Luận văn Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang

1). Các thông tin về chế độ khí hậu huyện Sơn Động đƣợc tổng hợp trong bảng 2.1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Bảng 2.1: Một số thông tin về chế độ khí hậu huyện Sơn Động – Bắc Giang. Năm Lƣợng mƣa trung bình (mm) Nhiệt độ trung bình ( 0 C) Trung bình năm Tháng cao nhất Tháng thấp nhất 2001 2185,5 22,9 37,0 2,0 2002 1682,7 23,2 36,3 5,8 2003 1682,4 23,7 39,2 4,4 2004 2385,9 22,8 39,0 5,0 2005 2024,2 23,0 38,0 3,6 2006 1264,9 23,5 37,3 3,5 2007 1657,4 23,0 37,5 4,0 (Nguồn: Trạm khí tƣợng huyện Sơn Động - Bắc Giang, từ 2001-2007) Yếu tố khí hậu, đặc biệt là lƣợng mƣa hàng năm có ảnh hƣởng đến xói mòn đất qua cƣờng độ, tần xuất mƣa. Qua Bảng 2.1 ta thấy lƣợng mƣa bình quân năm của khu vực nghiên cứu là khá cao, trên 1700mm. Bảng 2.2: Lƣợng mƣa huyện Sơn Động năm 2007 theo tháng Tháng Lƣợng mƣa (mm) Số ngày mƣa (Ngày) 1 3,1 7 2 25,8 5 3 0,0 0 4 47,5 7 5 92,9 14 6 93,3 13 7 526,5 13 8 337,5 23 9 394,1 17 10 104,2 7 11 27,6 1 12 4,9 4 Tổng năm 1657,4 111 TB tháng 138,1 9,3 (Nguồn: Trạm khí tƣợng huyện Sơn Động - Bắc Giang, năm 2007) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Lƣợng mƣa các tháng trong năm huyện Sơn Động năm 2007 đƣợc thể hiện trong hình 2.3 0 100 200 300 400 500 600 Th¸ng L• în g m •a L•îng m•a (mm) 3,1 26 0 48 93 93 527 338 394 104 28 4,9 Sè ngµy m•a (Ngµy) 7 5 0 7 14 13 13 23 17 7 1 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hình 2.3: Biểu đồ lƣợng mƣa huyện Sơn Động, năm 2007 Bảng 2.2 và hình 2.3 cho thấy biến động về lƣợng mƣa trong năm rất lớn. Lƣợng mƣa trong tháng 7,8,9, chiếm 75,9 % lƣợng mƣa cả năm, còn lại các tháng khác lƣợng mƣa không đáng kể. Do địa hình khá phức tạp, độ dốc lớn nên ảnh hƣởng của mƣa bão đến khu vực nghiên cứu là rất lớn. Chế độ gió: Huyện Sơn Động chịu ảnh hƣởng của hai loại gió mùa. Gió mùa Đông Bắc thƣờng xuất hiện vào mùa Đông, mùa Xuân kèm theo sƣơng muối, mƣa phùn và giá lạnh (kéo dài từ tháng 12 năm trƣớc đến tháng 1,2,3 năm sau). Gió mùa Đông Nam thƣờng xuất hiện vào mùa Hè, mùa Thu kèm theo là mƣa to và rất to, nắng nóng và giông bão (kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10). 2.1.2.2. Thuỷ văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Sơn Động là huyện đầu nguồn của hệ thống sông Lục Nam, trên địa bàn huyện có hàng trăm con suối và nhiều hồ, đập lớn. Có 4 sông đổ về hệ thống sông Lục Nam, đó là: sông An Châu bắt nguồn từ Vân Sơn, Hữu Sản; sông An Bá bắt nguồn từ An Lạc; sông Tuấn Đạo bắt nguồn từ Thanh Sơn, Thanh Luận; sông Cẩm Đàn bắt nguồn từ Chiêm Sơn. Hình 2.4: Hệ thống sông, suối huyện Sơn Động (Nguồn: Hạt Kiểm lâm huyện Sơn Động, năm 2007) 2.1.3. Thổ nhưỡng Đất ở huyện Sơn Động đƣợc hình thành trên phức hệ trầm tích gồm các loại đá mẹ: Sa thạch, phiến thạch, sa phiến thạch, cuội kết và phù sa cổ. Đất và sự phân bố các loại đất huyện Sơn Động thể hiện trong hình 2.5: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.5: Bản đồ phân bố các loại đất huyện Sơn Động (Nguồn: Viện điều tra quy hoạch, 2007) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Đất ở huyện Sơn Động đƣợc thảm thực vật che phủ nhiều năm nên giàu dinh dƣỡng, nhiều diện tích vẫn còn tính chất đất rừng. Đây là điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế nông lâm nghiệp ở địa phƣơng. 2.1.4. Đặc điểm tài nguyên rừng Theo số liệu của UBND tỉnh Bắc Giang năm 2007, cơ cấu diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động gồm: Diện tích tự nhiên: 84.432,4 ha, trong đó: - Đất Nông nghiệp = 10.096,2 hecta - Đất lâm nghiệp = 68.348,29 hecta, trong đó + Diện tích có rừng là 58.441,09 hecta + Diện tích không có rừng (quy hoạch cho lâm nghiệp) là 9.907,2 hecta [14]. - Đất khác: Ngoài hai loại đất chính trên, diện tích còn lại là 16.084,11 hecta (gồm đất ở, đất chuyên dùng, đất quân sự và đất chƣa sử dụng). Diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động đƣợc thể hiện trong hình 2.6. 11% 72% 17% §Êt N«ng nghiÖp §Êt l©m nghiÖp §Êt kh¸c Hình 2.6: Diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Trong tổng số 68.348,29 ha đất lâm nghiệp, diện tích đất có rừng chiếm 85,5%, gồm nhiều kiểu thảm thực vật khác nhau. Hình 2.7: Bản đồ hiện trạng thảm thực vật huyện Sơn Động, năm 2007 (Nguồn: Hạt Kiểm lâm huyện Sơn Động, năm 2007) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Bảng 2.3: Độ che phủ thảm thực vật Sơn Động (Nguồn: Hạt Kiểm lâm huyện Sơn Động, năm 2007) Stt Xã Diện tích tự nhiên Diện tích đất lâm nghiệp Độ che phủ Tổng có rừng Không có rừng 1 An B¸ 2.844,00 2412,44 2297,94 114,5 80,8 2 An Ch©u 1.906,00 1429,47 1252,87 176,6 65,7 3 An L¹c 11.933,20 11627,9 10330,3 1297,6 86,6 4 An LËp 1.164,00 814,12 669,12 145 57,5 5 Bång Am 2.885,00 2213,7 2094,3 119,4 72,6 6 CÈm §µn 1.936,00 1286,7 1228,8 57,9 63,5 7 Chiªn S¬n 438,00 190,7 190,7 0 43,5 8 Dư¬ng Hưu 7.605,30 6770,28 4933,68 1836,6 64,9 9 Gi¸o Liªm 1.847,00 2046,71 1518,01 528,7 82,2 10 H÷u S¶n 3.519,00 3591,6 2238,7 1352,9 63,6 11 LÖ ViÔn 1.683,90 1149,94 816,04 333,9 48,5 12 Long S¬n 6.811,00 5210,7 4733,7 477 69,5 13 Phóc Th¾ng 1.793,00 1663 1382,1 280,9 77,1 14 QuÕ S¬n 1.080,00 1132,1 1111 21,1 102,9 15 Th¹ch S¬n 2.361,70 1875,5 1435,6 439,9 60,8 16 Thanh LuËn 5.631,00 4987,8 4673,1 314,7 83,0 17 Thanh S¬n 7.557,40 6115,9 5673,8 442,1 75,1 18 TB1 6.950,90 0 0 0 - 19 TT. An Ch©u 154,00 21 21 0 13,6 20 TuÊn §¹o 6.320,00 6685,89 5937,99 747,9 94,0 21 V©n S¬n 3.608,00 3166,94 2644,34 522,6 73,3 22 VÜnh Khư¬ng 1.522,00 1483,5 1157,7 325,8 76,1 23 Yªn §Þnh 2.882,00 2472,4 2100,3 372,1 72,9 Tổng cộng 84.432,40 68.348,29 58441,09 9.907,20 69,4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 2.2.1. Thành phần dân tộc và phân bố dân cư Sơn Động có 9 dân tộc sinh sống, trong đó có nhiều dân tộc ít ngƣời nhƣ: Nùng, Dao, Cao Lan, Sán Chí, Sán Rìu, Tày, Hoa [8]. Đƣợc sự quan tâm của Đảng và Nhà nƣớc, trong những năm qua, Đảng bộ và nhân dân các dân tộc huyện Sơn Động đã tích cực đổi mới, chuyển dịch cơ cấu cây trồng, không ngừng mở rộng diện tích canh tác, góp phần phủ xanh đất