ung dung gis trong viec dinh luong xoi mon tiem nang va xoi mon hien trang luu vuc con can le

ỨNG DỤNG GIS TRONG VIỆC ĐỊNH LƯỢNG XÓI MÒN TIỀM NĂNG VÀ XÓI MÒN HIỆN TRẠNG LƯU VỰC CON CẦN LÊ - DƯƠNG THỊ ANH ĐÀO

www.gistrung.com Trang 1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề Lưu vực con Cần Lê với nhiệm vụ cung cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu cho 2

huyện: Lộc Ninh và Bình Long của tỉnh Bình Phước có chức năng bảo vệ, bồi lắng và làm sạch nước. Tuy nhiên, với địa hình tương đối phức tạp, địa hình lồi lõm, tiêu biểu cho vùng đất dốc: nơi dốc nhiều, nơi dốc trung bình, có thung lũng và đồng bằng, ngoài ra địa hình còn bị chia cắt bởi mạng lưới sông ngòi dày đặc. Đây sẽ là điều kiện để xói mòn phát triển mạnh mẽ.

Ngày nay, với sự khai thác quá mức nguồn tài nguyên đất đai làm cho xói mòn ngày càng gia tăng, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng, giảm thu nhập, tác động đến kinh tế và đời sống của người dân. Chính vì thế, việc định lượng xói mòn đất là cơ sở cho việc sử dụng hợp lí và bảo vệ tài nguyên đất.

Chỉ thị số 15/TTg ngày 11/1/1964 của phủ thủ tướng về: “chống xói mòn, giữ đất, giữ màu, giữ nước” đã thể hiện mức độ quan trọng trong việc bảo vệ tài nguyên đất.Tuy nhiên hiện tại những kết quả đạt được chưa thực sự hiệu quả bởi các biện pháp phòng chống xói mòn chỉ mang tính chất dàn trải, không có tính tập trung theo từng khu vực cụ thể, làm hao tốn thời gian và tiền bạc.

Công nghệ GIS với những ưu điểm trong chức năng xử lý, nội suy, mô hình hóa mà cụ thể là sự hỗ trợ về tính độ dốc địa hình, hướng sườn dốc,.. là những yếu tố quan trọng trong việc giải quyết các bài toán về xói mòn.

Chính vì thế, đề tài: “Ứng dụng gis trong việc định lượng xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê” được thực hiện. 1.2 Mục tiêu đề tài: 1.2.1 Mục tiêu chung: - Định lượng xói mòn tiềm năng và hiện trạng lưu vực con Cần Lê. 1.2.2 Mục tiêu cụ thể: - Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất để tìm ra các hệ số xói mòn

thích hợp. - Phân tích GIS để định lượng xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng lưu vực con

Cần Lê. - Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê. 1.3 Giới hạn đề tài: 1.3.1 Về nội dung:



Đề tài chỉ xét tác nhân gây xói mòn chủ yếu là xói mòn do nước, không xét đến yếu tố xói mòn do gió. Với xói mòn do nước không xét phần đất mất đi do sạt lở bờ sông, suối mà chỉ xét đến tác động của dòng nước do mưa gây ra trên bề mặt đất.

1.3.2 Về không gian: Lưu vực con Cần Lê. 1.3.3 Thời gian thực hiện: Thực hiện trong 6 tháng 1.4 Nội dung thực hiện được - Dựa vào các mục tiêu nghiên cứu nêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết: tìm hiểu các định nghĩa xói mòn, các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn, tình hình nghiên cứu xói mòn trên Thế Giới và Việt Nam, các mô hình tính toán xói mòn, tìm hiểu về công nghệ GIS, các ứng dụng GIS trong việc xác định hiện trạng xói mòn.

- Tìm hiểu, đánh giá các yếu tố tự nhiên và kinh tế xã hội tham gia vào bài toán định lượng xói mòn lưu vực con Cần Lê.

- Xây dựng mô hình định lượng xói mòn lưu vực con Cần Lê bằng công nghệ GIS. 1.5 Phương pháp thực hiện - Xây dựng bản đồ chiều dài sườn và chỉ số LS bằng phương pháp GIS. - Xây dựng chỉ số K theo biểu đồ của Wischmeier và nhóm,1971. - Xây dựng chỉ số R theo công thức của GS. Nguyễn Trọng Hà. - Xây dựng chỉ số C tham khảo các chỉ số C tương ứng của Wishmeier và Smith, 1978. - Phương pháp đánh gía sự mất đất của Wischmeier and Smith 1978 ( A=R x K x LS x C x P)

kết hợp với GIS (Chồng lóp số học).

1.6 Kết quả dự kiến: - Định lượng xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng - Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê



CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1.1 Điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên a. Vị trí địa lý:

Hình 2.1: Bản đồ vị trí địa lý lưu vực con Cần Lê

Lưu vực con Cần Lê thuộc lưu vực Sài Gòn – Sông Bé, nằm trên hai huyện Bình Long

và Lộc Ninh của tỉnh Bình Phước. Tổng diện tích lưu vực con Cần Lê 41140 ha, các đơn vị hành chính nằm trong lưu

vực, Huyện Lộc Ninh bao gồm các xã: Lộc Thiện, Lộc Thanh, Lộc Hưng, Lộc Khánh, Lộc Thuận, Lộc Thái, Lộc Diễn, Lộc Tấn và , thị trấn Lộc Ninh. Huyện Bình Long bao gồm các xã : An Phú, Thanh Lương, An Khương, Thanh Phú. b. Địa hình

Hình2 .2: Địa hình lưu vực con Cần Lê



Địa hình lưu vực con Cần Lê tương đối phức tạp, địa hình lồi lõm, tiêu biểu cho vùng đất dốc: nơi dốc nhiều, nơi dốc trung bình, có thung lũng và đồng bằng, ngoài ra địa hình còn bị chia cắt bởi mạng lưới sông ngòi dày đặc. Độ cao giao động trong khoảng từ 20m cho đến 210 m, so với mực nước biển. Địa hình có sự thay đổi thấp dần từ Đông sang Tây, phía Tây Nam là đồng bằng với độ cao trung bình từ 20 m đến 80 m, phía Bắc và Đông Bắc là địa hình lượn sóng có độ cao trung bình từ 100m đến 200m (vùng đồi bát úp).

c. Địa chất. Tỉnh Bình Phước được cấu thành bởi nhiều thành tạo địa chất khác nhau: các loại

đá macma, đá bazan, đá biến chất (sa phiến thạch, cát kết), trầm tích phù sa, phù sa mới…



d. Đất đai Bảng2.1: thống kê đất đai trên lưu vực con Cần Lê

Tên đất Diện tích STT Ký hiệu Việt Nam WRB’1998 (ha) (%)

1 NHÓM ĐẤT XÁM 2 đất xám trên phù sa cổ 3 đất xám gley trên phù sa cổ

1 Arenic Acrisols 2 Gleyic Acrisols

3981.8001 3921.8266 59.9735

9.7

2 NHÓM ĐẤT ĐEN 4 Đất nâu thẫm trên bazan

3. Chromic Luvisols

686.1532 686.1532

1.7

3 NHÓM ĐẤT ĐỎ VÀNG 5 Đất nâu đỏ trên Bazan 6 Đất nâu vàng trên Bazan 7 Đất vàng nâu trên phù sacổ

4. Rhodic Ferrasols 5. Xanthic Ferrasols 6. Chromic Acrisols

34777.9986 14861.2230 6191.9017 13724.8739

84

4 NHÓM ĐẤT DỐC TỤ 12 đất dốc tụ trên Bazan

12. Cumuli Orchric Gleysols

1534.1149

3.7

5 NHÓM SÔNG SUỐI (Nguồn: Phân viện khoa học công nghệ Việt Nam)

Lưu vực Cần Lê tồn tại 4 nhóm đất chính: nhóm đất xám, nhóm đất đen, nhóm đất đỏ

vàng, nhóm đất dốc tụ. mỗi loại đất có cấu trúc và đặc tính khác nhau, sau đây đề tài đi sâu tìm hiểu về từng loại đất: - Nhóm đất xám ( Đất xám trên phù sa cổ, đất xám gley trên phù sa cổ):

Nhóm đất này có tổng diện tích là 3981.8001 ha, chiếm 9.7% diện tích toàn lưu vực. Nhóm đất xám có thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ cát cao 40- 65%, nên giữ được nước, phân bón kém, nghèo dinh dưỡng. Đất có tính chua mạnh, hàm lượng mùn không cao, không có đặc tính sắt, không có tích tụ loang lổ từ mặt đất xuống 125 cm. Không có đặc tính độ sâu xuống 100 cm.

Nhóm đất này phân bố chủ yếu ở trung tâm và phía Tây Nam của lưu vực. - Nhóm đất đỏ vàng ( Đất nâu đỏ trên Bazan, Đất nâu vàng trên Bazan, Đất vàng nâu

trên phù sa cổ) :



Nhóm đất này có diện tích lớn nhất 34777.9986 ha, chiếm 84% diện tích toàn lưu vực.nhóm đất này có hàm lượng mùn thấp và giảm theo độ sâu. Đất có cấu trúc viên hạt nhỏ không có tích tụ sắt loang lổ, mức độ phong hóa mạnh, đất sâu, dày, có nơi khoảng vài chục mét, chua, độ bão hòa kiềm thấp, phân giải hữu cơ mạnh. Có quá trình tích lũy Fe và Al.

Loại đất này phân bố hầu hết lưu vực. - Nhóm đất dốc tụ Nhóm đất này có diện tích khá ít, có 1534.1149 ha, chiếm 3.7% diện tích toàn lưu vực. Nhóm đất này có chất lượng kém, có thể phát triển trên loại đất này một số loại cây như điều, sắn. - Nhóm đất đen ( Đất nâu thẫm trên bazan):

Có diện tích nhỏ nhất,, 686.1532 ha, chiếm 1,7 % diện tích toàn lưu vực. loại đất này nhiều mùn, đạm, lân, nghèo kali. Loại đất này thành tạo từ đá bazan, đá phiến sét, có thành phần cơ giới nặng, tỷ lệ sét vật lý 35- 55% nên giữ được nước và phân tốt.

e. Khí hậu Khí hậu lưu vực Cần Lê mang đặc tính chung của cả tỉnh Bình Phước, có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa. Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 năm sau, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Căn cứ vào các trạm Đồng Phú và Phước Long chế độ khí hậu Bình Phước được phân bố như sau: Bảng 2.2: Một số chỉ tiêu khí hậu tỉnh Bình Phước năm 2006 STT Chỉ tiêu Trạm Đồng Phú Trạm Phước Long 1 Nhiệt độ( 0 C)

- Nhiệt độ bình quân cả năm - Nhiệt độ tháng thấp nhất - Nhiệt độ tháng cao nhất

26.8 25.8 28.0

26.3 25.1 27.3

2 Tổng tích ôn(0 C/ năm) 9.288 9.03 3 Số giờ nắng (h)

- Số giờ nắng cả năm - Số giờ nắng tháng thấp nhất - Số giờ nắng tháng cao nhất

3028 35.0 575.0

2512 126 261

Lượng mưa (mm) - Lượng mưa tháng thấp nhất

3.8

00



- Lượng mưa tháng cao nhất - Số ngày mưa bình quân/năm

256 138

747 141

Lượng bốc hơi (mm) Bình quân cả năm

1447

1113

Độ ẩm không khí (%) - Độ ẩm bình quân cả năm - Độ ẩm tháng thấp nhất - Độ ẩm tháng cao nhất

81.6 71 90

79.5 67 90

Nguồn: Trạm quan trắc khí tượng thủy văn đồng phú tỉnh Bình Phước Căn cứ vào bảng trên đề tài nhận thấy nhiệt độ bình quân hàng năm toàn tỉnh là khá cao. Lượng mưa bình quân cả năm phân bố trên toàn tỉnh Bình Phước thuộc loại cao. Tại lưu vực Cần Lê có 3 giá trị mưa : 1800 mm, 2000 mm, 2200mm, mưa thường tập trung nhiều phía bắc và đông bắc của lưu vực (nơi có độ cao và độ dốc khá lớn).

