Mô hình tổng thể 48

2.3.4.2.Mô hình hệ số R 49

2.3.4.3.Mô hình hệ số K 50

2.3.4.4.Mô hình hệ số LS 51

2.3.4.5.Mô hình hệ số C 51

2.3.5.Hiệu chỉnh mô hình 52

2.3.6.Xây dựng bản đồ xói mòn 53

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54

3.1 Các yếu tố đầu vào 54

3.2 Xây dựng các bản đồ hợp phần 54

3.2.1 Bản đồ hệ số mưa 54

3.2.2 Bản đồ hệ số K 56

3.2.3 Bản đồ hệ số cây trồng C 57

3.2.4 Bản đồ hệ số độ dốc và chiều dài sườn dốc (LS) 61

3.2.5 Mô hình xói mòn huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế 63

3.2.5.1 Bản đồ xói mòn tiềm tàng 64

3.2.5.2 Bản đồ xói mòn hiện trạng 66

3.2.6 Sự tương quan giữa lượng đất xói mòn tính toán theo phương trình mất đất phổ dụng và lượng đất mất tính toán theo kỹ thuật Cs-137 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 76

cơ sở cho việc lấy mẫu, phân tích, đánh giá hiện trạng làm cơ sở cho việc lấy mẫu, phân tích, đánh giá hiện trạng ô nhiễm để triển khai các biện pháp xử lý phù hợp Xói mòn đất là một trong những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng thoái hóa và suy thoái chất lượng tài nguyên đất Do địa hình phức tạp và thời gian bị rải chất diệt cỏ kéo dài, độ che phủ rừng của A Lưới giảm mạnh, thậm chí trơ bề mặt đất trong thời gian dài Trong điều kiện địa hình dốc, chia cắt và mưa lớn tập trung thì quá trình xói mòn đất xảy ra mạnh mẽ Do đặc tính hóa học của dioxin nên việc nghiên cứu sự phân bố, di chuyển của dioxin gần 40 năm sau chiến tranh tại huyên A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế có liên quan mật thiết với quá xói mòn đất đang diễn ra tại đây Một số tác giả cho rằng, dioxin hiện nay đang tồn lưu ở những điểm khó xác định do kết quả của quá trình di chuyển cùng quá trình xói mòn Để làm rõ hơn vấn đề này, tôi đã tiến hành

nghiên cứu đề tài “Ứng dụng công cụ xây dựng mô hình trong ArcGis để xây dựng

mô hình xói mòn đất phục vụ đánh giá sự di chuyển và phân bố dioxin tại huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế”

10

2 Phạm vi của đề tài

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được thực hiện trên toàn bộ huyện A Lưới,

tỉnh Thừa Thiên Huế

3 Đối tượng

Trong khuôn khổ của đề tài, đối tượng nghiên cứu ở đây là xói mòn đất huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế và sự phân bố, di chuyển của dioxin tại khu vực này

4 Mục đích của đề tài

Xây dựng mô hình xói mòn đất dựa trên công cụ GIS cùng thuật toán của phương trình mất đất phổ dụng RUSLE phục vụ đánh giá sự di chuyển và phân bố lại dioxin thông qua sự di chuyển và phân bố lại đất tại khu vực A Lưới, Thừa Thiên Huế

11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT ĐỘC HÓA HỌC DIOXIN, XÓI MÒN, CÁC MÔ HÌNH XÓI MÒN VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1.Chất độc hóa học dioxin, các nghiên cứu về dioxin và tồn lưu dioxin tại A Lưới

Cuộc chiến tranh của Mỹ tại Việt Nam đã kết thúc Gần 40 năm sau cuộc chiến, hậu quả của nó để lại lên môi trường và sức khỏe người dân Việt Nam vẫn rất nặng nề do các đợt phun rải nhiều loại chất diệt cỏ khác nhau

10/8/1961 là ngày quân đội Mỹ bắt đầu „Chương trình đặc biệt‟, phun rải CĐHH xuống miền Nam Việt Nam Chương trình này kéo dài và kết thúc vào ngày

31 tháng 10 năm 1971 „Chương trình đặc biệt‟ được thực hiện trên toàn lãnh thổ miền Nam Việt Nam, trong suốt một thời gian dài 1961-1971, có trọng tâm, trọng điểm cho từng vùng chiến thuật Trong chương trình có các chiến dịch và kế hoạch dưới các mật danh khác nhau:

Chiến dịch Agile : Bắt đầu từ giữa năm 1961 đến 1968, nhằm thử nghiệm, lựa chọn chọn các CĐHH, nghiên cứu đánh giá kĩ thuật khai quang

Chiến dịch Ranch Hand là cột trụ của chương trình, phun rải CĐHH từ trên không chủ yếu bằng máy bay vận tải C-123 nhằm mục đích phát quang và phá hoại mùa màng

Các kế hoạch khác của không lực Hoa Kỳ từ 1962-1970: thử nghiệm và phát triển các phương tiện phun rải trên không

Chương trình sử dụng chất diệt cỏ và làm rụng lá cây (còn gọi là chất khai quang), được tiến hành dưới mật danh "Chiến dịch Ranch Hand" thực hiện 3 mục đích chính là: tấn công, phá hoại mùa màng và phòng vệ

Chiến dịch Ranch Hand được thực hiện kết hợp với nhiều biện pháp khác nhằm tăng cường hiệu quả gây tổn hại cho đối phương Chiến thuật quen thuộc trong chiến dịch Ranch Hand là sau vài ba ngày phun rải chất độc, cây rụng lá chết khô, tiếp đến là bom, đạn, hàng nghìn gallon nhiên liệu diezel, napan và bom

12

photpho trắng được thả xuống để đốt cháy Ở nhiệt độ cao 2,4,5-T và 2,4-D có trong chất da cam, sẽ tạo ra thêm 2,3,7,8 TCDD (theo thói quen thường gọi là dioxin) ngoài số TCDD tạp nhiễm trong sản xuất 2,4,5-T

Trong cuộc chiến tranh này, Mỹ đã sử dụng nhiều loại chất diệt cỏ khác nhau: chất da cam, hồng, tím, xanh mạ, trắng, xanh với tổng lượng phun rải là khoảng 72 triệu lít (Westing, 1976)

Trong chất Da cam chứa một tạp chất tự sinh ra là Dioxin với nhiều đồng phân và đồng vị, là hóa chất độc nhất được biết cho đến ngày nay Lượng dioxin bị phun rải xuống miền Nam Việt Nam chưa có số liệu chính xác Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu thường sử dụng số liệu của tác giả Westing với lượng dioxin phun rải xuống miền Nam Việt Nam là 170kg Dioxin được coi là nguyên nhân gây hậu quả lâu dài đối với sức khỏe con người, môi trường và hệ sinh thái ở miền Nam Việt Nam Hiện nay, theo thống kê của Trung ương Hội Nạn nhân chất độc da cam Việt Nam, thì số nạn nhân chất độc da cam ở nước ta hiện nay là khoảng 3 triệu người

Về môi trường, các điểm nóng về ô nhiễm dioxin được biết đến là sân bay Đà Nẵng, sân bay Biên Hòa và sân bay Phù Cát cùng với rất nhiều khu vực bị phun rải chưa

13

kỷ 60, công nghệ sản xuất chất diệt cỏ 2,4,5-T còn rất lạc hậu, hàm lượng dioxin tạo

ra sẽ lớn hơn 2ppm (theo tính toán từ phương pháp sản xuất theo công nghệ hiện

đại) Điều này được minh chứng khi tiến hành điều tra vụ nổ ở nhà máy hóa chất

sản xuất chất diệt cỏ 2,4,5-T thuộc hãng Coalite Company vào năm 1968 [22]

