ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA ĐỊA LÝ
TRƯƠNG VĂN DÀNG
Đề tài:
ỨNG DỤNG GIS ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT Ở KHU VỰC
ĐỒI NÚI HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN - HUẾ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : Cử nhân Khoa học Địa lý
Đà Nẵng, 05/2014
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA ĐỊA LÝ
TRƯƠNG VĂN DÀNG
Đề tài:
ỨNG DỤNG GIS ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT Ở KHU VỰC
ĐỒI NÚI HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN - HUẾ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : Cử nhân Khoa học Địa lý
Người hướng dẫn khoa học: Lê Ngọc Hành
Đà Nẵng, 05/2014
LỜI CẢM ƠN
Trong q trình thực hiện khố luận tốt nghiệp, ngồi sự nổ
lực của bản thân, em cịn nhận được sự quan tâm, giúp đở tận tình
từ nhiều từ nhiều tổ chức và cá nhân. Nay khoá luận đã hoàn thành,
em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy cơ là giảng viên khoa
Địa lí – trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã ln quan
tâm, dìu dắt em trong suốt 04 năm học tập ở trường. Đặc biệt gửi lời
cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo Lê Ngọc Hành, người đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành cơng trình này.
Ngồi ra, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã
ln sát cánh, động viên em trong những lúc gặp điều kiện không
thuận lợi. Cảm ơn Thầy Trương ĐìnhTrọng và các thầy, cơ giáo
khoa Địa lí – Địa chất trường Đại học Khoa học - Đại học Huế, anh
Nguyễn Huy Anh – Viện Tài nguyên và Môi trường – Đại học Huế,
Phịng Tài ngun - Mơi trường huyện Phú Lộc, Sở Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn tỉnh Thừa Thiên Huế, Sở Tài nguyên và Môi
trường tỉnh Thừa Thiên Huế đã tạo điều kiện giúp đỡ em thu thập
tài liệu và số liệu để hồn thành cơng trình.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện
Trương Văn Dàng
MỤC LỤC
A. MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 10
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 10
2. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................ 11
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 11
4. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................ 11
5. Giới hạn đề tài ................................................................................................... 11
5.1. Về nội dung.................................................................................................... 11
5.2. Về không gian ................................................................................................ 11
5.3. Về thời gian ................................................................................................... 11
6. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 12
6.1. Phương pháp thu thập, xử lý, phân tích, tổng hợp tài liệu ........................... 12
6.2. Phương pháp khảo sát thực địa .................................................................... 12
6.3. Phương pháp sử dụng công nghệ GIS và bản đồ.......................................... 13
7. Bố cục đề tài ...................................................................................................... 13
B. NỘI DUNG ......................................................................................................... 14
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................ 14
1.1. KHÁI QT CHUNG VỀ XĨI MỊN ĐẤT ................................................ 14
1.1.1. Định nghĩa xói mịn đất ........................................................................... 14
1.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất ................................................. 14
1.2. Phân loại xói mịn........................................................................................... 18
1.2.1. Xói mịn do nước ..................................................................................... 18
1.2.2. Xói mịn do gió ........................................................................................ 20
1.3. TÁC HẠI CỦA XĨI MỊN ............................................................................ 21
1.3.1. Tác hại của xói mịn đến độ phì của đất và năng suất cây trồng ............. 21
1.3.2. Tác hại của xói mịn đất đến các hệ sinh thái .......................................... 22
1.3.3. Các tác hại khác ....................................................................................... 22
1.4. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT ... 22
1.4.1. Định nghĩa GIS ........................................................................................ 22
1.4.2. Các thành phần trong một hệ GIS............................................................ 23
1.4.3. Hệ cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý GIS ................................. 25
1.4.4. Ứng dụng GIS và các mơ hình để đánh giá xói mịn đất ......................... 28
1.5. TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU XĨI MỊN ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM ........................................................................................................... 31
1.5.1. Trên Thế giới ........................................................................................... 31
1.5.2. Việt Nam .................................................................................................. 32
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG XÓI MÒN ĐẤT Ở KHU VỰC ĐỒI NÚI HUYỆN
PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ ............................................................... 35
2.1. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XĨI MỊN Ở KHU VỰC ĐỒI NÚI
HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ................................................. 35
2.1.1. Điều kiện tự nhiên.................................................................................... 35
2.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội ........................................................................... 45
2.2. HIỆN TRẠNG XĨI MỊN ĐẤT CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............. 47
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIS ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT Ở KHU VỰC ĐỒI
NÚI HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ ....................................... 50
3.1. QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT ................................................. 50
3.1.1. Quy trình chung ....................................................................................... 50
3.1.2. Quy trình chi tiết ...................................................................................... 51
3.2. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ XĨI MỊN ĐẤT CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 52
3.2.1. Bản đồ xói mịn do mưa – R .................................................................... 52
3.2.2. Bản đồ hệ số kháng xói của đất – K ........................................................ 55
3.2.3. Bản đồ hệ số địa hình – LS ...................................................................... 58
3.2.4. Bản đồ hệ số thảm thực vật – C ............................................................... 60
3.2.5. Bản đồ hệ số bảo vệ đất – P ..................................................................... 62
3.2.6. Bản đồ xói mịn tiềm năng khu vực đồi núi huyện Phú Lộc ................... 64
3.2.7. Bản đồ xói mịn hiện trạng khu vực đồi núi huyện Phú Lộc ................... 69
3.3. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ XĨI MỊN ĐẤT ................... 73
3.3.1. Các giải pháp giúp hạn chế xói mịn đất cấp I – cấp khơng xói mịn ...... 73
3.3.2. Các giải pháp giúp hạn chế xói mịn đất cấp II – cấp ít nguy hại ............ 73
3.3.3. Các giải pháp giúp hạn chế xói mịn đất cấp III – cấp khá nguy hại ....... 73
3.3.4. Các giải pháp giúp hạn chế xói mịn đất cấp IV – cấp nguy hại ............. 73
3.3.5. Các giải pháp giúp hạn chế xói mịn đất cấp V – cấp rất nguy hại.......... 74
3.3.6. Các giải pháp giúp hạn chế xói mịn đất cấp VI – cấp cực kỳ nguy hại .. 74
C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 76
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FAO: Tổ chức lương thực thế giới
GIS (Geographic Information System): hệ thống thông tin Địa lí
CSDL: Cơ sở dữ liệu
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng
Tên bảng
Trang
1.1
Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mịn đất
8
1.2
Sự khác nhau giữa xói mịn do nước và xói mịn do gió
12
2.1
Lượng mưa trung bình các tháng trong năm
29
2.2
Diện tích các loại đất chính
31
2.3
Tình hình dân số huyện Phú Lộc năm 2010
33
2.4
Tổng hợp số lượng gia súc qua các năm
35
3.1
Hệ số K của các loại đất khu vực đồi núi huyện Phú Lộc
42
3.2
Bảng tính hệ số P
46
3.3
Phân cấp xói mịn tiềm năng khu vực đồi núi huyện Phú Lộc
47
3.4
Phân cấp xói mịn hiện trạng khu vực đồi núi huyện Phú Lộc
50
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình
Tên hình vẽ
Trang
1.1
Các nhân tố ảnh hưởng đến q trình xói mịn đất
6
1.2
Sơ đồ các thành phần của một hệ GIS
14
1.3
Sử dụng mơ hình USLE trong tính tốn xói mịn bằng GIS
20
2.1
Bản đồ hành chính huyện Phú Lộc
2.2
Bản đồ khu vực nghiên cứu
2.3
Biểu đồ cơ cấu kinh tế huyện Phú Lộc
34
2.4
Một số hình ảnh về thực trạng xói mịn ở một số điểm
37
khảo sát tại khu vực nghiên cứu
3.1
Quy trình đánh giá xói mịn chung
38
3.2
Quy trình đánh giá xói mịn chi tiết
39
3.3
Bản đồ hệ số xói mịn do mưa ở khu vực đồi núi huyện
Phú Lộc (R)
3.4
Bản đồ hệ số kháng xói của đất ở khu vực đồi núi huyện
Phú Lộc (K)
3.5
Quy trình thành lập bản đồ LS
3.6
Bản đồ hệ số kháng xói của đất ở khu vực đồi núi huyện
44
Phú Lộc (LS)
3.7
Bản đồ hệ số thảm phủ thực vật ở khu vực đồi núi huyện
Phú Lộc (C)
3.8
Bản đồ hệ số bảo vệ đất ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc
(P)
3.9
Biểu đồ cơ cấu diện tích xói mịn tiềm năng phân theo cấp
3.10
Bản đồ phân cấp xói mịn ở khu vực đồi núi huyện Phú
48
Lộc
3.11
Biểu đồ cơ cấu diện tích xói mịn hiện trạng phân theo cấp
3.12
Bản đồ phân cấp xói mịn hiện trạng ở khu vực đồi núi
huyện Phú Lộc
51
A. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Xói mịn đất là một trong những vấn đề mơi trường tồn cầu hiện nay và đang có
xu hướng gia tăng. Trong khi đó quỹ đất canh tác của thế giới hết sức hữu hạng và dân số
không ngừng phát triển. Theo các chuyên gia của FAO – UNEP hàng năm trên tồn thế
giới có khoảng từ 5 đến 7 triệu ha đất bị mất khả năng sản xuất do bị xói mịn đất. Ở Việt
Nam, với ¾ diện tích là đồi núi và lại nằm trong vùng nhiệt đới ẩm gió mùa, vậy nên xói
mịn được xem là một hiểm họa đối với đất dốc ở Việt Nam. Nếu khơng có biện pháp
phịng chống thì mỗi năm hàng trăm tấn đất và dinh dưỡng sẽ bị mất và chỉ sau vài năm
đất trở nên thối hóa khơng cịn khả năng canh tác [4].
Xói mịn đất làm giảm hoặc mất đi năng suất sinh học đem lại lợi ích kinh tế cho
con người dẫn đến đói nghèo và di cư bất ổn định xã hội. Tình trạng xói mịn đất đã diễn
ra từ lâu do nhiều nguyên nhân như canh tác lạc hậu, đốt nương làm rẫy, du canh, du cư,
thiên tai, lũ lụt… Diện tích rừng và độ che phủ đất giảm nhanh chóng do khai thác khơng
hợp lý dẫn đến tăng cường xói mịn rửa trơi hình thành đất xói mòn trơ sỏi đá hay đất
xám bạc màu ở vùng đồi núi.
