ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM và CÔNG NGHỆ GIS ĐÁNH GIÁ xói mòn đất HUYỆN TAM NÔNG

LỜI CAM
BỘ GIÁO
DỤCĐOAN
VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ’ĐẠI HỌC NÔNG NGHIẸP HÀ NỘI
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong
bảo vệ một học vị nào.
Tôi cam

luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng để

TRỊNH QUỐC THẮNG
đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho

việc thực hiện luận văn này

đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM VÀ CÔNG NGHỆ GIS
Hà nội, ngày 16 tháng 9năm 2010
ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT HUYỆN TAM NÔNG TỈNH PHÚ THỌ
Trịnh Quốc Thắng

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Mã số

: 60.62.16

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN KHẮC THỜI

HÀ NỘI - 2010

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

i


i cam đoan
i cảm ơn

i
ii

ục lục
MỤC
LỤC
LỜI
CẢM
ƠN

nh mục bảng

nh mục hình

.1

.2

.1

.2

MỞ ĐẦU

iii

v
vi
Trong quá trình học tập, nghiên cứu gặp rất nhiều ikhó khăn, tôi đã nhận

được
hỗ trợ, giúp đỡ tận tình của các thầy, các cô, các
Tính cấp thiết
của sự
đề tài
1 đơn vị, gia đình và
bạn bè để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Mục tiêu của đề tài
2
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2
thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Khắc Thời, phó chủ nhiệm khoa Tài nguyên và
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
3
Môi trường Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội đã tận tình hướng dẫn,
Tổng quan về nghiên cứu xói mòn.
3

đóng góp ý kiến quý báu, động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn
Quan niệm về xói mòn.
3
trong quá trình nghiên cứu để hoàn chỉnh bản luận văn.
Một số khái niệm vềTôi
phân
xóitỏmòn.
xinloại
bày
lòng biết ơn sâu sắc tới ThS. Trần4 Quốc Vinh trưởng bộ
Sơ lược lịchmôn
sử nghiên
Trắc cứu
địa xói
bảnmòn
đồ đất.
và hệ thống thông tin địa lý, các 5thầy, các cô trong bộ
Nghiên cứu môn
xói mòn
đất địa
trên bản
Thế giới.
5
Trắc
đồ và hệ thống thông tin địa lý Trường
Đại học Nông
Nghiên cứu Nghiệp
xói mòn Iđất
Hàở Việt
Nội,Nam.

cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo 8đã tận tình giảng dạy,
dẫn,đoán
truyền
đạt định
những
Các phươnghướng
pháp chẩn
và xác
xói kinh
mòn nghiệm, đóng góp cho9 tôi nhiều ý kiến quý

.1

báu mòn
để tôibằng
hoànthực
thành
bản luận văn này.
Định lượng xói
nghiệm.

.2

Tôi mô
xin hình
chântoán
thành
Xác định xói mòn bằng
học cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện
15 đào tạo sau đại học,

khoapháp
Tàixác
nguyên
và Môi
Một số phương
định các
hệ sốtrường,
xói mònbộ môn Trắc địa bản đồ
19và hệ thống thông tin

.1

Hệ số R

.2

Hệ số K

.3

.4

.5

Hệ số LS
Hệ số C
Hệ số P

9

địa lý đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
19
Và cuối cùng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người
22
thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp. Để có được kết quả ngày hôm nay,
25
một phần do sự nỗ lực cố gắng của bản thân nhưng phần lớn là do công lao
30
của gia đình bố mẹ, anh chị em, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên và tạo
33
điều kiện để tôi an tâm học tập và nghiên cứu.

Trường Đại
Đại học
học Nông
Nông nghiệp
nghiệp Hà
Hà Nội
Nội -- Luận
Luận văn
văn thạc
thạc sĩ
sĩ nông
nông nghiệp
nghiệp.............iii
Trường
ii


2.5 Tình hình ứng dụng của Viễn thám và GIS

2.5.1

34

Tình hình ứng dụng viễn thám trên thế giới

34

2.5.2

Tình hình ứng dụng viễn thám ở Việt Nam

37

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

43

3.1 Nội dung nghiên cứu

43

3.2 Phương pháp nghiên cứu

43

3.2.1

Phương pháp thu thập số liệu
43

3.2.2

Phương pháp viễn thám
43

3.2.3

Phương pháp mô hình hóa
44

3.2.4

Phương pháp xử lý số liệu
45

3.2.5

Phương pháp chuyên gia:
45

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

46

4.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất huyệnTam Nông
4.1.1

46
Nhân tố tự nhiên

46

4.1.2

Nhân tố kinh tế - xã hội
51

4.2 Thành lập bản đồ xói mòn huyện Tam Nôngtỉnh Phú Thọ
4.2.1

56
Bản đồ hệ số R
56

4.2.2
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

Bản đồ hệ số K
iv


DANH MỤC BẢNG

Tên bảng

Trang

Bảng 1. Bảng phân đất theo cấp độ thấm
Bảng 2: Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc

24
tế

33

Bảng 3: Diễn biến một số yếu tố khí hậu năm 2009

48

Bảng 4: Thống kê diện tích các loại đất

55

Bảng 5: Kết quả tính toán hệ xói mòn các loại đất huyện Tam Nông theo toán
đồ Wischmeier & Smith

59

Bảng 6: Diện tích các cấp độ dốc huyện Tam Nông

61

Bảng 7: Kết quả tính toán hệ số LS

62

Bảng 8: Tọa độ các điểm khống chế ảnh

64

Bảng 9: Kết quả tính toán hệ số P

66

Bảng 10: Kết quả xói mòn đất huyện Tam Nông

67

Bảng 11: Thống kê diện tích mức độ xói mòn theo cấp độ dốc

68

Bảng 12: Thống kê diện tích mức độ xói mòn theo loại đất

69

Bảng 13: Thống kê diện tích mức độ xói mòn theo đơn vị hành chính

70

Bảng 14: Kết quả so sánh giữa tính toán và đo đếm thực tế

72

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

v


DANH MỤC

• HÌNH
Tên hình

Trang

1 Bảng tra toán đồ hệ số K của Wischmeier và Smith

25

2 Sử dụng mô hình USLE tính toán xói mòn bằng GIS

44

3 Các bước tính toán hệ số R

56

4 Biểu đồ lượng mưa trung bình năm của các trạm đo

57

5 Các bước tính toán hệ số K

58

6 Quy trình tính hệ số LS

61

7 Quy trình thành lập bản đồ hệ số C

63

8 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh

64

9 Quy trình thành lập bản đồ hệ số P

66

10 Phần trăm diện tích xói mòn theo cấp độ dốc

68

11 Phần trăm diện tích xói mòn theo loại đất

69

12 Bố trí khu thử nghiệm tại xã Dị Nậu

71

13 Bố trí khu thử nghiệm tại thị trấn Hưng Hóa

71

14 Bố trí khu thí nghiệm tại xã Hương Nộn

72

15 Đối chứng kết quả tính toán xói mòn và đo đếm thực tế

73

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

vi


1.

