Luận văn Thạc sỹ Khoa học lâm nghiệp: Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang với

Chia sẻ: TRẦN THỊ THANH HẰNG | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

254
lượt xem 57
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sỹ Khoa học lâm nghiệp: Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang với mục đích nghiên cứu dự báo xói mòn đất phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lí tài nguyên đất huyện Sơn Động.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sỹ Khoa học lâm nghiệp: Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang với

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ------ HOÀNG TIẾN HÀ Ứ NG DỤNG CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG THÔNG TIN Đ ỊA LÝ (GIS) ĐỂ DỰ BÁO XÓI MÕN ĐẤT H UYỆN SƠN ĐỘNG - T ỈNH BẮC GIANG CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC Mã số: 60.62.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: - TS. NGUYỄN VĂN SINH - TS. ĐỖ THỊ LAN ÀNH: 301 THÁI NGUYÊN, NĂM 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ------ HOÀNG TIẾN HÀ Ứ NG DỤNG CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG THÔNG T IN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ DỰ BÁO XÓI MÕN ĐẤT HUYỆN SƠN ĐỘNG - T ỈNH B ẮC GIANG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC ÀNH: 301 THÁI NGUYÊN, NĂM 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành theo chƣơng trình đào tạo cao học khoá 1 4 tại trƣờng Đại học Nông lâm - Đại học Thái Nguyên. Hoàn thành luận văn thạc sỹ này, tôi đã đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu, khoa đào tạo Sau đại học trƣờng Đại học Nông lâm. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Văn Sinh - Viện Sinh thái và tài nguyên sinh vật, Tiến sĩ Đỗ Thị Lan - Giảng viên khoa Tài nguyên - Môi trƣờng, trƣờng Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã trực tiếp chỉ dẫn, nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Luận văn có ý kiến tham gia của Thạc sỹ Đỗ Văn Thanh, giảng viên trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội; Thạc sỹ Hà Quý Quỳnh, Viện sinh thái và tài nguyên sinh vật, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của Lãnh đạo, cán bộ công chức các cơ quan: UBND huyện Sơn Động, Hạt Kiểm lâm, Phòng Tài nguyên - Môi trƣờng, Phòng Thống kê, Trung tâm khí tƣợng thủy văn huyện Sơn Động đã tạo đi ều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập các tài liệu phục vụ luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo các đơn vị: Sở Nông nghiệp và PTNT Bắc Giang, Chi cục Lâm nghiệp, Chi cục Kiểm lâm đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc tham gia khóa học và những điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu luận văn này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ngƣời thân , bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Một lần nữa, tôi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 11 năm 2009 Tác giả Hoàng Tiến Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 6 1. Đặt vấn đề ............................................................................................................................6 2. Mục đích nghiên cứu............................................................................................................7 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu..............................................................................................7 4. Khối lƣợng và cấu trúc luận văn .........................................................................................7 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................................... 9 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hƣởng đến xói mòn đất .................................................9 1.1.1. Xói mòn đất...................................................................................................... 9 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất ................................................................................ 9 1.1.2.1. Xói lở sông suối ......................................................................................... 9 1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt ...................................................................... 10 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất ........................................................ 10 1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất ............................... 11 1.1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất ................................................. 