Phú Lộc là một huyện nằm ở phía nam của tỉnh Thừa Thiên Huế, với địa hình
nhiều đồi núi. Đất nơng và lâm nghiệp chiếm phần lớn diện tích, phương pháp canh tác
và sử dụng đất của người dân địa phương vẫn chưa hợp lý. Ngoài ra, Phú Lộc cịn là một
trong những địa phương có lượng mưa hàng năm lớn, sông suối nhiều cũng như nằm ven
biển nên chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu gió mùa cao. Đó là những ngun nhân
làm xói mịn đất ở đây diễn ra càng nhanh hơn. Chính vì vậy, việc đánh giá và đưa ra dự
báo xói mịn đất là điều cần thiết và cấp bách hiện nay để có các biện pháp sử dụng và
bảo vệ đất hợp lý.
Ðể giảm thiểu xói mịn, hai vấn đề cần được song song nghiên cứu là: q trình
xói mịn, ngun nhân, các yếu tố ảnh hưởng và vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên. Có
nhiều phương pháp nghiên cứu, đánh giá xói mịn đất được các tác giả trong và ngồi
nước sử dụng. Trong đó, việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) là phương pháp,
là công cụ mạnh có khả năng phân tích khơng gian trong những khoảng thời gian khác
nhau. GIS cịn cho phép tích hợp phương trình mất đất phổ dụng của Wischmeier W.H và
Smith D.D để tính tốn và xây dựng các bản đồ xói mịn đất của các lưu vực, vùng lãnh
thổ một cách dễ dàng và chính xác.
Với các lợi ích mà hệ thống thơng tin địa lý (GIS) có thể mang lại góp phần vào
việc đánh giá và dự báo xói mịn đất ở huyện Phú Lộc. Chính vì vậy, việc nghiên cứu
“Ứng dụng GIS đánh giá xói mịn đất ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa
Thiên Huế” là rất cần thiết và cấp bách.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng GIS đánh giá xói mịn đất, xây dựng được bản đồ xói mịn
hiện trạng và xói mịn tiềm năng. Từ đó đề xuất được các giải pháp để hạn chế xói mịn ở
khu vực đồi núi huyện Phú Lộc.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề thực hiện được mục tiêu trên, tác giả phải thực hiện được các nhiệm vụ sau:
- Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài
- Khái quát điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu
- Nghiên cứu hiện trạng xói mịn đất ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa
Thiên Huế
- Đánh giá xói mịn đất ở khu vực đồi núi Huyện Phú Lộc, Thừa Thiên Huế bằng
phương trình mất đất phổ dụng dưới sự trợ giúp của GIS
- Đề xuất các giải pháp để hạn chế xói mịn đất ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc,
Thừa Thiên Huế.
4. Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu những vấn đề lý luận và thực tiễn liên quan đến xói mịn đất.
- Tồn bộ diện tích đất khu vực đồi núi thuộc huyện Phú Lộc.
5. Giới hạn đề tài
5.1. Về nội dung
Nội dung nghiên cứu của đề tài này là tiến hành điều tra khảo sát, thu thập thông
tin và đánh giá xói mịn hiện trạng và tiềm năng ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc, tỉnh
Thừa Thiên Huế.
5.2. Về không gian
Đề tài nghiên cứu tại huyện Phú Lộc tỉnh Thừa Thiên Huế.
5.3. Về thời gian
Do hạn chế về nguồn tư liệu liên quan nên đề tài chỉ thu thập tài liệu từ năm 2005
đến 2013.
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Phương pháp thu thập, xử lý, phân tích, tổng hợp tài liệu
Đây là một phương pháp rất quan trọng được áp dụng trong quá trình nghiên cứu.
Cần phải tiến hành thu thập tài liệu, số liệu từ các cơ quan ban ngành có liên quan. Các
tài liệu, số liệu khai thác từ các nguồn: các báo cáo của Phịng, Sở Tài ngun Mơi
trường Tỉnh, các đề tài luận văn tốt nghiệp, nghiên cứu khoa học, sách vở, báo chí, các
trang web và thơng qua việc điều tra khảo sát. Tài liệu thu thập dưới dạng văn bản, số
liệu quan trắc, đo đạc, tính tốn, bản đồ số,…bao gồm các bản đồ, điều kiện tự nhiên,
kinh tế xã hội. Các tài liệu sau khi đã thu thập cần phải xử lý, phân tích, so sánh, tổng hợp
chúng một cách thống nhất. Với nguồn tài liệu thu thập được sẽ là cơ sở để tiến hành
phương pháp nghiên cứu trong phịng.
Trong q trình thực hiện, tác giả đã thu thập một số tài liệu liên quan đến đề tài.
