Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện sơn động tỉnh bắc giang

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Sơn Động là huyện miền núi của tỉnh Bắc Giang có diện tích tự nhiên là
84.432,4 ha, trong đó diện tích đất lâm nghiệp là 68.348,29 hecta chiếm 72,0%
[14]. Địa hình Sơn Động gồm đồi núi xen kẽ các thung lũng, manh mún, địa hình
chia cắt mạnh chênh lệch về độ cao, độ dốc lớn. Hiện tượng xói mòn, rửa trôi
đang xảy ra mạnh. Tuy nhiên, đến nay chưa có nghiên cứu nào về xói mòn đất
trên địa bàn huyện Sơn Động.
Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu đặc biệt, là thành phần
quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là tư liệu lao động chính của nền kinh
tế Nông - Lâm nghiệp. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ gần đây, cùng với sự gia tăng
dân số, các nguồn tài nguyên khoáng sản, thảm thực vật, đất đai đã và đang được
sử dụng ở mức độ cao, thậm chí không hợp lý. Việc khai thác Nông -Lâm nghiệp
không có ý thức ngày càng làm cho quá trình xói mòn đất xảy ra nghiêm trọng, độ
phì nhiêu ngày càng giảm, nhiều nơi trơ sỏi đá, trở thành đất trống, đồi núi trọc
[6].
Xói mòn đất là quá trình phá huỷ lớp thổ nhưỡng (bao gồm cả phá huỷ
thành phần cơ, lý, hoá, chất dinh dưỡng v.v… của đất) dưới tác động của các
nhân tố tự nhiên và nhân sinh làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hoá
đất, laterit hoá, trơ sỏi đá v.v…, ảnh hưởng trực tiếp tới sự sống và phát triển của
thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. [6].
Ðể giảm thiểu xói mòn ở khu vực miền núi, hai vấn đề cần được song song
nghiên cứu là: quá trình xói mòn, nguyên nhân, các yếu tố ảnh hưởng và vấn đề
sử dụng hợp lý tài nguyên. Có nhiều phương pháp nghiên cứu, đánh giá xói mòn
đất được các tác giả trong và ngoài nước sử dụng. Trong đó, việc ứng dụng công
nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là phương pháp , là công cụ mạnh có khả
năng phân tích không gian trong thơi gian ngắn . Công nghệ GIS còn cho phép
tích hợp phương trình mất đất tổng quát của Wischmeier W.H và Smith D.D để
tính toán và xây dựng bản đồ xói mòn đất của các lưu vực, vùng lãnh thổ một
cách dễ dàng và chính xác.

Vơi cac ly do nêu trên , chúng tôi chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ hệ
thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - tỉnh Bắc
Giang”.
2. Mục đích nghiên cứu
Dự báo xói mòn đất phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lí tài nguyên đất
huyện Sơn Động.
Để đạt được mục đích trên, đề tài đặt ra những mục tiêu cụ thể sau:
- Xây dựng bản đồ xói mòn đất hiện tại và bản đồ dự báo tiềm năng xói
mòn đất huyện Sơn Động dựa trên ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý
(GIS), làm cơ sở định hướng cho chiến lược quy hoạch sử dụng đất huyện Sơn
Động.
- Đề xuất một số giải pháp chống xói mòn đất.
3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu
- Ý nghĩa khoa học:
Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá và dự báo
xói mòn đất qua việc phân tích không gian và mối quan hệ của các nhân tố địa
hình, thủy văn, thổ nhưỡng, thực vật và con người tại huyện Sơn Động.
- Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:
Đánh giá xói mòn và xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động, từ đó xây dựng
bản đồ xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn
chế xói mòn đất.
4. Khối lượng và cấu trúc luận văn
Luận văn được trình bày trong 80 trang khổ A4 với 21 hình, 14 bảng biểu
và được trình như sau:
MỞ ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.
Chương 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Chương 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.


Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất
1.1.1. Xói mòn đất
Có nhiều định nghĩa về xói mòn đất, để phù hợp với khu vực nghiên cứu,
luận văn sử dụng định nghĩa của Nguyễn Quang Mỹ [6]: Xói mòn đất (soil
erosion) là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng (bao gồm phá hủy các thành phần
cơ, lý, hóa, chất dinh dưỡng v.v... của đất) dưới tác động của các nhân tố tự nhiên
và nhân sinh, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hóa đất, laterit hóa,
trơ sỏi đá v.v... ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật
rừng, thảm cây trồng khác. Xói mòn gồm 2 loại:
- Xói mòn bề mặt: Là loại xói mòn do mưa và băng tuyết tan. Kiểu xói
mòn này thường gặp trên sườn và đỉnh phân thủy cũng như ở trên các bồn thu
nước.
- Xói mòn theo dòng: Là kiểu xâm thực, xói mòn tập trung trong các dải
trũng như các rãnh sâu, thung lũng, sông suối. Xâm thực theo dòng chia làm 2
loại là xâm thực sâu và xâm thực ngang.
1.1.2. Các quá trình xói mòn đất
Các quá trình xói mòn gồm: Xói lở sông suối và xói mòn, rửa trôi bề mặt.
1.1.2.1. Xói lở sông suối
Quá trình xói lở sông suối đƯợc xác định theo công thức về động năng của
dòng chảy [6].
Trong đó:
F=vm2/2
F: là động năng của khối nước chảy m: là khối lượng nước chảy
v: là vận tốc dòng chảy
Như vậy động năng của dòng chảy tỉ lệ thuận với bình phương của tốc độ
dòng chảy. Trong quá trình xói lở, dòng chảy tạo ra vật liệu, phù sa. Tùy theo