1.1.

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Xói mòn đã từ lâu được coi là nguyên nhân gây thoái hóa tài nguyên
đất nghiêm trọng. Vấn đề bảo vệ đất và xói mòn đã được đề cập đến trong các
công trình của các tác giả Hy Lạp và La Mã cổ đại. Trong nhiều trường hợp,
các nền văn minh đã mất đi do đất đai bị khai thác cạn kiệt. Vì vậy, cùng với
thoái hoá đất, xói mòn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá trình phát triển
của toàn nhân loại. Có thể nói rằng xói mòn đất được coi là nguyên nhân hàng
đầu gây thoái hóa tài nguyên đất ở vùng miền núi.
Diện tích đất đồi núi nước ta chiếm khoảng % tổng diện tích tự nhiên
của cả nước với đặc điểm thuận lợi là đa dạng về loại hình thổ nhưỡng, phong
phú về khả năng sử dụng. Tuy nhiên trở ngại lớn là chịu tác động của khí hậu
nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều và địa hình dốc. Chế độ mưa nhiều thúc
đẩy sự xói mòn, rửa trôi, bạc màu đất. Địa hình bị chia cắt mạnh, đất dốc chiếm

tỷ phần cao (đặc biệt ở miền núi phía Bắc), khi đất bị xói mòn thì phần lớn vật
liệu không bồi lắng mà bị rửa trôi theo sông suối đổ thẳng ra biển. Thảm thực
vật bị suy giảm, các hoạt động canh tác của con người là những nguyên nhân
chính gây ra sự xói mòn, suy thoái đất và làm giảm năng suất cây trồng.
Đứng trước những nguy cơ về thoái hóa đất do xói mòn, đã có nhiều công
trình nghiên cứu về xói mòn nhằm đánh giá nguyên nhân và ảnh hưởng của nó
tới quá trình sản xuất nông, lâm nghiệp. Các kết quả nghiên cứu cụ thể là cơ sở
khoa học giúp các nhà hoạch định chính sách, các nhà Quy hoạch sử dụng đất
đưa ra các chính sách đất đai phù hợp phục vụ cho việc quản lý đất đai đạt hiệu
quả hơn,

nâng cao mức sống cho người dân. Đồng thời tìm ra biện pháp giải

quyết những vấn đề bức xúc trong sử dụng đất, nhằm mục đích sử dụng đất ngày
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

1


Tam Nông là huyện miền núi, toàn huyện có 3.616,05 ha đất lâm
nghiệp và 2.192,65 ha đất trồng cây công nghiệp, cây lâu năm trên đồi đất
dốc. Do trước đây rừng tự nhiên bị khai thác, tàn phá nhiều, việc trồng mới
rừng chủ yếu là trồng bạch đàn phục vụ cho việc cung cấp nguyên liệu cho
ngành sản xuất giấy; theo báo cáo của ngành kiểm lâm thì độ che phủ rừng
mới đạt 25%. Bên cạnh đó việc trồng một số loại cây công nghiệp như sơn,
chè, cây màu (sắn, ngô,...) trên đất dốc cùng làm cho đất bị xói mòn, rửa trôi
nghiêm trọng. Có nhiều nguyên nhân tác động đến quá trình xói mòn đất ở
Tam Nông như khí hậu, thời tiết, địa hình, địa chất, thuỷ văn, các hoạt động
con người...Tuy nhiên các nhân tố này không diễn ra một cách độc lập, mà
chúng hoạt động trong sự tương tác lẫn nhau. Do đó, nghiên cứu bản chất quá

trình này và các nhân tố có liên quan là vấn đề cấp thiết, từ đó tạo ra cơ sở
khoa học cho việc định hướng đúng đắn trong công tác bảo vệ chống xói mòn
đất và công tác quy hoạch sử dụng đất một cách tối ưu.
Trong những năm qua đã có những công trình nghiên cứu về xói mòn
đất, tuy nhiên những nghiên cứu về ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS
vào việc đánh giá xói mòn đất vẫn còn ít. Với mong muốn áp dụng phương
pháp mới vào việc nghiên xói mòn đất ở vùng đồi núi Việt Nam, tôi tiến hành
nghiên cứu đề tài:
“Ứng dụng ảnh Viễn thám và công nghệ GIS đánh giá xói mòn đất
huyện Tam Nông - tỉnh Phú Thọ”

1.2.

Mục tiêu của đề tài

- Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong việc đánh giá, tính toán
và xây dựng bản đồ xói mòn.

1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

2


2.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

.1. 1 ông quan vê nghiên cứu xói mòn.

2.1.1.

Quan niệm về xói mòn.

