Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐINH VĂN HÙNG
ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XÓI
MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
HÀ NỘI 2009
2
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này, tác giả xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ tận tình của Tiến sỹ Nguyễn Hiệu!
Xin chân thành cảm ơn những tình cảm và sự giúp đỡ quí báu của các thày
cô giáo trong Bộ môn Bản đồ - Viễn thám, các thày cô trong Khoa Địa lý và các
thày cô đang công tác tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội đã dành cho học viên trong quá trình học tập và nghiên cứu!
Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp
đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu!
Tác giả cũng xin tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình đã
dành những tình cảm và sự giúp đỡ to lớn, tạo điều kiện về mọi mặt để có thể hoàn
thành luận văn này!
Đinh Văn Hùng
3
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT VÀ ỨNG
DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT 8
CHƯƠNG 2. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI MÒN ĐẤT KHU
VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA 26
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ
XÓI MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA 35
4
Danh mục các hình

Hình 1. Mô hình của quá trình xói mòn đất do nước (sau Meyer và
Wischmeier 1969) 14
Hình 2. Quy trình xây dựng mô hình số độ cao từ ảnh hàng không 18
Hình 3. Mô hình phân tích lưu vực sử dụng công cụ phân tích không gian
của ArcGIS 23
Hình 4. Mô hình tính toán phương trình mất đất RUSLE của N-SPECT 24
Hình 5. Mô hình số địa hình khu vực Yên Châu 28
Hình 6. Phân loại độ dốc khu vực Yên Châu 29
Hình 7. Sơ đồ phân bố hệ thống sông suối khu vực Yên Châu 31
Hình 8. Mô hình số địa hình khu vực Yên Châu 40
Hình 9. Sơ đồ ảnh vệ tinh SPOT 5 khu vực Yên Châu 43
Hình 10. Bản đồ đất khu vực Yên Châu 46
Hình 11. Quy trình tính toán hệ số R 50
Hình 12. Quy trình tính toán hệ số LS 52
Hình 13. Quy trình đánh giá xói mòn đất theo mô hình MUSLE 53
Danh mục các bảng
5
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Dưới những tác động của các nhân tố tự nhiên và hoạt động khai thác của
con người, đất đai đang ngày càng bị thoái hóa và biến đổi một cách nhanh chóng.
Sự tác động tiêu cực của các nhân tố tự nhiên, sự biến đổi của khí hậu toàn cầu đang
hàng ngày làm cho lớp đất mặt bị biến đổi, giảm sút về chất lượng, đặc biệt là tình
trạng xói mòn, thoái hoá đất trên các vùng đất dốc. Yên Châu là một huyện miền
núi, biên giới của tỉnh Sơn La, nằm dọc trục quốc lộ 6, trung tâm huyện lỵ cách thị
xã Sơn La 64 km, có 47 km đường biên giới với nước CHDCND Lào. Tổng diện
tích tự nhiên 857,75 km
2
; dân số trung bình năm 2006 là 64,2 nghìn người, mật độ
dân số 74,8 người/km2. Điều kiện tự nhiên phong phú thuận lợi cho việc phát triển

sản xuất nông nghiệp đa dạng. cùng với đó là các hoạt động canh tác trên nền đất
dốc dẫn đến nguy cơ xói mòn và bạc màu đất rất cao. Là một huyện đang có nhiều
chuyển dịch về cơ cấu kinh tế xã hội do tiếp nhận dự án tái định cư thủy điện Sơn
La, đặt ra những vấn đề cấp thiết trong khai thác và bảo vệ tài nguyên đất trong phát
triển kinh tế xã hội.
Cho đến thời điểm hiện tại, đã có một số công trình nghiên cứu phục vụ cho
phát triển kinh tế xã hội của huyện Yên Châu nói riêng và tỉnh Sơn La nói chung.
Tuy nhiên, chưa có đề tài nào tiến hành đánh giá xói mòn đất trên cơ sở sử dụng
công nghệ Viễn thám và GIS một cách chi tiết cho khu vực này.
Công nghệ viễn thám và GIS ngày càng nâng cao khả năng thu thập, xử lý và
phân tích không gian. Trong đó, các bài toán hỗ trợ cho đánh giá xói mòn đất như:
xử lý ảnh số, mô hình hóa địa hình, chồng ghép phân tích dữ liệu, v.v… được tiến
hành một cách hiệu quả và khách quan. Trên thế giới, việc nghiên cứu đánh giá xói
mòn đất sử dụng công nghệ viễn thám và GIS được quan tâm tại nhiều quốc gia,
đặc biệt là tại các khu vực có nguy cơ xói mòn cao. Xuất phát từ những lý do trên,
học viên đã chọn đề tài: “Ứng dụng Viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất khu
vực Yên Châu tỉnh Sơn La” cho luận văn Thạc sỹ chuyên ngành, nhằm góp phần
nghiên cứu khả năng
6
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá xói
mòn đất của khu vực Yên Châu, tỉnh Sơn La làm cơ sở cho công tác lập quy hoạch
sử dụng đất và phát triển kinh tế xã hội (KT-XH).
Nhiệm vụ nghiên cứu
Để thực hiện các mục tiêu trên, tác giả sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau:
• Nghiên cứu tổng quan xói mòn đất trên thế giới và tại Việt Nam
• Nghiên cứu phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá
xói mòn đất
• Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất khu vực Yên
Châu