Công thức cấu tạo của dioxin và cấu trúc của vòng dibenzo-p-dioxin và

dibenzofuran được thể hiện như sau :

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của dioxin TCDD Tính chất lý học của dioxin :

 Bền vững trong môi trường, ít bị phân hủy do các yếu tố bên ngoài

 Khó tan trong nước, ít tan trong dung môi hữu cơ

 Hoàn toàn không bị phân hủy bởi sinh học do vi sinh vật thông thường

 Chu kỳ bán hủy (3-12 năm)

Tính chất hóa học của dioxin

 Danh pháp hóa học : 2,3,7,8-tetraclodibenzo-para-dioxin (TCDD)

 Công thức phân tử : C12H4O2Cl4

 Trọng lượng phân tử : 321,931g

Cấu trúc vòng dibenzo-p-dioxin 2,3,7,8-Tetraclodibenzo-para-dioxin

O O

Cl Cl

O O

Cl Cl

14

 Dioxin khụng bị phõn hủy dưới tỏc dụng của axit và kiềm, kể cả bền vững với cỏc chất oxy húa mạnh nếu khụng cú chất xỳc tỏc và ở nhiệt độ cao

 Dễ tạo phức với cỏc hợp chất polime hữu cơ sinh học

Sự hỡnh thành của dioxin trong quỏ trỡnh sản xuất chất da cam cú thể được diễn giải như hỡnh ở dưới:

Hỡnh 1.2 Sơ đồ hỡnh thành dioxin trong quỏ trỡnh sản xuất chất da cam

Như vậy, gần 40 năm sau cuộc chiến, việc nghiờn cứu ụ nhiễm dioxin trong mụi trường là việc cần thiết Việc nghiờn cứu ụ nhiễm tại cỏc kho chứa đó được thực hiện và cú những kết quả nhất định Ngoài ra, cụng việc nghiờn cứu ụ nhiễm dioxin tại cỏc vựng bị phun rải đó và đang là vấn đề cấp bỏch trong cụng tỏc khắc phục hậu quả chất độc húa học/dioxin do Mỹ sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam

Tại khu vực nghiờn cứu, huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiờn Huế là khu vực phải hứng chịu rất nhiều cỏc đợt phun rải chất diệt cỏ của quõn đội Mỹ Bờn cạnh đú, sõn bay A So cũn là nơi tập kết và kho chứa cỏc chất diệt cỏ Cỏc nghiờn cứu về dioxin tại đõy đó được thực hiện từ năm 1996 bởi Hatfield và Ủy ban 10 – 80 Nghiờn cứu sau đú được thực hiện vào cỏc năm 1997 và 1999 50 mẫu phõn tớch tại nhiều khu vực tại A Lưới đó được thực hiện Kết quả này sau đú được nhiều nhà khoa học thẩm định, đỏnh giỏ và đưa ra kết luận: phần lớn cỏc mẫu đất thu thập ở A Lưới đều

bị nhiễm dioxin mà nguyờn nhõn của nú là CĐHH đó rải xuống đõy trong những năm 1965-1970 Ngoài cỏc mẫu lấy ở A So, phần lớn cỏc mẫu đều cú nồng độ thấp,

cú thể dựng làm đất ở và đất sản xuất nụng nghiệp Tuy nhiờn, việc điều tra cần phải được tiếp tục tiến hành (Hatfield, Hoàng Đỡnh Cầu và cs, 2000) [3] Như vậy, cỏc

Butyl este 2,4,5-T

Butyl este 2,4-D

diclophenol

2,4-Axit cloaxetic

Tetraclobe nzen

Dioxin và các đồng phân

Phenol

2,4-D (axit) Axit

acetic

Benzen 2,4,5-Triclo

ronbenzo

Natri cloaxetat

2,4,5-T (axit)

Chất da cam (Orange)

15

nghiên cứu tại A Lưới trong 3 năm này chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp lấy mẫu và phương pháp chuyên gia để đánh giá các kết quả đó mà chưa có phương pháp tổng hợp, sử dụng các số liệu cũ để đánh giá phân bố, di chuyển và tồn lưu của dioxin

Thời gian gần đây, việc sử dụng các mô hình định lượng trong đánh giá tồn lưu dioxin đã được thực hiện Mai Văn Trịnh và cộng sự đã tiến hành để xây dựng

mô hình tồn lưu dioxin cho khu vực Mã Đà, Đồng Nai và bước đầu cho kết quả đáng tin cậy [3] Sử dụng mô hình định lượng với sự hỗ trợ của công cụ ArcGis sẽ

mở ra một hướng nghiên cứu mới cho phép dự đoán được sự phân bố và di chuyển của dioxin trong môi trường đất tại huyện A Lưới

Đất là nơi tích tụ và tồn lưu dioxin cao Trong đất, dioxin dễ dàng kết hợp với các hợp chất hữu cơ trong đất, đặc biệt là axit humic hay thành phần mùn trong đất và chủ yếu được giữ trên lớp đất bề mặt Dioxin ít bị rửa trôi từ đất do nước mưa, trừ trường hợp nước mưa rửa trôi lớp đất bề mặt kéo theo hợp chất hữu cơ Thời gian bán hủy dioxin trong đất theo nhiều tài liệu là khác nhau, song thường rất lâu Kết quả nghiên cứu sự phân bố dioxin theo chiều sâu của nhiều nhà khoa học trên thế giới cho rằng dioxin chỉ thấm sâu xuống đất đến 30 cm và nồng độ của chúng thường tập trung ở độ sâu 5 – 10 cm Tuy nhiên, thành phần của đất mà đặc biệt là thành phần hữu cơ của đất như axit Humic đóng vai trò quan trọng trong việc thấm sâu của dioxin vào đất Độ lan truyền của dioxin giảm khi tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất Theo kết quả phân tích của Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga (Bộ Quốc Phòng), tại vùng đất có hàm lượng mùn dưới 1% thì dioxin tại khu vực

đó thấm sâu vào đất hơn 1,5m với khoảng thời gian trên 30 năm [5]

Thực tế, quá trình khuếch tán dioxin trong đất phụ thuộc vào hàng loạt tính chất như thành phần đất (PH, hàm lượng mùn, sét…), độ ẩm, nhiệt độ và hoạt tính sinh học Bên cạnh đó, các đặc trưng của địa hình như độ dốc cũng ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều quá trình diễn ra trong đất Vùng đồi núi, vùng cao ở đồng bằng, quá trình xói mòn diễn ra mạnh Ngược lại, trong các thung lũng ở vùng đồi núi hoặc

16

vùng trũng ở đồng bằng diễn ra quá trình tích lũy các chất A Lưới là một vùng núi với hệ sinh thái rừng rậm nhiệt đới, ở đây hầu hết các núi có độ dốc > 150 nên việc nghiên cứu quá trình di chuyển dioxin là rất phức tạp, cần có mô hình mô phỏng tốc

độ xói mòn đất, kết hợp với các điều kiện khí hậu, địa hình, số liệu phân tích dioxin

ở A Lưới để xây dựng bản đồ phân bố và di chuyển của dioxin phục vụ công tác nghiên cứu, khắc phục hậu quả chất độc hóa học do Mỹ sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam một cách tốt nhất

Tại vùng đồi núi dốc A Lưới, do tác động mạnh mẽ của thời tiết, các yếu tố như địa hình, cây trồng, mưa…mà xảy ra quá trình xói mòn Dioxin không những bị phân rã tại chỗ, mà còn bị di chuyển theo các lớp đất bề mặt và dòng chảy đi theo

sự vận động của địa hình địa mạo, qua khe rạch, sông suối, ao hồ Tốc độ di chuyển của dioxin phụ thuộc vào tốc độ xói mòn