Xói mòn là một cụm từ latinh “erosion” thể hiện sự ăn mòn dần. Theo
nghĩa tiếng Việt từ Từ điển Bách khoa Nông nghiệp thì xói mòn đất được
hiểu là “quá trình các tác nhân khí hậu (mưa, gió), đôi khi cả con người tác
động lên mặt đất làm cho lớp mặt của đất, keo mùn, những tầng đất tơi xốp,
các vụn đất và đá sét bị mất đi hoặc trôi theo sườn dốc”.
Viện sĩ L.I.Paraxôlôp cho rằng xói mòn đất cần phải hiểu 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”.
Husdson coi xói mòn là quá trình san bằng, trong đó các hạt đất hay đá
cứng bị nhào lộn, rửa trôi và di chuyển dưới tác dụng của trọng lực, gió và
nước là động lực chính của quá trình này.
Còn theo định nghĩa của Rattan Lal (1990) xói mòn là sự di chuyển dời
vật lý của lớp đất mất do nhiều tác nhân khác nhau: lực đập của giọt nước,
gió, tuyết bao gồm cả quá trình sạt lở do trọng lực.
Đối với Foster (1982) quá trình xói mòn bao gồm:

- Quá trình bóc tách hạt đất từ bề mặt lưu vực.
- Quá trình vận chuyển các hạt trên bề mặt lưu vực.
- Quá trình bồi lắng các hạt trong quá trình vận chuyển.
Cao Đăng Dư cho rằng quá trình xói mòn, trượt lở, bồi lấp (gọi tắt là
xói bồi) 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.
Khi nghiên cứu về tác nhân của lớp phủ thực vật thì Nguyễn Quang

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

3


màu mỡ của đất, làm mất trạng thái cân bằng sinh thái của cả vùng bị xói mòn
lẫn vùng bồi lắng vật liệu.
Phân tích từ những ý kiến trên, kết hợp với việc khảo sát các tác nhân
ảnh hưởng tới xói mòn. Luận văn cho rằng xói mòn đất xét về mặt vật lý chính
là quá trình tiêu hao năng lượng. Năng lượng phá vỡ kết cấu của đất và làm di
chuyển hạt đất. Vì vậy xói mòn đất là một quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng
(bao gồm phá hủy thành phần cơ, lý, hóa, chất dinh dưỡng.. .của đất) dưới tác
động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh, làm giảm độ phì nhiêu của đất, gây
ra bạc màu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá. ảnh hưởng trực tiếp đến sự
sống và phát triển của rừng và các thảm thực vật, thảm cây trồng khác.

2.1.2.

Một số khái niệm về phân loại xói mòn.

Căn cứ vào tác nhân gây ra xói mòn, người ta phân ra xói mòn đất
thành 5 dạng: xói mòn do nước, do gió, do trọng lực, do tuyết tan và do dòng
bùn đá.
• Xói mòn do nước
Xói mòn này được phân thành xói mòn bề mặt và xói mòn dạng tuyến
tạo thành liên rãnh xói. Sự rửa trôi đất là do mưa khi rơi xuống sinh ra mạng
lưới dòng chảy ở các liên sườn nghiêng. Tuy nhiên dạng dòng chảy này chỉ
mang tính tạm thời. Lượng dòng chảy mặt và lượng xói mòn được xác định
bằng cách kết hợp nhiều nhân tố tự nhiên và xã hội. Lượng dòng chảy mặt

vừa là tác nhân gây xói mòn, vừa là động lực chính của vận chuyển bùn cát
trên bề mặt lưu vực và các rãnh xói. Trong quá trình chuyển tải bùn cát do
mưa gây xói sẽ xuất hiện quá trình sa lắng các hạt đất khi mà lưu lượng bùn
cát vượt quá sức tải của dòng nước trên bề mặt lưu vực và rãnh. Đây chính là
quá trình cơ bản của xói mòn bề mặt lưu vực. Xói mòn dạng tuyến tạo thành
rãnh xói phát sinh bởi những dòng nước tập trung vào địa hình võng, trũng.
Dòng chảy ở

đây có tốc độ lớn, sức tàn phá

mạnh do đó theo thời gian tạo

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp..............4


thành hệ thống rãnh xói.

• Xói mòn do gió
Xói mòn này có thể xuất hiện ở bất cứ dạng địa hình nào. Gió mang sản
phẩm xói mòn theo những hướng khác nhau. Tuy nhiên, mức độ phá hủy đất
phụ thuộc vào địa hình khu vực và loại đất.

• Xói mòn trọng lực
Xói mòn này xuất hiện do tác động kết hợp giữa trọng lực của đất đá
trên sườn dốc và dòng chảy tràn. Mặc dù mang tính địa phương nhưng nó có
thể mang đến thảm họa khủng khiếp.

• Xói mòn dòng bùn đá
Là một loại lũ quét đi qua các vùng đất đá bở rời và địa hình thuận lợi
cho việc tập trung nước và chất rắn.

• Xói mòn do tuyết tan, băng tan ở các vùng có khí hậu ôn đới.
Xói mòn

mạnh hay yếu là phụ thuộc vào yếu tố cường độ và lượng

mưa, độ dốc, chiều dài sườn, hướng phơi của địa hình, địa hình bề mặt, đặc
điểm của lớp

phủ thổ nhưỡng và thảm thực vật, tình trạng sử dụng đất, kỹ

thuật trồng trọt, phương pháp tổ chức sản xuất và các yếu tố xã hội.

2.2.

Sơ lược lịch sử nghiên cứu xói mòn đất.

2.2.1.

Nghiên cứu xói mòn đất trên Thế giới.

Nghiên cứu của N. Hudson (1981) cho thấy từ thời trước Công nguyên,
các nhà triết học cổ đại Platon (427-347 trước Công nguyên) đã nêu ra mối
liên quan giữa lũ lụt và xói mòn đất với việc tàn phá rừng; cho đến cuối thế kỷ
XIX, tình trạng chung trong lĩnh vực chống xói mòn không thay đổi; nghiên
cứu xói mòn đất trước 80 năm (kể từ năm 1971) hầu như chưa được nghiên cứu
và sau 1971 thì các nghiên cứu này được thực hiện ngày càng nhiều ở tất cả các
nước. Những công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được nhà khoa học