• Nghiên cứu cơ sở dữ liệu và quy trình đánh giá xói mòn đất bằng viễn
thám và GIS
• Xác định các chỉ số xói mòn đất khu vực Yên Châu
• Thành lập bản đồ chỉ số xói mòn đất khu vực Yên Châu
• Phân vùng nguy cơ xói mòn đất và đề xuất một sô giải pháp giảm
thiểu
Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Về không gian nghiên cứu: khu vực yên Châu tỉnh Sơn La theo ranh giới
hành chính huyện Yên Châu.
Về đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất
do mưa tại khu vực Yên Châu.
Về phương pháp nghiên cứu: ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong
đánh giá xói mòn. Kết quả sẽ là tập hợp các bản đồ chỉ số xói mòn.
7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÓI
MÒN ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT
1.1. Tổng quan về nghiên cứu xói mòn
1.1.1 . Một số quan niệm về xói mòn
Theo từ điển bách khoa toàn thư về khoa học đất, xói mòn xuất phát từ tiếng
Latin là “erodere” chỉ sự ăn mòn dần. thuật ngữ xói mòn dùng để chỉ các quá 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 mòn khác nhau. Theo các tác giả nước ngoài, xói
mòn đất là những hiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo đất cũng như quặng xốp
bằng dòng nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và rất phổ biến (L.I
Paraxôlốp, 19xx). Xói mòn đất còn 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).
R.P.C Morgan cũng cho rằng xói mòn đất là một quá trình gồm hai pha bao

gồm sự tách rời của các phần tử nhỏ từ mặt đất sau đó vận chuyển chúng dưới các
tác nhân gây xói như nước chảy và gió. Khi năng lượng không còn đủ để vận
chuyển các phần tử này, pha tứ ba – quá trình bồi lắng – sẽ xảy ra (R.P.C Morgan,
2005).
Cũng dựa trên yếu tố trọng lực, có quan niệm cho rằng quá trình xói mòn,
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).
Theo một trong những cách tiếp cận khác khi nghiên cứu về lớp phủ thực vật
thì xói mòn là một quá trình động lực phá hủy độ màu mỡ của đất, làm mất trạng
thái cân bằng của cả vùng bị xói mòn lẫn vùng bị bồi tụ (Nguyễn Quang Mỹ,
Nguyễn Tứ Dần, 1986).
8
Như vậy, cói mòn đất được xem xét trên quan điểm là một quá trình động
lực, bao gồm sự phá hủy các lớp đất đá, mùn và vận chuyển chúng đi xa 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 . Tổng quan về phân loại xói mòn đất
Dựa vào các tác nhân gây xói mòn, có thể chia xói mòn thành các dạng sau:
• Xói mòn do gió: là hoạt động diễn ra phổ biến nhất tại những vùng có
khí hậu khô cằn, kết quả dẫn đến sự thiếu hoặc phá hủy lớp phủ bề
mặt. Đây là hậu quả nghiêm trọng nhất bắt nguồn từ những sai lầm
của con người trong khoa học nông nghiệp.
• Xói mòn do nước cũng thường được gọi là sự rửa trôi nhưng bao hàm
rộng hơn. Tại một quy mô nhỏ, khi hạt mưa rơi xuống theo các hiện
tượng thời tiết sẽ có ảnh hưởng khác nhau phụ thuộc vào kích thước
và hiệu ứng, những hạt mưa phùn nhỏ và đều thấm sâu hơn vào lòng
đất, nhưng những hạt mưa lớn liên quan đến mưa nhiệt đới tác động
vào bề mặt đất và bóc tách các mảnh vụn từ mọi hướng. Ngoài ra,
sườn dốc cũng làm tăng đáng kể hiệu ứng bắn lên của giọt nước, làm
tăng đáng kể sự rửa trôi theo sườn.