Qua đó, tác giải chọn lọc những số liệu quan trọng có liên quan đến đề tài để đưa vào sử
dụng, cụ thể như sau:
- Bản đồ đường đẳng mưa, bản đồ địa hình, bản đồ thổ nhưỡng, ảnh viễn thám,…
- Báo cáo hiện trạng sử dụng các nguồn tài nguyên huyện Phú Lộc, Báo cáo tình
hình thực hiện kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm 2013 và nhiệm vụ, kế hoạch năm
2014,…
- Các sách, báo và các cơng trình nghiên cứu về xói mịn của một số tác giả ở Đại
học Huế, Đại học Thái Nguyên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Nông lâm Thành phố
Hồ Chí Minh.
6.2. Phương pháp khảo sát thực địa
Đây là phương pháp đặc thù trong nghiên cứu địa lý, trong quá trình nghiên cứu
tác giả đã tiến hành đi thực địa tại một số địa điểm ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc tỉnh
Thừa Thiên Huế. Đồng thời thu thập bổ sung, cập nhật thêm những dữ liệu cần thiết phục
vụ cho quá trình nghiên cứu. Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã tiến hành đi khảo
sát thực địa tại một số điểm thuộc địa phân xã Lộc Điền, xã Lộc Hòa, xã Lộc Tiến để thu
thập hình ảnh về hiện trạng xói mịn và khảo sát về hiện trạng xói mịn, khảo sát lớp phủ
thực vật.
6.3. Phương pháp sử dụng công nghệ GIS và bản đồ
Đây là phương pháp rất quan trọng và là phương pháp chủ đạo của đề tài. Từ các
số liệu và bản đồ thu thập được trong quá trình nghiên cứu. Với sự hỗ trợ của các phần
mềm GIS (ArcGIS và Mapinfo) và viễn thám (ENVI) để xử lý và thiết lập các bản đồ
thành phần. Từ đó thành lập bản đồ xói mịn đất khu vực đồi núi huyện Phú Lộc. Những
bản đồ được xây dựng cụ thể như sau:
- Xây dựng chỉ số LS từ bản đồ địa hình dưới sự trợ giúp của ArcGIS.
- 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 từ kênh 4 và kênh 5 của ảnh Landsat dưới sự trợ giúp của
ENVI.
- Xây dựng chỉ số P tham khảo các chỉ số P tương ứng.
- Phương pháp đánh giá sự mất đất của Wischmeier and Smith 1978 (A=R x K x
LS x C x P) kết hợp với GIS (Chồng lớp số học).
7. Bố cục đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị và tài liệu tham khảo, đề tài gồm có 3
chương:
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Hiện trạng xói mịn đất ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc, Thừa Thiên
Huế
Chương 3: Ứng dụng GIS đánh giá xói mịn đất ở khu vực đồi núi huyện Phú Lộc,
tỉnh Thừa Thiên Huế
B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. KHÁI QT CHUNG VỀ XĨI MỊN ĐẤT
1.1.1. Định nghĩa xói mịn đất
Theo từ điển Bách khoa tồn thư về khoa học trái đất, xói mịn xuất phát từ tiếng
Latinh là “erodere” chỉ sự ăn mịn dần. Thuật ngữ xói mịn dùng để chỉ các q trình liên
quan đến các lớp đất, đá tơi ra và bị mang đi, bởi các tác nhân như gió, nước, băng, tuyết
tan hoặc hoạt động của sinh vật.
Có nhiều quan niệm về xói mịn khác nhau. Theo các tác giả nước ngồi, xói mịn
đất là những hiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo đất cũng như quặng xốp bằng dịng
nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và rất phổ biến (L.I Paraxơlốp, 19xx). Xói mịn
đất cịn được xem là sự chuyển dời vật lý của lớp đất do nhiều tác nhân khác nhau như
lực đập của giọt nước, gió, tuyết và bao gồm cả quá trình sạt lở do trọng lực (Hudson,
1968) [6]. Theo Ellison (1944) [7]: “Xói mịn là hiện tượng di chuyển đất bởi nước mưa,
bởi gió dưới tác động của trọng lực lên bề mặt của đất. Xói mòn đất được xem như là một
hàm số với biến số là loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thảm thực vật, lượng
mưa và cường độ mưa”.
Cũng dựa trên yếu tố trọng lực, có quan niệm cho rằng q trình xói mịn, trượt lở,
bồi lấp thực chất là quá trình phân bố lại vật chất dưới ảnh hưởng của trọng lực, xảy ra
khắp nơi và bị chi phối bởi yếu tố địa hình (Cao Đăng Dư,19xx) [6].
Theo một trong những cách tiếp cận khác khi nghiên cứu về lớp phủ thực vật thì
xói mịn là một quá trình động lực phá hủy độ màu mỡ của đất, làm mất trạng thái cân
bằng của cả vùng bị xói mịn lẫn vùng bị bồi tụ (Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Tứ Dần,
1986 [6].
Như vậy, xói mịn đất được xem xét trên quan điểm là một quá trình động lực, bao
gồm sự phá hủy các lớp đất đá, mùn trên bề mặt và vận chuyển chúng đi nơi khác dưới
tác động của các nhân tố gây xói như gió, nước, băng, tuyết tan hoặc hoạt động của sinh
vật bao gồm cả các yếu tố nhân sinh.
1.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất
Các nhân tố ảnh hưởng đến q trình xói mịn đất bao gồm: Mưa, gió, độ dốc, thổ
nhưỡng, thảm thực vật, con người. Được thể hiện cụ thể qua hình sau.