11 1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất .................................... 13 1.1.3.4. Ảnh hưởng của đất đến quá trình xói mòn đất ......................................... 13 1.1.3.5. Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất .............................................. 13 1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới ............................................................................. 14 1.2.1. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mòn ................................................. 14 1.2.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất [30] ................................................. 15 1.2.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất ................................................................. 16 1.2.3.1. Mô hình kinh nghiệm ............................................................................... 16 1.2.3.2. Mô hình nhận thức .................................................................................. 22 1.3. Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam............................................................................... 23 1.4. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá xói mòn đất ......................... 28 1.4.1. Sự hình thành và phát triển của GIS ............................................................... 28 1.4.2. Ứng dụng GIS trực tiếp xây dựng bản đồ xói mòn .......................................... 29 1.4.3. Ứng dụng GIS và mô hình hóa tính toán xói mòn đất ..................................... 30 CHƢƠNG II: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN - XÃ HỘI ....................................................... 33 KHU VỰC NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 33 2.1. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................................... 33 2.1.1. Vị trí địa lý, địa hình ...................................................................................... 33 2.1.1.1. Vị trí địa lý .............................................................................................. 33 2.1.1.2. Địa hình .................................................................................................. 34 2.1.2. Khí hậu, thuỷ văn ........................................................................................... 35 2.1.2.1. Khí hậu ................................................................................................... 35 2.1.2.2. Thuỷ văn ................................................................................................. 37 2.1.3. Thổ nhưỡng.................................................................................................... 38 2.1.4. Đặc điểm tài nguyên rừng .............................................................................. 40 2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................................ 43 2.2.1. Thành phần dân tộc và phân bố dân cư .......................................................... 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 2
2.2.2. Y tế, giáo dục[21] .......................................................................................... 43 2.2.3. Giao thông ..................................................................................................... 44 2.2.4. Tình hình phát triển sản xuất huyện Sơn Động ............................................... 44 Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........... 45 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu.................................................. 45 3.2. Thời gian nghiên cứu ...................................................................................................... 45 3.3. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................................... 45 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................ 46 3.4.1. Ngoại nghiệp.................................................................................................. 46 3.4.2. Nội nghiệp ..................................................................................................... 47 3.4.2.1. Hệ số mưa (R) ......................................................................................... 47 3.4.2.2. Hệ số thổ nhưỡng (K) .............................................................................. 49 3.4.2.3. Hệ số độ dốc (S) và chiều dài sườn dốc (L).............................................. 