• Xói mòn trọng lực gây ra do sự kết hợp giữa trọng lực của lớp đất đá
bề mặt và dòng chảy tràn. Dạng xói mòn này không xuất hiện trên
diện rộng mà chỉ làm mất đất trong phạm vi hẹp, gây ra các tai biến
trượt lở.
• Xói mòn do bão lũ: xói mòn do bão lũ được biết đến như những thiên
tai diễn ra trong thời gian ngắn nhưng nhiều khi gây ra các hậu quả
thảm khốc cho những vùng đặc biệt. Với tốc độ gió rất lớn, gió bão có
thể thổi bật gốc cây, đối với các vùng đất dốc, chúng có thể gây ra
hiện tượng trượt đất và lũ bùn (Sharpe, 1938; Schaetzl and Follmer,
1990).
9
• Xói mòn do băng tuyết tan: hiện tượng này chỉ xảy ra tại các vùng có
băng tuyết một mùa. Khi băng tuyết tan, chúng di chuyển xuống sườn
dốc tao thành dòng chảy và gây xói mòn đất.
• Xói mòn sinh học là quá trình xói mòn gây ra do sinh vật. Vi khuẩn
với số lượng lớn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy xác sinh
vật và các khoáng chất. Hiện tượng này diễn ra đặc biệt mạnh tại
những vùng có khí hậu ẩm ướt thích hợp cho vi sinh vật phát triển.
• Xói mòn do con người: đây là dạng xói mòn dễ thấy nhất và gây ra
các hậu quả nghiêm trọng về kinh tế do những hoạt động của con
người. Những hoạt động như canh tác trên vùng đất dốc, phá rừng,
khai thác lớp phủ không bền vững, v.v… là các nhân tố góp phần đẩy
nhanh tốc độ xói mòn đất của các dạng xói mòn khác.
1.2. Tổng quan nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và tại Việt
Nam
1.2.1 . Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới
Quản lý và kiểm soát xói mòn đã trở thành một thách thức kể từ khi ngành
nông nghiệp định cư (settled agriculture) ra đời. Với cố gắng kiểm soát xói mòn
trên những vùng đất dốc đã dẫn đến sự ra đời của kiểu canh tác trên ruộng bậc
thang. Ruộng bậc thang đã trở thành nét truyền thống trong các cộng đồng cư dân

cổ trên toàn thế giới bao gồm Trung Đông (Phoenicians), Trung và Đông Nam Á,
Tây Á (Yêmen), và Trung – Nam Mỹ. Người dân Inca đã thiết kế hệ thống ruộng
bậc thang với tường đá phức tạp ở Peru (Wiliam L.S, 1987).
Những nghiên cứu hiện đại về xói mòn đất và các kỹ thuật kiểm soát xói
mòn bắt đầu tại Mỹ từ những năm 1930. Từ giai đoạn này, các khía cạnh cả về cơ
bản lẫn ứng dụng trong nghiên cứu xói mòn được phát triển ở khắp nơi trên toàn thế
giới (R. Lal, 2001). Một số tổ chức nghiên cứu xói mòn và bảo tồn đất điển hình là:
Hệ thống nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (Consultative
Group on International Agricultural Research (CGIAR)): một số các kết quả nghiên
10
cứu về xói mòn đất đã được tiến hành tại vài trung tâm nghiên cứu nông nghiệp
quốc tế (IARC) được quản lý bởi hệ thống này. Liên quan đến hệ thống này có bốn
trung tâm quản lý tài nguyên thiên nhiên bao gồm: Viện nông nghiệp nhiệt đới quốc
tế (IITA) tại Nigeria thành lập năm 1967; Trung tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế
(CIAT) tại Columbia cũng thành lập năm 1967; Viện nghiên cứu cây trồng nhiệt đới
bán khô hạn quốc tế (ICRISAT) tại Ấn Độ và Ban nghiên cứu và quản lý đất quốc tế
(IBSRAM) tại Thailand thành lập năm 1984 (R. Lal, 1976-1981). Các nghiên cứu
quản lý lưu vực tương tự đã được tiến hành bởi ICRISAT trong những năm 1980 và
1990. Những thí nghiệm về tác động của xói mòn đến chất lượng đất và năng suất
đã được đã được tiến hành trong những năm 1980 và 1990 bởi CIAT và IBSRAM.
Một trong các khía cạnh quan trọng của công tác nghiên cứu xói mòn tại IARC liên
quan đến việc phát triển các mạng lưới nhằm đưa ra các chương trình hợp tác với
các viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia (NARI) trong các vùng sinh thái do họ
quản lý. Tại hội nghị quốc tế về quản lý và bảo tồn đất trong các vùng nhiệt đới ẩm
(1975), các nhà khoa học đã kết hợp với nhau và cuối cùng thành lập một mạng lưới
nhằm tổ chức các cuộc hội thảo định kỳ luân phiên dưới sự bảo trợ của Tổ chức bảo
tồn đất quốc tế (ISCO). Liên quan chặt chẽ với ISCO là Tổ chức bảo tồn đất và
nước thế giới (WASWC).
Nghiên cứu đất Liên hiệp quốc và các tổ chức liên quan: các tổ chức khác
nghiên cứu về xói mòn đất trên phạm vi quốc tế bao gồm Tổ chức lương thực và