Hình2.3 : Phân vùng lượng mưa lưu vực con Cần Lê

f. Nước Lưu vực Cần Lê có hệ thống sông ngòi kênh rạch khá dày đặc, một số sông lớn chảy

qua lưu vực như: Sông Bé là một nhánh lớn của sông Đồng Nai, bắt nguồn từ cao nguyên Đắc Lắc chảy qua.



2.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội

Đề tài xét đến đến hai yếu tố là: Hiện trạng sử dụng đất và biện pháp canh tác đất Hình 2.4: Hiện trạng sử dụng đất lưu vực con Cần Lê Hiện trạng sử dụng đất của lưu vực con Cần Lê tương đối đa dạng, có 8 loại hình sử dụng đất Trong đó trảng cây bụi chiếm tới 50% diện tích toàn lưu vực tiếp theo đến diện tích Rừng tự nhiên giàu và trung bình chiếm 26 % diện tích toàn lưu vực. tiếp đó Đất thổ cư và đất chuyên rau màu và cây công nghiệp ngắn ngày 7%, ngoài ra còn một số loại hình sử dụng như đất chuyên màu, đất chuyên lúa, rừng nghèo.

Đối với yếu tố biện pháp canh tác đât, do không đủ số liệu nên đề tài không nêu ra ở đây.

2.2 XÓI MÒN ĐẤT 2.2.1 Định nghĩa xói mòn đất Có nhiều định nghĩa, tùy theo sự tiếp cận của đối tượng: - Theo FAO (1999): “Xói mòn 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.” 2



- Theo định nghĩa của viện sĩ L.I.Paraxôlốp thì xói mòn đất cần phải hiểu là: “những hiện tượng phá hủy và cuốn theo đất cũng như các quặng xốp bằng dòng nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và rất phổ biến”.10

- Theo Epiderma, Veyret, 1998: “Xói mòn là tất cả các quá trình liên quan đến góp phần ăn mòn bề mặt đất” 2 Như vậy xói mòn đất được hiểu là: xói mòn đất là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng (bao gồm phá hủy thành phần cơ, lí, hóa, chất dinh dưỡng…của đất dưới tác động của các yếu tố tự nhiên và kinh tế xã hội, làm giảm chất lượng đất và ảnh hưởng đến đời sống kinh tế xã hội.

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự xói mòn đất. 1, 2, 9, 10 a. Mưa Xói mòn do mưa là kết quả tác động trực tiếp của nhiều nhân tố phức tạp như: - Nước mưa: Nước mưa giữ vai trò chủ yếu tác động trực tiếp đến nguyên nhân xói mòn

do nước vì nước mưa tạo ra dòng chảy trên bề mặt hoặc các dòng chảy trên các sườn dốc.

- Dòng chảy: dòng chảy bề mặt càng lớn thì tổn thất về đất do xói mòn càng mạnh và ngược lại Mặc dù nước mưa là yếu tố gây ra xói mòn, song nó lại làm giảm xói mòn gió do nó

làm cho đất ướt, làm các hạt đất dính bết vào nhau và làm thực vật phát triển, thực vật gắn đất chặt thêm và bảo vệ đất khỏi bay. b. Gió

“Lực phá hủy của gió có khả năng phá hủy ở tất cả các điều kiện khí hậu, đặc biệt mạnh ở nhũng vùng khô có thảm thực vật thưa.” (Kh.Bennett) 10

Sức gió mặt đất cũng đóng một vai trò đặc biệt quan trọng, bởi lẽ chính tốc độ đó đã xác định sự chuyển động và nhấc bổng các hạt đất vào không khí. c. Độ dốc

Đất có độ dốc lớn dễ bị xói mòn hơn đất bằng phẳng vì các yếu tố tạo xói mòn như: sự bắn tóe đất, sự xói rửa bề mặt, sự lắng đọng, và di chuyển khối tác động lớn hơn trên dốc có độ dốc cao

Ngoài ảnh hưởng của độ dốc, xói mòn còn phụ thuộc vào chiều dài sườn dốc, hình dáng dốc, hướng dốc, bề mặt dốc, chiều dài sườn dốc tăng sẽ làm tăng lượng nước chảy xuống phía dưới của dốc.

Ở Việt Nam, quá trình xói mòn đất bắt đầu phát triển ở độ dốc >3 độ. Trong khi đó: với 80% diện tích là đồi núi và diện tích đất canh tác trên đất dốc ở nước ta khá lớn (14380500 ha), trong đó độ dốc từ 3 – 10 độ (2705400 ha), từ 10 – 15 độ ( 5502500 ha), từ 15 – 25 độ ( 3649100), trên 25 độ ( 2523500 ha). Tuy có điều kiện khí hậu nhiệt đới



nhưng tỉ lệ rừng che chỉ còn lại 23%. Do đó xói mòn trên đất dốc có điều kiện hoạt động mạnh. 9

d. Thổ nhưỡng Mỗi loại đất có tính chất khác nhau, có loại rất dễ bị xói mòn dưới tác dụng của

mưa và dòng chảy. Ngược lại có loại rất bền vững và ít bị xói mòn bởi mưa. Tầng đất dễ bị xói mòn nhất là lớp đất dày khoảng từ 10 đến 40 cm, tầng đất này

dễ thấm nước nhưng tầng tiếp giáp lại thấm nước kém tạo ra sự phân ly giữa hai tầng đất. Thành phần cơ giới cũng ảnh hưởng tới xói mòn đất, hạt cát mọn dễ bị tách ra khỏi

khối đất hơn so với hạt bùn, song hạt bùn lại dễ vận chuyển hơn so với hạt cát. e. Thảm thực vật

Tất cả các loại thực vật đều là yếu tố chống xói mòn rất mạnh, do mỗi loài có một đặc trưng riêng nên thực vật có ảnh hưởng khác nhau đến quá trình xói mòn. Thực vật càng tốt và độ dày của nó càng cao thì vai trò bảo vệ đất và giữ nước của nó càng lớn. vai trò thực vật trong vấn đề hạn chế xói mòn thể hiện ở các vai trò như: Làm giảm lực đập các hạt mưa lên đất do hạt mưa trước khi rơi xuống đất bị giữu lại trên tán lá cây, bảo vệ cấu trúc dất không bị phá hủy. Thực vật làm giảm tốc độ gió ở gần bề mặt đất và giữu lại các hạt đất đang bị cuốn đi.. f. Con người

Con người là yếu tố quan trọng nhất trong hoạt động của mình con người tác động đến thế giới tự nhiên theo hai hướng tích cực và tiêu cực, điều này có thể là nguyên nhân trực tiếp hay gian tiếp gây lên xói mòn. Những tác động tiêu cực của con người gây xói mòn như phá hủy rừng, canh tác chưa hợp lý, chăn nuôi gia súc một cách quá đáng trong thời gian dài ...

2.2.3 Phân loại xói mòn đất. 1, 2, 9, 10

Dựa vào yếu tố tác nhân gây ra xói mòn đất, người ta phân ra xói mòn do nước và xói mòn do gió.

a. Xói mòn do nước: Cơ chế xói mòn do nước.

Do đặc tính xoáy của dòng chảy mà vận tốc của nước ở từng điểm sẽ thay đổi cả độ lớn lẫn phương hướng. Khi vận tốc dòng chảy lớn, các nguyên liệu (chủ yếu là các hạt đất) được vận chuyển ở trạng thái treo lơ lửng trong dòng chảy và lăn (đẩy) theo đáy dòng chảy. Tuy nhiên, còn phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy, độ dốc tại nơi đó và các yếu tố khác liên quan đến hình dáng, trọng lượng và đặc điểm bề mặt mà hạt chuyển động trên đó.



Nếu ở 1 nơi nào đó vận tốc dòng chảy giảm xuống thì bắt đầu quá trình lắng đọng (tích tụ). Các hạt nặng sẽ lắng đọng trước, sau đó đến lượt các hạt nhỏ. đây chính là nguồn gốc tạo ra đất phù sa và đá trầm tích.

Các dạng xói mòn do nước 1, 2, 10

- Xói mòn do rửa trôi bề mặt – xói mòn mảng. Xói mòn mảng là xói mòn từng lớp đất mỏng, xảy ra chủ yếu trên bề mặt bằng

phẳng và độ dốc đều, có nơi thấp, nơi cao, ghồ ghề, bằng phẳng (các đặc tính này có thể khác nhau ngay cả trong 1 diện tích nhỏ). Dạng xói mòn này thường diễn ra âm thầm vì lượng đất mất đi nhìn thấy được rất nhỏ và chỉ diễn ra trong 1 thời gian nhất định nên khó mà nhận biết. - Rửa trôi bề mặt có rãnh xói – xói mòn dòng

Dạng xói mòn này dễ nhận biết hơn xói mòn do dòng chảy. do bề mặt địa hình không đồng nhất với nhau: chỗ cao, chỗ thấp, …vì vậy khi mưa xuống, nước mưa tích tụ tạo thành dòng chảy từ trên cao xuống thấp, hình thành các rãnh nhỏ dẫn nước khi nước di chuyển xuống dưới dốc và các dòng chảy bề mặt sẽ di chuyển vào các rãnh nhỏ này. Ban đầu, các rãnh này bị cắt chỉ sâu vài cm, sau đó càng rộng và sâu hơn cho đến khi chúng cắt sâu vào tầng đất cứng và chặt bên dưới hình thành nên các rãnh lớn. - Xói mòn khe máng.

Đây là dạng xói mòn xảy ra phổ biến trên toàn cầu. Ban đầu, các rãnh lớn được hình thành ở nơi có độ dốc thay đổi đột ngột hoặc cuối dốc. Dần dần, các rãnh này lan dần lên đỉnh dốc và phát triển sâu, rộng hơn sau mỗi cơn mưa. Dưới tác động của nước mưa, sẽ phá hủy kết cấu đất gây ra sụp đổ cả khối đất to. Vì vậy, các rãnh lớn này dần mở rộng thành các máng và không thể xóa bỏ bằng các hoạt động canh tác đất như: cày, bừa. ) - Xói mòn do tác động trực tiếp của hạt mưa

Chủ yếu được hình thành do va đập của hạt mưa rơi xuống bề mặt đất phá vỡ các mối liên kết của đất (các hạt đất bị bắn lên không trung có khi cao đến 1.5 – 2.0m ). các hạt đất này được dòng nước cuốn đi và hòa nhập vào dòng chảy.) - Di chuyển khối.

Xuất hiện trên các sườn đồi dốc, vách taluy, mái dốc có hệ số ổn định thấp, dễ gây nên các hiện tượng sạt lở dưới tác động của trọng lực. - Xâm thực bờ kênh.

Là biến dạng của xói mòn khe rãnh, thường xảy ra dọc theo bờ suối hoặc sông. Dưới tác động của nước, phần đất bên dưới bờ suối bị cắt làm cho phần đất bên trên bị sụp đổ.



b. Xói mòn do gió: Xói mòn do gió xảy ra dưới tác động của gió, làm bào mòn các phần trồi lên trên bề

mặt đất, đá, cũng như sự va đập những hạt đất đá lơ lửng trong gió. Sự chuyển động của các hạt rất nhỏ gây nên sự thổi mòn trên cao, còn hiện tượng lăn các hạt lớn gây nên sự thổi mòn dưới chân Các khối đất đá có hình dạng kì lạ cũng là sản phẩm của xói mòn do gió.