51 3.4.2.4. Hệ số thực bì (C) ..................................................................................... 53 3.4.2.5. Hệ số các công trình bảo vệ đất (P) ......................................................... 54 3.4.2.6. Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động (V) ....................... 55 3.4.2.7. Thành lập bản đồ xói mòn huyện Sơn Động (A) ....................................... 55 3.4.3. Quy trình nghiên cứu ..................................................................................... 56 3.4.3.1. Xây dựng các bản đồ đơn thành phần:..................................................... 56 3.4.3.2. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế: ......................... 56 3.5. Cơ sở tài liệu .................................................................................................................... 57 Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................... 59 4.1. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế huyện Sơn Động ................... 59 4.1.1. Xây dựng bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) ................................................... 59 4.1.2. Thành lập bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) ................................................ 60 4.1.3. Thành lập bản đồ hệ số địa hình (LS) ............................................................. 62 4.1.4. Thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C) .................................................. 63 4.1.5. Bản đồ hệ số canh tác (P) .............................................................................. 65 4.1.6. Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động ................................................... 66 4.1.7. Bản đồ xói mòn huyện Sơn Động.................................................................... 69 4.2. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu ..................................................................................... 72 4.3. Ảnh hƣởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mòn đất huyện Sơn Động .................... 73 4.3. Một số đề xuất cho khu vực nghiên cứu ......................................................................... 74 4.3.1. Đối với khu vực xói mòn cấp 1 - Cấp không xói mòn ...................................... 74 4.3.2. Đối với khu vực xói mòn cấp 2 - Cấp ít nguy hại ............................................ 74 4.3.3. Đối với khu vực xói mòn cấp 3 - Cấp nguy hại ............................................... 75 4.3.4. Đối với khu vực xói mòn cấp 4 - Cấp rất nguy hại .......................................... 75 4.3.5. Đối với khu vực xói mòn cấp 5 - Cấp cực kỳ nguy hại .................................... 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 77 1. Kết luận: ............................................................................................................................. 77 2. Kiến nghị: ........................................................................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 3
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất [6] ................................................. 12 Bảng 2.1: Một số thông tin về chế độ khí hậu............................................................... 36 huyện Sơn Động – Bắc Giang........................................................................................ 36 Bảng 2.2: Lƣợng mƣa huyện Sơn Động năm 2007 theo thá ng .................................... 36 Bảng 2.3: Độ che phủ thảm thực vật Sơn Động ........................................................... 42 Bảng 3.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam ...................................... 50 Bảng 3.2. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế [3] ............................................. 53 Bảng 3.3: Hệ số xói mòn đất của một số dạng thảm thực vật ...................................... 54 ở Việt Nam [4] ............................................................................................................... 54 Bảng 3.4. Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế [3] ...................................... 55 Bảng 3.5: Phân cấp xói mòn và xói mòn tiềm năng...................................................... 57 Bảng 4.1: Hệ số kháng xói các loại đất huyện Sơn Động ............................................. 61 Bảng 4.2: Bảng hệ số C khu vực nghiên cứu ................................................................ 64 Bảng 4.3: Phân câp xoi mon tiêm năng huyện Sơn Động ............................................ 68 ́ ́ ̀ ̀ Bảng 4.4: Phân câp xoi mon huyện Sơn Động.............................................................. 71 ́ ́ ̀ Bảng 4.5: Tƣơng quan diện tích xói mòn với độ che phủ rừng ................................... 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 4