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp..............5

tố ảnh hưởng đến sự xói mòn đất. Sau đó, các nghiên cứu khác về xói mòn đất
được triển khai mạnh mẽ ở Mỹ và một số nước khác trên Thế Giới.
Tại Mỹ, nhiều nghiên cứu về cơ chế xói mòn đất đạt được nhiều kết quả,
tạo ra bước ngoặt về nghiên cứu xói mòn đất. Những thí nghiệm đầu tiên nhằm
xác định xói mòn đất về mặt định lượng được các tổ chức Lâm nghiệp Mỹ tiến
hành tại bang Iuta vào năm 1915. Ngay sau đó, Miller đã tiến hành những thí
nghiệm ngoài thực địa ở bang Missuri vào năm 1917 và công bố kết quả vào
năm 1923. Belnett lập một mạng lưới gồm 10 trạm thí nghiệm chống xói mòn
vào các năm 1928 đến 1933. Mười năm sau số trạm nghiên cứu được xây dựng
lên tới 44 trạm , có chương trình nghiên cứu bằng biện pháp kỹ thuật và nghiên
cứu chế độ dòng chảy từ các máng thu nước (Hudson,1981) [1].
Công trình nghiên cứu đầu tiên của Volni cho thấy nguyên nhân chủ
yếu của
hướng

này

xói mòn đất là hạt nước rơi. Công trình nghiên
đã

được

Bayer,

Borot,

Vudbern

và

Musgrave

cứu đầu tiên theo
thực

hiện

trong

những năm 30 của thế kỷ 20. Những công trình nghiên cứu đầu tiên về mưa
thiên nhiên đã được Laws tiến hành vào năm 1940, còn công trình nghiên cứu
đầu tiên về tác động cơ học của hạt mưa vào đất thì được Ellison tiến hành
vào năm 1944. Mô tả các vấn đề nêu trên, Stalling viết: "Việc phát hiện ra
rằng hạt mưa là nhân tố chính của xói mòn do nước đã kết thúc thời đại đấu
tranh vô hiệu quả của con người chống lại xói mòn và lần đầu tiên gieo niềm
hy vọng giải quyết được một cách có kết quả vấn đề xói mòn đất. Tác động
của hạt mưa là một pha trong qua trình nước làm xói mòn đất mà trước đây
không nhận ra" (Hudson 1981) [1].
Xói mòn đất được nghiên cứu rộng rãi ở mọi nơi trên Thế giới. Tại Châu
Phi, đến năm 1971, đã có trên 12 nước có trạm nghiên cứu tại thực địa. Các nhà
nghiên cứu về vấn đề này như Haillet (1929), Staplz (1923), Ủy ban hợp tác kỹ
thuật Nam Sahara (CCTA), văn phòng đất Liên Phi (BIS), Hội đồng bảo vệ và

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

6

sử dụng đất khu vực Nam Phi (SARCCVS), UB nghiên cứu khoa học kỹ thuật
thuộc tổ chức thống nhất châu Phi (OAU),..Một số công trình nghiên cứu xói
mòn

đất đã được tiến hành ở

một số quốc gia tại các châu lục khác như

Srilanca, Ấn độ, Australia, Israel, Nhật Bản,...(Hudson 1981) [1],[8].
Các nhà khoa học của Liên Xô (cũ) và Bulgari cũng đã thu được nhiều
kết quả nghiên cứu về xói mòn đất. Các thành tựu đạt được có ý nghĩa trên
các mặt nghiên cứu lý thuyết về cơ chế tác động của các nhân tố ảnh hưởng
đến xói mòn đất. Từ đó đã có nhiều phương pháp chẩn đoán đánh giá lượng
đất bị rửa trôi, đề xuất được các biện pháp phòng chống và mức độ cần thiết
phải áp
nghiên

cứu

dụng các biện pháp này ở từng
này

có

thể

kể

đến

như:

điều kiện cụ thể. Các đóng góp về
Sobolev

(1961),

Zakharov

(1981),

Eghiazarov (1963), Mirskhulava (1960), Biotrev (1974), Stanev (1979).
Xói mòn

đất đã được các nhà khoa

học thế kỷ

20 nghiên cứu thực

nghiệm và khái quát hóa thành công thức toán học như: Phương trình xói mòn
đất của Horton (1945), Phương trình mất đất của Musgave (1947), phương
trình phá hủy kết cấu hạt mưa của Ellison (1945) [9], phương trình xói mòn
mặt của Dragoun (1962), phương trình mất đất phổ dụng USLE của
Wischmeier và Smith (1958) [26], xác định các tham số cho phương trình mất
đất phổ dụng của M.Lafflen (1991) [21], mô hình mô phỏng quá trình bồi
lắng của Fleming và Fahmy (1973), mô hình xói mòn đất dốc của Foster và
Meyer (1975), mô hình mất đất do dòng chảy của Fleming và Walker [9].
Nghiên cứu xói mòn đất đã được phát triển mạnh mẽ trong những năm
của thập kỷ 80 và 90. Sự phát triển này nhằm đáp ứng dòi hỏi cấp bách của

việc bảo vệ môi trường sống, nâng cao năng suất và thu nhập từ ngành trồng
trọt. Mặt khác, sự phát triển của sự nghiên cứu xói mòn đất có được là do đã
ứng dụng các phương pháp mô hình, mô phỏng bằng toán học, đặc biệt có sự
hỗ trợ đắc lực của công nghệ thông tin.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

7


2.2.2.

Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam.

Cách đây hàng nghìn năm đã xuất hiện xói mòn đất do nước và tổ tiên
chúng ta, người Việt cổ đã có các biện pháp chống xói mòn đất có hiệu quả,
đó là xây

dựnghệ thống ruộng bậc thang trên

đất dốc. Tuy nhiên,

nghiên cứu

đất đai ở Việt Nam có

nghiên cứu

về xói mòn đất mới có từ khoảng 4-5 thập kỷ

lịch sử

từ hàng trăm năm nay nhưng công tác
gần đây. Theo

Nguyễn Quang Mỹ (2005) [3],[6], có thể chia quá trình nghiên cứu xói mòn
đất ở Việt Nam thành 3 giai đoạn:

a. Giai đoạn trước năm 1954

Trong giai đoạn này, các nghiên cứu về xói mòn đất hầu như không có
công trình nào. Tuy nhiên thực tế vẫn có hàng loạt các công trình chống xói
mòn đất được xây dựng từ kinh nghiệm sản xuất của người nông dân như
dựng các công trình trên đất dốc bằng gỗ chắn, xây dựng ruộng bậc thang của
cộng đồng dân cư dân tộc H'Mông, Dao...

b. Giai đoạn từ 1954-1975

Các nghiên cứu về xói mòn đất chủ yếu là tiến hành bằng các phương
pháp đơn giản và trực quan như đóng cọc, dùng dây dọi hoặc mô tả.
Nhìn chung, các công trình đã giải quyết được nhiều vấn đề nghiên cứu
về chống xói mòn đất, tuy nhiên tính định lượng chưa cao.