Nông nghiệp Liên hiệp quốc (FAO) tại Italia, Chương trình môi trường Liên Hiệp
quốc (UNEP) tại Kenya. FAO đã cố gắng phát triển phương pháp nhằm đánh giá sự
bạc màu của đất gây ra bới xói mòn và các tác nhân khác, và tổ chức một mạng lưới
để đánh giá tác động của xói mòn lên sản lượng cây trồng. Các nghiên cứu toàn cầu
về xa mạc hóa và phương thức kiểm soát chúng cũng được tổ chức bởi UNEP. Cùng
với ISCO và WASWC còn có một số tổ chức chuyên môn quốc tế mà thành viên
của họ có liên quan đến nghiên cứu xói mòn đất. Hai tổ chức quan trọng như thế là
Hội các khoa học thủy văn quốc tế (IAHS) và Tổ chức nghiên cứu đất trồng trọt
11
quốc tế (ISTRO). Hiệp hội các khoa học đất quốc tế (IUSS) được lập ra để giải
quyết các nhiệm vụ liên quan đến xói mòn và bảo tồn đất.
Các tổ chức nghiên cứu quốc gia: xói mòn và kiểm soát xói mòn là các vấn
đề ưu tiên hàng đầu với hầu hết các tổ chức nghiên cứu quốc gia trong các lĩnh vực
tài nguyên đất, nông học, thủy văn và kỹ thuật nông nghiệp. Mỗi quốc gia đều có
các tổ chức được lập ra hoặc có chức năng nghiên cứu xói mòn và các biện pháp
hạn chế xói mòn đất trong phạm vi lãnh thổ cũng như qui mô quốc tế.
Nghiên cứu xói mòn đất đã đi được một chặng đường dài và đạt được nhiều
kết quả. Trọng tâm của các nghiên cứu trong thế kỷ 20 là đo đạc và dự báo tốc độ
xói mòn và các tác động trực tiếp đến sản lượng nông nghiệp. Một số ảnh hưởng
của xói mòn tới chất lượng nước, ô nhiễm, tai biến thiên nhiên, v.v… cũng đã được
đề cập đến. Xói mòn đất sẽ tiếp tục là thách thức với việc quản lý bền vững tài
nguyên đất và nước trong thế kỷ 21. Vẫn cần phải nghiên cứu các mối quan hệ giữa
các tác nhân gây ra xói mòn cả về lý thuyết và thực tế. Sử dụng các công cụ viễn
thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn nhằm tăng độ chính xác trong đánh giá cũng
là một trong các vấn đề đang được quan tâm hàng đầu.
1.2.2 . Nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam
Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa, khí hậu và địa hình phân hóa phức
tạp do đó hiện tượng xói mòn diễn ra rộng khắp và đa dạng, công tác nghiên cứu
xói mòn đất cũng vì thế đã được quan tâm từ rất sớm. Tuy nhiên, các nghiên cứu
xói mòn đất và các biện pháp chống xói mòn trong giai đoạn trước những năm 1960