Hình 1.3 Mô phỏng đường di chuyển và phân bố dioxin trong đất

Mô hình định lượng có ứng dụng công cụ không gian vào đánh giá phân bố,

di chuyển dioxin cho kết quả đầu ra là bản đồ phân bố và di chuyển của dioxin Bản

đồ này được xây dựng dựa trên các yếu tố đầu vào như sau:

- Bản đồ xói mòn đất huyện A Lưới

- Bản đồ hướng dòng chảy từ mô hình số độ cao (DEM )

và bản đồ hướng dòng chảy, chúng ta có thể xác định được hướng di chuyển của dioxin, điểm tồn lưu của dioxin Hơn nữa, bằng việc chồng các lớp giao thông, sông suối, hành chính, quang cảnh 3D, chúng ta có thể xác định được chính xác tọa độ, đơn vị hành chính, địa hình của điểm tồn lưu hoặc vùng nhiễm dioxin Như vậy, kết quả của mô hình xói mòn đóng vai trò quan trọng trong đánh giá sự phân bố và di chuyển dioxin

1.2.Xói mòn và các mô hình xói mòn

1.2.1.Xói mòn và các loại xói mòn đất

Có thể nhận thấy đối với thực tiễn sản xuất nông nghiệp không có sự thoái hoá đất nào mạnh và hiểm hoạ hơn xói mòn đất bởi nó liên quan đồng thời tới các quá trình mất đất, mất chất dinh dưỡng và nước cho cây trồng đồng thời còn gây ra tác động xấu tới môi trường

Xói mòn đất là quá trình làm mất lớp đất trên mặt và phá huỷ các tầng đất bên dưới do tác động của nước mưa hoặc do gió [20]

Việt Nam có khoảng 23 triệu ha đất đồi núi (chiếm ¾ diện tích tự nhiên) Quá trình sử dụng đất đồi núi sản xuất nông nghiệp ở nước ta đã có lịch sử từ rất lâu đời theo hệ thống canh tác truyền thống (đốt nương, làm rẫy) để sản xuất lương thực Có nhiều loại xói mòn, chúng đã và đang gây ra ảnh hưởng suy thoái đất sản xuất nông nghiệp ở nước ta, chúng làm suy giảm nhanh chóng sức sản xuất của đất

Xét về mặt vật lý xói mòn chính là một quá trình tiêu thụ năng lượng Năng lượng bị tiêu hao khi phá vỡ kết cấu của đất, làm bắn toé những hạt đất và tạo nên dòng chảy xoáy vận chuyển các hạt đất chà xát lên bề mặt đất làm tăng xói mòn

Xói mòn do nước:

Hiện tượng xói mòn do nước xảy ra ở khắp mọi nơi trên bề mặt trái đất, song tập trung mạnh nhất ở những vùng nhiệt đới ẩm nơi thường có lượng mưa hàng năm lớn, tập trung theo mùa với cường độ cao, kết hợp với đất có địa hình cao và dốc đã tạo ra những dòng chảy tràn lớn trên bề mặt Trong nhiều vùng đất dốc hiện tượng nước chảy tràn trên mặt không chỉ làm mất đi một lượng nước lớn trong mùa mưa

mà kèm theo đó là hiện tượng đất bị mất do xói mòn mạnh và đây mới chính là thiệt hại nghiêm trọng đối với đất canh tác hơn cả vì chúng làm cho lớp đất mặt bị bào mòn dẫn đến hậu quả là đất bị mất dần và thậm chí không còn khả năng sản xuất Khi xói mòn xảy ra, một lượng nhất định chất dinh dưỡng bị mất đi, tuy nhiên lượng dinh dưỡng này còn phụ thuộc vào hệ thống cây trồng trên đó Các dạng xói

19

mòn do nước bao gồm: xói mòn theo lớp (sheet erosion), xói mòn theo các khe, rãnh nhỏ (ridge erosion), mương xói

Nguyên nhân của hiện tượng xói mòn do nước xảy ra ở các vùng nhiệt đới

ẩm chủ yếu là do mưa nhiều và đất dốc Ngoài tác động va đập của mưa và dòng chảy đối với đất thì khả năng xói mòn còn bị chi phối bởi các yếu tố độ dốc, chiều dài dốc của bề mặt đất, cấu trúc đất và các biện pháp canh tác áp dụng đối với đất

Xói mòn do gió:

Xói mòn do gió xảy ra chủ yếu ở các vùng khô hạn, đôi khi cũng xảy ra ở những vùng khí hậu ẩm vào mùa khô Gió và những trận cuồng phong có thể mang những hạt đất mịn lên cao và đưa đi xa hàng trăm km Những ảnh hưởng của xói mòn do gió thường rất nghiêm trọng, nó không chỉ bào mòn, bóc đi lớp đất mặt phì nhiêu nhất mà còn có thể bóc hết đất mặt làm trơ bộ rễ của cây trồng và cuối cùng làm cây trồng không thể sống được Ảnh hưởng của xói mòn do gió không chỉ xảy

ra ở những vùng khô hạn mà cả ở những vùng ít mưa hoặc có mùa khô kéo dài và khốc liệt như ở vùng ven biển và Tây nguyên ở nước ta Gió có thể di chuyển các đụn cát hoặc bào mòn lớp đất mặt về mùa khô Xói mòn do gió chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: Tốc độ gió và sức cuốn của gió; Điều kiện bề mặt đất; Đặc tính của đất; Tình trạng thực vật che phủ trên bề mặt đất; Sự ổn định của các đặc tính cơ lý của đất như dung trọng, tỷ trọng và kích thước của các hạt có khả năng bị bào mòn

20

Trong khuôn khổ đề tài luận văn Thạc sỹ, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu vấn đề về xói mòn do nước

1.2.2.Các nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới

Trên thế giới, khoa học về lĩnh vực xói mòn đất còn khá mới mẻ so với các lĩnh vực khác Cho tới thế kỷ XIX con người mới tiến hành những nghiên cứu thí nghiệm đầu tiên có tính hệ thống về xói mòn đất Ngay sau đó, nghiên cứu xói mòn đất đã và đang phát triển mạnh mẽ cả về quy mô, mức độ và phạm vi

Tại Mỹ, nhiều nghiên cứu về cơ chế xói mòn đất trong phòng và ngoài thực địa được tiến hành Đến thập niên 40 của thế kỷ XX đã xây dựng được 44 trạm nghiên cứu xói mòn đất Những nhà nghiên cứu tiên phong, trong giai đoạn này như: Bennet (Bennet, 1939) [1], Ellison (Ellison, W.D (1944) [2], Stalling (Hudson, 1965) [47], Laws (Laws, 1940) [11], Musgave (Musgrave, 1947) [13] v.v…Những kết quả nghiên cứu của họ đã tạo ra bước ngoặt trong nghiên cứu xói mòn đất Các đặc điểm của quá trình xói mòn được đánh giá về mặt định lượng Tuy nhiên, cho đến giai đoạn này những kết quả nghiên cứu còn giới hạn trong diện hẹp

Châu Phi, một lục địa có hoạt động xói mòn mãnh liệt, đã trở thành khum vực thuận lợi cho việc nghiên cứu xói mòn, thu hút nhiều nhà khoa học đến từ Mỹ và châu Âu Nhiều nước châu Phi đã có mạng lưới trạm nghiên cứu xói mòn đất ngoài thực địa Các cơ quan, tổ chức khoa học liên kết cùng nhau nghiên cứu như: Đại học Tổng hợp Pretoria, Uỷ ban hợp tác kỹ thuật Nam Sahara (CCTA), Hội đồng bảo vệ

và sử dụng đất đai Nam Phi (SARCCVS) (Nguyễn Trọng Hà, 1996) [8]