Mưa
Gió
Con
người
Xói mịn
đất
Độ dốc
Thảm
thực vật
Thổ
nhưỡng
Hình 1.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến q trình xói mịn đất
(
Ảnh hưởng tích cực,
Ảnh hưởng hai chiều,
Ảnh hưởng tiêu cực)
a. Mưa
Lượng mưa có ảnh hưởng trực tiếp đến q trình xói mịn đất, nó thể hiện qua thời
gian mưa và cường độ mưa. Khi thời gian mưa càng lớn, cường độ mưa càng cao thì sức
công phá của hạt mưa xuống đất càng mạnh và làm tăng dịng nước mặt làm tăng khả
năng xói mịn. Lượng mưa càng lớn, dòng chảy bề mặt càng cao làm cho q trình xói
mịn càng xảy ra mạnh. Sự xuất hiện của xói mịn phụ thuộc rất nhiều vào lớp nước trong
một đợt mưa và lượng mưa trung bình tháng, năm. Lớp nước mặt trên diện tích trồng cà
phê 3 năm tuổi là 754mm gây rửa trôi 44,0 tấn/ha, khi lớp nước mặt 2501mm gây rửa trôi
213 tấn/ha. Như vậy trong điều kiện như nhau, khi dòng chảy mặt tăng 4 lần sẽ làm tăng
rửa trôi đất từ 5 lần [1].
Cường độ mưa gây ảnh hưởng mạnh nhất đến dịng chảy mặt và xói mịn đất.
Theo Nguyễn Quang Mỹ: trận mưa 10mm với cường độ trung bình trong khoảng thời
gian dưới 1 giờ, xói mịn đất xảy ra mạnh nhất khi lớp nước đạt từ 8 -10mm và đặc biệt
trên đất bỏ hoang. Ảnh hưởng của cường độ mưa đến xói mịn càng mạnh nếu cường độ
đạt cực đại xảy ra vào nửa giờ đầu của trận mưa [1].
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 ngun nhân
xói mịn 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 mịn càng mạnh
và ngược lại.
Mặc dù nước mưa là yếu tố gây ra xói mịn, song nó lại làm giảm xói mịn 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 [5].
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 khơ có thảm thực vật thưa.” (Kh.Bennett) [10].
Sức gió mặt đất cũng đóng một vai trị đặc biệt quan trọng, bởi lẽ chính tốc độ đó đã
xác định sự chuyển động và nhấc bổng các hạt đất vào khơng khí [5].
c. Độ dốc
Độ dốc của sườn là yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn nhất đến q trình xói mịn.
Độ dốc lớn làm tăng cường độ dịng chảy và do đó đẩy nhanh q trình rửa trơi, xói mịn
đất, gây nên xói mịn mạnh hơn. Đất có độ dốc lớn dễ bị xói mịn hơn đất bằng phẳng vì
các yếu tố tạo xói mịn 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. Ngồi ảnh hưởng của độ dốc, xói mịn cịn
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. Nếu tăng chiều dài sườn
dốc lên 2 lần thì xói mịn đất tăng từ 2 đến 7,5 lần [5].
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 chưa được hoàn thiện nhưng đây cũng
là bước thống nhất đầu tiên để sử dụng độ dốc ở nước ta [1].
Nguyễn Quang Mỹ đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ dốc đến xói mịn đất tại Tây
Nguyên từ năm 1978 đến 1982 trên đất bazan với kết quả như sau:
Bảng 1.1. Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mịn đất [1]
Loại đất
Cây trồng
Độ dốc (00)
Tổn thất về đất
Năm nghiên cứu,
(T/ha/năm)
địa điểm NC
Đất bazan
Chè 1 tuổi
3
96
Đất bazan
Chè 1 tuổi
8
211
Đất bazan
Chè 1 tuổi
15
305
Đất phù sa cổ
Sắn 1 tuổi
3
15
Đất phù sa cổ
Sắn 1 tuổi
5
47
Đất phù sa cổ
Sắn 1 tuổi
8
57
Đất phù sa cổ
Sắn 1 tuổi
22
147
Tây Nguyên
1978 - 1982
Vĩnh Phú
1982 - 1986
Qua bảng trên cho thấy nếu độ dốc càng tăng thì cường độ xói mịn càng tăng, cụ
thể là độ dốc tăng 2 lần thì cường độ xói mịn tăng 2 - 4 lần. Đất bazan trồng chè có
cường độ xói mịn cao hơn đất phù sa cổ trồng sắn.
Ở Việt Nam, quá trình xói mịn đất bắt đầu phát triển ở độ dốc >3 độ. Trong khi đó
trên 3/4 diện tích lãnh thổ là đồi núi, mạng lưới sông suối dày đặc, sông ngắn, dốc, lượng
mưa lớn, 85-90% lượng mưa tập trung vào mùa mưa, do đó xói mịn có điều kiện xảy ra
mạnh.
d. Thổ nhưỡng
Đất là đối tượng xói mịn, sự phong hóa trên mỗi loại đá mẹ khác nhau sẽ hình
thành các loại đất với các tính chất khác nhau, và như vậy tính chất và cường độ xói mịn
ở mỗi loại đất là khơng giống nhau. Xói mịn đất là sự biểu hiện của hai lực đối lập, lực
di chuyển của các tác nhân gây xói mịn và lực chống đỡ của đất.