hầu như chưa đem lại kết quả gì đáng kể và chỉ dựa chủ yếu vào kinh nghiệm thực
tiễn.
Từ những năm của thập niên 60 thế kỷ 20, cùng với sự phát triển kinh tế của
Miền Bắc gắn với nền nông nghiệp tập trung là sự xuất hiện một loạt các công trình
nghiên cứu xói mòn và chống xói mòn đất. Đáng chú ý nhất trong thời kỳ này là các
tác giả: tạ Quang Bửu, Trần Ích Châm, Hồ Sỹ Chúc, Tôn Gia Huyên, Nguyễn Xuân
12
Quát, v,v…. Các công trình nghiên cứu của các tác giả này đã giải quyết được nhiều
vấn đề trong xói mòn và chống xói mòn nhưng tính định lượng chưa cao.
Sau năm 1975, các nghiên cứu xói mòn đất được tiến hành rộng khắp trên
toàn quốc. Các trạm nghiên cứu xói mòn đất được xây dựng tại những khu vực đặc
trưng đã mang lại tính định lượng cho công tác này. Các nghiên cứu trong giai đoạn
này đã thu được nhiều kết quả quan trọng, như các công trình của Bùi Quang Toản,
Ngô Trọng Thuận, Lê Thạc Cán, Nguyễn Quang Mỹ, v,v…. Các công trình có áp
dụng các mô hình toán trong nghiên cứu xói mòn cũng đã được các tác giả như:
Chu Đức, Mai Đình Yên, Nguyễn Quang Mỹ, v,v… đưa vào trong giai đoạn này.
Đặc biệt là trong những năm gần đây, phương pháp viễn thám và GIS đã
được áp dụng trong nghiên cứu xói mòn đất. Đặc biệt là trong đo vẽ bản đồ, đánh
giá định lượng các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất. Tiêu biểu cho giai
đoạn này là các công trình của Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Xuân Đạo, Phạm Văn
Cự, Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Tứ Dần, Lại Vĩnh Cẩm, v,v… Các công trình
ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn đất có độ tin cậy cao, thời
gian thực hiện ngắn và đem lại chi phí thấp.
1.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất
1.3.1 . Mô hình thực nghiệm
Mô hình đơn giản nhất là dạng phương trình liên quan giữa lượng vật chất
mất đi với lượng mưa hoặc dòng chảy mặt. Mô hình này có dạng:
Qs = aQ
b
D

R
= k
1
AI
2
D
F
= k
2
AS
2/3
Q
w
2/3
T
F
= k
4
S
5/3
Q
w
5/3
Trong đó: A là diện tích
I là cường độ mưa
S là độ dốc (sin θ)
Q
w là
dòng chảy mặt
13

Hình 1. Mô hình của quá trình xói mòn đất do nước (sau Meyer và
Wischmeier 1969)
Quan hệ giữa lượng đất và nước vận chuyển xuống có thể thay đổi theo
cường độ của dòng chảy mặt và sự thay đổi theo các mùa. Nhược điểm chính của
loại mô hình này là nó không đưa ra được nguyên nhân vì sao xói mòn đất xảy ra.
1.3.2 . Mô hình USLE
Cố gắng đầu tiên để phát triển một mô hình mất đất cho những khu vực đất
dốc và đồng ruộng laf của Zingg (1940), ông đã gắn xói mòn với độ dốc và chiều
dài sườn dốc. Các nghiên cứu sau này bổ sung thêm các yếu tố khí hậu dựa trên
tổng lượng mưa của các trận mưa kéo dài trên 30 phút trong thời gian hai năm
14
(Musgrave 1947), nhân tố mùa màng trong tính toán hiệu quả bảo vệ đất của các
cây trồng khác nhau (Smith 1958), nhân tố bảo vệ và độ kháng xói của đất.
Wischmeier và Smith đã thay nhân tố khí hậu thành chỉ số xói mòn do mưa (R) cuối
cùng cho ra mô hình mất đất tổng quát (USLE). Phương trình này có dạng :
E = R x K x L x S x C x P
Trong đó : E : lượng mất đất trung bình năm (kg/m
2
.năm)
R: là hệ số xói mòn do mưa (KJ.mm/m
2
.h.năm)
K: Hệ số kháng xói của đất (Kg.h/KJ.mm)
L: Hệ số chiều dài sườn dốc
S: Hệ số độ dốc
C: Hệ số lớp phủ
P: Hệ số canh tác bảo vệ đất
Đây được xem như mô hình tốt nhất được sử dụng để xây dựng các công cụ
đánh giá xói mòn đất dựa trên các điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình và lớp
phủ thực vật. Tuy nhiên, việc sử dụng phương trình này để đánh giá xói mòn xảy ra