Ở Châu u, các Nhà khoa học Liên xô (cũ), Bungari, Đức, ý, Pháp v.v…đã thu được nhiều kết quả về nghiên cứu và giải pháp khắc phục hiện tượng xói mòn đất Các thành tựu đạt được này có ý nghĩa trên các mặt lý thuyết về cơ chế tác động của các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn, đặc biệt là tác động của dòng chảy và băng tan Từ đó, đã xây dựng được nhiều mô hình dự báo xác định lượng đất bị xói mòn, lắng đọng và rửa trôi, đề xuất các biện pháp phòng chống hữu hiệu trên từng điều

21

kiện địa hình cụ thể (Morgan, 1980)

Ở Châu Á, một số lớn công trình nghiên cứu đã được tiến hành ở Xrilanca, ấn

Độ, Nhật Bản, Thái Lan và Philipine v.v những công trình này chủ yếu là ứng dụng các thành tựu và công nghệ khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu xói mòn đất từ Mỹ

và Châu u để định lượng các nhân tố và dự báo xói mòn Ellison là người đầu tiên, vào năm 1944 bằng thực nghiệm nghiên cứu về tác động cơ học của hạt mưa vào đất Ông đã xác định được rằng chính hạt mưa rơi gây ra xói mòn

Năm 1892, Lowe là người đầu tiên tiến hành đo kích thước hạt mưa, dựa theo diện tích hạt bị bắn toé mà năm 1970 tác giả Hall, đã đề xuất công thức xác định đường kính hạt mưa như sau:

D = a Sb

Trong đó:

D: đường kính hạt mưa

S: Đường kính vết bột màu

a và b: Các đại lượng thay đổi

Mối quan hệ giữa đường kính hạt mưa với trọng lượng và vận tốc rơi của nó

là tương quan thuận Nếu hạt mưa có đường kính 0,2mm thì trọng lượng 0,01mg và vận tốc rơi là 0,8m/s, đường kính hạt mưa tăng lên 1,0mm, trọng lượng tăng 0,5mg

và tốc độ đạt 4,2m/s, khi đường kính hạt mưa đạt 4,0mm thì các giá trị này tương ứng: 38,5mg và 7,7m/s (Kinnell, 1972) [9]

Theo Baruah, P.C cho rằng kích thước đường kính hạt mưa thay đổi trong khoảng 1-7 mm, và phổ biến 5 mm Các hạt mưa có đường kính dưới 4,6 mm thì có

độ bền vững trong quá trình rơi, còn lớn hơn 4,6 mm rễ bị vỡ tan mà không phụ thuộc vào sự biến động của không khí (Baruah, 1973)[4]

22

1.2.3.Các nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các công trình nghiên cứu xói mòn đầu tiên xuất hiện vào những năm 1960 – 1964 như công trình của Nguyễn Ngọc Bình, Cao Văn Vinh về ảnh hưởng của độ dốc tới xói mòn đất, đề ra các chỉ tiêu, quy chế bảo vệ, sử dụng

và khai thác đất dốc Cũng trong thời gian này, các tác giả như Tôn Gia Huyên, Chu Đình Hoàng, Nguyễn Xuân Quát…đã tập trung nghiên cứu tại Tây Bắc, Bắc Thái, Sơn La, Phú Thọ, Lào Cai về các biện pháp công trình và trồng cây che phủ đất

Vào những năm 1965 – 1975, do hoàn cảnh khó khăn của chiến tranh, các nghiên cứu bị gián đoạn Tuy công tác nghiên cứu có ít đi, nhưng thực chất đã có hướng phát triển theo chiều sâu và chiều rộng, đã có phân vùng xói mòn, xây dựng các trạm quan trắc xói mòn định vị lâu dài Điển hình là một số công trình của Chu Đình Hoàng (1976, 1977), Đào Khương (1970) về những nét đặc trưng chủ yếu của xói mòn vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam, công trình của Hà Học Ngô và Ngô Đức Thiều (1971) về biện pháp công trình phân cắt dòng chảy, công trình của Bùi Quang Toán (1974) về kỹ thuật canh tác trên nương đã định canh…Những nghiên cứu này bước đầu đề ra được một số biện pháp chống xói mòn đất thích hợp

Sau khi chiến tranh kết thúc, các công trình nghiên cứu xói mòn đất đã được xúc tiến với nhiều phương pháp nghiên cứu hiện đại được ứng dụng

Các công trình nghiên cứu xói mòn đất ở Thanh Hoà (Phú Thọ), Nguyễn Quang Mỹ và Đào Đình Bắc (1985) đã đưa ra nhận xét về đặc điểm xói mòn đất ở Việt Nam như sau [14]:

+ Quá trình xói mòn đất ở Việt Nam có những đặc điểm khác biệt so với các miền ôn đới, hàn đới Ở nước ta, hiện tượng xói mòn theo bề mặt gây tác hại to lớn hơn cả, tiếp sau là xói mòn theo dòng, còn xói mòn do gió chỉ xảy ra ở một số nới như Tây Nguyên và dải đồng bằng hẹp ven biển miền Trung Do vậy, hướng nghiên cứu và các biện pháp chống xói mòn đất ở nước ta chủ yếu nhằm vào quá trình xói mòn bề mặt

+ Việc chống xói mòn ở Việt Nam phải mang đặc điểm riêng của miền nhiệt đới ẩm, chứ không theo khuôn mẫu của các nước Âu, Mỹ

23

+ Cường độ xói mòn đất nông nghiệp ở Việt Nam rất mạnh (150 – 200 tấn/ha/năm), song các biện pháp chống xói mòn còn rất thô sơ và chưa được triển khai rộng rãi Tuy nhiên, nhận định này còn mang tính phiến diện vì lượng đất xói mòn 150 – 200 tấn/ha/năm chỉ xảy ra ở một số nơi có độ dốc lớn, đất có kết cấu không tốt, nghèo mùn, thảm thực vật trơ trụi

Từ đầu những năm 1990, với sự sát nhập vào mạng lưới Nghiên cứu đất dốc Châu Á của tổ chức IBSRAM, nhiều nghiên cứu định vị đã được triển khai ở các tỉnh phía Bắc và Tây Nguyên Các ô đo đếm xói mòn được thiết kế thống nhất, việc quan trắc tiến hành lâu dài và có hệ thống Tiêu biểu là một số công trình: Công trình của Bùi Quang Toàn (1991), “Một số vấn đề về nương rẫy ở Tây Bắc và phương hướng sử dụng”; Công trình nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ (1979,

1983, 1984, 1990) về xói mòn đất nông nghiệp Tây Nguyên và các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn;…

Nguyễn Văn Dung và cs (2002) [6] khi nghiên cứu về ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất đến quá trình suy thoái đất ở Đà Bắc – Hoà Bình với 4 hình thức

sử dụng đất khác nhau: đất rừng, lúa nương, trồng sắn, bỏ hoá, đã kết luận: Dòng chảy bề mặt và xói mòn đất phụ thuộc chủ yếu vào cường độ mưa, thời gian mưa và mức độ che phủ thực vật Lượng mưa, hình thức sử dụng đất khác nhau ảnh hưởng khác nhau đến xói mòn đất và lượng đất bị mất do xói mòn trên đất lúa nương và đất trồng sắn lớn hơn so với trên đất rừng (10,07tấn/ha so với 2,94 tấn/ha trong năm

2000 và 30,07 và 25,57 tấn/ha so với 1,41 tấn/ha trong năm 2001; 9,64 tấn/ha so với 0,97 tấn/ha trong năm 2002) [6]