c. Giai đoạn từ sau năm 1975
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

8


trình nghiên cứu Tây Bắc đã thu thập được số liệu thực tế, mở đầu cho thời kỳ

nghiên cứu xói mòn đất định lượng và đưa ra một số biện pháp chống xói
mòn đất thích hợp.
Các nghiên cứu về xói mòn vẫn là sự tiếp tục phát triển các hướng
nghiên cứu truyền thống, trong đó phổ biến nhất là sử dụng phương trình mất
đất tổng quát USLE (Wishmeier và Smith, 1978) để đánh giá lượng đất mất.
Trong những

năm gần đây, với sự phát triển

mạnh mẽ của hệ thống

thông tin địa lý, một số nhà nghiên cứu Việt Nam cũng đã thử giải quyết bài
toán xói mòn bằng cách mô hình hóa kết hợp với phương trình mất đất tổng
quát USLE. Điển hình cho các nghiên cứu này là tập thể các tác giả Trần Văn
Ý, Nguyễn

Quang Mỹ và Nguyễn

Văn Nhung. Các tác

giả đã sử dụng hệ

thống thông tin địa lý xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng Việt Nam tỷ lệ
1 : 1.000.000 và đưa ra kết luận xói mòn tiềm năng ở Việt Nam nhìn chung
phụ thuộc nhiều vào hình thái địa hình hơn là cường độ và chế độ mưa [7].
Bản đồ có thể sử dụng như một công cụ để điều hành vĩ mô các chương trình
phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu chưa cho chúng ta
thấy toàn cảnh về xói mòn thực sự của khu vực. Đây mới chỉ là kết quả xói
mòn tiềm năng, trên thực

tế phải nghiên cứu thêm ảnh

hưởng của lớp phủ

thực vật và các hoạt động sản xuất của con người tới xói mòn.

2.3.

Các phương pháp chẩn đoán và xác định xói mòn

Theo các nghiên cứu về xói mòn của các nhà khoa học thì tùy theo từng
điều kiện và yêu cầu đặt ra mà có các phương pháp nghiên cứu khác nhau.
Có 2 phương pháp cơ bản để đánh giá xác định xói mòn đó là: Định
lượng xói mòn bằng thực nghiệm và phương pháp chuẩn đoán xói mòn bằng
mô hình toán học.

2.3.1.

Định lượng xói mòn bằng thực nghiệm.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp..............9


phương pháp khảo sát thực địa. Các phương pháp theo dõi thực địa cho phép
xác định lượng mất đất cụ thể trên một mô hình có các điều kiện nhất định.
Kết quả của các phương pháp này cho phép xác định lượng mất đất cụ thể.
Hạn chế của phương pháp này là không thể dự báo được lượng mất cũng như
xác định được sự cần thiết của các biện pháp phòng chống xói mòn. Hạn chế
này nảy sinh là do các yếu tố tác động đến xói mòn mang tính định tính và hết
sức phức tạp, các yếu tố luôn thay đổi và quan hệ chặt chẽ với nhau.

+ Phương pháp phâu diện.

Phương pháp này do Zakharov (1981) [8] đưa ra dựa trên cơ sở các khu
vực có hình thái địa lý khác nhau, trong điều kiện không xảy ra hiện tượng
xói mòn thì các tầng đất có độ dày tương đối ổn định. Khi quá trình xói mòn
xảy ra thì độ dày các tầng sẽ thay đổi cụ thể là độ dày của tầng đất mặt sẽ
giảm đi, nếu quá trình xói mòn kéo dài thì các tầng kế tiếp cũng bị xói mòn và
tầng dày của các tầng đất này cũng giảm đi.
Việc xác định mức độ xói mòn được tiến hành bằng cách so sánh các
mô hình chưa bị xói mòn với các mô hình xảy ra hiện tượng xói mòn. Để có
thể so sánh và xác định được mức độ xói mòn thì các mô hình này phải có các
điều kiện tương đồng.
Trong thực tế khi các điều kiện khí hậu, đất đai và thảm thực vật ở điều
kiện cân bằng thì xảy ra hiện tượng xói mòn địa chất, nó cân bằng với quá
trình thành tạo đất, do vậy trong cùng một điều kiện thì ta có thể coi các tầng
đất có tầng dày ổn định. Khi hoạt động sản xuất nông nghiệp con người tác
động đến

bề mặt đất lúc đó xảy ra hiện tượng xói mòn gia tốc,

độ sâu bào

mòn trung bình tính được chính là độ sâu bào mòn tính từ khi có hoạt động

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp.............10


diện tích do xói mòn gây nên.
Nhược điểm của phương pháp này là độ chính xác không cao, để xác

định chính xác lượng mất đất cần phải định vị được những vị trí không bị xói
mòn, không bị bồi lắng và đồng thời phải xác định được thời điểm bắt đầu
trồng trọt.

Điều này trong thực tế là hết sức khó khăn. Để khắc phục nhược

điểm này khi áp dụng đối với khu vực có làm đất người ta tính từ thời điểm
làm đất sau cùng và xác định độ bào mòn của tầng đất cày.
Tuy vậy phương pháp này có thể đánh giá tổng quát về hiện tượng xói
mòn trên khu vực nghiên cứu, từ đó xác định được phương pháp nghiên cứu
xói mòn đất chính xác hơn.

+ Phương pháp đóng cọc:

Phương pháp đóng cọc được sử dụng ở các vùng xa các trung tâm
nghiên cứu, điều kiện xây dựng các trạm nghiên cứu khó khăn, việc thu thập
các số liệu không thường xuyên, các cọc được đóng trước mùa mưa, số lượng
cọc tùy theo quy mô khu vực nghiên cứu. Cọc được sử dụng như sau: trên
chiều dài sườn dốc bố trí hệ thống cọc ở 3 vị trí đỉnh dốc, sườn dốc và chân
dốc, điểm đặt cọc ở chân dốc phải ở vị trí không bị xói mòn và cũng không bị
bồi tụ lắng đọng. Sau từng thời gian nhất định đo độ sâu bị bào mòn (so với
thời điểm

đóng cọc) với

kết quả của cọc đóng trên

đỉnh, và ở

sườn. theo

C.Geason và Stanev (Hồ Kiệt 2000) thì ta có thể tính độ sâu trung bình của
quá trình bào mòn bằng cách: Gọi kết quả cọc đóng ở đỉnh có độ sâu bào mòn
là Hd và cọc đóng ở sườn có độ sâu là Hs ta có công thức tính độ sâu trung
bình: 0,5(Hs + Hd)
Hạn chế của phương pháp này là hệ thống cọc đóng hay bị thất lạc, thời

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp..............11


mất được xác định là không cao. Tuy nhiên phương pháp này vẫn dùng ở
những nơi không thể áp dụng các phương pháp nghiên cứu khác.