trong thời gian ngắn hơn sẽ không chính xác và khi áp dụng cho các quy mô nghiên
cứu khác nhau cũng cần thận trọng. Trong thực tế, việc tách quá trình xói mòn
thánh nhân tố như các biến độc lập cũng mang lại nhiều cơ hội trong tính toán đánh
giá xói mòn đất bằng việc thay đổi chúng để phù hợp hơn với các điều kiện về khí
hậu, đất, địa hình và canh tác khác nhau.
Đã có một số mô hình đánh giá xói mòn sử dụng USLE hoặc USLE biến đổi
được áp dụng trên thế giới. Mô hình này cũng được ứng dụng trong GIS nhằm xây
dựng các công cụ mô hình hóa xói mòn cho các khu vực khác nhau.
(Các mô hình xói mòn đất sử dụng GIS)
15
1.4. Phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá xói
mòn đất
Với sự phát triển mạnh mẽ, công nghệ viễn thám và GIS ngày càng giải
quyết được nhiều vấn đề trong mô hình hóa không gian địa lý nói chung và mô hình
hóa xói mòn nói riêng. Với các bài toán mô hình hóa đa nhân tố như đánh giá xói
mòn đất, công nghệ viễn thám và GIS có khả năng cung cấp các tư liệu và công cụ
sau:
• Xây dựng các dữ liệu đầu vào cho tính toán mô hình xói mòn đất
• Sử dụng các công cụ phân tích không gian và các công cụ xây dựng
mô hình tính toán tự động các tham số tham gia vào mô hình xói mòn
• Xây dựng các mô hình, giải quyết các kịch bản đánh giá xói mòn đất,
biến đổi sử dụng đất liên quan đến xói mòn, đánh giá ô nhiễm nguồn
nước do xói mòn,….
1.4.1 . Tính toán hệ số xói mòn do mưa (R)
Đối với các bài toán mô hình hóa xói mòn, việc tính toán hệ số xói mòn do
mưa thường dựa vào lượng mưa và số ngày mưa trung bình trong nhiều năm liên
tiếp. Tính toán hệ số xói mòn do mưa dựa vào cường độ mưa thường chỉ áp dụng
với các nghiên cứu chi tiết bởi việc thu thập số liệu khí tượng thủy văn rất phức tạp.
Các số liệu khí tượng thủy văn liên quan đến nghiên cứu xói mòn do nước được
cung cấp bởi mạng lưới đài trạm chỉ bao gồm lượng mưa theo ngày. Do đó, người

ta tiến hành tổng hợp được lượng mưa trung bình tháng, năm và số ngày mưa trong
năm dựa trên số liệu của nhiều năm.
Để tính toán được các đường đẳng mưa nhằm xây dựng bản đồ hệ số xói
mòn do mưa, GIS cung cấp công cụ nội suy với đầu vào là số liệu lượng mưa trung
bình tại các trạm trong khu vực nghiên cứu và lân cận. Đây là phương pháp phổ
biến nhưng cũng có nhược điểm là chưa tính toán được ảnh hưởng của các yếu tố
địa hình lên lượng mưa như: độ chênh cao, hướng sườn.
16
1.4.2 . Tính toán hệ số chiều dài sườn và độ dốc
Các yếu tố địa hình đóng vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu đánh giá xói
mòn, quyết định đến độ chính xác của các phân tích đánh giá xói mòn. Dựa vào các
dữ liệu địa hình được cung cấp, người ta tiến hành tính toán các dữ liệu sau:
• Xây dựng mô hình số độ cao (DEM)
• Dữ liệu chiều dài sườn
• Dữ liệu độ dốc
• Phân chia các lưu vực phụ
• Mô phỏng ba chiều
• V.v….
Do đó, xây dựng mô hình số địa hình cho đánh giá xói mòn có thể được thực
hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp trắc địa ảnh số
(digital photogrammetry) và mô hình hóa ba chiều (3D Analyst) có khả năng cung
cấp các dữ liệu đầu vào có độ tin cậy rất cao.
Xây dựng mô hình số độ cao từ phương pháp trắc địa ảnh
Quy trình xây dựng mô hình số độ cao cơ bản bằng phương pháp trắc địa ảnh
được thể hiện trong hình dưới đây:
17
Hình 2. Quy trình xây dựng mô hình số độ cao từ ảnh hàng không
Trước tiên, người ta tiến hành bay chụp khu vực nghiên cứu với một tỷ lệ
ảnh nhất định. Sử dụng các máy quét phim chuyên dụng (photogrammetric scanner)
để chuyển ảnh từ dạng tương tự sang dạng số với độ phân giải rất cao (thông thường