Các nghiên cứu về xói mòn đất do nước ở Việt Nam có thể kể đến các công trình như Vi Văn Vị đã xây dựng lý thuyết về thành lập chỉ tiêu tiềm lực xói mòn thuộc vùng mưa rào dòng chảy, đã xét tương quan giữa các yếu tố ảnh hưởng tới xói mòn Chỉ tiêu này theo tác giả có thể làm cơ sở cho dự báo lượng đất xói mòn theo quá trình phát triển của thảm thực vật và diễn biến của mưa (Vi Văn Vị, 1983) [24] Dựa trên lý thuyết của mình và số liệu thực tế, tác giả đã thiết lập được một số công

1.2.4.Ứng dụng GIS và các mô hình tính toán xói mòn trong đánh giá xói mòn

Hiện nay trên thế giới, việc nghiên cứu xói mòn đất ngày càng phát triển mạnh do có sự áp dụng rộng rãi các mô hình vật lý, mô hình toán, toán – lý, các lĩnh vực về khoa học chất lỏng, chất rắn và khoa học đất cùng việc sử dụng những công

cụ mạnh như máy tính, kỹ thuật viễn thám và GIS trong nghiên cứu và ứng dụng

Xuất phát từ tính chất, năng lực của GIS và khả năng ứng dụng các mô hình

dự báo xói mòn để lập bản đồ xói mòn đất Về nguyên lý thì việc ứng dụng kỹ thuật GIS trong các mô hình dự báo xói mòn đất đều với mục đích xây dựng các bản đồ chuyên đề tương ứng với các tầng nhân tố trong các mô hình dự báo Đây chính là các cơ sở dữ liệu ban đầu, sử dụng các phần mềm GIS như: Microstation, Arcview, Arc/Infor, Mapinfo, Idrisi, chúng cho phép tạo khuôn dạng cơ sở dữ liệu ở dạng: Vector hoặc Raster Từ đó thực hiện việc truy xuất và phân tích dữ liệu bằng các phép tính toán học: Cộng, trừ, nhân, chia v.v các lớp bản đồ với nhau theo mô hình dự báo Cuối cùng lập được bản đồ tương ứng với các phép tính của các thông

số trong mô hình

Năm 2000 ứng dụng kỹ thuật GIS (phần mềm Arc/Info 7.0) và phương trình mất đất phổ dụng USLE (The Universal Soil Loss Equation) cho lưu vực Upper Ewaso Ng‟iro North basin của Kenya, nhóm tác giả đã xây dựng được các bản đồ chuyên đề tương ứng với các nhân tố trong phương trình như: Bản đồ chỉ số xói mòn của mưa (R), bản đồ hệ số kháng xói của đất (K), bản đồ độ dốc và chiều dài sườn dốc (SL), bản đồ hệ số cây trồng (C) và bản đồ hệ số bảo vệ đất (P) Sau đó dựa

25

vào khả năng truy xuất và phân tích của GIS bằng phép tính tích hợp (nhân) các bản

đồ này với nhau, cuối cùng được bản đồ xói mòn đất (Bancy et al., 2000) [16]

Tác giả Manish Kokh-Shrestha đã ứng dụng kỹ thuật GIS (phần mềm IlWIS 3.0) và mô hình dự báo xói mòn của Morgan, Morgan và Finney năm

1984 để lập bản đồ xói mòn cho lưu vực Jhikhu Khola của Nepal Ở đây chức năng của GIS là xây dựng các lớp bản đồ theo các nhân tố trong mô hình Dựa vào khả năng truy xuất cũng như phân tích toán học như: Cộng, trừ, nhân, chia, hàm log và hàm mũ các bản đồ chuyên đề này, cuối cùng được bản đồ xói mòn theo mô hình dự báo (Shrestha, 1999) [12]

Năm 2001, nhóm tác giả Eiumnoh, Pongsai, và Sewana thuộc Viện Công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan đã ứng dụng mô hình dự báo xói mòn đất lưu vực MSEC1 cho lưu vực Huay Pano, Luang Prabang, Lào Mô hình này được phát triển từ dự án quản lý xói mòn đất (Management of Soil Erosion Consortium) của Viện Quản lý nước Quốc tế IWMI (International Water

Management Institute)

Tại Việt Nam, việc ứng dụng GIS trong đánh giá, dự báo xói mòn cũng được áp dụng rộng rãi Mô hình dự báo xói mòn đất PLER (Predict and Localize Erosion and Runoff) là một mô hình xói mòn vật lý, mô tả quá trình xói mòn xảy ra như trong tự nhiên theo ba quá trình: Bóc tách các hạt đất ra khỏi bề mặt đất, vận chuyển và lắng đọng Mô hình PLER được lập ra dựa vào mô hình xói mòn toán học GUESS (Griffith University Erosion Sedimentation System) và hệ thống tin địa

lý ở dạng Raster (PCRaster) nên có thể áp dụng mô hình trên địa hình có độ dốc lớn, phù hợp với công tác dự báo xói mòn theo pha động trên quy mô lưu vực Việc ứng dụng GIS và mô hình PLER đã được triển khai tại lưu vực Đồng Cao, Lương Sơn, Hoà Bình với kết quả đầu ra là bản đồ xói mòn theo pha động cho khu vực trên [17]

Nghiên cứu của Trương Đình Trọng, Nguyễn Quang Việt, Đỗ Thị Việt

26

Hương về đánh giá khả năng xói mòn đất ở huyện Đakrông, tỉnh Quảng Trị bằng

mô hình RMMF (Revised Morgan – Morgan – Finney) đã đưa ra dự báo về khả năng xói mòn đất cho khu vực trên Mô hình RMMF là công cụ hữu hiệu để tính toán xói mòn ở những khu vực đồi núi Mô hình thiết kế dựa vào các động lực gây

ra xói mòn, các thông số đòi hỏi phải nội suy và quan trắc thực địa một cách tỉ mỉ Các yếu tố đầu vào được tính toán dễ dàng nhờ sự trợ giúp của GIS Mối quan hệ giữa lượng đất xói mòn và các nhân tố ảnh hưởng có thể nhận thấy một cách dễ dàng [21]

1.3.Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.3.1.Vị trí của huyện A Lưới

Hình 1.4 Vị trí địa lý của huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế và huyện A Lưới

nhìn qua ảnh vệ tinh theo không gian 3D

A Lưới là huyện miền núi, vùng cao, biên giới của tỉnh Thừa Thiên Huế, cách thành phố Huế 75 km về phía Tây Nam Với gần 80 km chiều dài biên giới quốc gia nên hyện A Lưới được coi là địa bàn xung yếu về công tác biên phòng của tỉnh Về vị trí địa lý, huyện A Lưới nằm ở tọa độ từ 16o01‟00‟‟ đến 16o23‟20‟‟ Vĩ Bắc và từ 107o05‟10‟‟ đến 107o31‟10‟‟ Kinh Đông

27

Tựa lưng vào dãy Trường Sơn hùng vĩ, giáp hai tỉnh Salavan và Sê Công của nước bạn Lào, A Lưới nằm án ngữ tuyến biên giới phía Tây tỉnh Thừa Thiên - Huế Chạy tiếp về phía Nam sẽ tới huyện Tây Giang (tỉnh Quảng Nam); ngược trở ra Bắc

là huyện Phong Điền (Thừa Thiên - Huế) và Đakrông (tỉnh Quảng Trị); xuôi hướng biển Đông sẽ tới huyện Hương Thủy, Hương Trà và Nam Đông (Thừa Thiên - Huế) Nơi đây còn là thượng nguồn của 5 con sông lớn, trong đó có 2 sông chảy sang Lào là Asáp và Alin, 3 con sông chảy sang Việt Nam là Đakrông, sông Bồ và sông Hương Tất cả tạo cho A Lưới vị trí địa lý kinh tế, quốc phòng quan trọng của tỉnh và khu vực Bắc Trung Bộ