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến xói mòn đất ........................................... 10 Hình 1.2: Ứng dựng GIS trực tiếp tính toán xói mòn .................................................. 30 Hình 1.3: Sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói mòn bằng GIS........................ 32 Hình 2.1: Vị trí địa lý huyện Sơn Động ........................................................................ 33 Hình 2.2: Bản đồ hành chính huyện Sơn Động ............................................................ 34 Hình 2.3: Biểu đồ lƣợng mƣa huyện Sơn Động, năm 2007 .......................................... 37 Hình 2.4: Hệ thống sông, suối huyện Sơn Động ........................................................... 38 Hình 2.5: Bản đồ phân bố các loại đất huyện Sơn Động .............................................. 39 Hình 2.6: Diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động............................................... 40 Hình 2.7: Bản đồ hiện trạng thảm thực vật .................................................................. 41 huyện Sơn Động, năm 2007 ........................................................................................... 41 Hình 2.8: Phân bố dân cƣ huyện Sơn Động.................................................................. 43 Hình 3.1: Mô hình phƣơng pháp tính toán bản đồ trên GIS ....................................... 46 Hình 3.2. Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số R ............................................................... 48 Hình 3.3: Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số LS ............................................................ 52 Hình 3.4: Phƣơng pháp nghiên cứu xói mòn đất ......................................................... 58 Hình 4.1: Bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động.............................................. 59 Hình 4.2: Bản đồ hệ số xói mòn do mƣa (R) ................................................................. 60 Hình 4.3: Bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) .............................................................. 62 Hình 4.4: Bản đồ hệ số LS ............................................................................................. 63 Hình 4.5: Bản đồ hệ số C khu vực nghiên cứu ............................................................ 65 Hình 4.6: Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động ................................................ 67 Hình 4.7: Bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động ........................................................... 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 5
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Sơn Động là huyện miền núi của tỉnh Bắc Giang có diện tích tự nhiên là 84.432,4 ha, trong đ ó diện tích đất lâm nghiệp là 68.348,29 hecta chiếm 72,0% [14]. Địa hình Sơn Động gồm đồi núi xen kẽ các thung lũng, manh mún, địa hình chia cắt mạnh chênh lệch về độ cao, độ dốc lớn. Hiện tƣợng xói mòn, rửa trôi đang xảy ra mạnh. Tuy nhiên, đến nay chƣa có nghiên cứu nào về xói mòn đất trên địa bàn huyện Sơn Động. Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tƣ liệu đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trƣờng sống, là tƣ liệu lao động chính của nền kinh tế Nông – Lâm nghiệp. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ gần đây, cùng với sự gia tăng dân số, các nguồn tài nguyên khoáng sản, thảm thực vật, đất đai đã và đang đƣợc sử dụng ở mức độ cao, thậm chí không hợp lý. Việc khai thác Nông – Lâm nghiệp không có ý thức ngày càng làm cho quá trình xói mòn đất xảy ra nghiêm trọng, độ phì nhiêu ngày càng giảm, nhiều nơi trơ sỏi đá, trở thành đất trống, đồi núi trọc [6]. Xói mòn đất là quá trình phá huỷ lớp thổ nhƣỡng (bao gồm cả phá huỷ thành phần cơ, lý, hoá, chất dinh dƣỡng v.v… của đất) dƣới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hoá đất, laterit hoá, trơ sỏi đá v.v…, ảnh hƣởng trực tiếp tới sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. [6]. Ðể giảm thiểu xói mòn ở khu vực miền núi, hai vấn đề cần đƣợc song song nghiên cứu là: quá trình xói mòn, nguyên nhân, các yếu tố ảnh hƣởng và vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên. Có nhiều phƣơng pháp nghiên cứ u, đánh giá xói mòn đất đƣợc các tác giả trong và ngoài nƣớc sử dụng. Trong đó, việc ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là phƣơ ng pháp , là công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 6