khoảng 16µm - 32µm). Các điểm khống chế mặt đất (GCP) cũng được đo đạc bằng
thiết bị GPS với độ chính xác đến centimét.
Ảnh hàng không dạng số được đưa vào các chương trình trắc địa ảnh để lập
khối, quá trình đo ảnh thông thường được thực hiện theo quy trình sau:
Phim ảnh hàng không
Chuyển đổi sang dạng số
Tính toán, bình sai khối tam
giác ảnh không gian
Đo khống chế mặt đất
(GCP) bằng GPS
Tạo mô hình số độ cao
tự động
Xây dựng mô hình lập thể
Đo vẽ lập thể
Xây dựng mô hình số độ cao
(DEM)
18
• Lập khối ảnh
• Định hướng trong, định hướng tương đối
• Đo điểm khống chế mặt đất (GCP) trên ảnh
• Đo điểm nối ảnh hoặc khớp ảnh tự động
• Bình sai khối tam giác ảnh không gian
Với khả năng liên kết chặt chẽ, quá trình đo ảnh đảm bảo cho ra khối ảnh có
sai số khoảng cách rất nhỏ (1/3 kích thước pixel). Đổi với độ cao, sai số tại các
điểm khống chế nhỏ hơn 1/1000 độ cao bay chụp (H).
Sau đó, các mô hình lập thể tạo ra từ khối tam giác ảnh không gian được đo
đạc các yếu tố sau:
• Đường đẳng cao
• Điểm độ cao
• Hệ thống các đường phân thủy, tụ thủy (break line)

Một số hệ thống trắc địa ảnh cao cấp còn cho phép sử dụng phương pháp
khớp ảnh để tạo mô hình số độ cao tự động từ khối ảnh. Tuy nhiên, phương pháp
này cũng cần phải đo vẽ bổ sung hệ thống các đường phân, tụ thủy cho tính toán
DEM.
Các dữ liệu địa hình được đưa vào để thành lập mô hình TIN (Terrain
Irregular Network), sau đó mô hình TIN được chuyển đổi thành DEM dạng raster
cho lưu trữ và tính toán.
Đây được xem như một trong các phương pháp hiệu quả và có độ chính xác
đáng tin cậy nhất trong thành lập bản đồ địa hình cũng như xây dựng mô hình số độ
cao. Phương pháp trắc địa ảnh cũng được áp dụng cho một số tư liệu ảnh vệ tinh có
khả năng chụp nghiêng như: SPOT 5, WorldView 1, WorldView 2,…. Tuy nhiên,
để tăng cường độ chính xác của đo vẽ địa hình thì cần phải có các thông số hình học
của vệ tinh tại thời điểm bay chụp như ma trận hằng số hữu tỉ (RPC) cho tính toán.
Trên thực tế, người ta mới chỉ chứng minh được ảnh vệ tinh mới có khả năng thành
lập mô hình số độ cao cho bản đồ tỷ lệ 1:25000 tại Việt Nam. Các khu vực yêu cầu
độ chính xác cao hơn đều sử dụng ảnh hàng không.
19
Xây dựng mô hình số độ cao từ bản đồ địa hình
Hê thông tin địa lý cũng cung cấp các công cụ cho xây dựng mô hình số độ
cao từ bản đồ địa hình. Đây là một trong các phương pháp hiệu quả và nhanh chóng
nhưng độ chính xác không cao. Quy trình thánh lập mô hình số địa hình từ bản đồ
được tiến hành theo các bước sau:
• Quét bản đồ, nắn chỉnh hình học
• Số hóa các yếu tố địa hình, gán thuộc tính
• Tạo mô hình TIN
• Thành lập DEM
Tuy nhiên, các đặc trưng của địa hình thường không được thể hiện đầy đủ
trên dữ liệu bản đồ địa hình do quá trình tổng quát hóa. Các loại bản đồ thường ở tỷ
lệ vừa và nhỏ nên khoảng cao đều lớn, độ khái quát hóa cao. Do đó, việc chiết tách
các thông tin địa hình thường không đảm bảo cho các phân tích đánh giá chi tiết cho

các vùng nhỏ.
Các công cụ phân tích ba chiều của GIS cung cấp các công cụ mạnh cho xử
lý mô hình số độ cao. Bao gồm:
• Thành lập và biên tập mô hình TIN
• Chuyển đổi mô hình TIN sang dạng raster
• Các phân tích thống kê lân cận (Neiboughood Statistics)
• V.v….
Sản phẩm của quá trình xây dựng mô hình số địa hình và xử lý ba chiều cho
đánh giá xói mòn bao gồm:
• Dữ liệu phân chia các lưu vực phụ
• Dữ liệu tính toán tích tụ dòng chảy (Flow Accumulation)
• Dữ liệu chiều dài sườn
• Dữ liệu độ dốc
• Dữ liệu hệ số LS
20
Ngoài ra,các công cụ GIS và ảnh số ngày càng được phát triển không ngừng
tăng khả năng xử lý DEM với khối lượng lớn hơn cho khu vực rộng hơn và chi tiết
hơn. Các dữ liệu ngày càng tương thích với nhiều hệ phần mềm mô hình hóa không
gian trong đó xói mòn đất.
1.4.3 . Ứng dụng viễn thám trong phân loại lớp phủ thực vật
Một trong các ứng dụng quan trọng của viễn thám đối với nghiên cứu xói
mòn đất là chiết xuất ra các thông tin liên quan đến lớp phủ mặt đất. Các tư liệu ảnh
viễn thám được thu nhận một cách nhanh chóng và phản ảnh đặc trưng phản xạ phổ
của các đối tượng trên bề mặt trái đất. Đối với viễn thám đa phổ, các đối tượng thực
vật thường phản xạ mạnh tại kênh cận hồng ngoại (có bước sóng từ … ) và là yếu
tố quan trọng để xác định và chiết tách thông tin liên quan đến lớp phủ thực vật.
Người ta có thể tiến hành phân loại ảnh viễn thám theo một trong hai phương pháp:
• Phân loại không kiểm định: phân loại các pixel trên ảnh thành một số
các nhóm pixel nhất định. Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm
được thời gian, nhược điểm là độ tin cậy không cao.