Hình 1.5 Bản đồ hành chính huyện A Lưới

28

1.3.2.Khái quát điều kiện tự nhiên

1.3.2.1.Điều kiện địa chất địa hình

A Lưới nằm trong vùng núi thấp Tây Trị - Thiên thuộc dãy Trường Sơn Bắc Ranh giới phía Bắc của vùng là bậc địa hình 300-400 m phân chia vùng này với vùng Bến Hải – Hướng Hóa, phía Đông được vạch theo bậc địa hình trên 300 m ngăn cách với vùng đồi Tây Huế Ranh giới của vùng ở phía Nam chạy theo ranh giới địa chất phân biệt hai nhóm đá cơ bản là trầm tích hỗn hợp của vùng này và đá granit của vùng núi trung bình Bạch Mã

Về mặt địa hình, khu vực A Lưới thuộc kiểu địa hình uốn nếp nâng trung bình,

có quá trình bào mòn, xâm thực và phân cắt mạnh Độ cao trung bình của lãnh thổ

A Lưới là 700-800 m, trong đó có một số đỉnh cao vượt trên 1.400 m như: Động Ngài (1.774 m)

1.3.2.2.Điều kiện khí hậu thủy văn

Khí hậu được chia làm 2 mùa rõ rệt, mùa nắng từ thàng 4 đến tháng 9 và mùa mưa từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau Nhiệt độ trung bình hàng năm là 21o

cao nhất

là 38,5o và thấp nhất là 10o Lãnh thổ A Lưới nằm trọn trong vĩ độ nhiệt đới nên thừa hưởng một chế độ bức xạ phong phú và một nền nhiệt cao

1.3.2.3.Điều kiện thổ nhưỡng, sinh vật

Với sự chi phối của nền nham thạch và trắc lượng – hình thái của địa hình nền ở

A Lưới chủ yếu là 3 nhóm đất:

Nhóm đất đỏ vàng: Nhóm này có diện tích là 103.001,3 ha, chiếm 87,3% tổng

diện tích đất tự nhiên của toàn huyện và phân bố chủ yếu ở độ cao dưới 750 m Đặc điểm chung của nhóm đất này là chua, khả năng hấp phụ không cao nên độ no bazơ thấp và quá trình tích lũy sắt, nhôm tương đối cao do rửa trôi mạnh kim loại kiềm

và kiềm thổ

Nhóm đất mùn vàng đỏ trên núi: phân bố từ độ cao 800m trở lên, trên các vùng

núi trung bình ở khu vực xung quanh Động Ngài và dãy núi trung bình dọc theo

29

biên giới Việt – Lào Nhóm đất này bao gồm 2 loại: đất mùn đỏ vàng trên đá macma axit và đất mùn vàng đỏ trên đá sét và đá biến chất

Nhóm đất xám: Nhóm này chủ yếu là loại đất xám bạc màu trên phù sa cổ với

diện tích không đáng kể Đất này phổ biến trên các bậc thềm sông ở thung lũng A

So thuộc địa phận các xã Hương Phong, Hương Lâm và Đông Sơn

Nhìn chung, huyện A Lưới phần lớn là nhóm đất đỏ vàng và nhóm đất đỏ vàng trên núi, cả 2 loại đất thuộc nhóm này đều phân bố trên địa hình cao và chia cắt mạnh, độ dốc hầu hết từ 250 trở lên, tầng mỏng đến trung bình và có phản ứng chua Mặc dù có độ phì khá cao nhưng do địa hình và vị trị không thuận lợi nên đối với các loại đất này khó khăn cho việc canh tác, ngoài việc phát triển rừng phòng hộ và bảo tồn đa dạng sinh học, có thể chăn thả đàn gia súc và trồng cây đặc sản

Với đặc điểm khí hậu mang tính chất chuyển tiếp giữa hai miền Nam-Bắc nên tổ thành loài thực vật ở đây rất phong phú Các loài gỗ phổ biến như: Dẻ, dỗi, chua, trường mật, trường trắng,…

Các cây trồng phổ biến ở đây là: Keo, Thông, Quế, Bời lời, Trầm gió Hàng năm, huyện chủ trương trồng thêm khoảng 10-15 ha Quế để góp phần nâng cao diện tích che phủ và khai thác phát triển kinh tế sau này

1.3.2.4.Tình hình sử dụng đất

Tổng diện tích đất tự nhiên là 122.954,92 ha Theo thống kê đất đai năm 2006,

A Lưới gồm các nhóm đất nông nghiệp; đất phi nông nghiệp; và đất chưa sử dụng

30

Bảng 1.2 Thống kê tình hình sử dụng đất huyện A Lưới năm 2006

Tổng diện tích các loại đất trong địa giới hành chính (ha)

Cơ cấu diện tích loại đất so với tổng diện tích (%)

(Nguồn: Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện A Lưới)

Do hậu quả của chiến tranh và tác động của các chất độc hóa học của đế quốc Mỹ để lại, đặc biệt là chất diệt cỏ làm cho một số khu vực của A Lưới bị ảnh hưởng nặng nề, đa số các cây trồng rất khó hoặc không phát triển được Tại một số vùng ảnh hưởng nặng như ở một số sân bay A So, xã Đông Sơn, sân bay Tà Bạt…, người dân và chính quyền đã tiến hành mở rộng đất canh tác nhưng kết quả không như mong muốn Điển hình như khu vực sân bay A So, cây cà phê được trồng trên khu vực đất bị nhiễm chất độc hóa học cây không phát triển được Được sự khuyến cáo của các nhà khoa học về chất độc hóa học nên chính quyền mới tiến hành khoanh vùng và ngăn không cho người dân canh tác cũng như ngăn không cho gia súc vào khu vực ảnh hưởng bởi chất độc hóa học

1.3.3.Kinh tế xã hội

Huyện A Lưới có tổng số 8.811 hộ với 41.361 nhân khẩu, trong đó có 20.660

nữ Lao động trong độ tuổi là 18.613 người trong đó 9.298 nữ Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên của huyện 1,54% Mật độ dân số trung bình huyện 33 người /km2 Dân số phân bố không đều giữa các xã, những nơi dân số tập trung đông như ở Thị trấn (450 người/km2

), Hồng Quảng (9335 người/km2), A Ngo (327 người/km2

); có

31

những xã mật độ dân cư rất thấp, chỉ khoảng 3-9 người/km2 ở Hương Phong, Hương Nguyên, Hồng Hạ

Huyện miền núi A Lưới là địa bàn cư trú lâu đời của 2 dân tộc thiểu số Tà Ôi và

Cơ Tu Thực tế hiện nay ở đây có rất nhiều dân tộc chung sống, trong đó: Tà Ôi chiếm 66%, Kinh – 24%, Cơ Tu - 9% Các dân tộc khác như: Tày, Thái, Mường, Nùng, Ba Na, Hrê, Cơ Ho, Bru – Vân Kiều, Lào,… thì chỉ có vài trăm người và thậm chí có dân tộc chỉ có vài người

Các dân tộc ở A Lưới có tập tục sinh hoạt, sản xuất và ăn ở khác nhau nhưng về

cơ bản đều lấy kinh tế nương rẫy làm nguồn sống chủ yếu Xuất phát từ kinh tế nương rẫy và với đặc tính tự cung, tự cấp nên các quan hệ xã hội của dân tộc nơi đây hầu như bị đóng kín trong quan hệ nội tại Những sản phẩm trên nương rẫy như: lúa, ngô, khoai, sắn chuối…là những vật phẩm nuôi sống đồng bào từ bao đời nay Tuy nhiên, do kỹ thuật canh tác lạc hậu, công cụ thô sơ nên năng suất thấp và đời sống gặp nhiều khó khăn Ngoài kinh tế nương rẫy, đồng bào dân tộc còn có các hoạt động khác như: săn bắn, đánh cá, hái lượm, chăn nuôi và phát triển các nghề thủ công cổ truyền Các hoạt động này chỉ nhằm hỗ trợ cho kinh tế nương rẫy nên quá trình sản xuất đây không mang tính chất sản xuất hàng hóa