+ Phương pháp đo bộ rễ thực vật.

Phương pháp này được các nhà khoa học Châu Âu và Châu Phi áp
dụng. Cơ sở của phương pháp này là khi bị bào mòn rửa trôi rễ thực vật vẫn ở
độ cao nhất định và như vậy cổ rễ thực vật sẽ nổi lên trên mặt đất. Xác định
thời điểm từ lúc trồng đến thời điểm nghiên cứu ta xác định được mức độ xói
mòn trong khoảng thời gian đó và tính được lượng đất bị bào mòn hàng năm.
Phương pháp này có độ chính xác không cao nhưng dễ áp dụng không
đòi hỏi phương tiện nghiên cứu phức tạp.

+ Phương pháp thu hứng (Fleming - 1981) [11]

Phương pháp này được áp dụng nhiều ở Mỹ, Châu á... Ở Việt Nam
nhóm các nhà nghiên cứu do Nguyễn Quang Mỹ, Quách Cao Yềm, Hoàng
Xuân Cơ (Đại học Tổng Hợp Hà Nội) với công trình "Nghiên cứu xói mòn và
thử nghiệm một số biện pháp chống xói mòn đất nông nghiệp Tây Nguyên"
đã sử dụng để nghiên cứu xói mòn đất tại Tây Nguyên.

Phương pháp này được thực hiện như sau: Trên diện tích đất nhất định,
được cô lập không bị ảnh hưởng của dòng chảy và vật chất xói mòn từ xung
quanh, có thể dùng bờ ngăn hay rãnh ngăn, Phía cuối ô đất đặt bộ phận thu
đất. sau khoảng thời gian nhất định thì thu lượng bồi lắng và đem cân, qua đó
sẽ tính toán được lượng đất bị xói mòn trên một đơn vị diện tích. Để thực hiện
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

12


- Cách 2: Thu một phần đất bị xói mòn:
Cách này về nguyên tắc tương tự như phương pháp thu toàn bộ. Tuy
nhiên lượng nước (bao gồm cả đất bị xói mòn) được trộn đều và dẫn đến dụng
cụ chia nước thành các phần bằng nhau, sao cho đại diện cho lượng nước toàn
bộ, sau đó đưa vào bộ phận thu nước.
Lượng nước thu được để lắng, lấy phần lắng đọng đem xác định khối
lượng, từ đó tính toán được toàn bộ lượng đất bị xói mòn trong ô nghiên cứu
và tính được lượng đất bị xói mòn trên một đơn vị diện tích trong thời gian
nghiên cứu.
Phương pháp xác định xói mòn bằng cách thu đất bị rửa trôi cho kết
quả chính xác, đánh giá được lượng đất mất do tất cả các dạng xói mòn do
nước. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi nhiều công đoạn phức tạp và trang
thiết bị đắt tiền, do vậy phương pháp này thường sử dụng để phục vụ cho việc
nghiên cứu, thiết lập các tham số hay các phương trình, mô hình chẩn đoán
xói mòn

+ Phương pháp nghiên cứu xói mòn bằng các nguyên tố Urani và

Thori

Bản chất của phương pháp này là nghiên cứ xói mòn theo quan điểm
địa hóa học, cho rằng hàm lượng Urani và Thori cũng như các nguyên tố khác
đều được giải phóng trong quá trình phá hủy xói mòn và sau khi so sánh hàm
lượng của chúng ở những mẫu trước và sau khi bị xói mòn có thể xác định
được lượng đất mất bị xói mòn. Nordeman (1977) đã đưa ra công thức tính
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

13


Ep: Hàm lượng của nguyên tố trong nước mưa.
D: Lưu lượng sông.
P: Lượng mưa hàng năm.
Tuy nhiên phép tính tốc độ xói mòn dựa trên hàm lượng các nguyên tố
vết chưa thật chính xác vì chưa tính đến sự mất cân bằng trong phóng xạ của
U234/U238. Bởi vậy Bernatt năm 1991 đã hiệu chỉnh phương trình này bằng
hiệu chỉnh hệ số hòa tan K được tính như sau:
K = (Ar - As) / (Ae - As) (2.2)
Với Ar: Tỉ lệ U234/U238 trong đá.
Ae: Tỉ lệ U234/U238 trong nước.
As: Tỉ lệ U234/U238 trong đất.
Nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đã áp dụng phương pháp này có
hiệu quả như: Iyad Al - Gharib nghiên cứu xói mòn ở Amazon và Congo năm
1992, Daniel Mathieu ở Brazil năm 1993... Hạn chế của phương pháp này là
sai số của phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu dễ ảnh hưởng đến độ chính
xác của kết quả.
Qua các nghiên cứu về xói mòn đất của các nhà khoa học trên thế giới
nhận thấy rằng để xác định xói mòn đất nếu chỉ dùng các phương pháp đo
thực tế thì kết quả chỉ phản ánh xói mòn trong từng khu vực nhỏ. Việc chuẩn
đoán lượng đất bị xói mòn cho tất cả diện tích đất đai trong khu vực là không

thể làm được, các phương pháp đo thực tế đòi hỏi phải mất rất nhiều công
nghiên cứu, kinh phí thực hiện và thời gian thường phải kéo dài.Vì vậy trong
thời gian qua các nghiên cứu về xói mòn đất đã được các nhà khoa học tiếp
cận bằng phương pháp hoàn toàn mới đó là chuẩn đoán xói mòn đất bằng các
mô hình toán học. Các mô hình mô phỏng bằng toán được trợ giúp của máy
tính đã giúp các nhà khoa học có thể nghiên cứu có thể định lượng và dự báo
chẩn đoán xói mòn được tốt hơn.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

14


2.3.2.