Gió mạnh trong mùa mưa sẽ làm tăng lực đập của mưa vào đất và làm cho mưa rơi xuống xiên góc với bề mặt đất do đó làm tăng cường độ xói mòn, còn gió mùa hè sẽ làm tăng lớp bụi mù trong không khí. Ở Việt Nam, lượng mưa giống nhau nhưng các trận mưa kèm theo gió mạnh thì lượng xói mòn tăng thêm 10 – 20%.

Bảng 2.3: Sự khác nhau giữa xói mòn do nước và xói mòn do gió

Xói mòn do nước Xói mòn do gió

- Liên quan mật thiết đến địa hình khu vực ( thường thường thì sự xói mòn xảy ra khi độ dốc lơn hơn 10 – 20)

- Có khả năng vận chuyển các tảng lớn (khối lượng các tảng có khi đến vài m3.

- Có khả năng hòa tan và rửa trôi các chất dinh dưỡng có trong đất.

- Xuất hiện ở tất cả các kiểu địa hình, ngay cả những khu vực hoàn tòan bằng phẳng.

- Chỉ có thể vận chuyển các hạt

có đường kính tới 2.5 đến 3mm, các hạt to hơn ít khi vận chuyển nổi.

- Chỉ có khả năng thổi bay các hạt.

(Nguồn: tổng hợp từ các tài liệu 3, 10) 2.2.4 Tác hại của xói mòn. 1, 2, 3, 9 , 10 a. Hậu quả của xói mòn đến độ phì của đất và năng suất cây trồng.

Xói mòn đất đã và đang ảnh hưởng rất lớn đến lượng và chất của quỹ đất, dễ nhận thấy nhất là một lượng lớn vật chất bị cuốn trôi trên bề mặt, gây trượt đất, xói lở, tạo rãnh, bộc lộ lớp đá mẹ và bồi lắng các thung lũng cũng như đồng bằng hạ lưu.

Các hậu quả khác khó nhận biết hơn nhưng vô cùng tai hại đến sản xuất nông nghiệp là nguy cơ làm giảm dự trữ dinh dưỡng trong đất, các chất dinh dưỡng trên bề mặt bị bào mòn, làm mất khả năng giữ nước, độ ẩm của đất giảm, khả năng cung cấp đủ và cân bằng chất dinh dưỡng cho cây trồng cả về lượng cũng như về chất giảm, thoái hóa cơ



cấu của đất, đất trở nên nghèo xấu bạc màu, thực vật không phát triển được khi mà cỏ dại thì ngày càng tăng, diện tích đất màu mỡ cho nông nghiệp bị thu hẹp, và cuối cùng là năng suất cây trồng giảm (trên đất bị rửa trôi sản lượng màu màng thấp hơn từ 2 đấn 5 lần, có khi đến 10 – 12 lần so với những cánh đồng không bị xói mòn), trong khi đó chi phí sản xuất lại tăng. Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự nghèo đói.

b. Hậu quả của xói mòn đối với các hệ sinh thái

Tập quán du canh, du cư và nạn phá rừng làm nương rẫy vẫn tiếp diễn làm cho diện tích đất bị xói mòn ngày càng tăng còn rừng cây có tác dụng phòng hộ thì bị thu hẹp và phá hủy làm cho lũ lụt, hạn hán và khí hậu ngày càng thay đổi rõ rêt.

Các chất dinh dưỡng bị dòng chảy cuốn đi cùng với các hạt đất được thực vật (chủ yếu là tảo) hấp thụ để phát triển sinh khối. Khi tảo chết đi, sự phân hủy các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật làm giảm lượng oxy trong nước đe dọa đến sự sinh tồn của các loài cá và động vật khác và cuối cùng sẽ phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái.

Xói mòn còn gây ô nhiễm nguồn nước do trong hạt đất có chứa photpho, các chất hòa tan như nitrat hay hấp thụ thuốc trừ sâu gây nguy hại đến sức khỏe con người. Bên cạnh đó, các hạt đất bị di chuyển bởi dòng chảy trên mặt đất làm nước trở nên đục, các tia nắng mặt trời khó thâm nhập vào nước đục, làm hạ thấp khả năng quang hợp của thực vật thủy sinh, nước sẽ khó thẩm thấu vào trong đất gây khó khăn cho công việc tưới tiêu. ngoài ra, loại nước này không đạt yêu cầu làm nguồn nuớc để cung cấp nước cho nhu cầu ăn, uống, sinh hoạt, công nghiệp và phải xây dựng các công trình để xử lí nước.

c. Các hậu quả khác

Phù sa của các con sông lớn từ thượng lưu đổ về hạ lưu của các con sông, nâng mực nước sông gây trở ngại giao thông, lũ lụt. Phù sa còn làm cho các công trình thủy lợi như hồ chứa nước, kênh mương, bến cảng…bị thu hẹp dung tích, hiệu suất sử dụng bị hạn chế, công tác tưới tiêu bị trở ngại.

Những công trình xây dựng, nhà máy có thể bị hư hại nặng do xói mòn gió, đôi khi bị lấp hòan toàn, chi phí phục hồi lại rất cao.

2.3 CÁC MÔ HÌNH TÍNH TÓAN XÓI MÒN 1

Nhận thấy tác hại của xói mon đất tới môi trường, ngay từ thập niên 30 của thế kỷ trước các nhà khoa học đã đi sâu vào nghiên cứu về hiện tượng xói mòn đất. cũng từ đây một số mô hình dự đoán xói mòn đã được phát triển. Các mô hình dự đoán có thể phân ra thành: - Mô hình kinh nghiệm (mô hình này dựa trên quan sát và thống kê vật lý ).



- Mô hình bán kinh nghiệm (dựa trên sự tập trung không gian của nước và sự đồng đều liên tục của trầm tích).

- Mô hình dựa trên quá trình vật lý (kiểm soát xói mòn liên quan đến máy móc). 2.3.1 Các mô hình kinh nghiệm

Mô hình USLE (Univer Soil Loss Equation): Là công thức được sử dụng rộng rãi trong việc tính toán xoí mòn cho đất trồng trên sườn dốc. phương trình này được xây dựng bởi đồng tác giả Wischmeier và Smith năm 1995 và hoàn thiện vào năm 1978. Phương trình cho mô hình Mô hình USLE có dạng sau:

A = R. K.L.S.C.P Trong đó : A : Lượng mất đất trung bình hàng năm K: Tính kháng xói mòn của đất R: Nhân tố xói mòn do mưa L: Nhân tố chiều dài dốc S: Nhân tố độ dốc của dốc C: Nhân tố lớp phủ thực vật P: Nhân tố canh tác đất

Đề tài sử dụng Mô hình USLE để xây dựng mô hình xói mòn đất cho lưu vực Cần Lê. Phương pháp này sẽ được trình bày kỹ hơn trong phần cơ sở lý thuyết đề tài Mô hình RUSLE

Mô hình này giống mô hình USLE ở các nhân tố R. K, L, S, C, P. Tuy nhiên trong RUSLE nhân tố R bao gồm lượng mưa (xói mòn do hoạt động bắn tung tóe của hạt mưa) và nhân tố xói mòn do chảy tràn khi đó là đáng kể). Thời gian tính toán chỉ số xói mòn do mưa là 15 ngày (tức là sử dụng ngày thứ nhất và 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). 2.3.2 Các mô hình bán kinh nghiệm 1, 9

Mô hình MUSLE Mô hình này được chỉnh sửa dựa trên mô hình USLE, cụ thể là:

Sye = Xe.K.L.S.Ce.Pe



Trong đó: Sye : là lượng trầm tích cho một trường hợp Xe = (Qe.qp)0.56

: là nhân tố kinh nghiệm Qe: là lượng chảy tràn qp: tốc độ chảy tràn lớn nhất trong trường hợp xói mòn K.L.S.Ce.Pe: được xác định như USLE.

Mô hình Mogan và Finney (MMF) Năm 1984, Mogan đã phát triển mô hình để dự đóan lượng mất đất hàng năm, cố

gắng giữ lại tính đơn giản của mô hình USLE và hòan thiện 1 vài cải tiến gần đây trong vịêc hiểu quá trình xói mòn ở pha nước và pha rắn. Pha rắn giống như xói mòn đất do tách các hạt rắn bởi dòng chảy mặt. bởi vậy pha rắn bao gồm 2 dạng công thức dự đoán: tỷ lệ tách rời do hoạt động bắn tung tóe của hạt mưa và khả năng di chuyển của dòng chảy mặt. Mô hình sử dụng 6 công thức và 15 thông số đầu vào để so sánh sự tách rời do hoạt động bắn tung tóe của hạt mưa và khả năng di chuyển của dòng chảy tràn. Xác định giá trị thấp hơn trong 2 giá trị trong tính lượng xói mòn hàng năm để xác định xem sự tách rời và sự di chuyển cái nào là nhân tố giới hạn.

Mô hình WEPP Là mô hình tính toán xói mòn dựa trên quá trình vật lý. Mô hình này có thể tính

toán xói mòn và trầm tích. Công thức: Di = Ki.Ie

2.Ge.Ce.Sf

Trong đó: Di : Lượng trầm tích chuyển từ xói mòn mảng sang khu vực xói mòn dòng ( kg/m2/s)

Ki: Tính xói mòn mảng của mảng ( kg/m4/s) Ie: Tác động của cường độ mưa (m/s)

Ge: Nhân tố điều chỉnh lớp phủ Sf = 1.05 – 0.85 exp ( - 4 Sin): Nhân tố điều chỉnh dốc

Bảng 2.2 So sánh sự khác nhau giữa các mô hình tính toán xói mòn 1

Đặc điểm USLE MUSLE RUSLE WEPP

Thời gian Tính xói mòn năm Tính xói mòn năm

- Xác định các nhân tố xói mòn 15 ngày/lần

Tính xói mòn theo năm hoặc sự kiện

- Xói mòn tính theo sự kiện, hàng ngày, hàng tháng, hoặc hàng năm

- Có sự thay đổi về thông số tính toán.



-

Công thức Kinh nghiệm Kinh nghiệm

- Kinh nghiệm

- Vật lý

Quá trình Không thể tách rời 1 số biến số nhất định

Giống như USLE

- Giống như USLE

- Có thể tách rời 1 số biến số nhất định

Độ phức tạp

Đơn giản Đơn giản - Đơn giản - Rất phức tạp

Yêu cầu Ít thông số đầu vào

Ít thông số đầu vào

- Ít thông số đầu vào

- Cần rất nhiều thông số đầu vào

Phạm vi Mảnh đất chuẩn (21.1 x 8m và độ dốc 9%)

Giống như USLE

- Giống như USLE

- Mảnh đất, đồidốc, diện tích hứng nước và kênh rạch

Áp dụng Đất trồng, đất trống và rừng

Giống như USLE

- Đất trồng, đất trống

- Giống như USLE

Hạn chế Thiếu chính xác cho các khu vực không hiệu chỉnh vùng Không tính được xói mòn rãnh xói xảy ra nhất thời Khó khăn với nhiều loại sử dụng đất trên cùng 1 dốc Không tính lượng trầm tích lắng đọng. Không tính phân

Giống như USLE

Thiếu chính xác cho các khu vực không hiệu chỉnh vùng - khó khăn

với nhiều loại sử dụng đất trên cùng 1 dốc

- Không tính phân bố không gian trên cùng 1

- Không dự đoán xói mòn cho các rãnh xói có sẵn, có dòng suối hoăc kênh, rạch.