Trong những năm qua, huyện đã nỗ lực và tranh thủ sự hỗ trợ giúp đỡ của Trung ương, của tỉnh và các chương trình mục tiêu quốc gia, các dự án đã xây dựng được

hệ thống cơ sở hạ tầng khá đồng bộ; nhất là hệ thống “điện, đường, trường, trạm, cầu cống, thủy lợi, nước sạch, thông tin”, tạo nền tảng vững chắc cho phát triển kinh tế- xã hội, củng cố quốc phòng, an ninh cho những thời kỳ sau

bộ nước Mỹ

Qua rất nhiều thực nghiệm, năm 1954, Cơ quan Khoa học và giáo dục Hoa Kỳ

đã xây dựng phương trình mất đất phổ dụng USLE (Universal Soil Loss Equation) Sau năm 1960, phương trình mất đất phổ dụng được bổ sung và phát triển bởi Wischmeier và Smith tại Trung tâm dữ liệu đất, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và được hoàn thiện vào năm 1978

Người ta sử dụng phương trình mất đất phổ dụng để tính toán lượng đất mất đi

do xói mòn Theo phương trình này, lượng đất xói mòn được tính toán trên cơ sở đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố: mưa, khả năng xói mòn do cấu tạo đất, độ dốc và chiều dài sườn dốc, hệ số cây trồng và phương pháp canh tác đất Phương trình mất đất phổ dụng do Wischmeier và Smith phát triển như sau:

33

nhân tố xói mòn do chảy tràn khi đó là đáng kể Thời gian để tính toán chỉ số xói mòn do mưa là 15 ngày (tức sử dụng ngày thứ 1 và ngày thứ 15 để tính toán cho toàn tháng) Đồng thời, nhân tố C được tính toán thông qua 1 nhân tố phụ là tỷ lệ mất đất SLR SLR phụ thuộc vào các yếu tố sau: ưu tiên sử dụng đất, tàn che phủ, lớp phủ bề mặt, độ ghồ ghề bề mặt và độ ẩm (Renard, 1997)

2.1.1 Hệ số xói mòn do mưa (R)

Yếu tố mưa đóng vai trò quan trọng trong các kết quả tính toán về xói mòn Khi hạt mưa rơi xuống mặt đất sẽ xảy ra các quá trình: bóc tách các hạt đất ra khỏi khối đất, vận chuyển và lắng đọng

Khi mưa, xuất hiện một lượng nước mà trong đó, một phần nước mưa được thấm theo chiều sâu, một phần bốc hơi vào không khí và cây trồng sử dụng, phần còn lại tạo thành dòng chảy tràn trên bề mặt đất Lượng nước chảy tràn chỉ được hình thành khi: Tổng lượng nước thấm sâu, cây trồng sử dụng và bốc hơi nhỏ hơn lượng nước mưa xuống Do vậy lượng nước chảy tràn liên quan chặt chẽ đến yếu tố đất đai, địa hình, cây trồng (biện pháp canh tác) Trong biện pháp canh tác bao gồm tổng hợp các yếu tố kỹ thuật như: Bố trí loại cây trồng (cây hàng năm, cây lâu năm), cách trồng (trồng theo đường đồng mức ), cách làm đất (cày, cuốc, đào hốc) v.v…

Mưa là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới xói mòn đất thông qua tác động lực tới

bề mặt thổ nhưỡng, làm phá vỡ mối liên kết giữa các thành phần cấu trúc đất và hình thành dòng chảy mặt vận chuyển chúng đi Hệ số xói mòn do mưa (R) là thước

đo sức mạnh xói mòn của mưa và sức chảy tràn trên mặt Yếu tố được thể hiện qua tổng lượng mưa và cường độ mưa Sự phân bố của mùa mưa cũng là yếu tố chi phối

và quyết định đến lượng đất mất do xói mòn Những trận mưa lớn nếu xảy ra ở những thời điểm đất trống trải như ở giai đọan làm đất trước gieo trồng hoặc sau khi thu họach cũng là nguyên nhân làm cho lượng đất bị mất nhiều hơn

Tác động của yếu tố mưa được Wischmeier và Smith định lượng thông qua hệ

số R theo công thức dưới đây:

34

R = EI30/1000, trong đó:

E: Động năng của mưa (J/m2

) I: Lượng mưa lớn nhất trong vòng 30 phút (mm/h)

R: Hệ số xói mòn do mưa (KJ/m2.mm/h)

Ở công thức trên, cần phải có số liệu chi tiết của từng trận mưa, thường là các

số liệu đo mưa tự ghi Tuy nhiên, trong điều kiện ở nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới, các trạm đo mưa tự ghi không nhiều, vì vậy, trong nhiều trường hợp, việc áp dụng công thức trên là không thể Một hướng đặt ra được nhiều nhà khoa học theo đuổi là tìm cách chuyển phương trình trên về dạng sử dụng các tham số mưa dễ có được hơn như lượng mưa trung bình tháng hoặc năm với một hệ số tương quan chấp nhận được Các nghiên cứu thuộc loại này đều cho thấy rằng khả năng chuyển đổi là có thể với hệ số tương quan thường nằm trong khoảng 0,8 đến 0,9

Ở Việt Nam, nghiên cứu của Nguyễn Trọng Hà cho thấy có sự tương quan giữa phương pháp tính hệ số R theo EI30 như đã nêu ở trên Sử dụng phương pháp tính dựa theo lượng mưa trung bình hàng năm của nhiều năm liên tục và phân tích tương quan, phương trình tính R theo lượng mưa hàng năm được Nguyễn Trọng Hà

đề nghị như sau:

R = 0,548257P – 59,9 (1)

R: Hệ số xói mòn mưa trung bình năm (J/m2)

P: Lượng mưa trung bình hàng năm (mm/năm)

2.1.2 Hệ số xói mòn đất (K)

Hệ số xói mòn đất là hệ số quy định tính dễ bị xói mòn của đất, tính xói mòn của đất càng cao thì đất bị xói mòn càng mạnh Hệ số này là thước đo tính nhạy cảm của hạt đất bị tách ra và vận chuyển bởi mưa Kết cấu đất là nhân tố quan trọng nhất tác động đến hệ số này bên cạnh các nhân tố khác cũng quan trọng là cấu trúc đất, chất hữu cơ và độ thấm đất Giá trị K thay đổi theo loại đất và vị trí địa lý Tuy nhiên giá trị K ứng với một loại đất cụ thể sẽ không thay đổi

35

Cùng điều kiện khí hậu, địa hình, loại hình sử dụng đất nhưng xói mòn ở từng loại đất khác nhau Đó là vì từng loại đất có khả năng kháng xói mòn khác nhau, khả năng kháng xói phụ thuộc vào sức liên kết các thành phần của đất

Hệ số K có giá trị từ gần giá trị 0 cho tới 0,6 Hệ số này có giá trị thấp đối với những loại đất có cấu trúc tơi xốp, thấm nước nhanh và tiêu nước tốt hay các loại đất trong vùng nhiệt đới có chứa nhiều khoáng sét sắt, nhôm hoặc kaolinit Những loại đất có khả năng thấm trung bình và tính ổn định trung bình về mặt cấu trúc thường có hệ số K từ 0,2- 0,3 Trong khi những loại đất dễ bị xói mòn và có khả năng thấm thấp sẽ có hệ số K lớn hơn 0,3