cụ mạnh có khả năng phân tích không gian trong thơi gian ngắn . Công nghệ ̀ GIS còn cho phép tích hợp phƣơng trình mất đất tổng quát của Wischmeier W.H và Smith D.D để tính toán và xây dựng bản đồ xói mòn đất của các lƣu vực, vùng lãnh thổ một cách dễ dàng và chính xác. Vơi cac ly do nêu trên , chúng tôi chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ hệ ́́́ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang”. 2. Mục đích nghiên cứu Dự báo xói mòn đất phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lí tài nguyên đất huyện Sơn Động. Để đạt đƣợc mục đích trên, đề tài đặt ra những mục tiêu cụ thể sau: - Xây dựng bản đồ xói mòn đất hiện tại và bản đồ dự báo tiềm năng xói mòn đất huyện Sơn Động dựa trên ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS), làm cơ sở định hƣớng cho chiến lƣợc quy hoạch sử dụng đất huyện Sơn Động. - Đề xuất một số giải pháp chống xói mòn đất. 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học: Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá và dự báo xói mòn đất qua việc phân tích không gian và mối quan hệ của các nhân tố địa hình, thủy văn, thổ nhƣỡng, thực vật và con ngƣời tại huyện Sơn Động. - Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Đánh giá xói mòn và xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động, từ đó xây dựng bản đồ xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mòn đất. 4. Khối lƣợng và cấu trúc luận văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 7
Luận văn đƣợc trình bày trong 80 trang khổ A4 với 21 hình, 14 bảng biểu và đƣợc trình nhƣ sau: MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Chƣơng 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 8
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hƣởng đến xói mòn đất 1.1.1. Xói mòn đất Có nhiều định nghĩa về xói mòn đất, để phù hợp với khu vực nghiên cứu, luận văn sử dụng định nghĩa của Nguyễn Quang Mỹ [6]: Xói mòn đất (soil erosion) là quá trình phá hủy lớp thổ nhƣỡng (bao gồm phá hủy các thành phần cơ, lý, hóa, chất dinh dƣỡng v.v... của đất) dƣới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá v.v... ảnh hƣởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. Xói mòn gồm 2 loại: - Xói mòn bề mặt: Là loại xói mòn do mƣa và băng tuyết tan. Kiểu xói mòn này thƣờng gặp trên sƣờn và đỉnh phân thủy c ũng nhƣ ở trên các bồn thu nƣớc. - Xói mòn theo dòng: Là kiểu xâm thực, xói mòn tập trun g trong các dải trũng nhƣ các rãnh sâu, thung lũng, sông suối. Xâm thực theo dòng chia làm 2 loại là xâm thực sâu và xâm thực ngang. 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất Các quá trình xói mòn gồm: Xói lở sông suối và xói mòn, rửa trôi bề mặt. 1.1.2.1. Xói lở sông suối Quá trình xói lở sông suối đƣợc xác định theo công thức về động năng của dòng chảy [6]. F=vm2/2 Trong đó: F: là động năng của khối nƣớc chảy m: là khối lƣợng nƣớc chảy v: là vận tốc dòng chảy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 9
Nhƣ vậy động năng của dòng chảy tỉ lệ thuận với bình p hƣơng của tốc độ dòng chảy. Trong quá trình xói lở, dòng chảy tạo ra vật liệu, phù sa. Tùy theo kích thƣớc phù sa và tốc độ dòng chảy mà phù sa có thể vận chuyển xuôi theo chiều dòng chảy. Khi động năng của dòng chảy không đủ sức mang đi từng bộ phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dòng sông gọi là quá trình bồi tụ. 1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt Là quá trình xói mòn do dòng chảy tạm thời trên sƣờn lúc mƣa hoặc tuyết tan và chịu ảnh hƣởng của rất nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó yếu tố địa hình là quan trọng nhất. 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất gồm: khí hậu, địa hình, đất đai, thảm thực vật và con ngƣời, đƣợc mô tả trong hình 1.1 : A/H tích cực A/H tiêu cực A/H hai chiều Khí hậu Địa hình Xói Mòn Con ngƣời Đất đai Thảm thực vật Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến xói mòn đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 10