- có quá nhiều yêu cầu trong tính toán

- Chưa tính được xói mòn cho đất rừng



bố không gian của trầm tích trên đồi dốc

dốc

Ưu điểm Đơn giản Được chấp nhận và sử dụng rộng rãi

Đơn giản Sử dụng dòng chảy tràn để tính xói mòn

Đơn giản Có nhiều cải tiến hơn usle

- Giả định sự ảnh hưởng của cây trồng và đất đến xói mòn

- Có thể tách rời ảnh hưởng của những thông số

- Áp dụng cho nhiều loại sử dụng đất trên cùng 1 dốc

- Giúp hiểu các quá trình liên quan đến xói mòn tốt hơn.

Đầu ra Giá trị xói mòn cho 1 đơn vị diện tích trong 1 thời gain dài

Giống như USLE

Giá trị xói mòn hàng năm hoặc cho 1thời kỳ xác định

- Giá trị đất mất và lắng đọng

- Kết quả có liên quan: sản lượng cây trồng, chảy tràn, tàn che phủ, phân bố mưa.

2.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN 2.4.1 Kết quả nghiên cứu xói mòn trên thế giới

Châu Âu: kết quả nghiên cứu các nhà khoa học Liên Xô (cũ), Bunggari, Đức, Ý, Pháp đã thu được nhiều thành công và khắc phục hiện tượng xói mòn đất 1. Các thành tựu đạt được có ý nghĩa trên các mặt nghiên cứu lý thuyết về cơ chế tác động ảnh hưởng đến xói mòn, đặc biệt là tác động của dòng chảy do mưa lũ và băng tan. Từ đó, nhiều phương pháp, mô hình dự báo và xác định lượng đất bị xói mòn, lắng đọng và rửa trôi, đề xuất các biện pháp chống xói mòn hữu hiệu và mức độ cần thiết áp dụng các biện pháp này ở từng



điều kiện cụ thể. Có thể kể đến sự đóng góp của S S. Sololev, I.D. Brafdge, Zakharov, Morgan… 9, 10

Ở Mỹ: Các nghiên cứu xói mòn đất trong phòng và ngoài đồng đã được tiến hành và đến thập niên 40 của thế kỷ này đã xây dựng được 44 trạm nghiên cứu xói mòn đất. Những nhà nghiên cứu tiên phong trong giai đọan này là: Ellison, Smith, Bayer, Wischmeir 10,13,7. Những nghiên cứu này đã tạo bước ngoặc to lớn trong lĩnh vực ngiên cứu xói mòn đất, tuy nhiên những kết quả nghiên cứu còn giới hạn trong diện hẹp.

Châu Phi: Đây là lục đại có họat động xảy ra mãnh liệt nên đã thu hút nhiều nhà khoa học từ Mỹ và Châu Âu tới. Đặc biệt, với sự liên kết nghiên cứu của nhiều cơ quan, tổ chức khoa học như: Đại Học Tổng Hợp Pretoria, ủy Ban Hợp Tác Kỹ Thuật Nam Sahara (CCTA), Hội Đồng Bảo Vệ Và Sử Dụng Đất Đai Nam Phi (SARCCVS)… là cơ sở cho nhiều nước Châu Phi có trạm nghiên cứu xói mòn đất ngoài thực địa khá mạnh.9,10

Châu Á: ở các nước như: ấn Độ, Thái Lan, Philippin, Nhật Bản đã tiến hành một số công trình nghiên cứu xói mòn. Các công trình nghiên cứu này chú trọng định lượng các nhân tố xói mònghiên cứu, ứng dụng các thành tựu và công nghệ khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu xói mòn đất từ Mỹ Và Châu Âu trên các điều kiện cụ thể 10,13,14 .

Từ thập kỷ 80 cho đến nay việc nghiên cứu xói mòn đất phát triển mạnh và có sự áp dụng rộng rãi các mô hình vật lý, mô hình toán, mô hình toán lý, kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS)…làm cho sản lượng lương thực ngày càng tăng và nông nghiệp phát triển. 9

2.4.2 Kết quả nghiên cứu xói mòn tại Việt Nam Quá trình nghiên cứu xói mòn trong nước có thể chia thành 3 giai đọan: - Trước năm 1960: với phương pháp truyền thống là làm ruộng bậc thang đã giúp cho

người làm nông có năng suất lúa ổn định. Song song đó là quá trình khôi phục độ phì nhiêu đất do hậu quả của tập quán du canh du cư.

- Từ năm 1960 – 1975: Quá trình nghiên cứu phát triển mạnh mẽ với nhiều công trình nghiên cứu.

Năm 1962: Có công trình nghiên cứu của: Nguyễn Ngọc Bình, Nguyễn Quý Khải, Cao Văn Minh 3. Năm 1962, 1963: Chu Đình Hoàng nghiên cứu sự ảnh hưởng của giọt mưa đến xói mòn đất và chống xói mòn bằng biện pháp canh tác 15



Đặc biệt, sau chỉ thị số 15/TTg ngày 11/1/1964 của phủ thủ tướng về: “chống xói mòn, giữ đất, giữ màu, giữ nước” tạo điều kiện thuận lợi cho các công trình nghiên cứu về xói mòn được đẩy mạnh.

Năm 1965: Tôn Gia Huyên, Bùi Quang Tỏan tiến hành thí nghiệm chống xói mòn trên nương lúa Hải Lót, Tây Bắc. Thái Phiên đặt thí nghiệm và xây dựng mô hình chông xói mòn tại đồi ấp Bắc, Nông Trường Quốc Doanh Sao Vàng, Thanh Hóa 13. Năm 1970: Có công trình nghiên cứu của Đào Khương, Vũ Hữu Giao. xây dựng các bãi đo dòng chảy và xói mòn kết hợp với cơ cấu cây trồng tại Nông Trường Sông Cầu, Bắc Thái 12.

Năm 1971: Hà Học Ngô nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp cắt dòng chảy và cây trồng phủ đất đến khả năng giữ ẩm chống xói mòn đất trên các đồi chè 16.

Sau năm 1975 đến nay: đã áp dụng các biện pháp chống xói mòn hiện đại hơn, nhiều tác giả đã tiến hành các nghiên cứu quy mô hơn như:

+ Tiến hành xây dựng các bãi và các bể hứng lượng nước và đất trôi sau các trận mưa để định lượng nước và đất bị nước mưa cuốn đai dưới các thảm cây trồng khác nhau như: trạm nghiên cứu xói mòn An Châu - Hữu Lũng (Cao Lạng), trạm nghiên cứu đất Quỳnh Châu (Nghệ An), trạm nghiên cứu xói mòn Tây Nguyên và trạm Khải Phú…các trạm nghiên cứu trên đã tiến hành hàng loạt các yếu tố tự nhiên và tác động của con người qua các biện pháp canh tác đất trên nhiều loại đất và cơ cấu cây trồng đã thu được nhiều kết quả khả quan. 3 + Công trình xử lý tương quan giữa các yếu tố và áp dụng mô hình toán học trong xử lý số liệu và nghiên cứu xói mòn đất. Đáng lưu ý là công trình của Lê Quang Đán (1976) về rừng, lũ lụt, xói mòn11. Đỗ Hưng Thành (1981) 3 về quan hệ giữa lượng đất xói mòn do mưa với 1 số đặc tính lý hóa của đất Tây Bắc … + Nguyễn Quang Mỹ Và Hà Xuân Cơ (1983) 17 đã tính mối tương quan chỉ số mưa và xói mòn ở Tây Nguyên qua áp dụng công thức của các tác giả nước ngoài cho thấy: Giữa chỉ số mưa trung bình và lượng đất bị xói mòn có mối tương quan không chặt chẽ. Giữa cường độ mưa và chỉ số mưa trung bình có mối tương quan rất chặt chẽ. Vì vậy, có thể dùng phương trình hồi quy thích hợp để tính cường độ xói mòn qua các chỉ số mưa trung bình và có thể áp dụng ở các khu vực lân cận, có cùng điều kiện tự nhiên ở trạm nghiên cứu. + Các nghiên cứu và thí nghiệm dài hạn chống xói mòn, bảo vệ đất trong chương trình đất dốc Châu Á về “ sử dụng, quản lý đất dốc để phát triển nông nghiệp bền vững “ được tiến hành ở Việt Nam từ 1990 đến nay.9



Cho đến nay đã có trên 200 công trình nghiên cứu về bảo vệ đất, chống xói mòn và các vấn đề có liên quan.

2.4.3 Các công trình nghiên cứu có ứng dụng GIS để tính toán xói mòn Việt Nam hiện có nhiều ứng dụng Gis vào việc định lượng xói mòn, đề tài xin đưa ra một số công trình tiêu biểu:

Nguyễn Văn Đệ. với nghiên cứu “Đánh gía xói mòn đất tỉnh Đồng Nai” Chương 4 “Xói mòn và định lượng xói mòn trên đất dốc” trong đề tài “Hiện trạng xói mòn và sự mất P do xói mòn gây ra ảnh hưởng đến môi trường tại lưu vực suối Rạt tỉnh Bình Phước” – Lưu Hải Tùng. Đã định lượng được xói mòn tiềm năng, xói mòn hiện trạng lưu vực suối Rạt tỉnh Bình Phước. Chương 6 của công trình nghiên cứu đánh giá và đề xuất các biện pháp quản lý chất lượng nước và phú dưỡng Hồ Dầu Tiếng: Đề tài đã hoàn thành được mục tiêu đề ra, định lượng được mức độ xói mòn. Nguyễn Trọng Hà: Chương 4 “khả năng dự báo xói mòn” trong đề tài “Dự báo xói mòn trên đất dốc”: xây dựung được bản đồ sơ bộ đánh giá tiềm năng xói mòn của mưa khu vực phía Bắc Việt Nam, Tỷ lệ 1/1.000.000. Trên đây là một số nghiên cứu về xói mòn có ứng dụng GIS. Các tác giả dùng kỹ thuật GIS để xây dựng các lớp dữ liệu cho quá trình phân tích, định lượng cấp độ xói mòn.



CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIS 3.1.1 Các khái niệm về GIS

Có nhiều khái niệm về GIS tùy theo các cách tiếp cận khác nhau của từng tổ chức hay cá nhân. sau đây là một số khái niệm về GIS: Theo Brroughs 1986: “Tập hợp các công cụ dùng để thu thập, lưu trữ truy cập, biến đổi và thể hiện dữ liệu không gian ghi nhận từ thế giới thực tiễn”

18

Theo (NGIA,1988): Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên máy tính dùng thu thập, lưu trữ, truy cập, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian. 18

Trần Trọng Đức “Hệ thống thông tin địa lý GIS là hệ thống các công cụ nền máy tính dùng thu thập, lưu trữ, truy cập và biến đổi, phân tích và thể hiện dữ liệu liên quan đế các vị trí trên bề mặt trái đất và tích hợp các thông tin này vào quá trình ra quyết định”. 18

Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý (GIS) bao gồm các công cụ: phần mềm, phần cứng quản lý và phân tích dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian. 3.1.2 Các thành phần tạo lên một hệ thống GIS bao gồm: - Phần cứng (hardware): Bao gồm các thiết bị máy tính, máy vẽ (plotters), máy in

(printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện lưu trữ số liệu (Floppy diskettes, optical cartridges, C.D ROM v.v...)

- Phần mềm (software): Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:

Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS)

Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng

- Dữ liệu (Geographic data): Thành phần quan trọng trong GIS là dữ liệu. dữ liệu đia lý bao gồm:



Dữ liệu không gian (Spatial): cho chúng ta biết kích thước vật lý và vị trí (thể hiện bằng tọa độ) của các đối tượng trên bề mặt trái đất, dữ liệu địa lý được thể hiện dưới dạng vector (điểm, đường, vùng) hoặc raster (ô lưới)

Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là thông tin về đối tượng, thông thường dữ liệu thuộc tính sẽ đi kèm và mô tả các dữ liệu không gian. Dữ liệu thường thể hiện dưới dạng số, chữ.

- Nhân lực (Expertise): Con người là nhân tố đóng vai trò quan trọng nhất điều hành phát triển các ứng dụng GIS . Trong GIS đòi hỏi những chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năng phân tích và xử lý các số liệu. Con người tham gia hết mọi công đoạn trong GIS từ thiết kế dữ liệu, thu thập dữ liệu phân tích và ra quyết định.

- Chính sách và cách thức quản lý (Policy and management)

Chính sách và phương thức quản lý sẽ đảm bảo cho sự tồn tại và thành công của một dự án GIS, đây là yếu tố không thể thiếu trong một dự án GIS. Để đảm bảo sư thành công hệ thống GIS phải có sự quản lý chặt chẽ, các hướng dẫn cần thiết trong quản lý, thu thập, lưu trữ và phân tích số.

3.1.3 Mô hình dữ liệu trong GIS: a. Mô hình dữ liệu không gian Mô hình dữ liệu vector: Cấu trúc dữ liệu Vector được thể hiện ở ba dang: điểm, đường, vùng: Điểm (point): Vị trí của mỗi điểm được xác định bởi cặp tọa độ x, y Đường(line): Là tập hợp các điểm dùng để mô tả các đối tượng địa lý có dạng sau

Là môt dãy các tọa độ Một đường bắt đầu và kết thúc bằng một node Các đường nối nhau và cắt nhau tại tại node Độ dài của cung được dịnh nghĩa bởi các các cặp node.

Vùng (polygon): Được sử dụng xác định ranh giới các đường thẳng. Đường bao gồm tập hợp các điểm bắt đầu bằng một điểm và kết thúc cũng bằng một điểm, điểm đầu tiên phải trùng với điểm cuối cùng



Cấu trúc mô hình raster Mô hình Raster phản ánh toàn bộ khu vực dưới dạng một lưới các ô vuông điểm ảnh. Vị trí của mỗi điểm ảnh đươc tính từ trái qua phải và trên xuống dưới, trên mỗi điểm ảnh mang một giá trị. Mô hình raster thường sử dụng thể hiện dữ liệu dạng vùng. Trong GIS người ta thường dùng mô hình Raster để phân tích. Cấu trúc raster được lưu trữ dưới hai dạng: - Cấu trúc lưu mã chi tiết: Giá trị mang tính liên tục, trên mỗi phần tử ảnh sẽ có một giá

trị độc lập. Khi lưu trữ dữ liệu theo mã chi tiết dữ liệu sẽ cồng kềnh. - Cấu trúc lưu mã chạy dài: Đây là hình thức nén dữ liệu, các phần tử ảnh từ những giá

trị riêng biệt được lưu trữ theo từng nhóm giá trị. b. Mô hình dữ liệu thuộc tính Dữ liệu phi không gian hay còn gọi là dữ liệu thuộc tính là những mô tả về đặc tính đặc điểm các hiện tượng xảy ra trên vị trí không gian xác định. GIS có thể liên kết và xử lý đồng thời cả dữ liệu không gian và thuộc tính. Theo Trần Trọng Đức 18, dữ liệu thuộc tính được chia thành 2 nhóm: dạng chữ và dạng số - Dữ liệu dạng chữ : có thể mã hóa các con số nhưng không thể thực hiện tính toán số

học. Dữ liệu dạng chữ được phân thành hai nhóm: dữ liệu danh xưng (loại sử dụng đất, tên quốc gia, tên người…) và dữ liệu thứ bậc ( hạng đường, hạng suối).

- Dữ liệu dạng số: dữ liệu này được phân thành hai nhóm: interval (tính được độ chênh lệch giữa các giá trị). Dữ liệu ratio( có đặc tính là gốc zero tuyệt đối ví dụ dữ liệu độ tuổi, mưa)

3.1.4 Các phép phân tích kết hợp giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian trong GIS 18

- Rút số liệu:bao gồm tìm kiếm chọn lọc, sắp xếp và hiển thị dữ liệu được chọn - Phân loại tổng quát hóa: đây là quá trình nhằm chỉ ra một nhóm thuộc tính thuộc về

một cấp nhóm nào đó, một lớp bản đồ mới tạo ra mang giá trị mới mà nó vừa được tạo ra từ lớp giữu liệu trước đây. Việc phân loại bản đồ được thực hiện trên nhiều lớp bản đồ và được thực hiện trên cả mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector. Phân loại trong một số trường hợp cụ thể là quá trình tổng quát hóa. Từ các lớp dữ liệu ban đầu, dựa vào thuộc tính để phân cấp lại dữ liệu, điều này có thể làm cho dữ liệu giảm mức độ chi tiết.

- Chức năng đo lường: Đo lường là đo khoảng cách giữa các điểm, chiều dài đường, chu vi và diện tích, xác định tâm trọng lực.

- Chức năng chồng lớp: khả năng chồng lớp các lớp bản đồ là một thế mạnh của GIS. chức năng chồng lớp được phân ra thành:



o Chức năng chồng lớp số học: Bao gồm các phép toán cộng, trừ, nhân, chia từng giá trị trong lớp giá trị tương ứng với một giá trị tại một vị trí tương ứng với lớp dữ liệu thứ 2.

o Chức năng chồng lớp logic liên quan đến yêu cầu người phân tích đặt ra có được thỏa mãn hay không được thỏa mãn.

Phân tích chồng lớp được thực hiện trên cả dữ liệu raster và vector. Tuy nhiên phân tích chồng lớp dữ liệu trên raster sẽ thực hiện dễ dàng hơn, do các giá trị được thực hiện trên các phần tử ảnh tương ứng trên hai lớp dữ liệu. Việc phân tích chồng lớp trên lớp dữ liêu raster sẽ gặp khó khăn do các mối quan hệ trong mô hình vector rất phức tạp, các quan hệ về điểm, đường, vùng. Có hai phương pháp phân tích chồng lớp trong mô hình dữ liệu raster:

- Phương pháp trung bình trọng số: khi chồng 2 lớp dữ liệu với các giá trị P1, và P2 với trọng số tương ứng W1,W1 kết quả sẽ là:

P = P1 W1 + P2 W2

Trong đó ( W1 + W1 = 1) - Phương pháp phân hạng: Dữ liệu thuộc tính của hai lớp dữ liệu được chia thành 5

phân hạng, khi thực hiện chồng lớp, các lớp dữ liệu được chồng lớp theo 1 trong 3 nguyên tắc sau đây:

o Hạng cực tiểu: hạng thấp hơn sẽ được chọn trong điểm pixel xuất trong kết quả o Hạng nhân: hai hạng được nhân với nhau kết quả được xuất trong pixel xuất. o Hạng chọn: chuyên gia quyết định hạng tổng hợp cho phần tử ảnh xuất.

Hình 3.1: Ví dụ về phân tích chồng lớp theo trọng số trên mô hình raster:

- Chức năng lân cận :đánh giá những đặc tính xung quanh vị trí được chọn nào đó.



- phép nội suy: là quá trình dự báo các giá trị chưa biết từ các điểm mẫu quan sát. trong đề tài chức năng nội suy sử dụng để nội suy lớp bản đồ địa hình từ các điểm mẫu quan sát.

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÔ HÌNH USLE Một trong những kết quả nghiên cứu về xói mòn đất được sử dụng rộng rãi trên thế

giới là công trình đánh giá mất đất của Wischmeier & Smith (1978) với công thức mất đất phổ dụng:

A = R x K x LS x C x P. Trong đó: A : Là lượng mất đất hàng năm R : Hệ số xói mòn bởi mưa K: Hệ số xói mòn trên đất dốc LS: Hệ số chiều dài sườn. C: Hệ số thảm phủ. P: Hệ số bảo vệ đất.

3.2.1 Ý nghĩa các hệ số

Việc xác lập các hệ số xói mòn cho một khu vực nghiên cứu là hết sức quan trọng, bởi nó là yếu tố để tính toán lượng mất đất qua đó đánh gía hiện trạng và tiềm năng xói mòn. a. Hệ số R

R là hệ số xói mòn của mưa, hạt mưa làm cho các hạt đất bị tách ra khỏi khối đất, đồng thời tạo ra dòng chảy di chuyển các hạt và làm chúng lắng động lại nếu vận tốc dòng chảy giảm xuống.

Các công thức tính hệ số xói mòn do mưa – R theo P (lượng mưa trung bình năm) - Công thức của Roose (1975) : R =0.5P x 1.73

Trong đó: P: Lượng mưa trung bình

- Công thức của Nguyễn Trọng Hà (Đại học Thủy Lợi – Hà Nội):

R = 0.548257 x P – 59.9 Về sau, nhiều ông trình nghiên cứu về mối quan hệ giữa lượng mất đất và chế độ mưa người ta thấy rằng: mối tương quan giữa lượng mất đất và lượng mưa rơi trong những thời lượng khác nhau không chặt chẽ nhưng có quan hệ chặt chẽ với cường độ mưa tối



đa trong 30 phút. Từ đó chỉ số EI30 ra đời xuất hiện các công thức xói mòn do mưa –R trong đó có chỉ số EI30 như:

- Coâng thöùc cuûa Morgan (1974): R = 9.28P – 8,838 x I30 / 1000 . - Coâng thöùc cuûa Foster vaø nhoùm 1981: R = 0.276P x I30 / 100 - Coâng thöùc cuûa G.A. Larionov : R = (0.0086 x Pi x I30 – 0.149) (Công thức này đã được sử dụng trong công trình : “Xây dựng bản đò xói mòn tiềm năng Việt nam tỷ lệ: 1/1000.000” (Trần văn Ý và Nguyễn Quang Mỹ (1999).

Trong đó: R : Coù ñôn vò theo heä thoáng SI. I30 : Cöôøng ñoä möa cöïc ñaïi 30’ cuûa traän möa. P: Löôïng möa trung bình naêm. Pi Löôïng möa trung bình thaùng i. Để tính toán hệ số xói mòn do mưa, đề tài sử dụng công thức của GS. Nguyễn

Trọng Hà (Đại học Thủy Lợi – Hà Nội). Vì công thức trên được tạo ra để tính hệ số R phù hợp với chế độ khí hậu của Việt Nam. Vì vậy, công thức này có tính chính xác cao hơn các công thức khác dùng để tính hệ số R cho vùng có chế độ khí hậu khác Việt Nam.

Hệ số K. K: là yếu tố thể hiện sự nhạy cảm ở xói mòn đất do mưa và dòng chảy bề mặt. Cấu trúc thành phần cơ giới . Cấu trúc, thành phần cơ giới và mùn của đất là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất, đất có liên kết vững chắc (hệ số k nhỏ) thì quá trình xói mòn ít, và ngược lại. Mỗi loại đất sẽ có hệ số K khác nhau và việc xác định hệ số K cho mỗi loại đất đòi hỏi phải có một quá trình quan sát lâu dài và thực nghiệm công phu.

Các phương thức xác định hệ số K của đất:

- Sử dung biểu đồ của Wischmeier, Johnson vaø Cross (1971). - Sử dung công thức(Theo Wischmeier vaø al (1971))

K= 2.1 x 10-4 (12 – OM)M114 + 3.25(S1 – 2) + 2.5(P1 – 3) / 100.