Công thức tính K theo toán đồ của Wischmeier như sau:

K = [2,1 10 -4- (12-OM)M 1,14 + 3,25(s-2) + 2,5(p-3)]/100 (2)

Trong đó:

K: Hệ số xói mòn do đất

OM: Hàm lượng chất hữu cơ trong đất (%)

S: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng, sắp xếp và loại kết cấu đất (Nhóm cấu trúc đất)

P: Hệ số phụ thuộc khả năng tiêu thấm của đất (Nhóm độ dẫn nước)

M: Trọng lượng cấp hạt (trọng lượng theo đường kính cấp hạt)

M = (% thịt + % cát mịn) x (100 - % cát) Bảng 2.1 Phân loại nhóm cấu trúc đất (S) theo đặc tính đất

36

Bảng 2.2 Phân loại nhóm độ dẫn nước (p) theo thành phần cơ giới của đất

Th nh phần c gi i p nh đ d n nư c

Loamy sand hoặc sandy loam 2

Loam, siltloam hoặc silt 3

Sandy clay loam hoặc clay loam 4

Silty clay loam hoặc sand loam 5

Silt clay hoặc clay 6

2.1.3 Hệ số độ dốc và chiều dài sườn dốc (SL)

Địa hình có vai trò quan trọng trong quá trình xói mòn Nó cung cấp năng lượng cho quá trình vận chuyển vật chất xuống chân sườn, làm gia tăng quá trình xói mòn Ảnh hưởng của địa hình tới quá trình xói mòn có thể được tóm tắt như sau: Độ dốc tăng 2 lần, xói mòn sẽ tăng từ 2 đến 4 lần; Chiều dài sườn tăng 2 lần, xói mòn tăng từ 2 đến 7,5 lần; Hướng Đông, Đông nam, Tây nam, Tây, do năng lượng mặt trời chiếu nhiều, nhiệt độ tăng cao dẫn tới quá trình phong hóa khiến vật chất bị vỡ làm cho xói mòn tăng từ 1,8 đến 3,9 lần; Sườn lồi tăng 2 đến 3 lần so với sườn thẳng Sườn lõm xói mòn yếu, sườn bậc thang xói mòn không đáng kể [7]

Hệ số độ dốc và chiều dài sườn dốc phụ thuộc chủ yếu vào độ dốc và chiều dài sườn dốc của địa hình , hệ số này được chia ra làm hai loại : Hệ số độ dốc và hệ

*8,

S Sin

S Sin S

per S

pe r S

Sper

e (8)

38

Trong đó:

Nhóm 1 Là những đất có tỷ lệ xói mòn bề mặt với xói mòn rãnh nhỏ nhỏ ví

dụ: đất dân cư, bãi chăn thả, và có những điều kiện kết dính đất khác có độ che phủ tốt

Nhóm 2 Là những đất có tỷ lệ xói mòn bề mặt với xói mòn rãnh nhỏ trung

bình ví dụ: cây trồng theo băng, bãi chăn thả, và có những điều kiện kết dính đất khác với độ che phủ trung bình

Nhóm 3 Là những đất có tỷ lệ xói mòn bề mặt với xói mòn rãnh nhỏ lớn ví

dụ: đất khai thác hầm mỏ, xây dựng và những đất bị xáo trộn bề măt nhiều với độ che phủ rất thấp hoặc không có lớp phủ thực vật

Từ hệ số S và L ở trên, ta tính được hệ số SL:

Hệ số SL biến động rất lớn, đặc biệt vùng núi cao có độ dốc và chiều dài sườn dốc lớn Sự chênh lệch nhiều về hệ số SL này sẽ là nguyên nhân gây ra sự khác biệt lớn về lượng đất mất sau này

2.1.4 Hệ số cây trồng (C)

Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật tới quá trình xói mòn thể hiện ở hệ số C Lớp thảm thực vật có tác dụng che phủ bảo vệ đất, giảm động năng của mưa, cải thiện cấu trúc đất, độ thấm của đất, làm giảm hoặc triệt quá trình tạo dòng chảy Hệ số C

là tỷ lệ giữa xói mòn trên một đơn vị diện tích có lớp phủ thực vật với lượng đất mất trên diện tích tương ứng

Giá trị của C phụ thuộc vào nhiều nhân tố gồm: cây trồng hiện tại, các giai đoạn phát triển của cây trồng, hệ thống làm đất và các yếu tố quản lý khác Trị số C cao (gần đến 1,0) với những loại đất có độ che phủ thấp, như ở những vùng đất canh tác vừa mới làm đất sạch và mới gieo hạt hoặc mới trồng cây con tán cây chưa phát triển, ngược lại trị số này sẽ đạt giá trị thấp (<0.1) ở trên những diện tích đất rừng

có tán che phủ dày hay những diện tích đất canh tác có để lại khối lượng tàn dư thực vật cao Ðộ che phủ của cây trồng có ý nghĩa trong việc giảm tốc độ va đập của hạt

39

mưa vào đất và hạn chế tốc độ dòng chảy trên mặt Hệ số C phụ thuộc vào cây trồng

và điều kiện canh tác của mỗi vùng Ví dụ, theo Nguyễn Trọng Hà và các cộng sự ở vùng Xuân Mai, Hòa Bình C dao động từ 0,05- 0,07; hệ số C ở vùng đất trống: 1; C

Hình dưới đây cho thấy tất cả cây cối được tạo nên bởi những thành phần cơ bản giống nhau, phổ của chúng xuất hiện tương tự nhau, thực vật phát triển có chiều dài sóng dưới 800nm thì có sự phản xạ thấp Tán lá có độ phản xạ thấp trong phần thấy được của phổ điện từ Trong phần cận hồng ngoại, tán lá có sự phản xạ cao, với sự chuyển tiếp rất nhanh giữa vùng màu đỏ và cận hồng ngoại ở ~750nm Điều này cho thấy sự khác nhau hoàn toàn từ sự phản xạ của các vật chất trên trái đất

Hình 2.1 Phổ phản xạ của đất, thực vật phát triển và cây khô

40

Chú thích:

Như vậy, sự hấp thụ cao ở kênh phổ xanh dương (0,43M) và kênh phổ đỏ (0,6M), cũng như sự phản xạ cao ở kênh phổ cận hồng ngoại (0,75 – 1,1m) đánh dấu sự khác nhau về phổ của các thực vật

Theo Tucker 1979, Jackson 1983, kênh phổ thấy được có chiều dài sóng (0,58 – 0,68m) phản xạ thấp, nguyên nhân đáng kể là do chất diệp lục hấp thụ bức xạ đến, còn kênh phổ cận hồng ngoại có chiều dài sóng (0,725 – 1,1m) phản xạ cao là

do cấu trúc của lá

Dựa trên sự phản xạ khác nhau mà màu xanh của thực vật được thể hiện giữa kênh phổ thấy được và kênh phổ cận hồng ngoại Chỉ số thực vật NDVI được tính toán theo công thức:

NDVI = (NIR-Vi) / (NIR + Vi)

Trong đó: NIR: kênh cận hồng ngoại

Vi: Kênh thấy được Ở đây thường là kênh đỏ (Red)

Bảng 2.3 Chi tiết về số kênh, chiều dài sóng, vùng điện từ và những ứng dụng khái

quát của ảnh vệ tinh Landsat TM (Landsat Thematic Mapper) và Landsat

ETM+ (Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus)

3 0,63 – 0,69 Đỏ Hấp thụ chất diệp lục để phân biệt thực vật

4 0,76 – 0,90 Cận hồng ngoại Điều tra sinh khối và phác thảo dòng chảy