1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất Xói mòn chủ yếu do dòng chảy bề mặt gây ra, nhƣng dòng chảy lại do các yếu tố khí hậu quyết định đó là: Tổng lƣợng mƣa và tính chất của mƣa, thời gian và cƣờng độ mƣa. Thời gian mƣa càng lớn, cƣờng độ mƣa càng cao thì quá trình xói mòn càng xảy ra mạnh. Sự xuất hiện của xói mòn phụ thuộc rất nhiều vào lớp nƣớc trong một đợt mƣa và lƣợng mƣa trung bình tháng, năm. Lớp nƣớc mặt trên diện tích trồng cà phê 3 năm tuổi là 754mm gây rửa trôi 44,0 tấn/ha, khi lớp nƣớc mặt 2501mm gây rửa trôi 213 tấn/ha. Nhƣ vậy trong điều kiện nhƣ nhau, khi dòng chảy mặt tăng 4 lần sẽ làm tăng rửa trôi đất từ 5 lần [6]. Cƣờng độ mƣa gây ảnh hƣởng mạnh nhất đến dòng chảy mặt và xói mòn đất. Theo Nguyễn Quang Mỹ [6]: trận mƣa 10mm với cƣờng độ trung bình trong khoảng thời gian dƣới 1 giờ, xói mòn đất xảy ra mạnh nhất khi lớp nƣớc đạt từ 8 -10mm và đặc biệt trên đất bỏ hoang. Ảnh hƣởng của cƣờng độ mƣa đến xói mòn càng mạnh nếu cƣờng độ đạt cực đạ i xảy ra vào nửa giờ đầu của trận mƣa. Ở Việt Nam nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng, mƣa phân hóa theo mùa rõ rệt. Lƣợng mƣa c ực đại vào các tháng mùa hè và cực tiểu trong những tháng mùa đông. Vì vậy việc bảo vệ đất, chống xói mòn đặc biệt trong mùa mƣa là vô cùng cần thiết. Ngoài mƣa ảnh hƣởng trực tiếp đến xói mòn, các yếu tố khí hậu khác nhƣ gió, nhiệt độ, ẩm độ cũng có ảnh hƣởng đến xói mòn đất, tuy nhiên mức độ ảnh hƣởng không rõ ràng. 1.1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hƣởng lớn đến xói mòn đất. Nếu xét trên diện rộng, địa hình có tác dụng làm thay đổi sự phân bố nhiệt và lƣợng mƣa rơi xuống. Sự thay đổi về độ cao kéo theo sự thay đổi về nhiệt độ, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 11
mƣa, ẩm. Các yếu tố địa hình nhƣ độ dốc, chiề u dài sƣờn dốc, hình dạng (lồi, lõm, thẳng, bậc thang v.v...) mức độ chia cắt ngang của địa hình ảnh hƣởng trực tiếp đến xói mòn đất. Độ dốc của sƣờn là yếu tố địa hình có ảnh hƣởng lớn nhất đến quá trình xói mòn. Độ dốc lớn làm tăng cƣờng độ dòng chảy và do đó đẩy nhanh quá trình rửa trôi, xói mòn đất, gây nên xói mòn mạnh hơn. Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã đề xuất thang độ dốc trên lãnh thổ Việt Nam: 0 -30, 3- 80, 8-150, 15-250, trên 250, tuy chƣa đƣợc hoàn thiện nhƣng đây cũng là bƣớc thống nhất đầu tiên để sử dụng độ dốc ở nƣớc ta [6]. Nguyễn Quang Mỹ đã nghiên cứu ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất tại Tây Nguyên từ năm 1978 đến 1982 trên đất bazan, trồng Chè một tuổi, kết quả cho thấy: Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất [6] Tổn thất Năm nghiên Độ dốc Loại đất Cây trồng về đất cứu, địa điểm (00) (T/ha/năm) NC Đất bazan Chè 1 tuổi 3 96 Tây Nguyên Đất bazan Chè 1 tuổi 8 211 1978-1982 Đất bazan Chè 1 tuổi 15 305 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 3 15 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi Vĩnh Phú 5 47 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 1982-1986 8 57 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 22 147 Bảng 1.1 cho thấy nếu độ dốc tăng 2 lần thì cƣờng độ xói mòn tăng 2- 4 lần. Chiều dài sƣờn dốc cũng là nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất. Chiều dài sƣờn càng tăng, khối lƣợng nƣớc càng lớn, lớp nƣớc càng dày, tốc độ và năng lƣợng dòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 12
càng xảy ra mạnh. Nếu tăng chiều dài sƣờn dốc lên 2 lần thì xói mòn đất tăng từ 2 đến 7,5 lần [6]. Việt Nam có trên 3/4 lãnh thổ là đồi núi, mạng lƣới sông suối dày đặc, sông ngắn, dốc, lƣợng mƣa lớn, 85-90% lƣợng mƣa tập trung vào mùa mƣa, do đó xói mòn có điều kiện xảy ra mạnh. 1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất Lớp phủ thực vật có ảnh hƣởng lớn đến quá trình xói mò n đất, nếu lớp phủ thực vật càng tăng thì quá trình xói mòn càng giảm. Vai trò chống xói mòn của lớp phủ thực vật phụ thuộc vào tuổi và độ che phủ của nó. Thực vật có khả năng bảo vệ đất chống xói mòn qua việc làm giảm ảnh hƣởng của hạt mƣa xuống mặt đất bởi tán lá và làm cho nƣớc có khả năng chảy xuống đến 50-60% theo chiều thẳng đứng của bộ rễ. Không những thế, vật rơi rụng của thực vật nhƣ cành khô, lá rụng... còn tạo ra lƣợng mùn lớn trong đất, giữ đất tơi xốp, chống xói mòn. 1.1.3.4. Ảnh hưởng của đất đến quá trình xói mòn đất Đất là đối tƣợng bị dòng chảy mặt phá hủy, bởi vậy sự phát triển của xói mòn phụ thuộc vào tính chất và trạng thái của đất. Những yếu tố chính của đất ảnh hƣởng đến xói mòn đất là thành phần cơ giới, cấu trúc và độ thấm nƣớc cũng nhƣ hàm lƣợng mùn trong đất. Những yếu tố dó ảnh hƣởng đến khả năng hình thành dòng chảy khi mƣa rào. 1.1.3.5. Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất Con ngƣời ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình xói mòn đất thông qua hoạt động sống. Việc phá rừng đã gián t iếp đẩy mạnh quá trình xói mòn đất. Những diện tích rừng mất đi làm lộ ra những khoảng trống không có thảm thực vật che phủ đất. Khi mƣa xuống quá trình xói mòn bề mặt xảy ra mạnh. Canh tác trên đất dốc không khoa học, du canh du cƣ cũng là nhƣng tác nhân gia tăng xói mòn đất. Trên độ dốc < 30 đã bắt đầu xảy ra xói mòn khi có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 13