Bảng 3.1: Một số hệ số K được tính theo công thức và toán đồ K (tính trung bình) Loại đất Số mẫu (n) Theo toán đồ Theo công thức

Đất đen 1. Đất đen có tầng kết von dày 2. Đất đen glay 3. Đất đen cacbonats 4. Đất nâu thẫm trên badan 5. Đất đen tầng mỏng Đất nâu vùng bán khô hạn 6. Đất nâu vùng bán khô hạn 7. Đất đỏ vùng bán khô hạn Đất tích vôi 8. Đất vàng tích vôi 9. Đất nâu thẫm tích vôi Đất xám 10. Đất xám bạc màu 11. Đất xám có tầng loang lổ 12. Đất xám Feralit 13. Đất xám mùn trên núi Đất đỏ 14. Đất nâu đỏ 15. Đất nâu vàng 16. Đất đỏ vàng có tầng sét loang lổ 17. Đất mùn đỏ vàng trên núi Đất mùn alít núi cao 18. Đất mùn alít núi cao 19. Đất mùn alít núi cao glay 20. Đất mùn thô than bùn núi cao

5 7 9 15 11 6 6 12 14 21 25 27 19 32 35 27 25 19 25 15

0.09 0.10 0.19 0.12 0.15 0.25 0.20 0.28 0.30 0.22 0.25 0.23 0.19 0.22 0.21 0.23 0.15 0.15 0.12 0.11

0.11 0.10 0.17 0.09 0.12 0.19 0.17 0.31 0.29 0.20 0.23 0.22 0.20 0.23 0.20 0.25 0.16 0.16 0.14 0.12

Nguồn: Thái Phiên, Nguyễn Trọng Hà, Nguyễn Tử Siêm, 2003



Bảng 3.2: Hệ số k được Hội khoa học quốc tế STT Tên đất Kí hiệu K (tính trung bình) theo toán đồ 1 Đất cát Cc 0,19 2 Đất cát biển Cd 0.01 3 Đất đá bọt diển hình Rk 0,48 4 Đất đỏ và xám nâu Nk 0,23 5 Đất glây chua Glc 0,51 6 Đất lầy Glu 0.38 7 Đất mặn nhiều Mn 0.03 8 Đất mặn sú vẹt Mm 0.04 9 Đất mặn trung bình M 0.035 10 Đất mùn alit trên núi A 0,15 11 Đất nâu đỏ Fd1 0.22 12 Đất nâu thẫm trên núi Ru 0.56 13 Đất nâu vàng Fx 0.65 14 Đất phèn hoạt động Sj 0.43 15 Đất phèn tiềm tàng lợ Sp 0.68 16 Đất phù sa P 0.67 17 Đất phù sa chua Pc 0.41 18 Đất phù sa có đốm rỉ Pr 0.25 19 Đất phù sa glây Pg 0.30 20 Đất xám có tầng loang lỗ X4 0,25 21 Đất xám feralit Xf 0.23 22 Đất xám glây Xg 0.57 23 Đất xám mùn trên núi Xh 0.19 24 Đất xói mòn trơ sỏi đá E 0.78 25 Sông hồ Da 26 Cồn cát đỏ C 0.34

Nguồn: Số liệu của Hội khoa học quốc tế 3. b. Hệ số LS. 19

L: là yếu tố chiều dài sườn dốc, thể hiện sự tác động của hiều dài sường dốc đến sự xói mòn đất. nó là tỷ số của sự mất đất ở những loại đất giống nhau có độ dốc giống nhau có chiều dài sườn khác nhau so với chiều sườn của ô đất chuẩn, chiều dài sường là



khoảng cách của đường phân thủy ở đỉnh dốc đến nơi vận tốc dòng chảy chậm lại và vật chất bị trầm tích

S: là độ dốc của sườn thể hiện ảnh hưởng ảnh hưởng của độ dốc với xói mòn. sự mất đất tăng lên nhanh chóng khi dốc tăng, hơn là tăng chiều dài sườn. nó là tỷ lệ của sự mất đất từ độ dốc thực tế đối với độ dốc tiêu chuẩn (9%) dưới những điều kiện khác đồng nhất, sự liên, sự liên hệ của sự mấy đất đối với độ dốc bị ảnh hưởng bởi mật ddoojlowps phủ thực vật và kích thước hạt đất.

Đề tài đã sử dụng công thức sau để xác định giá trị LS cho lưu vực con Cần Lê: LS = (FlowAccumulation*cellsize/ 22.13)m (sin.slope/ 0.01745)/ 0 .0913

(Hellena Mitasova – 1999) Trong đó: L chiều dài sườn dốc (m) (độ dốc tính bằng %) m: hệ số m có ý nghĩa như sau: nếu độ dốc từ 1 – 3 % tì m = 0.3, nếu độ dốc từ 3.5 – 4.5 % thì m = 0.4, khi độ dốc > 5% thì m= 0.5.

c. Hệ số C

Hệ số C thể hiện những ảnh hưởng của thực vật, lớp phủ đất, sinh khối đất và những hoạt động làm xáo trộn mặt đất đối với hoạt động xói mòn. Lớp phủ bề mặt bao gồm tất cả vât phủ như: mảnh đá, thực vật sống và các tàn dư của thực vật. Các lớp phủ này được phân thành:

- Nhóm ảnh hưởng bên trên mặt đất

- Nhóm ảnh hưởng ngay mặt đất: bao gồm lớp phủ bề mặt và độ gồ ghề bề mặt.

- Nhóm ảnh hưởng bên dưới bề mặt, bao gồm ảnh hưởng của mật độ rễ cây.

Từ các nghiên cứu thực tế để tổng kết bởi Wischmeier and Smith 1978 Roose (1975); Hurni (1987); Hashim & Wong (1988) chỉ số C được xác lập cho một số sử dụng đất bảng sau:



Bảng 3.4: Hệ số C tham khảo Thực nghiệm ở Hòa kỳ, Wishmeier and Smith, 1978

Morgan and Morgan and Finney (1982)

Đất trơ 1 Đất trơ 1 lúa 0.1 - 0.2 Lúa được tưới 0.1 -0.2 Café sau thu hoạch 0.05 coffe 0.2 Cọ dầu,co dầu coffe, cacao có xen màu 0.1 -0.3 Khoai mỳ 0.2 - 0.8 Rừng hoặc cây bụi rậm, cây bụi rậm, cây trồng nông 0.001 chè 0.1 - 0.3 Bắp cày như thông lệ 0.2 - 0.55 Bắp 0.1 - 0.3 Cắp cày tối thiểu 0.02 - 0.1 Cao su 0.2 Bông vải 0.4 - 0.7 Cọ dầu 0.1 -0.3 Đậu phộng 0.3 - 0.8 Rừng có gỗ 0.001 - 0.002 mía 0.13 - 0.4 Khoai lang 0.4 - 0.5 Nguồn: ThS. Nguyễn Văn Đệ - Bài giảng môn: “tài nguyên đất”

Trong điều kiện không có số liệu thực tế, hệ số C trong đề tài được xác định bằng cách thực địa quan sát kết hợp với tham khảo các hệ số C tương ứng của Wishmeier and Smith, 1978. d. Hệ số P

Hệ số Pđược định nghĩa là tỷ lệ mất đất từ bất cứ phương thức ảo vệ đất nào so với cách làm đất dọc theo sườn dốc. Trong công thức mất đất phổ dụng giá trị của yếu tố P, được thành lập 3 yếu tố phụ và được tính teo công thức sau đây P= Pc x Pst x Pter . Trong đó: Pc : yếu tố phụ làm đất teo đường đồng Pst : yếu tố phụ đường viền thực vật theo đường đồng mức Pter : Yếu tố phụ đắp bờ ngăn xói .



CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP 4.1 Dữ liệu: Đề tài đã sử dụng các dữ liệu sau

4.1.1 Dữ liệu

Bảng :4.1 Dữ liệu tham khảo

Stt Tên Nội dung Tỉ lệ Hệ tọa độ Năm xây dựng

Nguồn

1 Bản đồ địa hình (Đường Contour)

Đường Contour (có giá trị từ 20 - 210)

1/ 25.000

UTM, WGS - 84

2005 Phân viện khoa học và công nghệ Việt Nam.

2 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Phân loại thành 7 lớp

1/ 25.000

UTM, WGS - 84


3 Bản đồ đất Phân loại thành 6 lớp

1/ 25.000

UTM, WGS - 84


4 Bản đồ đường đẳng mưa

Phân vùng mưa thành 3 vùng

1/ 25.000

UTM, WGS - 84


Bảng 4.2: Thống kê các hệ số tham khảo

Bảng Nội dung Nguồn Mục đích sử dụng

Hệ số K

Xác định hệ số K tương ứng với từng loại đất cụ thể

Nguồn: Thái Phiên, Nguyễn Trọng Hà, Nguyễn Tử Siêm, 2003. Số liệu của Hội khoa học quốc tế.

Tham khảo trong việc xác định hệ số K cho các loại đất ở lưu vực con Cần Lê.



Hệ số C

Xác định hệ số C tương ứng với từng đối tượng cụ thể ở lưu vực con Cần Lê.

Số liệu Thực nghiệm ở Hoa Kì Wishmeier and Smith, 1978. Số liệu của Morgan, Morgan và Finney (1982).

Tham khảo trong việc xác định hệ số C cho các đối tượng ở lưu vực con Cần Lê.

4.1.2 Các thuật toán sử dụng

Trong đề tài đã sử dụng các thuật toán sau: - Nội suy theo điểm: dùng để nội suy lớp độ cao từ điểm độ cao.

- Chuyển dữ liệu từ Vector sang Raster : áp dụng cho tất cả các lớp dữ liệu.

- Kích thước phần tử ảnh: 15m.

- Xây dựng lưới raster độ dốc : lưới raster độ dốc được xây dựng từ lưới raster độ cao.

- Xây dựng lưới raster dòng tụ thủy: lưới raster dòng tụ thủy được xây dựng từ lưới raster độ cao.

- Xây dựng lưới raster sự tập trung dòng chảy: lưới raster sự tập trung dòng chảy được xây dựng từ lưới raster dòng tụ thủy.

- Phân tích GIS theo phương pháp chồng lớp số học.

4.1.3 Phần mềm: Sử dụng công cụ Archydro và Spatial Analyst trong phần mềm ArcGIS.



4.2 Xây dựng mô hình

Mô hình xói mòn tiềm năng lưu vực con Cần Lê

Bản đồ xói mòn tiềm năng lưu vực con Cần Lê

Mô hình xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê.

Bản đồ xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê

Bản đồ đường đẳng mưa mưa

Bản đồ đất

Lượng mưa

Hệ số R tương ứng

R

Mô hình hệ số R tương ứng

(R)

Bản đồ địa hình (đường Contour)

Loại đất

Hệ số K tương ứng

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Mô hình hệ số K tương ứng (K )

Mô hình hệ số C tương ứng (C)

Hệ số C tương ứng Mô hình DEM

Mô hình Sự tập trung dòng chảy

Mô hình LS (LS)

Mô hình dòng tụ thủy

Mô hình độ dốc

Chồng lớp theo số học (R x K x LS )

()

Chồng lớp theo số học (Mô hình xói mòn tiềm năng) x (C)

x P

Raster hóa

Raster hóa

Raster hóa

Mô hình hướng dòng chảy

phân loại phân loại



4.3 Xác định các hệ số tương ứng. 4.3.1 Xác định hệ số xói mòn do mưa R

Để tính toán hệ số xói mòn do mưa, đề tài sử dụng công thức của thầy Nguyễn Trọng Hà (Đại học Thủy Lợi – Hà Nội)

R = 0.548257 x P – 59.9 Vì qua tìm hiểu cho thấy công thức của thầy Nguyễn Trọng Hà là thích hợp cho

vùng nghiên cứu này nhất vì công thức trên được tạo ra để tính hệ số R phù hợp với chế độ khí hậu của Việt Nam. Cho nên, công thức này có tính chính xác cao hơn các công thức khác dùng để tính hệ số R cho vùng có chế độ khí hậu khác Việt Nam. Theo công thức trên hệ số R của lưu vực con Cần Lê có kết quả như sau:

R (1800) = 0.548257 x 1800 – 59.9 = 926.9626 R (2000) = 0.548257 x 2000 – 59.9 = 1036.614 R (2200)= 0.548257 x 2200 – 59.9 = 1146.265

Hình 4.2: Mô hình hệ số R tương ứng



Bảng 4.3 Tương quan giữa diện tích hệ số R và diện tích toàn lưu vực con Cần Lê.

b. Xác định hệ số xói mòn do ảnh hưởng của yếu tố đất - K.