Tính chống chịu của đất phụ thuộc nhiều vào tính chất vật lý đất như kết cấu đất,
thành phần cơ giới, độ dày tầng đất, độ ẩm đất, hàm lượng chất hữu cơ,…Nếu đất có đặc
tính tơi xốp, thành phần cơ giới nhẹ, có kết cấu thì khả năng thấm nước tốt, hình thành
lượng dịng chảy nhỏ, khả năng gây xói mịn nhỏ. Ví dụ như đất cát, cấu trúc rời rạc rất
dễ bị tách rời khỏi cấu trúc (dễ gây ra xói mịn) nhưng khó bị mang đi vì hạt khơ (khó xảy
ra xói mịn); đất sét có tính chất thấm đậm (hạn chế được xói mịn) nhưng dễ hình thành
dịng chảy lớn (xói mịn dễ xảy ra); đất limon có sự đồng nhất về thành phần cơ giới và
hàm lượng sét cao nên dễ bị xói mịn nhất, vì nó dễ bị nước cuốn đi và hình thành dịng
chảy lớn. Ngồi ra, tính chất hóa học của đất cũng ảnh hưởng đến xói mịn đất, hàm
lượng chất hữu cơ cao sẽ thúc đẩy sự thấm nước vào đất; các ion Ca2+, Mg2+, Na+ ảnh
hưởng đến cấu tượng đất làm gia tăng nước chảy bề mặt gây xói mịn đất [8].
e. Thảm thực vật
Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng lớn đến q trình xói mịn đất, nếu lớp phủ thực
vật càng tăng thì quá trình xói mịn càng giảm. Vai trị chống xói mịn 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
mịn qua việc làm giảm ảnh hưởng của hạt mưa xuống mặt đất bởi tán lá và làm cho nước
có khả năng chảy xuống đến 50-60% theo chiều thẳng đứng của bộ rễ. Không những thế,
vật rơi rụng của thực vật như cành khơ, lá rụng... cịn tạo ra lượng mùn lớn trong đất, giữ
đất tơi xốp, chống xói mịn [1].
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 gián tiếp gây nên xói mịn. Những tác động tiêu cực của con người gây xói
mịn như phá hủy rừng, canh tác chưa hợp lý, chăn nuôi gia súc một cách quá đáng trong
thời gian dài, du canh du cư ... Việc phá rừng đã gián tiếp đẩy mạnh q trình xói mịn
đất. Những diện tích rừng mất đi làm lộ ra những khoảng trống khơng có thảm thực vật
che phủ đất. Khi mưa xuống q trình xói mịn bề mặt xảy ra mạnh. Ngồi ra con người
có thể hạn chế và ngăn chặn xói mịn thơng qua các biện pháp sử dụng và quản lý đất đai
hợp lý và khoa học,…
Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên trên 1ha đất canh tác
không đúng kỹ thuật, đất bị bóc mịn 0,5 – 1,0 cm và lượng mất đất lên tới 100
tấn/ha/năm. Lượng đất mất lớn nhất ghi nhận được ở khu vực đất dốc khai hoang bằng
máy móc lên tới trên 200 tấn/ha/năm, canh tác độc canh cây hàng năm như lúa cạn, sắn
dẫn đến lượng đất mất từ 70 – 80 tấn/ha/năm. Nếu canh tác kết hợp cây hàng năm và cây
lâu năm thì lượng mất đất giảm xuống cịn 30 – 50 tấn/ha/năm [8].
1.2. PHÂN LOẠI XĨI MỊN
Dựa vào các nhân tố ảnh hưởng, người ta chia xói mịn đất thành hai loại chính là
xói mịn do gió và xói mịn do nước.
1.2.1. Xói mịn do nước
a. Cơ chế xói mịn do nước
Do đặc tính xốy của dịng 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 dịng 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 dịng chảy giảm xuống thì bắt đầu q 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 [5].
b. Các dạng xói mịn do nước
- Xói mịn do rửa trơi bề mặt –xói mịn mảng: Xói mịn 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 mịn 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 [5].
- Rửa trơi bề mặt có rãnh xói – xói mịn dịng: Dạng xói mịn này dễ nhận biết hơn
xói mịn do dịng chảy do bề mặt địa hình khơng đồng nhất với nhau: chỗ cao, chỗ thấp,
…vì vậy khi mưa xuống, nước mưa tích tụ tạo thành dịng 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 [5].
- Xói mịn khe máng: Đây là dạng xói mịn 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 khơng thể xóa bỏ bằng các hoạt động canh tác
đất như: cày, bừa [5].
- 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
khơng trung có khi cao đến 1.5 – 2.0m) các hạt đất này được dòng nước cuốn đi và hòa
nhập vào dòng chảy [5].
- 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 [5].
- Xâm thực bờ kênh: Là biến dạng của xói mịn 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 [5].