mƣa to. Từ độ dốc 30 trở lên, tùy vào yếu tố đất đai, thực vật, lƣợng mƣa v.v... mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu. Qua số liệu của lâm trƣờng Cầu Hai (Phú Thọ) cho thấy rừng p hủ kín chỉ trôi đi 1 tấn đất/ha/năm trong khi các nƣơng sắn lại mất 147 tấn đất/ha/năm [ 6]. Rõ ràng biện pháp canh tác không hợp lý đã gây tác hại lớn, ảnh hƣởng xấu đến quá trình xói mòn đất. 1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới Có thể nói rằng con ngƣời đã quan tâm đến hiện tƣợng xói mòn từ rất sớm, từ thời Hy Lạp và La Mã cổ đại đã có những tác giả đề cập đến xói mòn cùng với việc bảo vệ đất. Quá trình xói mòn hiện đại đƣợc gắn liền với các hoạt động nông nghiệp. Nhiều ngƣời đã cho rằng đất đai bị k hai thác cạn kiệt có thể là nguyên nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi. Vì vậy, cùng với thoái hoá đất, xói mòn tồn tại nhƣ một vấn đề trong suốt quá trình phát triển của toàn nhân loại [10]. Vê nguyên nhân xoi mon , hâu hêt cac nha nghiên cƣ u trên thế giới đều ̀ ́ ̀ ̀ ́́ ̀ ́ thông nhât răng có hai nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tƣợng thoái hoá đất ́ ́̀ đang diễn ra mạnh mẽ trên qui mô toàn cầu hiện nay là: nguyên nhân tự nhiên và con ngƣời. Nguyên nhân con ngƣời, theo nhiều nhà nghiên cứu thể hiện ở sự quản lý đất kém và dƣờng nhƣ đó là một cái giá phải trả cho sự phát triển kinh tế, xã hội. Các giải pháp đƣa ra, đƣợc phân tích là khả thi nhất, là các biện pháp can thiệp vào lớp phủ thực vật nhằm đạt đƣợc hiệu quả tốt hơn trong việc chống xói mòn. Xói mòn t ự nhiên là quá trình diễn ra liên tục trong tự nhiên và chỉ là thứ yếu nếu so với xói mòn do nguyên nhân con ngƣời. Tuy vậy, việc phân định nguyên nhân xói mòn không phải lúc nào cũng dễ dàng và cũng không cần thiết, nên trong việc lập bản đồ xói mòn, nhiề u khi ngƣời ta không phân biệt hai nguyên nhân này. 1.2.1. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mòn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 14
Hiện nay, xói mòn đƣợc nghiên cứu mở rộng hơn dƣới nhiều loại hình và tính chất khác nhau. Xu hƣớng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói mòn trên thế giới, thể hiện qua hội thảo lần thứ 12 của ISCO tổ chức tại Bắc Kinh năm 2002 là nghiên cứu xói mòn theo hƣớng mô hình hóa diễn tả động lực của quá trình xói mòn và nghiên cứu xói mòn kết hợp với các khoa học khác, chủ yếu để tìm hiểu quá trình cũng nhƣ tác động của xói mòn lên môi trƣờng nhằm có đƣợc các biện pháp chống xói mòn khả thi [17]. Điều đáng chú ý là nhiều nhà khoa học [17] đã đồng ý rằng hầu hết các nghiên cứu về xói mòn hiện đƣợc tiến hành nhằm các mục tiêu sao cho không cần phải xem xét đến sự khác biệt tỷ lệ (qui mô) không gian và thời gian. Nhƣng điều này sẽ dẫn đến những sai biệt đáng kể. Theo Valentin và các đồng nghiệp, để có thể dự báo đƣợc ảnh hƣởng của sự thay đổi toàn cầu, chúng ta buộc phải tìm hiểu quá trình xói mòn diễn ra ở các qui mô thời gian và không gian khác nhau, điêu nay cung hoan toan phu hơp vơi kêt luân cua ̀ ̀ ̃ ̀ ̀ ̣̀ ́ ́ ̣ ̉ Drissa va nnk [18]. ̀ 1.2.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất [10] - Phương pháp phân loại, phân vùng lãnh thổ theo mức độ xói mòn Phƣơng pháp này đã đƣợc áp dụng ở nhiều nƣớc để phân chia khái quát ra các vùng lớn có mức độ nguy hiểm xói mòn tiềm năng khác nhau trên toàn lãnh thổ một quốc gia. Tuy nhiên hạn chế của phƣơng pháp này là thiên về định tính, mang đặc trƣng của phƣơng pháp chuyên gia, có khó khăn trong việc giải quyết chính xác ranh giới giữa các vùng và ở các phạm vi hẹp. Phƣơng pháp này đã đƣợc các tác giả Liên Xô (cũ) và Trung Quốc áp dụng. Các bản đồ phân vùng theo độ nguy hiểm tiềm năng xuất hiện xói mòn đƣợc xây dựng trên cơ sở tổng hợp các bản đồ phân cấp các điều kiện tự nhiên tham gia quá trình xói mòn : địa hình, khí hậu, lớp phủ thực vật. Trong các yếu tố đó, các tác giả chú ý nhiều nhất đến các yếu tố địa hình và khí hậu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 15