trống, đồi núi trọc. Về cơ cấu dân cƣ, tính đến 31/12/2007 [8], Sơn Động có 72.930 ngƣời, trong đó 5.104 ngƣời sống ở khu vực thành thị (thị trấn, thị tứ), 67.826 ngƣời sống ở khu vực nông thôn miền núi. Nhƣ vậy, hầu hết dân số huyện Sơn Động sống ở khu vực nông thôn, đời sống của nhân dân còn gặp nhiều khó khăn, nghèo nàn, lạc hậu. Hình 2.8: Phân bố dân cƣ huyện Sơn Động 2.2.2. Y tế, giáo dục[8] Mỗi xã trên địa bàn huyện có ít nhất một trạm xá, mỗi trạm xá có từ 5 đến 15 giƣờng bệnh, tổng số giƣờng bệnh của huyện là 230 giƣờng. Bệnh viện đa khoa huyện nằm tại thị trấn An Châu. BiÓu ®å: ph©n bè d©n c• gi÷a Thµnh thÞ-N«ng th«n 7,1% 92,9% Thµnh thÞ N«ng th«n Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Trên địa bàn mỗi xã có một trƣờng tiểu học ở trung tâm và có những trƣờng tiểu học ở khu lẻ, nằm rải rác trong các thôn bản xa khu trung tâm xã thƣờng là các lớp học ghép, lớp học còn nhiều khó khăn, tạm bợ. Trên địa bàn mỗi xã có một trƣờng trung học cơ sở. Trên địa bàn huyện có tổng số 608 phòng học với 1.194 giáo viên và 15.575 học sinh. 2.2.3. Giao thông Huyện Sơn Động có đƣờng quốc lộ 279 chạy qua. Đây là đƣờng giao thông huyết mạch của địa phƣơng, thuận tiện cho việc đi lại và buôn bán giữa các vùng trong huyện và tỉnh bạn. Các xã đều có đƣờng ôtô đến trung tâm xã, trong đó [8]: 10 xã có đƣờng nhựa, còn lại các xã đều có đƣờng cấp phối chạy qua trung tâm xã nhƣng chất lƣợng kém và phải tu sửa thƣờng xuyên. 2.2.4. Tình hình phát triển sản xuất huyện Sơn Động Sơn Động là huyện miền núi, đời sống của nhân dân vẫn chủ yếu dựa vào sản xuất nông, lâm nghiệp. Do địa hình phức tạp, độ dốc lớn, diện tích đất trống đồi núi trọc nhiều nên xói mòn xảy ra mạnh, đất đai thoái hoá, bạc mầu, năng xuất cây trồng thấp, đời sống nhân dân còn gặp rất nhiều khó khăn. Bình quân lƣơng thực thấp, chỉ đạt 303 kg/ngƣời/năm [8]. Do vậy nhân dân ở đây vẫn thiếu ăn, cuộc sống còn rất nhiều khó khăn vất vả. Để duy trì cuộc sống, nhân dân dựa vào rừng nhƣ khai thác Gỗ, Củi, các loại lâm sản ngoài gỗ nhƣ Song, Mây, Nhựa Trám, Sau sau, cây dƣợc liệu nhƣ Sâm nam, Ba kích, Củ mài, Các ngành sản xuất khác trên địa bàn huyện chƣa phát triển mạnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Xói mòn đất huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang. - Phạm vi nghiên cứu Do hạn chế về điều kiện thực hiện , đề tài này đƣợc giới hạn trong phạm vi sau: + Địa điểm nghiên cƣ́u : Khu vƣ̣c nghiên cƣ́u là huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang, qui mô nghiên cƣ́u ở đây là cấp huyện . + Nội dung nghiên cƣ́u : Nghiên cứu xói mòn đất là đề tài lớn và phức tạp và cần nhiều thời gian. Đề tài chỉ tập trung kế thừa số liệu, ứng dụng GIS và phƣơng trình mất đất phổ quát của Wischmeier W.H - Smith D.D để xây dựng bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động. 3.2. Thời gian nghiên cứu Đề tài đƣợc tiến hành trong thời gian hai năm 2008-2009, trong đó: - Năm 2008: Thu thập số liệu và điều tra bổ sung hoàn chỉnh số liệu. Các số liệu về kinh tế xã hội, khí hậu, hiện trạng rừng năm 2007 và trƣớc đó. - Năm 2009: Phân tích đồng bộ số liệu liên quan, xây dựng cơ sở dữ liệu hoàn thiện đề tài, viết và hoàn thiện luận văn tốt nghiệp. 3.3. Nội dung nghiên cứu - Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng các bản đồ thành phần của mô hình (bản đồ hệ số xói mòn đất, bản đồ hệ số xói mòn do mƣa, bản đồ hệ số chiều dài sƣờn dốc, bản đồ hệ số độ dốc, bản đồ hệ số lớp phủ thực vật và bản đồ hệ số canh tác bảo vệ đất). Từ các bản đồ thành phần, ứng dụng GIS để xây dựng bản đồ xói mòn và xói mòn tiềm năng huyện huyện Sơn Động. Hai phần mềm chính đƣợc sử dụng là MapInfo và Arcview. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 z A B x C y Hình 3.1: Mô hình phƣơng pháp tính toán bản đồ trên GIS - Kiểm chứng kết quả nghiên cứu ngoài thực địa - Đánh giá ảnh hƣởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất. - Đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mòn đất cho khu vực nghiên cứu. 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 3.4.1. Ngoại nghiệp - Thu thập các số liệu, tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu nhƣ: Số liệu mƣa, số liệu thống kê về tình hình dân sinh, kinh tế xã hội, các tài liệu, đề tài liên quan đến vấn đề nghiên cứu và khu vực nghiên cứu. - Thu thập các loại bản đồ gồm bản đồ thổ nhƣỡng, bản đồ thảm thực vật, bản đồ phân bố mƣa, bản đồ địa hình. - Kiểm chứng thông tin: Sau khi đã thu thập đƣợc đầy đủ các thông tin liên quan đến vấn đề nghiên cứu, chúng tôi phối hợp với các cơ quan liên quan để kiểm chứng một số thông tin ngoài thực địa. Các thông tin đƣợc kiểm chứng là bản đồ lƣợng A,B: là các bản đồ thành phần C: Là bản đồ mới đƣợc tạo ra từ việc ứng dụng GIS chồng xếp các bản đồ thành phần. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 mƣa và bản đồ thảm thực vật. Với bản đồ mƣa (lấy từ Atlat mƣa Việt Nam) chúng tôi thu thập số liệu đo mƣa của trạm khí tƣợng thuỷ văn huyện Sơn Động trong 7 năm (2001-2007) để đối chứng. Với bản đồ thảm thực vật chúng tôi sử dụng phƣơng pháp chọn mẫu ngẫu nhiên kiểm tra 3 xã, mỗi xã kiểm tra 3 khoảnh, trong mỗi khoảnh kiểm tra tất cả các lô trạng thái để đối chứng giữa bản đồ và thực địa. - Kiểm chứng kết quả nghiên cứu: Sau khi xây dựng đƣợc bản đồ xói mòn đất khu vực nghiên cứu chúng tôi tiến hành kiểm chứng kết quả ngoài thực địa. Phƣơng pháp kiểm chứng là lựa chọn ngẫu nhiên theo cấp xói mòn. Mỗi cấp xói mòn kiểm tra 3 điểm ở 3 xã khác nhau. Mục đích kiểm tra không phải là để tính toán, so sánh xói mòn thực tế với kết quả mà để kiểm tra mức độ tin cậy của kết quả nghiên cứu theo cấp xói mòn ở từng địa hình, địa bàn cụ thể. 3.4.2. Nội nghiệp Xác định các tham số của phƣơng trình Wischmeier W.H - Smith D.D phù hợp với đặc điểm của khu vực nghiên cứu. Phƣơng trình WischmeierW.H - SmithD.D có dạng: A=R*K*L*S*C*P (1) (Còn gọi là phƣơng trình mất đất phổ quát) - Để thực hiện phƣơng trình 1, chúng tôi sử dụng GIS để xây dựng các bản đồ thành phần và hệ số bản đồ. - Phƣơng pháp thống kê dùng để thống kê - Phƣơng pháp tổng hợp, tính toán, sắp xếp mức độ tác động của các yếu tố đến xói mòn. - Phƣơng pháp kế thừa số liệu và các công trình nghiên cứu khác. 3.4.2.1. Hệ số mưa (R) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Ở miền Bắc Việt Nam, Nguyễn Trọng Hà đã sử dụng phƣơng pháp tính hệ số xói mòn do mƣa dựa theo lƣợng mƣa trung bình hàng năm của nhiều năm liên tục và phân tích tƣơng quan, phƣơng trình tính R theo lƣợng mƣa hàng năm, từ đó đề xuất [2]: R = 0,548257P – 59,9 (4.1) Với R: là hệ số xói mòn mƣa trung bình năm (J/m2) P: là lƣợng mƣa trung bình hàng năm (mm/năm) Khu vực nghiên cứu là huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang, nằm ở vùng Đông Bắc Việt Nam. Do đó chúng tôi sử dụng công thức 4.1 do Nguyễn Trọng Hà đề nghị làm công thức tính hệ số xói mòn do mƣa cho luận văn. Quá trình tính toán nhƣ hình 3.2: Hình 3.2. Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số R Sau khi có số liệu mƣa từ Atlat, công việc tiếp theo là cắt riêng bản đồ mƣa huyện Sơn Động. Vì Atlat mƣa Việt Nam đƣợc xây dựng trên phần mềm Mapinfo nên việc cắt bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa của Sơn Động cũng đƣợc thực hiện trên Mapinfo 9.0. Cần lƣu ý một số điểm sau: Số liệu lƣợng mƣa hàng năm Số hoá Bản đồ đẳng trị lƣợng mƣa trung bình Raster hoá và nội suy Bản đồ lƣợng mƣa trung bình năm Tính toán theo công thức Bản đồ hệ số R Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 + Phải thống nhất tọa độ giữa file làm khuôn và file cắt mới cho ra kết quả thống nhất và tin cậy. + Nên cắt với 1 khoảng rộng hơn hẳn huyện Sơn Động để đảm bảo rằng bàn đồ đƣờng đẳng trị mƣa mới cắt bao trùm toàn bộ huyện Sơn Động. Sau khi cắt xong, sử dụng công cụ Universal translator trong thẻ Tools của bản đồ chuyển đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động sang Arcview và thực hiện việc raster hóa và nội suy trong Arcview. Tiếp theo nội suy bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động ra mô hình TIN, từ mô hình TIN chuyển thành file Grid (convert to Grid), sau đó tính hệ số xói mòn do mƣa (R). Sử dụng công thức 4.1 và phần mềm Arcview 3.2 tính toán, thống nhất độ lớn pixcel là 30, các bƣớc thực hiện: Analysis/ Map calculate/R=0,548257asgrid*bản đồ mưa - 59,9asgrid thu đƣợc bản đồ hệ số xói mòn do mƣa. 3.4.2.2. Hệ số thổ nhưỡng (K) K là hệ số kháng xói của đất, phụ thuộc nhiều vào thành phần cơ lý của đất, quan trọng nhất là kích thƣớc hạt đất. Tƣơng quan giữa các thành phần khác nhau trong đất cũng nhƣ kết cấu đất và khả năng thẩm thấu của nó. Công thức tính hệ số K đƣợc Wischmeier đƣa ra là: 100K=2,1.10 -4 M 1,14 (12-OS) + 3,25(A-2) + 2,5(D-3) (4.2) Trong đó: K hệ số xói mòn của đất, đơn vị là T/acre.1000.foot.tonf.inch.acre-1.h-1 M: trọng lƣợng cấp hạt (trọng lƣợng theo đƣờng kính cấp hạt). M đƣợc xác định: (%) M = (%limon + % cát mịn)(100% - %sét) OS: hàm lƣợng chất hữu cơ trong đất, đo bằng phần trăm D: hệ số phụ thuộc khả năng tiêu thấm của đất A: hệ số phụ thuộc vào hình dạng, sắp xếp và loại kết cấu đất. Tuy nhiên, nếu dựa vào công thức 4.2 để tính hệ số K rất phức tạp. Để tiện cho việc tính toán hệ số K, Wischmeier và Smith đã đƣa ra toán đồ dựa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 vào công thức trên để tra hệ số K. Chúng tôi cũng sử dụng phƣơng pháp này để xác định hệ số K cho các loại đất khu vực nghiên cứu. Hệ số thổ nhƣỡng đã đƣợc Nguyễn Trọng Hà[2] nghiên cứu và công bố năm 1996, vì vậy đề tài chỉ phân tích tính chất đất, phân loại đất khu vực nghiên cứu, sau đó kế thừa kết quả nghiên cứu của Nguyễn Trọng Hà theo bảng 3.1: Bảng 3.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam Stt Loại đất Hệ số (K) I Đất đen 1 Đất đen có tần kết von dầy 0,09 2 Đất đen Glây 0,10 3 Đất đen cácbonát 0,19 4 Đất nâu thẫm trên Bazan 0,12 5 Đất đen tầng mỏng 0,15 II Đất nâu vùng bán khô hạn 6 Đất nâu vùng bán khô hạn 0,25 7 Đất đỏ vùng bán khô hạn 0,20 III Đất tích vôi 8 Đất vàng tích vôi 0,28 9 Đất nâu thẫm tích vôi 0,30 IV Đất xám 10 Đất xám bạc mầu 0,22 11 Đất xám có tầng loang lổ 0,25 12 Đất xám feralit 0,23 13 Đất xám mùn trên núi 0,19 V Đất đỏ 14 Đất nâu đỏ 0,22 15 Đất nâu vàng 0,23 16 Đất đỏ vàng có tầng sét loang lổ 0,21 17 Đất mùn vàng đỏ trên núi 0,15 VI Đất mùn Alit núi cao 18 Đất mùn Alit núi cao 0,15 19 Đất mùn Alit núi cao Glây 0,12 20 Đất mùn thô than bùn núi cao 0,11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Các bƣớc thành lập bản đồ hệ số K: Từ bản đồ thổ nhƣỡng, gán trị số K cho từng loại đất, sau đó raster bản đồ vừa có để đƣợc bản đồ hệ số K. Việc gán hệ số K và raster hóa đƣợc tiến hành trên ArcView 3.2. Kích cỡ pixcel là 30m. 3.4.2.3. Hệ số độ dốc (S) và chiều dài sườn dốc (L) Theo Nguyễn Ngọc Lung [4] thì “… chiều dài sƣờn dốc đƣợc tính bằng khoảng cách từ điểm bắt đầu dòng chảy mặt đến điểm diễn ra sự lắng đọng bùn cát hoặt là tới điểm tiếp xúc với lòng dẫn nào đó”. Nhƣ vậy có thể chia các mái chảy thành các lô có độ dài sƣờn dốc khác biệt. Theo công thức Wischmeier W.H. – Smith D.D. thì hệ số chiều dài sƣờn dốc L đƣợc tính cho đoạn sƣờn dốc chuẩn 22,13 mét là: L = (X/22,13) m (x) Trong đó: L – hệ số chiều dài sƣờn dốc X – chiều dài sƣờn dốc (mét) m – hệ số mũ (dao động từ 0,2-0,5) + m = 0,2 nếu độ dốc sƣờn dốc <= 1% + m = 0,3 nếu độ dốc sƣờn dốc từ 1% đến 3% + m = 0,4 nếu độ dốc sƣờn dốc từ 3% đến 5% + m = 0,5 nếu độ dốc sƣờn dốc >= 5% Huyện Sơn Động tỉnh Bắc Giang là huyện miền núi vùng cao, đa số địa hình là đồi núi dốc, độ đốc trên 5%; do đó hệ số m chọn cố định bằng 0,5. Hệ số độ dốc S (Slop) đƣợc Wischmeier W.H. – Smith D.D. tính theo công thức: S = 65,4 Sin2(x) + 4,56 Sin(x) + 0,065 (y) Trong đó: S – Là hệ số độ dốc x - Là độ dốc (độ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Trong thực tế mối liên hệ giữa độ dốc và chiều dài sƣờn dốc rất chặt chẽ, thƣờng đƣợc sử dụng để xây dựng một bản đồ chuyên đề riêng, vì vậy hai hệ số L và S thƣờng đƣợc gộp lại thành yếu tố địa hình (LS) và đƣợc tính theo công thức x*y. Tuy công thức tính LS khá đơn giản nhƣng việc áp dụng công thức này trong hệ thống GIS cần phải đảm bảo một số yêu cầu chính