Do không đủ số liệu phân tích, chỉ số K trong đề tài được xác lập dựa vào sự tham khảo số liệu phân tích đất ở bảng hệ số K của Hội khoa học quốc tế và sử dụng phương pháp đối chiếu qua biểu đồ tính gía trị K của Wischmeier và Al (1971). Hệ số K lưu vực Cần Lê được xác định như sau:

Bảng 4.4: hệ số K lưu vực con Cần Lê

Kết quả cho thấy, trong các loại đất nêu ở bảng trên thì khả năng xói mòn của đất xám trên phù sa cổ và đất đỏ trên đá Mm bazo và trung tính là cao nhất (K = 0.22), và đất nâu thẫm/sp PH đá bọt và bazơ có tính kháng thấp nhất trong các loại đất (K = 0.12). Tuy nhiên, các hệ số K ở đây có giá trị chênh lệch không lớn cho thấy khả năng kháng xói mòn của các loại đất trên không có sự khác biệt nhiều. Tuy nhiên, độ kháng của đất đồi vơia 2 tác nhân là hạt mưa và dòng chảy còn phụ thuộc vào vị trí địa hình , độ dốc, độ phức tạp của bề mặt như: sự làm đất để canh tác.

R Diện tích (ĐV: Ha)

Cơ cấu (%)

962.9620 6445 15.67 1036.614 34227.5 83.2 1146.2654 467.5 1.14

Stt Loại đất Hệ số K tương ứng 1 Đất xám trên phù sa cổ 0.22 2 Đất xám gley 0.15 3 Đất nâu vàng trên phù sa cổ 0.21 4 Đất nâu thẫm/sp PH đá bọt và bazơ 0.12 5 Đất nâu vàng/Mm Bazơ và trung tính 0.2 6 Đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ 0.19 7 Đất nâu đỏ trên đá Mm bazo và trung tính. 0.22



Hình4.3 Mô hình hệ số K lưu vực con Cần Lê.

Bảng 4.5: Quan giữa diện tích toàn lưu vực và hệ số K tương ứng.

K Diện tíc (ha) % 0.12 688.90 1.67 0.15 60.22 0.15 0.19 1540.00 3.74 0.20 6216.00 15.11 0.21 15980.00 38.84 0.22 16654.88 40.48



b. Xác định hệ số xói mòn ảnh hưởng của yếu tố thực phủ - C.

Trong điều kiện không có số liệu thực tế, hệ số C trong đề tài được xác định bằng cách thực địa quan sát, kết hợp với tham khảo các hệ số C tương ứng của Wishmeier và Smith, 1978.

Bảng 4.6 Hệ số C lưu vực con Cần Lê được xác định như sau:

Nhận xét: Hệ số C cho từng loại đối tượng sử dụng đất có quan hệ mật thiết với yếu tố tàn che, lớp phủ bề mặt, và các yếu tố khác như: rễ cây, sỏi đá, lá mục... trong đó quan trọng nhất là yếu tố tàn che và lớp phủ bề mặt. Tàn che phủ và lớp phủ bề mặt càng dày thì càng dày thì khả năng bảo vệ đất càng cao ( hay C càng thấp) và ngược lại. Diện tích không có lớp phủ chống xói mòn xảy ra lớn nhất khi hệ số C sẽ bằng 1 Hình4.4 Mô hình hệ số C lưu vực con Cần Lê.

Stt Hiện trạng sử dụng đất Hệ số C tương ứng 1 Rừng tự nhiên giàu và trung bình 0.001 2 Rừng tự nhiên nghèo 0.015 3 Trảng cây bụi 0.04 4 Thổ cư 0.05 5 Đất chuyên lúa 0.1 6 Cây công nghiệp dài ngày 0.15

7 Đất chuyên rau màu và cây công nghiệp ngắn ngày

0.2

8 Cây cỏ xen nương rẫy 0.25



Bảng 4.7 Tương quan giữa diện tích toàn lưu vực và diện tích hệ số C tương ứng.

c. Xác định hệ số xói mòn do biện pháp canh tác - P

Việc xác định hệ số P đòi hỏi phải quan sát lâu dài và thực nghiệm công phu, phức tạp. Do thời gian làm đề tài có hạn và không có đủ điều kiện nên nên hệ số P được coi như là 1 hằng số có giá trị là 1. Với P = 1 thì các giá trị trong phương trình sẽ được giữ nguyên không thay đổi.

d. Xác định hệ số do ảnh hưởng của yếu tố địa hình - LS

Để xác định hệ số LS, đề tài sử dụng công thức sau của Hellena Mitasova – 1999 9

LS = (FlowAccumulation*cellsize/ 22.13)m (sin.slope/ 0.01745)/ 0 .091.3 Trong đó

- LS: hệ số hình thái

- FlowAccumulation: dòng tụ thủy

- Cellsize: kích thước phần tử ảnh

- slope: độ dốc

- m = 0.5 nếu độ dốc > 5% ; m = 0.4 nếu độ dốc từ 3.5 5% ; m = 0.3 nếu độ dốc từ 1 3%; m = 0.2 nếu độ dốc < 1%. Đề tài chọn m = 0.4 vì hầu hết địa hình ở đây có độ dốc từ 3 – 5 %. Để xây dựng mô hình LS thì trước hết ta phải xây dựng mô hình dòng tụ thủy và mô hình độ dốc.

C Diện tích (ha) % 0.001 1764.700 4.29 0.015 2020.200 4.91 0.400 20410.000 49.61 0.500 2919.100 7.10 0.150 10586.100 25.73 0.200 3099.900 7.54 0.250 340.000 0.83



Xây dựng mô hình dòng tụ thủy

Để xây dựng được mô hình dòng tụ thủy của lưu vực thì ta phải xây dựng mô hình DEM và mô hình hướng dòng của lưu vực.

Việc thành lập bản đồ độ cao số (DEM) ở lưu vực con Cần L là hết sức quan trọng, vì đy là tiền đề cho việc xây dựng các bản đồ độ dốc, bản đồ chiều dài sườn, bản đồ hướng sườn v.v... Và có ý nghĩa như là cơ sở để phân tích các thông số địa hình, địa mạo ảnh hưởng đến xói mòn đất. Mô hình DEM trong đề tài được xây dựng từ các điểm độ cao của lưu vực, thể hiện ở hình sau: Hình 4.5 Mô hình DEM lưu vực con Cần Lê. Hướng dòng chảy của lưu vực được xây dựng trong công cụ Archydro của ArcGIS như sau: DEM / Terrain Processing/ Flow Derection để xây dựng mô hình dòng tụ thủy.



Hình 4.6: Mô hình hướng dòng chảy

Sau khi xây dựng mô hình hướng dòng chảy của lưu vực, vào Terrain/ Processing / Flow Accumulation để xây dựng mô hình dòng tụ thủy cho lưu vực con Cần Lê.

Hình 4.7: Mô hình dòng tụ thủy lưu vực con Cần Lê Xây dựng mô hình độ dốc



Hình 4.8: Mô hình độ dốc lưu vực con Cần Lê

Nhìn vào mô hình ta thấy, diện tích đất phần Trung tâm và phía Tây của lưu vực

độ dốc chủ yếu từ 3 – 8% chiếm đa số, ở độ dốc này sự xói mòn xảy ra nhưng chưa mạnh

(xói mòn bắt đầu phát triển ở độ dốc 5%). Tuy nhiên, ở khu vực phía Bắc, Đông Bắc và 1

phần phía Đông Nam có độ dốc rất lớn (từ 15 đến trên 35%). Đây sẽ là điều kiện thuận lợi

để xói mòn xảy ra mạnh mẽ.

Sau khi xây dựng mô hình tập trung dòng chảy và mô hình độ dốc, đề tài tiến hành xây dựng mô hình LS trong ArcGIS như sau: Pow([flowacc] * 15/22.1, 0.4 * Pow(Sin([độ dốc] *0.01745) /0.09, 1.3



Hình 4.9 Mô hình LS lưu vực con Cần Lê

Việc tính toán giá trị LS bằng phương pháp thực địa và đo đạc tốn nhiều chi phí, nhân lực và thời gian. Việc ứng dụng phương pháp GIS để tính giá trị LS vừa cho kết quả tương đối khả quan, vừa tiết kiệm chi phí và thời gian. Trong GIS, giá trị LS thường được tính chung với nhau. 4.3.2 Xây dựng mô hình xói mòn tiềm năng

Xói mòn tiểm năng có quan hệ mật thiết với các yếu tố tự nhiên như: chế độ mưa (được thể hiện qua chỉ số (R), khả năng kháng xói mòn của đất (K) và yếu tố địa hình (LS). Để xây dựng mô hình xói mòn tiềm năng đề tài đã sử dụng công thức mất đất phổ dụng của Wishmeier và Smith (1978).

A = R x K x LS Trong đó: A : là lượng mất đất hang năm (tấn/ha). R :Hệ số xói bởi mưa. K: hệ số xói mòn của đất. LS: hệ số chiều dài và sườn dốc. Để xây dựng mô hình xói mòn tiềm năng theo công thức trên đề tài đã sử dụng

phương pháp chồng lớp số học. Kết quả A chính là giá trị trên từng điểm ảnh tương ứng nhân với nhau. ( hình 4.10 )

4.3.3 Mô hình xói mòn hiện trạng



Bên cạnh các yếu tố tự nhiên thì xói mòn hiện trạng còn chịu ảnh hưởng của các nhân tố kinh tế, xã hội như: hiện trạng sử dụng đất và biện pháp canh tác đất. Đề tài đã sử dụng công thức mất đất phổ dụng của Wishmeier và Smith (1978) để xây dựng mô hình xói mòn hiện trạng bằng phương pháp chồng lớp số học. ( hình 4.11)

A = R x K x LS x Cx P Trong đó: A : Là lượng mất đất hàng năm (tấn /ha). R : Hệ xói mòn bởi mưa. K: Hê số xói mòn của đất LS: Hệ số xói mòn của độ dốc. C: Hệ số thảm phủ. P: Hệ số ảo vệ đất

Hình 4.10: Mô hình xói mòn tiềm năng Hình4.11 mô hình xói mòn hiên trạng lưu vực con Cần Lê. lưu vực con Cần Lê

Các giá trị xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng là các giá trị biến đối liên tục và có sự thay đổi giá trị xói mòn ở cùng 1 vị trí điểm ảnh từ gía trị xói mòn cao( ở mô



hình xói mòn tiềm năng) xuống giá trị xói mòn thấp (ở mô hình xói mòn hiện trạng). Được thể hiện cụ thể ở hình sau: Hình 4.12: ví dụ so sánh giá trị xói mòn tiềm năng và giá trị xói mòn hiện trạng



CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 5.1 Bản đồ xói mòn tiềm năng lưu vực con Cần Lê.

Căn cứ vào quy định phân cấp xói mòn tiền năng theo tiêu chuẩn Việt Nam (Chất lượng Việt Nam, TCVN 5299 -1995), tiến hành phân loại mô hình xói mòn tiềm năng ở lưu vực con Cần Lê như sau:

Hình4.13 : Bản đồ tiềm năng xói mòn tiềm năng lưu vực con Cần Lê.