Xác định xói mòn bằng mô hình toán học

Trong thập kỷ 70 của thế kỷ 20 nghiên cứu về xói mòn đất phát triển rất
mạnh. Sự phát triển của việc nghiên cứu xói mòn đất có được là do các nhà
khoa học đã dùng các mô hình toán học để mô phỏng quá trình xói mòn đất.
Một số các mô hình toán điển hình mô phỏng quá trình xói mòn đất trên thế
giới được các nhà khoa học sử dụng đó là:

2.3.2.I. Mô hình xói mòn đất dựa trên cơ sở phương trình mất đất phổ dụng
(Universal Soil Loss Equation -USLE)

Dựa trên

số liệu đã thu thập

tại trung tâm

số liệu và các nghiên

cứu

trước đó, Wischmeier, Smith, và những người khác đã phát triển phương trình
mất đất phổ dụng (Universal Soil Loss Equation -USLE). Cuốn sách hướng
dẫn nông nghiệp (số 537) mô tả về USLE đã được xuất bản năm 1965 và
được tái bản năm 1978. Với sự chấp nhận rộng rãi, USLE đã trở thành một
công cụ đánh giá xói mòn mà được sử dụng phổ biến tại Mỹ và các nước khác
trên toàn thế giới: Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm (1988) [4], Nguyễn Mười,
Trần Văn Chính, Đỗ Nguyên Hải, Hoàng Văn Mùa, Phạm Thanh Nga, Đào
Châu Thu (2000) [2].
Năm yếu tố chính được sử dụng để tính toán lượng đất mất trên một
khu vực cụ thể đó là: mưa, đất, thực vật, biện pháp canh tác và biện pháp bảo
vệ đất. Các giá trị xói mòn phản ánh bởi các yếu tố đó có thể thay đổi đáng kể
do sự biến đổi của các điều kiện thời tiết. Do vậy các giá trị đạt được từ USLE
thể hiện chính xác hơn đối với trung bình dài hạn , phương trình mất đất phổ
dụng có dạng như sau:
A =R x K x LS x C x P (2.3)
A - lượng đất mất bình quân bị xói mòn trong năm.
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

15


K - Hệ số kháng xói của đất. Đó là lượng đất mất trung bình theo đơn
vị diện tích cho một loại đất cụ thể. K là đơn vị đo độ nhạy của các hạt đất
tách rời và vận chuyển bởi mưa và dòng chảy mặt. Kết cấu là yếu tố chính

ảnh hưởng đến K, chứ không phải là cấu trúc, vật chất hữu cơ và cũng như
tính chất thấm.
LS - Hệ số độ dài - độ dốc sườn. Hệ số LS thể hiện tỷ số đất mất dưới
các điều kiện cụ thể mà tại một địa bàn với độ dốc sườn “chuẩn” (standard)
và độ dài sườn xác định. Sườn càng dài và càng dốc, thì nguy cơ xói mòn
càng cao.
C - hệ số che phủ đất. Hệ số này được sử dụng để xác định ảnh hưởng
tương đối của độ che phủ đất trong sự ngăn ngừa mất đất. Hệ số C là một tỷ
số so sánh lượng đất mất từ đồng ruộng với lượng đất mất tương ứng của đất
bỏ hóa cách năm. Hệ số C có thể xác định bởi việc lựa chọn kiểu canh tác và
phương pháp canh tác .
P - Hệ số biện pháp canh tác. Hệ số này phản ánh ảnh hưởng của các
hoạt động con người sẽ làm giảm khối lượng và tốc độ của nước bề mặt và do
vậy làm giảm khối lượng xói mòn. Hệ số P thể hiện tỷ số của lượng đất mất đi
bởi các biện pháp canh tác.

2.3.2.2.

Mô hình xói mòn đất châu âu( EUROSEM)

Mô hình xói mòn đất Châu Âu (EUROSEM- The European Soil
Erosion Model) được phát triển từ trường Đại học Cranfield, Đại học
Lancaster dưới sự tài trợ của liên minh Châu Âu vào đầu thập niên 90 [17].
Mô hình này dựa trên khái niệm về mô hình hoá các pha tách và vận chuyển
của các hạt đất, và sau đó quá trình xói mòn dựa trên cơ sở của những giả

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

16

2.3.2.3.

Mô hình WEPP: là kết quả của dự án dự báo xói mòn đất do nước

(Water Erosion Prediction Project) của Phòng nghiên cứu thí nghiệm quốc gia
về đất của Mỹ (National (USA) Soil Erosion Research Laboratory) [16].

”WEPP là một quá trình, mô phỏng một cách liên tục, và là một mô
hình dự báo xói mòn được sử dụng cho các máy tính cá nhân. Nó có thể ứng
dụng cho các quá trình xói mòn sườn đồi (xói mòn dạng tấm và xói mòn rãnh),
cũng như mô phỏng các quá trình thuỷ văn và xói mòn trên các lưu vực nhỏ ”

Mô hình WEPP thể hiện một công nghệ mới về dự báo xói mòn dựa
trên cơ sở khí hậu, lý thuyết thấm, thuỷ văn, cơ lý đất, khoa học về cây trồng,
thuỷ lực học và cơ học về xói mòn. Mô hình có nhiều điểm thuận lợi. Các
thuận lợi nổi bật bao gồm khả năng ước lượng sự phân bố về lượng đất mất đi
do xói mòn theo thời gian và không gian (lượng đất thực sự mất đi của toàn
bộ sườn dốc hoặc đối với mỗi điểm trên một tuyến sườn dốc có thể được ước
tính theo ngày, tháng hoặc trung bình năm).

2.3.2.4.

Mô hình xói mòn sườn

Mô hình xói mòn sườn (Hillslope Erosion Model) xuất phát từ Cục
nông Nghiệp - Trung tâm dịch vụ nông nghiệp, trung tâm nghiên cứu lưu vực
Tây nam tại Tucson, Arizona [15].

”Các chiều dài đoạn sườn dốc, độ dốc, % thảm phủ bởi lá cây, % thảm

phủ bề mặt đất, thể tích dòng chảy mặt và giá trị hệ số xói mòn đất cho trước,
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

17


- Không tính được lượng trầm tích.
- Không tính đến lượng đất mất đi khác mà có thể xuất hiện do rãnh xói
lớn (gully erosion)

- Không đưa ra các phương pháp tính xói mòn với những cơn mưa ngắn
và đột xuất với cường độ thấp.