xác và tỉ mỉ. Hệ số LS đặc trƣng cho tác động của địa hình tới yếu tố xói mòn, vì thế có thể đƣợc tính toán thông qua bản đồ địa hình. Từ bản đồ địa hình đƣợc số hoá, xây dựng mô hình số độ cao (DEM), từ đó xây dựng bản đồ độ dốc. Việc nội suy DEM từ các đƣờng đồng mức hoặc các điểm độ cao là một trong những chức năng quan trọng của GIS với nhiều thuật toán và phần mềm khác nhau. Hầu hết các phần mềm GIS thông dụng ở Việt Nam đều có thể đƣợc sử dụng để nội suy và tính toán DEM. Các bƣớc tính toán bản đồ hệ số LS đƣợc trình bày trong hình 3.3. Việc nội suy bản đồ địa hình huyện Sơn Động thực hiện trên phần mềm Arcview 3.2 với kích thƣớc pixel là 30m. Sau đó, mô hình số độ cao đƣợc chuyển sang format của phần mềm IDRISI 32 và tính toán bản đồ hệ số LS. Hình 3.3: Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số LS Bản đồ địa hình đã đƣợc số hoá Nội suy đƣờng đồng mức Mô hình số độ cao Bản đồ hệ số LS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 3.4.2.4. Hệ số thực bì (C) Hệ số C đặc trƣng cho mức độ hạn chế xói mòn của lớp phủ thực vật. Về mặt cơ chế, lớp phủ thực vật có hai tác dụng chính là làm giảm động năng của hạt mƣa khi rơi xuống mặt đất và giúp giữ hạt đất không bị các dòng chảy tràn trên mặt cuốn trôi. Với hệ số C, hiện nay có hai phƣơng pháp chính để xác định. Phƣơng pháp thứ nhất là xác định tại thực địa theo cách của Wischmeier và Smith với một số biến đổi. Phƣơng pháp này đòi hỏi phải có đầu tƣ lớn trong thời gian dài và đem lại kết quả tin cậy. Phƣơng pháp thứ hai là sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất hay ảnh vệ tinh để xây dựng phủ thực vật sau đó tham khảo hệ số C của từng loại hiện trạng từ tài liệu. Hiện nay , với hệ số C của nhiều loại cây đã đƣợc tính toán và thƣ̣c nghiệm bởi nhiều tác giả khác nhau . Ở Việt Nam, đã có nhiều nhà khoa học công bố về hệ số C của một số loại lớp phủ thực vật chính. Bảng tra C theo hội khoa học đất quốc tế dƣới đây cũng là một tài liệu tham khảo quan trọng đƣợc nhiều nhà khoa học Việt Nam đánh giá cao. Bảng 3.2. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế [3] % che phủ Bãi chăn thả, cây lâu năm thấp và có lớp phủ Cây bụi và cây có chiều cao khác nhau (không phủ kín đất) Rừng nhiệt đới (lớp phủ >50%) Cây hàng năm 4m 2m 1m 0,5m 0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 10 0,55 0,97 0,95 0,93 0,92 0,55 20 0,30 0,95 0,90 0,83 0,83 0,009 0,30 30 0,17 0,92 0,85 0,79 0,75 0,17 40 0,09 0,89 0,80 0,72 0,66 0,09 50 0,05 0,87 0,75 0,65 0,58 0,003 0,06 60 0,027 0,84 0,70 0,58 0,50 0,056 70 0,015 0,81 0,65 0,51 0,41 0,001 0,053 80 0,008 0,78 0,60 0,44 0,33 0,050 90 0,005 0,76 0,55 0,37 0,24 0,047 100 0,002 0,73 0,5 0,30 0,16 0,0001 0,043 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Nghiên cứu khả năng chống xói mòn của từng dạng thực bì khu vực nghiên cứu là việc rất công phu và mất nhiều thời gian. Trong phạm vi đề tài chúng tôi chỉ phân loại trạng thái thực bì tại địa điểm nghiên cứu theo bảng phân loại của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải[4], sau đó áp dụng kết quả nghiên cứu hệ số C của 2 tác giả trên. Bảng 3.3: Hệ số xói mòn đất của một số dạng thảm thực vật ở Việt Nam [4] Dạng cấu trúc thảm thực vật Hệ số thảm thực vật (C) Rừng 3 tầng, độ tàn che 0,7 – 0,8 Rừng 2 tầng, độ tàn che 0,7 – 0,8 Trảng cỏ tranh Rừng tre nứa 0,0070 0,0072 0,0076 0,0083 Rừng 3 tầng nghèo kiệt, độ tàn che 0,3 – 0,4 Rừng Thông ba lá 0,0100 0,0108 Rừng phục hồi sau nƣơng rẫy Rừng keo lá tràm trồng hỗn giao với Long não Thảm cỏ + cây bụi Rừng Thông ba lá trồng hỗn giao với Keo lá tràm 0,0132 0,0134 0,0135 0,0150 Rừng 1 tầng cây nhỡ, độ tàn che 0,7 – 0,8 Rừng tếch thuần loài 0,0186 0,0194 3.4.2.5. Hệ số các công trình bảo vệ đất (P) P = Lƣợng xói mòn đất (khi có sử dụng các biện pháp chống xói mòn) Lƣợng xói mòn đất (nơi không sử dụng các biện pháp chống xói mòn) Nhƣ vậy giá trị tối đa của hệ số P bằng 1 (khi không có biện pháp, công trình chống xói mòn). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Tham khảo hệ số P của hội khoa học đất quốc tế: Bảng 3.4. Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế [3] Độ dốc (%) Trồng theo đƣờng đồng mức Trồng theo đƣờng đồng mức và cây trồng theo băng Trồng theo luống 1-2 0,6 0,3 0,12 3-8 0,5 0,25 0,1 9-12 0,6 0,3 0,12 13-16 0,7 0,35 0,14 17-20 0,8 0,4 0,16 21-25 0,9 0,45 0,18 3.4.2.6. Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động (V) Bản đồ xói mòn tiềm năng thể hiện mức độ xói mòn với giả sử không có lớp phủ thực vật. Bản đồ này thể hiện điều kiện tự nhiên của mức độ xói mòn nếu chúng ta quan niệm lớp phủ thực vật là một hợp phần có thể tác động đƣợc nhằm điều khiển quá trình xói mòn. Bản đồ xói mòn tiềm năng đƣợc tính theo công thức: V = RKLS Với V: lƣợng đất xói mòn tiềm năng R: Hệ số xói mòn do mƣa K: Hệ số kháng xói của đất LS: Hệ số xói mòn của địa hình 3.4.2.7. Thành lập bản đồ xói mòn huyện Sơn Động (A) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Bản đồ xói mòn đƣợc thành lập từ kết quả phép nhân giữa các bản đồ thành phần R,K,LS,C,P theo phƣơng trình USLE. Phần mềm đƣợc ứng dụng là Arcview 3.2. A=RKLSCP (Phương trình: Wischmeier W.H - Smith D.D) 3.4.3. Quy trình nghiên cứu Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin đị a lý (GIS) với khả năng phân tích không gian mạnh để mô hình hóa quá trình xói mòn đất huyện Sơn Động dựa trên phƣơng trình USLE (Universal Soil Loss Equation). 3.4.3.1. Xây dựng các bản đồ đơn thành phần: Sử dụng phần mềm ArcView, Mapinfo và kế thừa các bản đồ thành quả của Hạt kiểm lâm để xây dựng các bản đồ thành phần: - Bản đồ đai cao - Bản đồ độ dốc - Bản đồ thảm thực vật - Bản đồ thổ nhƣỡng - Bản đồ lƣợng mƣa 3.4.3.2. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế: - Tích hợp các bản đồ thành phần bằng phần mềm Arcview và Mapinfo, thực hiện tính bản đồ để xây dựng bản đồ phân cấp tiềm năng xói mòn và xói mòn thực tế khu vực nghiên cứu. Chúng tôi tham khảo bảng phân cấp của Lai Vinh Cam [16] và Vũ Anh Tuân [10] khi nghiên cứu xói mòn khu vực Tây Bắc để phân cấp xói mòn cho đề tài nghiên cứu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Bảng 3.5: Phân cấp xói mòn và xói mòn tiềm năng Lƣợng xói mòn tiềm năng (t/ha.năm) Lƣợng xói mòn hiện tại (t/ha.năm) Cấp xói mòn (đƣợc sử dụng trong luận văn) <100 <5 Không xói mòn 100-500 5-50 Xói mòn ít nguy hại 500-1000 50-150 Xói mòn nguy hại 1000-1500 150-200 Xói mòn rất nguy hại >1500 >200 Xói mòn cực kỳ nguy hại 3.5. Cơ sở tài liệu Ðể thực hiện đƣợc nghiên cứu này, luận văn sử dụng các tài liệu, số liệu sau: - Các loại số liệu thống kê Số liệu về diện tích tự nhiên toàn huyện, diện tích từng loại rừng, diện tích rừng phân theo chức năng, diện tích rừng phân theo chủ quản lý, các loại đất, tính chất từng loại đất, nhiệt độ, độ ẩm, lƣợng mƣa hàng năm, điều kiện dân sinh kinh tế xã hội…. - Bản đồ địa hình Bản đồ địa hình cung cấp các thông tin địa hình, mạng lƣới thủy văn, giao thông, địa giới hành chính. Sử dụng bản đồ địa hình để xây dựng mô hình số độ cao. - Bản đồ chuyên đề Bản đồ chuyên đề cung cấp các thông tin chuyên đề, thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Các loại bản đồ chuyên đề sử dụng đƣợc sử dụng gồm: bản đồ hiện trạng rừng, bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa, bản đồ địa hình, bản đồ thổ nhƣỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 - Các số liệu, tài liệu tham khảo liên quan. Quá trình nghiên cứu của đề tài đƣợc mô phỏng nhƣ hình 3.4. Hình 3.4: Phƣơng pháp nghiên cứu xói mòn đất Số liệu thu thập, điều tra USLE GIS GIS Bản đồ LS Bản đồ R Bản đồ K Bản đồ C Bản đồ P Bản đồ xói mòn đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế huyện Sơn Động 4.1.1. Xây dựng bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) Khu vực nghiên cứu là huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang, nằm ở vùng Đông Bắc Việt Nam. Do đó chúng tôi sử dụng công thức 4.1 do Nguyễn Trọng Hà đề nghị làm công thức tính hệ số xói mòn do mƣa cho luận văn. Sau khi có bản đồ mƣa từ Atlat, chúng tôi sử dụng công cụ Mapinfo để cắt riêng bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa của Sơn Động. Kết quả nhƣ sau: Hình 4.1: Bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động Tiếp theo nội suy bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động ra mô hình TIN, từ mô hình TIN chuyển thành file Grid (convert to Grid), sau đó tính hệ số xói mòn do mƣa (R). Sử dụng công thức 4.1 và phần mềm Arcview Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 3.2 tính toán, thống nhất độ lớn pixcel là 30 thu đƣợc bản đồ hệ số xói mòn do mƣa: Hình 4.2: Bản đồ hệ số xói mòn do mƣa (R) 4.1.2. Thành lập bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) Trong nghiên cứu của mình, Nguyễn Trọng Hà [3] đã tính toán và đƣa ra hệ số K cho một số loại đất chủ yếu ở Việt Nam. Phƣơng pháp tính toán là dựa vào công thức và toán đồ của Wishcmeier và Smith . Nhƣ vậy , bản đồ hệ số K là một dẫn xuất của bản đồ thổ nhƣỡng. Sau khi phân tích tính chất từng loại đất, so sánh với kết quả nghiên cứu về đất của Nguyễn Trọng Hà, chúng tôi thống nhất hệ số K cho huyện Sơn Động nhƣ sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Bảng 4.1: Hệ số kháng xói các loại đất huyện Sơn Động STT Loại đất Hệ số K 1 Sông 1,00 2 Thổ cƣ 1,00 3 Đất thung lũng 1,00 4 Đất dốc tụ bạc màu có sp Feralitic 0,10 5 Đất dốc tụ bạc màu ko có sp Feralitic 0,10 6 Đất dốc tụ không bạc màu 0,10 7 Đất Feralitic (170-700m) 0,22 8 Đất Feralitic biến đổi do trồng lúa bạc màu 0,10 9 Đất Feralitic biến đổi do trồng lúa ko bạc màu 0,10 10 Đất Feralitic mùn trên núi (trên700m) 0,15 11 Đất Feralitic nâu tím phát triển trên phiến thạch sét 0,21 12 Đất Feralitic nâu vàng phát triển trên phù sa cổ 0,23 13 Đất Feralitic tím nâu phát triển trên phiến thạch lẫn sa thạch 0,21 14 Đất Feralitic vàng đỏ pt trên sa thạch, dăm kết và cuội kết 0,23 15 Phù sa ven suối 1,00 Từ bảng 4.1, gán trƣờng K vào bảng thuộc tính của bản đồ đất. Sau khi gán xong, chuyển bản đồ vừa gán về dạng grid (chọn đối tượng/theme/convert to grid) thu đƣợc bản đồ hệ số kháng xói của đất (K). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 Hình 4.3: Bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) 4.1.3. Thành lập bản đồ hệ số địa hình (LS) Hệ số LS đặc trƣng cho tác động của địa hình tới yếu tố xói mòn, vì thế có thể đƣợc tính toán thông qua bản đồ địa hình. Việc nội suy bản đồ địa hình huyện Sơn Động thực hiện trên phần mềm Arcview 3.2 với kích thƣớc pixel là 30m. Sau đó, mô hình số độ cao đƣợc chuyển sang format của phần mềm IDRISI 32 và tính toán bản đồ hệ số LS. Kết quả nhƣ sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Hình 4.4: Bản đồ hệ số LS 4.1.4. Thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C) Hệ số C đặc trƣng cho mức độ hạn chế xói mòn của lớp phủ thực vật. Về mặt cơ chế, lớp phủ thực vật có hai tác dụng chính là làm giảm động năng của hạt mƣa khi rơi xuống mặt đất và giúp giữ hạt đất không bị các dòng chảy tràn trên mặt cuốn trôi. Hiện nay , với hệ số C của nhiều loại cây đã đƣợc tính toán và thƣ̣ c nghiệm bở i nhiều tác giả khác nhau . Ở Việt Nam, đã có nhiều nhà khoa học công bố về hệ số C của một số loại lớp phủ thực vật chính. Tham khảo bảng tra C của Hội khoa học đất quốc tế [3] và hệ số C khu vực sông Trà Khúc [10], tiến hành rà soát các loại hiện trạng thảm thực vật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 khu vực nghiên cứu, đánh giá và gán trị số C cho từng dạng thảm thực vật tƣơng đồng thu đƣợc bảng hệ số C khu vực nghiên cứu: Bảng 4.2: Bảng hệ số C khu vực nghiên cứu STT Loại rừng Hệ số C Ghi chú A Đất có rừng I Rừng tự nhiên 1 Rừng gỗ - Rừng giàu 0,001 Nhƣ hiện trạng IIIa3 - Rừng TB 0,003 Nhƣ hiện trạng IIIa2 - Rừng nghèo 0,009 Nhƣ hiện trạng IIIa1 - Rừng non chƣa có trữ lƣợng 0,170 Nhƣ hiện trạng IIa - Rừng non có trữ lƣợng 0,056 Nhƣ hiện trạng IIb 2 Rừng tre nứa - Rừng tre luồng 0,047 3 Rừng hỗn giao Rõng hçn giao l¸ réng+l¸ kim 0,010 - Rừng hỗn giao gỗ + tre nứa 0,010 II Rừng trồng - RT có trữ lƣợng 0,760 - RT chƣa có trữ lƣợng 0,550 - RT là tre luồng 0,500 - RT cây đặc sản 0,400 B Đất chƣa có rừng - Đất trống, trảng cỏ 0,850 Nhƣ hiện trạng Ia - Đất có cây bụi rải rác 0,700 Nhƣ hiện trạng Ib - Đất có cây gỗ tái sinh 0,600 Nhƣ hiện trạng Ic C Đất Nông nghiệp 0,060 Tính thời điểm có lớp phủ D Đất khác 1,000 Không xác định Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Sau khi gán xong hệ số C cho bản đồ thảm thực vật, chuyển bản đồ vừa gán về dạng grid (chọn đối tượng/theme/convert to grid) thu đƣợc bản đồ hệ số kháng xói của đất (C). Hình 4.5: Bản đồ hệ số C khu vực nghiên cứu 4.1.5. Bản đồ hệ số canh tác (P) Hệ số P đặc trƣng cho mức độ giảm xói mòn do các biện pháp canh tác. Rõ ràng với canh tác mà luống đƣợc trồng theo hƣớng đƣờng đồng mức sẽ giảm thiểu xói mòn so với các biện pháp canh tác có luống theo hƣớng sƣờn. Hệ số P chỉ thể hiện rõ rệt trong tính toán xói mòn với các khu vực canh tác nông nghiệp. Với thực vật tự nhiên (ví dụ nhƣ rừng và cây bụi), thƣờng hệ số P đƣợc chọn bằng 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 Việc xác định các thông số về phƣơng thƣ́c canh tác cho khu vực nghiên cứu là rất khó khăn và tốn kém trong khi diện tích rừng tự nhiên của huyện Sơn Động còn khá lớn mà nhƣ̃ng khu vƣ̣c có lƣợng xói mòn lớn hầu hết tập trung ở v ùng miền núi cao , sƣờn dốc . Vì vậy trong nghiên cƣ́u này , chúng tôi thống nhất chọn chỉ số P bằng 1. 4.1.6. Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động Việc tính toán bản đồ xói mòn tiềm năng (V) chỉ đơn thuần là phép nhân các bản đồ thành phần đã đƣợc tính toán nhƣ trình bày ở 4.1.1 - 4.1.5 bằng phần mềm Arcview 3.2. Bản đồ xói mòn tiềm năng đƣợc thể hiện ở hình 4.6. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 Hình 4.6: Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 Bảng 4.3: Phân cấp xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động Xã Cấp xói mòn Diện tích xã 1 2 3 4 5 An Bá 186,55 712,10 678,28 609,72 657,35 2.844,00 An Châu 283,18 436,39 416,40 427,97 342,05 1.906,00 An Lạc 849,97 3.222,54 2.983,79 2.464,24 2.412,67 11.933,20 An Lập 521,63 230,73 152,14 130,21 129,28 1.164,00 Bồng Am 139,66 639,01 681,39 708,99 715,95 2.885,00 Cẩm Đàn 540,52 594,07 413,51 256,18 131,71 1.936,00 Chiên Sơn 346,51 78,99 9,88 2,12 0,50 438,00 Dƣơng Hƣu 1.294,83 2.748,82 1.609,58 1.112,86 839,21 7.605,30 Giáo Liêm 535,66 592,17 316,12 218,82 184,22 1.847,00 Hữu Sản 612,66 990,69 701,74 601,03 612,88 3.519,00 Lệ Viễn 566,67 415,37 214,03 245,88 241,95 1.683,90 Long Sơn 1.005,93 2.007,11 1.470,24 1.104,40 1.223,32 6.811,00 Phúc Thắng 365,37 487,15 435,49 314,99 190,01 1.793,00 Quế Sơn 617,25 330,92 80,84 37,13 13,86 1.080,00 Thạch Sơn 173,71 622,10 644,89 510,46 410,55 2.361,70 Thanh Luận 601,60 1.235,39 887,75 954,54 1.951,72 5.631,00 Thanh Sơn 1.130,42 1.697,93 1.290,19 1.307,67 2.131,19 7.557,40 TB1 467,25 1.912,14 2.161,62 1.581,77 828,12 6.950,90 TT. An Châu 113,91 25,33 8,67 3,56 2,54 154,00 Tuấn Đạo 678,72 1.732,91 1.490,18 1.264,27 1.153,92 6.320,00 Vân Sơn 734,93 1.031,89 708,17 556,48 576,52 3.608,00 Vĩnh Khƣơng 277,57 354,07 295,11 339,46 255,79 1.522,00 Yên Định 580,31 956,88 637,17 429,02 278,61 2.882,00 Xói mòn theo cấp 12.624,81 23.054,73 18.287,20 15.181,76 15.283,90 84.432,40 % theo cấp 14,95% 27,31% 21,66% 17,98% 18,10% 100% Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 Qua hình 4.6 và bảng 4.3 cho thấy yếu tố độ dốc và chiều dài sƣờn dốc ảnh hƣởng lớn đến xói mòn tiềm năng. Các xã có tiềm năng xói mòn đất lớn là Thanh Sơn, Thanh Luận, Tuấn Đạo, Bồng Am, An Lạc, Vân Sơn, Hữu Sản. Đó đều là những xã có nhiều núi cao, độ dốc lớn và lƣợng mƣa >1.600mm. Tuy nhiên xói mòn tiềm năng chỉ nói lên nguy cơ xói mòn khi chƣa có lớp phủ thực vật. 4.1.7. Bản đồ xói mòn huyện Sơn Động Bản đồ xói mòn đƣợc thành lập từ kết quả phép nhân giữa các bản đồ thành phần R,K,LS,C,P theo phƣơng trình USLE. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Hình 4.7: Bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Bảng 4.4: Phân cấp xói mòn huyện Sơn Động Xã Cấp xói mòn Diện tích 1 2 3 4 5 xã An Bá 140,71 1.355,75 865,26 339,55 142,73 2.844,00 An Châu 388,01 842,92 394,48 220,67 59,93 1.906,00 An Lạc 5.275,93 4.026,40 1.742,79 733,58 154,50 11.933,20 An Lập 443,91 342,51 198,21 117,86 61,51 1.164,00 Bồng Am 667,04 1.190,94 731,65 240,72 54,65 2.885,00 Cẩm Đàn 403,24 706,41 589,40 205,03 31,92 1.936,00 Chiên Sơn 270,84 119,52 43,69 3,91 0,04 438,00 Dƣơng Hƣu 1.197,38 3.000,84 2.189,75 1.046,06 171,27 7.605,30 Giáo Liêm 369,06 438,87 557,32 365,32 116,42 1.847,00 Hữu Sản 401,03 707,56 984,64 961,89 463,88 3.519,00 Lệ Viễn 364,52 466,36 371,56 322,34 159,12 1.683,90 Long Sơn 1.374,07 2.768,18 1.749,37 762,27 157,11 6.811,00 Phúc Thắng 342,16 608,56 508,98 273,67 59,63 1.793,00 Quế Sơn 441,90 349,59 230,46 53,58 4,47 1.080,00 Thạch Sơn 218,33 770,23 723,05 502,29 147,80 2.361,70 Thanh Luận 1.894,43 2.894,31 668,36 136,29 37,60 5.631,00 Thanh Sơn 2.989,19 2.956,31 1.042,48 420,63 148,79 7.557,40 TB1 409,96 980,47 2.139,52 2.634,93 786,02 6.950,90 TT. An Châu 85,11 38,59 17,42 10,15 2,72 154,00 Tuấn Đạo 3.292,97 2.101,61 604,28 247,26 73,88 6.320,00 Vân Sơn 611,67 1.156,35 1.023,38 575,39 241,22 3.608,00 Vĩnh Khƣơng 191,92 407,05 524,76 314,44 83,84 1.522,00 Yên Định 799,08 1.131,88 623,81 270,49 56,74 2.882,00 Xói mòn theo cấp 22.572,47 29.361,21 18.524,62 10.758,33 3.215,78 84.432,40 % theo cấp 26,73% 34,77% 21,94% 12,74% 3,81% 100% Qua hình 4.7 thể hiện bản đồ xói mòn thực tế cho thấy khung cảnh khác hẳn so với bản đồ xói mòn tiềm năng. Những khu vực xói mòn tiềm năng lớn nhƣ dãy núi Yên Tử, Phƣợng Hoàng lại hầu nhƣ không xảy ra xói mòn cấp 4, cấp 5 bởi đƣợc che phủ bởi thảm thực vật, đặc biệt là rừng tự nhiên. Ngƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 lại rất nhiều diện tích có xói mòn tiềm năng không cao nhƣ Thạch Sơn, Phúc Thắng, Dƣơng Hƣu thực tế lại xói mòn mạnh. 4.2. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu Sau khi có bản đồ xói mòn tiềm năng và bản đồ xói mòn thực tế huyện Sơn Động, chúng tôi tiến hành kiểm chứng hiện trƣờng. Kết quả cho thấy: - Đối với bản đồ xói mòn tiềm năng: Xói mòn tiềm năng nói lên nguy cơ xói mòn khi không có lớp phủ thực vật. Qua kiểm tra thực tế cho thấy xói mòn tiềm năng xảy ra mạnh ở những khu vực núi cao nhƣ dãy núi Yên Tử, Phƣợng Hoàng, núi Mít. Đây là những ngọn núi có độ cao trên 600m và có độ dốc lớn. Điều này cho thấy tiềm năng xói mòn ở những khu vực núi cao, độ dốc lớn là rất lớn. Qua thực tế cho thấy: + Khu vực không xảy ra xói mòn tiềm năng là những khu bằng phẳng nằm ở chân đồi, núi, thung lũng nơi không có độ dốc. + Khu vực có nguy cơ xói mòn tiềm năng cấp 1,2 xảy ra ở những khu vực chân đồi, núi nơi có độ dốc nhỏ. + Khu vực có nguy cơ xói mòn tiềm năng cấp 3 xảy ra ở những khu vực có độ dốc trung bình, chiều dài sƣờn dốc ngắn. + Khu vực có nguy cơ xói mòn tiềm năng cấp 4,5 xảy ra ở những khu vực núi cao, nơi có độ dốc lớn, sƣờn dốc dài. - Đối với bản đồ xói mòn thực tế: Ngƣợc lại với bản đồ xói mòn tiềm năng, xói mòn thực tế lại xảy ra mạnh ở những nơi không có thảm thực vật che phủ hoặc những nơi đã có thảm thực vật nhƣng mức độ che phủ chƣa cao, ít tầng tán. Hầu nhƣ những diện tích đƣợc xác định là xói mòn cấp 4, cấp 5 đều là những diện tích đất trống trên sƣờn núi có độ dốc từ trung bình đến lớn. Những điểm xói mòn cấp 0, cấp 1, cấp 2 là những diện tích nằm dƣới chân đồi núi, những diện tích bằng hoặc diện tích đƣợc che phủ ở mức độ cao bởi thảm thực vật. Những nơi có nguy có xói mòn tiềm năng cấp 4, cấp 5 nhƣ dãy núi Yên Tử, Phƣợng Hoàng thực tế lại chỉ xảy ra xói mòn cấp 1, cấp 2. Qua kiểm tra thực tế cho thấy những diện tích này đƣợc che phủ bởi rừng tự nhiên rậm rạp, nhiều tầng tán. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 4.3. Ảnh hƣởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mòn đất huyện Sơn Động Qua bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện tại cho thấy lớp phủ thực vật có vai trò quan trọng đối với quá trình xói mòn đất. Mỗi loại lớp phủ thực vật có mức độ ảnh hƣởng khác nhau đến quá trình xói mòn đất. Bảng 4.5: Tƣơng quan diện tích xói mòn với độ che phủ rừng Xã Diện tích tự nhiên Diện tích xói mòn cấp 3,4,5 Đất có rừng Đất trống D.tích %/DTTN Tổng RTN RT (Ia,Ib,Ic) An Bá 2.844,00 1.347,54 47,4 2297,94 1919,34 378,6 114,5 An Châu 1.906,00 675,08 35,4 1252,87 857,27 395,6 176,6 An Lạc 11.933,20 2.630,87 22,1 10330,3 9431,9 898,4 1297,6 An Lập 1.164,00 377,58 32,4 669,12 239,6 429,52 145 Bồng Am 2.885,00 1.027,02 35,6 2094,3 1728,8 365,5 119,4 Cẩm Đàn 1.936,00 826,34 42,7 1228,8 609,9 618,9 57,9 Chiên Sơn 438,00 47,64 10,9 190,7 0 190,7 0 Dƣơng Hƣu 7.605,30 3.407,08 44,8 4933,68 2525,3 2408,38 1836,6 Giáo Liêm 1.847,00 1.039,06 56,3 1518,01 238,8 1279,21 528,7 Hữu Sản 3.519,00 2.410,41 68,5 2238,7 202,9 2035,8 1352,9 Lệ Viễn 1.683,90 853,02 50,7 816,04 129,9 686,14 333,9 Long Sơn 6.811,00 2.668,75 39,2 4733,7 3435,5 1298,2 477 Phúc Thắng 1.793,00 842,28 47 1382,1 858,7 523,4 280,9 Quế Sơn 1.080,00 288,51 26,7 1111 555,6 555,4 21,1 Thạch Sơn 2.361,70 1.373,14 58,1 1435,6 971,3 464,3 439,9 Thanh Luận 5.631,00 842,25 14,9 4673,1 4356,3 316,8 314,7 Thanh Sơn 7.557,40 1.611,91 21,3 5673,8 5205,2 468,6 442,1 TB1 6.950,90 5.560,47 Không xác định TT. An Châu 154,00 30,3 19,7 21 0 21 0 Tuấn Đạo 6.320,00 925,42 14,6 5937,99 4879,99 1058 747,9 Vân Sơn 3.608,00 1.839,98 51 2644,34 1157,44 1486,9 522,6 Vĩnh Khƣơng 1.522,00 923,04 60,7 1157,7 677,4 480,3 325,8 Yên Định 2.882,00 951,04 33 2100,3 1404,6 695,7 372,1 Tổng 84.432,40 32.498,73 58.441,09 41.385,74 17.055,35 9.907,2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Qua phân tích mối tƣơng quan giữa diện tích xói mòn với độ che phủ của rừng ở Sơn Động cho thấy: Có 3 mức xói mòn chính: - Mức 1: Xói mòn mạnh với diện tích lớn ở các xã có độ che phủ không cao nhƣ Lệ Viễn, Hữu Sản, Cẩm Đàn. - Mức 2: Xói mòn tƣơng đối mạnh ở các xã có diện tích rừng trồng lớn (so với diện tích có rừng và diện tích tự nhiên) nhƣ Giáo Liêm, Long Sơn, Thạch Sơn, Vân Sơn. - Mức 3: Xói mòn yếu ở các xã có độ che phủ, diện tích rừng tự nhiên lớn nhƣ Thanh Sơn, Thanh Luận, Tuấn Đạo. Qua những phân tích trên cho thấy thực vật tự nhiên có vai trò to lớn trong việc giảm thiểu xói mòn. Ở những khu vực không con rừng tự nhiên thì rừng trồng cũng đóng vai trò to lớn trong việc giảm thiểu xói mòn đất. 4.3. Một số đề xuất cho khu vực nghiên cứu 4.3.1. Đối với khu vực xói mòn cấp 1 - Cấp không xói mòn Bảo vệ tốt diện tích rừng hiện có, kết hợp phát triển rừng với lợi dụng rừng đảm bảo mục đích kinh tế và nhƣng vẫn bảo vệ môi trƣờng sinh thái. 4.3.2. Đối với khu vực xói mòn cấp 2 - Cấp ít nguy hại Theo kết quả nghiên cứu, những vùng xói mòn cấp 2 thƣờng là chân đồi thấp, nơi có thực bì dầy, độ dốc nhỏ, đất đai còn tốt, độ phì cao. Biện pháp kỹ thuật đối với khu vực này là bảo vệ hiện trạng lớp phủ. Có thể kết hợp trồng cây ngắn ngày nhƣ Dứa, Chè hay lâm sản ngoài gỗ nhƣ Ba kích, mây, thảo quả… dƣới tán rừng, vừa tận dụng đất đai tăng thu nhập vừa tăng cƣờng khả năng bảo vệ đất của thảm thực vật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 4.3.3. Đối với khu vực xói mòn cấp 3 - Cấp nguy hại Xói mòn cấp 3 là cấp xói mòn nguy hại, diện tích này chiếm 21,94% diện tích tự nhiên khu vực nghiên cứu. Hiện trạng chính là những lâm phần rừng phục hồi sau nƣơng rẫy, diện tích trảng cỏ, cây bụi (Ib, Ic). Biện pháp kỹ thuật khả thi với những diện tích này là bảo vệ diện tích rừng hiện có bằng các biện pháp khoanh nuôi tái sinh có trồng bổ sung các cây bản địa có giá trị kinh tế và có khả năng thích nghi cao với điều kiện sinh thái nhƣ Trám, Lát, Muồng, Lim xanh… Cũng có thể trồng bổ sung các loại lâm sản ngoài gỗ những nơi còn tính chất đất rừng. Đối với những diện tích không còn khả năng phục hồi thành rừng thì có thể trồng lại rừng. Khi trồng rừng có thể ƣu tiên chọn cây mọc nhanh nhƣ Keo, Bạch đàn để nhanh chóng tạo lớp phủ bảo vệ đất. Cần lƣu ý các biện pháp kỹ thuật lâm sinh khi tác động, đặc biệt là công tác xử lý thực bì. Cần tránh tối đa việc sử dụng biện pháp xử lý thực bì toàn diện, nên xử lý thực bì theo băng hoặc theo rạch, đồng thời cần xử lý thực bì sớm trƣớc mùa mƣa để đảm bảo an toàn cho đất. 4.3.4. Đối với khu vực xói mòn