Bảng 4.7 : Diện tích cấp xói mòn tiềm năng lưu vực con Cần Lê

Cấp xói mòn

Lượng mất đất (tấn / ha/ năm)

Diện tích (ha)

Tỉ lệ (%)

Cấp I 0 - 49.99 18592.20 45.193 Cấp II 50 - 99. 99 2353.60 5.721 Cấp III 100 - 199.99 3987.36 9.692 Cấp IV 200 - 399.99 5017.13 12.195 Cấp V 400 - 799.99 5142.88 12.501 Cấp VI 800 - 1599.99 3641.80 8.852 Cấp VII 1600 -3199.99 1552.57 3.774 Cấp VIII Trên 3200 475.28 1.155 Tổng 40763 100

Biểu đồ : Cơ cấu diện tích xói mòn tiềm năng phân theo các cấp (%)

Qua bản đồ và bảng số liệu thống kê, cho thấy lượng xói mòn tiềm năng chiếm diện tích rất lớn (trong khi diện tích toàn lưu vực là 41140.00 ha ( chưa kể diện tích mặt nước ao, hồ) thì tổng diện tích xói mòn tiềm năng đã là: 40763 tấn/ ha/ năm). Hầu như xói mòn diễn ra trên toàn lưu vực. Xói mòn ở cấp độ 1 (0 - 49.99 tấn / ha/ năm) chiếm diện tích lớn hơn cả (45%) còn các cấp xói mòn khác chiếm diện tích tương đối ( từ 4 – 13 %) và thấp nhất là xói mòn cấp VIII (1%). Trong trường hợp này ta thấy, xói mòn tiềm năng có quan hệ chặt chẽ với yếu tố xói mòn do địa hình của khu vực (giá trị LS), giá trị LS càng lớn thì mức độ xói mòn càng tăng và ngược lại.



Vùng đất có xói mòn tiềm năng Cấp I: chiếm diện tích lớn nhất 18592.20 ha (chiếm 45% so với diện tích toàn lưu vực), tập trung chủ yếu từ trung tâm lưu vực đến phía Nam và Tây Nam của lưu vực ( vùng hạ lưu). Khu vực này có hệ số xói mòn do địa hình thấp. Có mặt hầu hết các loại đất trong lưu vực, trong đó đất nâu vàng trên phù sa cổ ( K = 0.20) chiếm ưu thế và hệ số xói mòn do mưa là: 1036.614. Vùng đất có xói mòn tiềm năng cấp II (50 - 99. 99 tấn/ ha/ năm): với diện tích 1084.86 ha (chiếm 5.7 % so với diện tích tòan lưu vực). Phân bố rải rát xen kẽ với các vùng đất có xói mòn tiềm năng cấp I và có hệ số xói mòn do địa hình, loại đất, hệ số xói mòn do mưa tương tự với vùng này. Vùng đất xói mòn tiềm năng cấp III (100 - 199.99 tấn/ ha/ năm): Với diện tích 3987.36 ha, (chiếm 9.7 % so với diện tích tòan lưu vực). Khu vực này phân bố rải rác ở trung tâm lưu vực, xen lẫn với vùng đất có xói mòn tiềm năng cấp I và II, hệ số xói mòn do mưa và loại đất tương tự vùng đất có xói mòn tiềm năng cấp I và II nhưng độ dốc có giá trị cao hơn từ 3 – 80 đồng nghĩa với hệ số xói mòn do địa hình cũng cao hơn. Vùng đất xói mòn tiềm năng cấp IV (200 - 399.99 tấn/ ha/ năm): Với diện tích 5017.13 ha (12.1 % so với diện tích tòan lưu vực). Phân bố rải rát toàn lưu vực nên chịu ảnh hưởng của tất cả các hệ số xói mòn. Vùng đất xói mòn tiềm năng cấp V (400 - 799.99 tấn/ ha/ năm): Có diện tích 5142.88 ha, (chiếm 12,5 % so với diện tích tòan lưu vực), tập trung chủ yếu ở rìa lưu vực, trải dài theo hướng Bắc, Đông Bắc và Tây Nam - nơi mà hệ số xói mòn do địa hình và hệ số xói mòn do mưa (R) thay đổi và tăng dần lên. Loại đất chính ở đây là đất nâu vàng trên phù sa cổ (K = 0.21) và đất xám trên phù sa cổ (K = 0.22). Vùng đất xói mòn tiềm năng cấp VI (800 - 1599.99 tấn/ ha/ năm), VII (1600 -3199.99 tấn/ ha/ năm ) và cấp VIII(1600 -3199.99 tấn/ ha/ năm): có diện tích tương đối nhỏ, từ 475.28 - 3641.80 tấn/ ha/ năm ( chiếm 1% - 9 % so với diện tích tòan lưu vực ) tập trung chủ yếu ở rìa lưu vực, nhiều nhất là ở hướng Bắc, Đông Bắc ( thượng nguồn lưu vực) và 1 phần nhỏ ở hướng Nam và Đông Nam. Ở đây hệ số xói mòn do địa hình, xói mòn do mưa tương đối lớn và khả năng kháng xói mòn của đất thấp. Đây chính là cơ sở để xói mòn khu vực này diễn ra mạnh mẽ.



5.2 Bản đồ xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê.

Căn cứ vào quy định phân cấp xói mòn hiện trạng theo tiêu chuẩn Việt Nam (Chất lượng Việt Nam, TCVN 5299 -1995), tiến hành phân loại mô hình xói mòn hiện trạng ở lưu vực con Cần Lê như sau: Hình 4.5: Bản đồ xói mòn hiện trạng lưu vực Cần Lê.



Bảng 4.8: Diện tích cấp xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê.

Cấp xói mòn

Lượng mất đất (tấn / ha/ năm)

Diện tích (ha)

Tỉ lệ (%)

Không xói mòn

Không xói mòn 23.76 0.06

Cấp I 0 - 9.99 24784.68 60.24 Ia 0 - 0.49 17825.50 43.33 Ib 0.5 - 0.99 434.67 1.06 Ic 1 - 4.99 3537.20 8.60 Id 5 - 9.99 2987.31 7.26 Cấp II 10 - 49.99 8840.12 21.49 Cấp III 50 - 199.99 5499.23 13.37 Cấp IV trên 200 1610.15 3.91 TỔNG 40758 100.00

So sánh tổng diện tích đất bị xói mòn hiện trạng và tổng diện tích đất bị xói mòn tiềm năng có sự thay đổi. Diện tích đất bị xói mòn giảm đi ( từ 40763 xuống còn 40758 tấn / ha/ năm) và xuất hiện vùng không bị xói mòn. Sở dĩ có sự thay đổi này là do giá trị xói mòn hiện trạng được tính toán từ giá trị xói mòn tiềm năng và có sự kết hợp của 2 yếu tố bảo vệ đất là: yếu tố C và yếu tố P. Vì là yếu tố bảo vệ đất nên 2 yếu tố này đã làm



giảm đi diện tích đất bị xói mòn. Tuy nhiên, do hệ số P ở đây có giá trị bằng 1 nên phụ thuộc vào hệ số C là chủ yếu. Cũng từ biểu đồ trên ta thấy có sự chênh lệch rất lớn giữa diện tích đất bị xói mòn và diện tích đất không bị xói mòn (chỉ chiếm 1 % so với diện tích toàn lưu vực). Điều này cho thấy hiện trạng xói mòn ở đây đang diễn ra mạnh mẽ. Nếu không có biện pháp bảo vệ thì tòan bộ diện tích bề mặt sẽ bị xói mòn trong tương lai không xa. Vì vậy bảo vệ đất, hạn chế xói mòn là việc làm hết sức cần thiết. Vùng đất có xói mòn hiện trạng cấp I ( 0 - 9.99 tấn / ha/ năm ): có diện tích lớn: 24784.68 ha (chiếm 60 % so với diện tích toàn lưu vực). Phân bố trên toàn lưu vực, song tập trung chủ yếu ở phần trung tâm của lưu vực kéo dài theo hướng Nam và Tây Nam. trảng cây bụi là yếu tố chủ yếu làm hạn chế xói mòn ở vùng này, còn rừng tự nhiên giàu và trung bình, rừng tự nhiên nghèo chỉ chiếm diện tích rất nhỏ. Vùng đất có xói mòn hiện trạng cấp II ( từ 10 đến 49.99 tấn / ha/ năm ) với diện tích : 8840.12 ( chiếm 21.5 % so với diện tích toàn lưu vực), tập trung chủ yếu ở rìa của toàn lưu vực và1 phần nhỏ phân bố ở trung tâm của lưu vực. Sự xói mòn ở đây được hạn chế bởi hầu hết các loại thực phủ trên toàn lưu vực. Vùng đất có xói mòn hiện trạng cấp III (( từ 50 đến 199.99 tấn / ha/ năm) và cấp IV (trên 200 tấn/ ha/ năm):

- Cấp III, với diện tích: 5499.23 ( chiếm 13 % so với diện tích toàn lưu vực).

- Cấp IV, với diện tích: 1610.15 (chiếm 4 % so với diện tích toàn lưu vực).

Cả 2 cấp xói mòn này tập trung chủ yếu ở phía Bắc và phía Nam của lưu vực, phía Đông và Tây thì phân bố rải rát xen kẽ với các giá trị của cấp xói mòn I và II với diện tích không đáng kể. Ở đây có các loại thực phủ như: rừng tự nhiên nghèo, đất chuyên rau màu và cây công nghiệp ngắn ngày, cây cỏ xen nuơng rẫy, tuy nhiên hệ số C của các loại thực phủ này tương đối cao hơn so với các loại thực phủ khác nên khả năng bảo vệ đất kém. Chính vì vậy mà xói mòn hiện trạng khu vực này vẫn có điều kiện diễn ra mạnh



CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Sau quá trình nghiên cứu và thực hiện, đề tài rút ra một số kết luận sau: Những kết quả đạt được: Đề tài đã bước đầu hoàn thành các mục tiêu đã đưa ra: - Thành lập các bản đồ đơn tính các hệ số C, K, LS bằng công nghệ GIS - Định lượng xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê bằng

phương pháp mô hình USLE kết hợp với GIS

- Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng lưu vực con Cần Lê. Qua đó so sánh, phân tích các kết quả thống kê về diện tích xói mòn tiềm năng và diện tích xói mòn hiện trạng.

Những kết quả chưa đạt được Bên cạnh những kết quả đạt được vẫn còn 1 số vấn đề tồn tại chưa giải quyết như: - Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ mới dừng ở việc thực địa quan sát trong quá trình

xác định hệ số xói mòn ( C, K ) và tìm hiểu các điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của lưu vực mà chưa thực địa kiểm chứng độ chính xác từ kết quả thống kê của mô hình xói mòn hiện trạng.

- Việc xác định các hệ số xói mòn chỉ là quá trình tham khảo các hệ số sẵn có từ các bảng tra và chưa tiến hành lấy mẫu, phân tích để tính toán các hệ số. Điều này sẽ làm giảm độ chính xác cho kết quả của đế tài.

Tóm lại:. Từ kết quả đạt được ta thấy lưu vực con Cần Lê là 1 trong những khu vực bị xói mòn chủ yếu do địa hình (cụ thể đã được thể hiện ở kết quả phân tích và thống kê), ở những nơi địa hình cao thì mức độ xói mòn mạnh và ngược lại. Diện tích xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng khá lớn, nhưng chênh lệch nhau không nhiều. Điều này chứng tỏ rằng: cần có biện pháp hạn chế xói mòn thích hợp ở khu vực này là hết sức cần thiết và cấp bách. Việc định lượng xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng là 1 vấn đề hết sức quan trọng, đây sẽ là cơ sở để đánh giá chất lượng đất của khu vực đồng thời hỗ trợ ra quyết định nhằm bảo vệ đất, hạn chế xói mòn. Ứng dụng công nghệ GIS trong việc định lượng xói mòn bước đầu đã mang lại kết quả khả quan, tiết kiệm thời gian và tiền bạc.

ung dung gis trong viec dinh luong xoi mon tiem nang va xoi mon hien trang luu vuc con can le

Documents