• Phân loại ảnh có kiểm định: tiến hành lựa chọn các vùng mẫu trên
ảnh, phân tích đánh giá các vùng mẫu và phân loại ảnh theo đặc trưng
phản xạ phổ tại các vùng lấy mẫu. Ưu điểm của phương pháp này là
cho độ tin cậy cao, nhược điểm là thời gian lấy mẫu nhiều và phụ
thuộc vào chủ quan của người lấy mẫu.
Tuy nhiên, phân loại ảnh viễn thám tại thời điểm chụp chưa hẳn đã phản ảnh
đúng đặc trưng lớp phủ thực vật của khu vực nghiên cứu. Đặc biệt là tại Việt Nam,
nơi mà lớp phủ mặt đất thay đổi theo các mùa trong năm và tập quán canh tác. Để
nghiên cứu một cách chính xác lớp phủ mặt đất tại khu vực nào đó, cần phải thu
thập tư liệu ảnh viễn thám tại nhiều thời điểm khác nhau nhằm phân loại và so sánh
đưa ra kết quả cuối cùng.
21
Trong nghiên cứu xói mòn, một trong các thông tin quan trọng cũng có thể
được chiết tách từ ảnh viễn thám đó là hệ số lớp phủ thực vật (NDVI). Chỉ số này
thường được tính theo công thức:
NDVI = ( IR – R ) / ( IR + R)
Trong đó:
NDVI: chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index)
IR: giá trị phản xạ phổ trên kênh cận hồng ngoại
R: giá trị phản xạ phổ trên kênh đỏ
Hoặc có thể sử dụng công thức tính hệ số lớp phủ thực vật chuyển đổi
(Transformed NDVI) nhằm chuyển đổi giá trị chỉ số thực vật sang các giá trị từ 0-1.
Công thức này có dạng:
TNDVI= Sqrt(NDVI+0,5)
Cũng như phương pháp phân loại lớp phủ mặt đất từ ảnh viễn thám, phương
pháp tính toán hệ số lớp phủ thực vật chỉ phản ảnh được hiện trạng lớp phủ thực vật
tại thời điểm thu nhận ảnh.
1.4.4 . Xây dựng mô hình hóa tự động cho đánh giá xói mòn
Các mô hình đánh giá xói mòn thường là các bài toán phân tích đa nhân tố
phức tạp, có sự tham gia của nhiều biến (R, LS, K, C, P). Ngoài ra, trong quá trình

áp dụng, người ta còn sử dụng các biến đổi nhằm tăng độ tin cậy cho mô hình.
Hệ thông tin địa lý cung cấp các công cụ phân tích không gian cho phép tính
toán, chồng ghép dữ liệu và giải quyết bài toán đánh giá xói mòn một cách tự động.
Tùy vào từng bài toán, GIS cho phép xây dựng các mô hình tự động và đưa ra kết
quả là các hệ số cho tính toán xói mòn. Dưới đây là ví dụ về mô hình tính toán cho
phân tích lưu vực (Water Delineation) bằng GIS:
22
Hình 3. Mô hình phân tích lưu vực sử dụng công cụ phân tích không gian
của ArcGIS
Ví dụ về mô hình tính toán xói mòn bằng GIS:
23
Hình 4. Mô hình tính toán phương trình mất đất RUSLE của N-SPECT
24
Nhìn chung, công nghệ viễn thám và GIS có khả năng hỗ trợ rất hiệu quả cho
đánh giá xói mòn đất từ cung cấp các dữ liệu đầu vào đến phân tích các nhân tố và
tính toán mô hình tổng hợp.
25