cấp 4 - Cấp rất nguy hại Cấp xói mòn rất nguy hại trên địa bàn nghiên cứu chiếm 12,74%, chủ yếu là những diện tích đất trống, trảng cỏ hiện trạng Ia hoặc những nơi rừng trồng chƣa thành rừng trên các sƣờn núi có độ dốc lớn. Cần ƣu tiên trồng rừng trên những diện tích này. Nên chọn loài cây mọc nhanh và có khả năng cải tạo đất nhƣ Keo, muồng. Hạn chế tối đa các tác động làm ảnh hƣởng đến xói mòn đất nhƣ cày xới, xử lý thực bì toàn diện, trồng cây sinh trƣởng chậm... 4.3.5. Đối với khu vực xói mòn cấp 5 - Cấp cực kỳ nguy hại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 Diện tích xói mòn cực kỳ nguy hại chỉ chiếm 3,81% diện tích tự nhiên huyện Sơn Động. Tuy nhiên xói mòn cực kỳ nguy hại ảnh hƣởng nghiêm trọng đến tính chất đất, làm đất mất khả năng canh tác. Cần phủ xanh diện tích này bằng rừng trồng cây mọc nhanh, cây có tác dụng cải tạo đất. Nếu có điều kiện cần kết hợp các biện pháp công trình chống xói mòn. Khi xử lý thực bì trồng rừng tuyệt đối không đƣợc xử lý toàn diện, tránh mùa mƣa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận: - Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) kết hợp phƣơng trình mất đất phổ quát của để dự báo xói Wischmeier W.H - Smith D.D để dự báo xói mòn đất ở huyện Sơn Động là vấn đề mới, có ý nghĩa khoa học và mang tính thực tiễn, thời sự. - Đề tài đã xây dựng đƣợc bản đồ tiềm năng xói mòn đất và bản đồ xói mòn thực tế huyện Sơn Động là cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng đất hợp lý cho khu vực nghiên cứu, đảm bảo tính bền vững của lãnh thổ. - Những kết quả của đề tài đã đƣợc chúng tôi kiểm chứng ngoài thực địa, do đó kết quả của đề tài là đáng tin cậy, có hàm lƣợng khoa học, có thể làm tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác quy hoạch sử dụng đất của địa phƣơng. - Đề tài đã căn cứ vào tình hình thực tế và kết quả nghiên cứu đã đƣa ra một số đề xuất cho khu vực nghiên cứu theo từng cấp xói mòn. Do thời gian có hạn nên những đề xuất này có thể chƣa đƣợc đầy đủ. Tuy nhiên, đây là tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho địa phƣơng và nhân dân. 2. Kiến nghị: Cần tiếp tục có những nghiên cứu về xói mòn đất bằng GIS trên những phạm vi lớn hơn (cấp tỉnh hoặc cấp quốc gia) để đồng bộ trong quá trình phân tích đánh giá và lựa chọn biện pháp tác động mang tính tổng hợp và hệ thống. Trong các nghiên cứu tiếp theo về xói mòn đất, cần kết hợp việc sử dụng công nghệ GIS với các biện pháp xác định xói mòn ngoài thực địa để kiểm chứng, nâng cao giá trị thực tiễn của vấn đề nghiên cứu tại địa phƣơng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Phạm Ngọc Dũng (1991) Nghiên cứu một số biện pháp chống xói mòn trên đất đỏ bazan trồng chè vùng Tây nguyên và xác định giá trị của các yếu tố gây xói mòn đất theo mô hình Wischmeier W.H and Smith D.D, Luận án Phó tiến sĩ khoa học Nông nghiệp, Hà Nội. 2. Nguyễn Trọng Hà (1996), Xác định các yếu tố gây xói mòn và khả năng dự báo xói mòn trên đất dốc, Luận án PTS KH-KT, trƣờng Ðại học Thủy lợi, Hà Nội. 3. Phạm Hùng (2001), Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mô hình toán trong tính toán xói mòn lưu vực ở Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật trƣờng Ðại học Thủy lợi, Hà Nội. 4. Nguyễn Ngọc Lung, Võ Đại Hải (1997), Kết quả bước đầu nghiên cứu tác dụng phòng hộ nguồn nước của một số thảm thực vật chính và xây dựng rừng phòng hộ nguồn nước, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội. 5. Nguyễn Quang Mỹ (1995), “Ảnh hƣởng của yếu tố địa hình đến xói mòn đất ở Việt Nam”, Tạp chí khoa học ĐHQG Hà Nội tập XI, no1, tr 55-59. 6. Nguyễn Quang Mỹ (2005), Xói mòn đất hiện đại và các biện pháp chống xói mòn, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội. 7. Nguyễn Quang Mỹ, Quách Cao Yêm, Hoàng Xuân Cơ (1984), "Nghiên cứu xói mòn và thử nghiệm một số biện pháp chống xói mòn đất Nông nghiệp Tây Nguyên", Các báo cáo khoa học của chƣơng trình điều tra tổng hợp Tây Nguyên giai đoạn 1976-1980, Hà Nội. 8. Phòng Thống kê huyện Sơn Động (2007), Niên giám thống kê năm 2007, Sơn Động, Bắc Giang. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 9. Trần Vĩnh Phƣớc (2001), GIS - Một số vấn đề chọn lọc, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội. 10. Vũ Anh Tuân (2007), Nghiên cứu biến động hiện trạng sử dụng đất và ảnh hưởng của nó tới xói mòn lưu vực sông Trà Khúc bằng phương pháp viễn thám và GIS, Luận án tiến sĩ, Viện khoa học công nghệ vũ trụ, Hà Nội. 11. Trung tâm liên ngành viễn thám và GIS - Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn (2000), Báo cáo đề tài khoa học Đánh giá tiềm năng xói mòn vùng đồi núi Bắc trung bộ Việt Nam, Hà Nội. 12. Vi Văn Vị, Trần Bích Nga (1987), “Xói mòn mặt lƣu vực sông Đà và khả năng bồi lấp hồ chứa Hoà Bình”, Tuyển tập các báo cáo khoa học tại hội nghị khoa học khí tượng thuỷ văn toàn quốc lần thứ I, Tổng cục khí tƣợng thuỷ văn, Hà Nội. 13. Trần Minh Ý và nnk (2002), “Đề tài 74 06 01. Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý nhằm dự báo các tai biến môi trƣờng”, Danh mục và tóm tắt Nội dung và kết quả của các đề tài nghiên cứu cơ bản, chuyên ngành các khoa học Trái Đất, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2002. 14. UBND tỉnh Bắc Giang (2007), Kết quả theo dõi diễn biến tài nguyên rừng tỉnh Bắc Giang năm 2007. Tiếng Anh 15. Bui Dung The, Erosion and choice of land use systems by upland in the central coast, Viet Nam, 16. Lai Vinh Cam (2000), “Soil erosion study in NorthWest region of Viet Nam by intergrating watersheed analysis and universal soil loss equation (USLE)”. Tạp chí khoa học DHQG HN, KHTN số XI. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 17. Liu Bao-Yuan, Zhang Ke-Li, Xie Yun (2002), “Emprical Soil loss equation”, Proceedings of 12th ISCO conference Vol.2: Process of soil erosion and its environment effect. pp 21-25. Beijing. 18. Niu Dekui, Guo Xiaomin (2002), “Analyis of the present research situation and trend of soil erodibility”, Proceedings of 12th ISCO conference Vol.2: Process of soil erosion and its environment effect. pp 291-295. Beijing.