- Phương pháp mô hình hoá Sử dụng mô hình để diễn tả quá trình xói mòn. Các mô hình này có thể là thực nghiệm hoặc lý thuyết. Ƣu điểm của phƣơng pháp này so với các phƣơng pháp khác là đã phần nào lƣợng hoá đƣợc vai trò của từng yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình xói mòn, có nghĩa là làm rõ hơn vai trò của chúng trong toàn bộ hệ thống. Phƣơng pháp này cũng cho phép ứng dụng các công nghệ thông tin vào nghiên cứu tính toán. Hạn chế của phƣơng pháp là do quá trình xói mòn diễn ra rất đa dạng, thay đổi theo điều kiện cụ thể của từng địa phƣơng nên mô hình có thể dùng tốt cho địa phƣơng này nhƣng không đúng với địa phƣơng khác. Vì vậy, khi vận dụng các mô hình cần phải chú ý tới các điều kiện đặc thù tại địa phƣơng, hay đúng hơn, là sử dụng các thông số của mô hình đã đƣợc kiểm chứng cho địa phƣơng [17]. 1.2.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất Việc mô hình hoá quá trình xói mòn bắt đầu vào thập niên 80 thế kỷ 20, góp phần tính toán và dự báo xói mòn. Theo Phạm Hùng [3], có thể chia các mô hình ra làm hai loại chính là mô hình kinh nghiệm và mô hình nhận thức. Các mô hình đƣợc xây dựng trên cơ sở của lý thuyết hệ thống với giả thiết là lƣợng vào và ra của hệ thống là đã xác định. 1.2.3.1. Mô hình kinh nghiệm Mô hình kinh nghiệm là các mô hình đƣợc xây dựng dựa vào tổng kết từ các quan sát thực tế. Nói theo nghĩa hẹp hơn, hầ u hết các mô hình này đều dựa vào phƣơng trình mất đất tổng quát của Wischmeier và Smith hoặc các tƣ duy tƣơng tự. Có thể kể đến các mô hình: Phƣơng trình Musgrave của Musgrave, 1947; Phƣơng pháp tỉ lệ phân chia bùn cát, Renfro, 1975; Phƣơng pháp Dendy - Boltan, Dendy và Bolten, 1976; MUSLE (modified universal soil loss equation, Auerswwald, 1990 [3]: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 16
Mục đích của các mô hình này là để tính toán lƣợng đất tổn thất trung bình hàng năm cũng nhƣ dự báo xói mòn đất bình quân trên đất dốc. Ngoài ra, việc sử dụng các mô hình cũng cho phép dự báo những thay đổi về xói mòn đất do biến đổi trong hệ thống canh tác và đề xuất, ƣớc đoán hiệu quả của các biện pháp phòng chống xói mòn. Mô hình kinh nghiệm có những hạn chế sau: - Phạm vi ứng dụng mang tính địa phƣơng, có độ chính xác hạn chế khi áp dụng ở những khu vực khác nhau. - Chƣa đề cập đến quá trình bồi lắng và chuyển tải hạt đất - Không có khả năng tính toán cho từng trận mƣa hay các bƣớc thời gian ngắn hơn - Đối với các lƣu vực lớn, độ chính xác chƣa cao do tính phức tạp của khu vực nghiên cứu. Nhƣợc điểm này có thể đƣợc khắc phục bằng cách chia khu vực nghiên cứu thành các khu vực nhỏ hơn. Mô hình thực nghiệm AĐ Ivanovaki và IA Kornev Mô hình này đƣợc xây dựng tại các trạm thực nghiệm Novosilski. Phƣơng trình của mô hình có dạng [2]: M=AI0,75L1,5X1,50 Trong đó: M: lƣợng đất rửa trôi I: Độ dốc sƣờn (tang góc dốc) L: Khoảng cách từ đƣờng chia nƣớc (chiều dài sƣờn m) X: Cƣờng độ mƣa hoặc tuyết tan (mm/ph) A: Hệ số tính đến các nhân tố khác Mô hình này chƣa đề cập tới vai trò của thảm thực vật cũng nhƣ vai trò của các loại đất, chỉ đƣa vào dƣới dạng một hệ số. Tuy vậy, mô hình thực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 17
nghiệm này đƣợc một số nhà khoa học Việt Nam ứng dụng trong các tính toán của mình để phân cấp tiềm năng xói mòn cho các khu vực khác nhau. Mô hình USLE USLE (Universal soil loss equation) – Phƣơng trình mất đất tổng quát (hay phƣơng trình mất đất phổ dụng) đƣợc Wischmeier và Schmid hoàn thiện vào năm 1978 từ kết quả của một nỗ lực thống kê lớn ( dữ liệu từ hơn 5000 plot hàng năm). Phƣơng trình đƣợc thiết kế ban đầu nhƣ là một công cụ qui hoạch để kiểm soát vấn đề xói mòn cho các cánh đồng ở vùng “vành đai ngô” nƣớc Mỹ [45]. Phƣơng trình mất đất tổng quát cho phép đánh giá ở tỷ lệ từng cánh đồng lƣợng đất mất do xói mòn khe rãnh và xói mòn liên rãnh. Trong khung cảnh của phƣơng trình mất đất tổng quát, xói mòn đƣợc định nghĩa là tổng lƣợng đất đƣợc chuyển tới chân sƣờn dốc nơi các quá trình lắng đọng quan trọng bắt đầu diễn ra hoặc các dòng chảy bắt đầu đƣợc tập trung lại. Việc áp dụng cách tiếp cận mô hình hoá phân tích thống kê hồi qui đa biến để xây dựng phƣơng trình đã cho phép phân tách các nhân tố trọng số của một loạt biến độc lập (mƣa, đất, địa hình, lớp phủ thực vật và phƣơng thức canh tác). Hơn nữa, việc sử dụng các tham số đo lƣờng lƣợng mất đất hàng năm cho phép phƣơng trình này có thể dùng đƣợc trong đánh giá lƣợng mất đất trung bình hàng năm. Phƣơng trình có đƣợc từ số lƣợng lớn các thửa đất đƣợc quan sát hiếm khi quá 90m chiều dài và dốc quá 18%. Loại đất mà mô hình ban đầu đƣợc xây dựng chủ yếu là loại đất cấu trúc hạt vừa [17]. Phƣơng trình mất đất tổng quát có dạng nhƣ sau: A=R*K*L*S*C*P (Phƣơng trình: Wischmeier WH - Smith DD) Trong đó: A: lƣợng đất mất trung bình hàng năm chuyển tới chân sƣờn (kg/m2.năm) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn 18