2.3.2.5. Mô hình RUSLE

Để tăng cường khả năng dự báo và tính toán xói mòn đất, khắc phục
các hạn chế mà mô hình USLE và một số mô hình trước đây đã sử dụng, các
nhà nghiên cứu về xói mòn đất tiến hành xây dựng hoàn thiện một số mô hình
tính xói mòn mới có khả năng phân tích, dự báo và tính toán tốt hơn. Mô hình
RUSLE (Phương trình mất đất phổ dụng biến đổi (Revised Universal Soil
Loss Equation) là một trong những mô hình như vậy. RUSLE hướng tới việc
cung cấp cách tính lượng mất đất một cách chính xác nhất mà không cần quan
tâm giá trị mới so sánh với giá trị cũ như thế nào.
Các ưu điểm mà Mô hình RUSLE (Phương trình mất đất phổ dụng biến
đổi -Revised Universal Soil Loss Equation) có được là:

- Phương trình mất đất phổ dụng hiệu chỉnh (RUSLE) phân tích số liệu
mới mà các mô hình trước đây không có.

- Cách tính trong phương trình RUSLE có phạm vi bao quát rộng hơn

USLE và chương trình máy tính cũng dễ sử dụng hơn.
Phương trình mất đất phổ dụng biến đổi RUSLE: Revised Universal Soil Loss
Equation là kết quả nghiên cứu của phòng thí nghiệm trầm tích quốc gia thuộc
Cục nông Nghiệp - Trung tâm dịch vụ nông nghiệp Mỹ (USDA-ARS) [18].
RUSLE được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, trong đó các hiệu chỉnh cẩn thận
được tiến hành trên các loạt đất, các pha, các biện pháp bảo tồn và quản lý
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp.............18


2.4. Một số phương pháp xác định các hệ số xói mòn

2.4.1.

Hệ số R

Sau 67 năm kể từ khi con người tiến hành nghiên cứu xói mòn đất một
cách có hệ thống mới phát hiện ra được nhân tố quan trọng nhất của xói mòn
đó là hạt mưa.
Ellison (1994) khi tiến hành nghiên cứu về tác động cơ học của hạt mưa
vào đất đã tìm ra vai trò thực tế của hạt mưa rơi trong quá trình xói mòn do nước.
Ông là người đầu tiên xác định được rằng chính hạt mưa rơi gây ra xói mòn.
Phát hiện này đã được Staling đánh giá như một điểm mốc kết thúc thời
đại đấu tranh ít hiệu quả của con người chống lại xói mòn và lần đâu tiên gieo
niềm hy vọng giải quyết một cách có kết quả vấn đề xói mòn đất.
Xói mòn xét về mặt vật lý chính là một quá trình tiêu thụ năng lượng.
Năng lượng bị tiêu thụ trong tất cả các pha xói mòn. Khi bị phá vỡ kết cấu
của đất

và khi làm tung

những hạt cứng của đất. Năng lượng

tạo nên hiện

tượng chảy xoay của dòng trên mặt, tách ra và rửa trôi những hạt đất. Khi so
sánh năng lượng sinh ra của trận mưa và dòng chảy do nó sinh ra có sự khác
biệt rất lớn về năng lượng. Kết quả so sánh cho thấy rằng mưa có động năng
lớn hơn 256 lần so với dòng chảy trên mặt.
Những nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường cho
thấy rằng lực xói mòn của mưa được đặc trưng bởi những tham số phức tạp
rút ra từ tổ hợp những tính chất vật lý của mưa. Lowe được biết đến là người
đầu tiên tiến hành đo kích thước hạt mưa vào năm 1892. Bằng phương pháp
phổ biến dựa theo nguyên lý diện tích hạt bị bắn tóe Hall đã đề xuất công thức
xác định đường kính hạt mưa.
D = a. Sb (2.4)
Với D: Đường kính hạt mưa
S: Đường kính vết bột màu
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

19


Kích thước của hạt

mưa thay đổi trong một khoảng rộng từ 1mm
đến

7mm. Theo số liệu của Ellison, Kinnell, P.C.Baruah, I.Stanev đường kính tối
đa của

hạt mưa phổ biến khoảng 5mm. Blanchard

đã chứng mình

bằng

thì
nghiệm rằng những hạt mưa có đường kính cho đến 4,6 mm có tính bền vững.
Lawsa & Parson (1943) qua kết quả nghiên cứu của mình đã biểu hiện
mối quan hệ giữa đường kính hạt mưa và tỷ lệ lượng mưa đối với các trạm có
cường độ mưa khác nhau.
Những đặc trưng vật lý của mưa tác động vào quá trình xói mòn bao
gồm:d lượng

mưa, cường độ mưa, kích thước hạt mưa, tốc độ rơi của hạt

mưa, năng lượng mưa đã tập trung mối quan tâm nghiên cứu của nhiều
chuyên gia từ nhiều quốc gia khác nhau: Makho, Smith, Litnar $ Lenard
(Đức), Flner (Anh), Mihara (Nhật), Wischmeier (Mỹ), Zanchi & Toori (Ý).
Trong điều kiện thí nghiệm, quan hệ giữa lượng đất bị xói mòn với một
số tính chất vật lý của mưa được xây dựng theo công thức Ellison :
S = V4,33 x D1,07 x I0,65 (2.5)
Với S: Lượng đất bị di chuyển do sự va đập của các hạt mưa trong 30 phút
V: Vận tốc hạt mưa (inch/giờ)
D: Đường kính hạt mưa (mm)
I: Cường độ hạt mưa (insơ/giờ)
Basal cũng đề xuất công thức sau:
G = K.D.V1,4
Với: G: Trọng lượng đất bị di chuyển do sự va đập của các hạt đất
K: Hằng số cho mỗi loại đất

D: Đường kính hạt mưa (mm)
V: Vận tốc hạt mưa (m/s)
Những thí nghiệm trong phòng của Ellison, Bizal, Roose và nhiều tác
giả khác cho thấy rằng tính xói mòn của mưa có liên quan với năng lượng. Tuy
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

20