1.2.2. Xói mịn do gió
Xói mịn do gió xảy ra dưới tác động của gió, làm bào mịn 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 mịn
do gió [5]. Xói mịn đất do gió thường xảy ra ở những vùng đất có thành phần cơ giới
nhẹ: như những vùng đất cát ven biển, đất vùng đồi bán khô hạn. Tuy nhiên nguy cơ mất
đất do hiện tượng này cũng rất nghiêm trọng [9].
Tác động cơ học của gió: Tương tự như đối với xói mịn do nước, hiện tượng xói
mịn làm mất đất do gió gây ra cũng có liên quan tới hai q trình đó là các q trình tách
rời các hạt đất và vận chuyển chúng đi theo gió. Ðầu tiên bằng các hoạt động va đập gió
làm tách rời những phần tử nhỏ từ các hạt hoặc cục đất, sau đó chúng lơi cuốn các hạt
này theo gió và sẽ tạo ra sức va đập mài mịn lớn hơn, rồi sau đó tùy thuộc vào điều kiện
sức gió, chúng lơi cuốn các hạt đất bị tách rời đi ra khỏi vị trí ban đầu của chúng, những
hạt lớn thì chỉ bị lơi cuốn đi ở một khoảng cách nhất định, cịn những hạt nhỏ mịn (bụi)
có thể bị gió cuốn đi rất xa [19].
Việc vận chuyển các hạt sau khi chúng đã bị tách rời diễn ra theo nhiều cách, cách
đầu tiên và quan trọng nhất là cách vận chuyển theo kiểu nhảy cóc ở trường hợp này các
hạt đất có thể di chuyển liên tục theo hướng gió ở những khoảng cách ngắn và ít khi được
đưa cao quá 30cm, khối lượng vận chuyển các hạt đất theo kiểu này chiếm tới 50- 75%
lượng đất chuyển dời. Sự di chuyển của xói mịn theo gió cũng có thể xảy ra theo kiểu lăn
trườn trên bề mặt đối với những hạt có kích thước lớn hơn (có đường kính khoảng 0,84
mm) khối lượng đất vận chuyển theo kiểu này chiếm khoảng 5- 25%. Quá trình vận
chuyển đáng chú ý nhất của xói mịn do gió là sự di chuyển của các hạt bụi như thể huyền
phù chúng bao gồm các hạt cát mịn và những hạt có kích thước nhỏ hơn chúng có thể
được gió đưa lên cao rồi mang đi xa hàng trăm dặm. Tỷ lệ vận chuyển ở dạng này thường
chiếm tới trên 15% và đôi khi chiếm tới 40% xa [19].
Bảng 1.2. Sự khác nhau giữa xói mịn do nước và xói mịn do gió [5]
Xói mịn do nước
- Liên quan mật thiết đến địa hình khu
Xói mịn do gió
- Xuất hiện ở tất cả các kiểu địa hình,
vực (thường thường thì sự xói mịn xảy ra ngay cả những khu vực hoàn toàn bằng
khi độ dốc lơn hơn 10 – 20).
- Có khả năng vận chuyển các tảng lớn
(khối lượng các tảng có khi đến vài m3).
phẳng.
- Chỉ có thể vận chuyển các hạt có
đường kính tới 2.5 đến 3mm, các hạt to
- Có khả năng hịa tan và rửa trơi các chất hơn ít khi vận chuyển nổi.
dinh dưỡng có trong đất.
- Chỉ có khả năng thổi bay các hạt.
Ngồi ra, cịn có các loại xói mịn do trọng lực, xói mịn do bão lũ, xói mịn do
băng tuyết tan, xói mịn do sinh vật và xói mịn do con người.
1.3. TÁC HẠI CỦA XĨI MỊN
1.3.1. Tác hại của xói mịn đến độ phì của đất và năng suất cây trồng
Xói mịn 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 trơi 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. Xói mịn
đất đã diễn ra trên một phạm vi rộng lớn của tất cả mọi nơi trên thế giới: Ở Châu Phi phía
bắc của đường xích đạo, 11,6% tổng diện tích bị ảnh hưởng bởi xói mịn do nước và
22,4% bởi sự xói mịn gió. Ở vùng Cận Đơng, 17,1% tổng diện tích bị ảnh hưởng bởi sự
xói mịn nước; 35,5% bởi sự xói mịn gió, và 8% của xâm nhập mặn [15].
Các hậu quả khác khó nhận biết hơn nhưng vơ 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, thối hóa cơ
cấu của đất, đất trở nên nghèo xấu bạc màu, thực vật khơng phát triển được trong khi cỏ
dại thì ngày càng tăng, diện tích đất màu mỡ cho nơng nghiệp bị thu hẹp, và cuối cùng là
năng suất cây trồng giảm (trên đất bị rửa trôi sản lượng mùa màng thấp hơn từ 2 đến 5
lần, có khi đến 10 – 12 lần so với những cánh đồng không bị xói mịn), trong khi đó chi
phí sản xuất lại tăng giá [5].
Như ở Nông trường Mộc châu, Tây Bắc, năm 1959 mới khai phá, năng suất lúa 25
tạ/ha, đến năm 1960 chỉ còn 18 tạ/ha, năm 1961 còn 5 tạ/ha và năm 1962 gieo ngô cũng
không thu hoạch được [19]. Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự nghèo đói.
1.3.2. Tác hại của xói mịn đất đến 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 mịn ngày càng tăng cịn rừng cây có tác dụng phịng hộ thì bị thu hẹp
và phá hủy làm cho lũ lụt, hạn hán và khí hậu ngày càng thay đổi rõ rệt [5].
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 [5].
Xói mịn cịn gây ơ nhiễm nguồn nước do trong hạt đất có chứa photpho, các chất
hịa 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 cơng việc tưới tiêu.
Ngồi ra, loại nước này không đạt yêu cầu làm nguồn nuớc để cung cấp nước cho nhu
cầu ăn, uống, sinh hoạt, cơng nghiệp và phải xây dựng các cơng trình để xử lý nước [5].
1.3.3. Các tác hại 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 thơng, lũ lụt. Phù sa cịn làm cho các cơng 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 [5].
Những cơng trình xây dựng, nhà máy có thể bị hư hại nặng do xói mịn gió, đơi
khi bị lấp hồn tồn, chi phí phục hồi lại rất cao [5].
1.4. ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT
1.4.1. Định nghĩa GIS
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) nằm trong hệ
thống công nghệ thông tin, nhưng được phát triển chuyên sâu cho việc quản lý cơ sở dữ
liệu gắn với các yếu tố địa lý, không gian và bản đồ. GIS là một hệ thống quản lý thông
tin dữ liệu không gian đa dạng, được phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy tính, phần
mềm, ảnh viển thám với mục đích lưu trữ, cập nhật, quản lý, hợp nhất, tổng hợp, mơ hình
hóa, phân tích và đưa ra các giải pháp ở nhiều lĩnh vực và cấp độ khác nhau tùy theo mục
tiêu người sử dụng [2].
Có nhiều định nghĩa về GIS, nhưng nói chung đã thống nhất quan niệm chung:
GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại
vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thơng tin địa lý để phục vụ một mục đích
nghiên cứu, quản lý nhất định [17].
Xét dưới góc độ là cơng cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các
thông tin khơng gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.
Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi
không gian, thiết lập quan hệ khơng gian giữa các đối tượng. Có thể nói các chức năng
phân tích khơng gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS.
Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là
một cơng nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp
quyết định phục vụ các nhà quản lý.
Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: phần cứng, phần
mềm, cơ sở dữ liệu, con người và phương pháp [17].
1.4.2. Các thành phần trong một hệ GIS
Theo quan điểm 5 thành phần thì cơng nghệ GIS gồm 5 hợp phần cơ bản: phần
cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp.
Hình 1.2. Sơ đồ các thành phần của một hệ GIS
Phần cứng (Hardware): Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt
động. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy
chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
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 thơng tin địa lý. Các thành phần chính trong phần
mềm GIS là:
+ Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)
+ Cơng 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): Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ
GIS là dữ liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử
dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp
dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ
chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
Con người (People): Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham
gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS
có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người
dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
Phương pháp (Methods): Một hệ GIS thành cơng theo khía cạnh thiết kế và luật
thương mại là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức [18].
1.4.3. Hệ cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý GIS
a. Khái niệm về dữ liệu địa lý
Dữ liệu địa lý là loại dữ liệu nhằm phản ánh thế giới thực; do đó, một đối tượng
của dữ liệu địa lý được coi là đã xác định khi trả lời đầy đủ thông tin về các các câu hỏi
sau:
- Cái gì? (dữ liệu thuộc tính).
- Ở đâu? (dữ liệu không gian).
- Khi nào? (thời gian).
- Tương tác với các đối tượng khác ra sao? (quan hệ).
b. Cấu trúc dữ liệu trong GIS
Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu khơng gian và dữ liệu
thuộc tính. Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS là: dữ liệu không gian
(bản đồ) và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu (CSDL) và có
quan hệ chặt chẽ với nhau.
* Các kiểu dữ liệu không gian
Dữ liệu khơng gian có hai dạng cấu trúc: cấu trúc raster và cấu trúc vector.
- Cấu trúc raster:
Có thể hiểu đơn giản đó là một “ảnh” chứa các thơng tin về một chuyên đề mô
phỏng bề mặt trái đất và các đối tượng trên đó bằng một lưới (đều hoặc khơng đều) gồm
các hàng và cột. Những phần tử nhỏ này gọi là những điểm ảnh (pixel). Giá trị của pixel
là thuộc tính của đối tượng. Kích thước pixel càng nhỏ thì đối tượng càng được mơ tả
chính xác. Một mặt phẳng chứa đầy các pixel tạo thành raster. Cấu trúc này thường được
áp dụng để mô tả các đối tượng, hiện tượng phân bố liên tục trong không gian, dùng để
lưu giữ thông tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, ảnh hàng khơng, ảnh vũ trụ...). Một số dạng mơ
hình biểu diễn bề mặt như DEM (Digital Elevation Model), DTM (Digital Terrain
Model), TIN (Triangulated Irregular Network) trong CSDL cũng thuộc dạng raster [17].
Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lý và
phân tích. Tốc độ tính tốn nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ dàng. Dễ dàng liên
kết với dữ liệu viễn thám. Cấu trúc raster có nhược điểm là kém chính xác về vị trí khơng