kích thước phù sa và tốc độ dòng chảy mà phù sa có thể vận chuyển xuôi theo
chiều dòng chảy. Khi động năng của dòng chảy không đủ sức mang đi từng bộ


phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dòng sông gọi là quá trình bồi tụ.
1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt
Là quá trình xói mòn do dòng chảy tạm thời trên sườn lúc mưa hoặc tuyết
tan và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó yếu tố địa hình là
quan trọng nhất.
1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất gồm: khí hậu, địa
hình, đất đai, thảm thực vật và con người, được mô tả trong hình 1.1:
A/H tích cực
A/H tiêu cực
A/H hai chiều

Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất


1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất
Xói mòn chủ yếu do dòng chảy bề mặt gây ra, nhưng dòng chảy lại do
các yếu tố khí hậu quyết định đó là: Tổng lượng mưa và tính chất của mưa,
thời gian và cường độ mưa. Thời gian mưa càng lớn, cường độ mưa càng cao
thì quá trình xói mòn càng xảy ra mạnh. Sự xuất hiện của xói mòn phụ thuộc rất
nhiều vào lớp nước trong một đợt mưa và lượng ưa 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 [6].
Cường độ mưa gây ảnh hưởng mạnh nhất đến dòng chảy mặt và xói

mòn đất. Theo Nguyễn Quang Mỹ [6]: trận mưa 10mm với cường độ trung
bình trong khoảng thời gian dưới 1 giờ, xói mòn 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 mòn càng mạnh nếu cường độ đạt cực đại xảy ra vào nửa giờ
đầu của trận mưa.
Ở Việt Nam nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng, mưa phân hóa
theo mùa rõ rệt. Lượng mưa cực đại vào các tháng mùa hè và cực tiểu trong
những tháng mùa đông. Vì vậy việc bảo vệ đất, chống xói mòn đặc biệt trong
mùa mưa là vô cùng cần thiết.
Ngoài mưa ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn, các yếu tố khí hậu khác
như gió, nhiệt độ, ẩm độ cũng có ảnh hưởng đến xói mòn đất, tuy nhiên mức
độ ảnh hưởng không rõ ràng.
1.1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất
Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất. Nếu
xét trên diện rộng, địa hình có tác dụng làm thay đổi sự phân bố nhiệt và lượng
mưa rơi xuống. Sự thay đổi về độ cao kéo theo sự thay đổi về nhiệt độ, mưa,
ẩm. Các yếu tố địa hình như độ dốc, chiều dài sườn dốc, hình dạng (lồi, lõm,
thẳng, bậc thang v.v...) mức độ chia cắt ngang của địa hình ảnh hưởng trực tiếp


đến xói mòn đất.
Độ dốc của sườn là yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình
xói mòn. Độ dốc lớn làm tăng cường độ dòng chảy và do đó đẩy nhanh quá
trình rửa trôi, xói mòn đất, gây nên xói mòn mạnh hơn. Bộ Nông nghiệp và
phát triển nông thôn đã đề xuất thang độ dốc trên lãnh thổ Việt Nam: 0-30, 380, 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 [6].
Nguyễn Quang Mỹ đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn
đất tại Tây Nguyên từ năm 1978 đến 1982 trên đất bazan, trồng Chè một tuổi,
kết quả cho thấy:
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất [6]

Tổn thất
Loại đất

Cây trồng Độ dốc

về đất

Năm nghiên cứu,
địa điểm NC

Đất bazan

Chè 1 tuổi

(00)
3

(T/ha/năm)
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

Bảng 1.1 cho thấy nếu độ dốc tăng 2 lần thì cường độ xói mòn tăng 2- 4
lần.
Chiều dài sườn dốc cũng là nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn
đất. Chiều dài sườn càng tăng, khối lượng nước càng lớn, lớp nước càng dày,
tốc độ và năng lượng dòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất
càng xảy ra mạnh. Nếu tăng chiều dài sườn dốc lên 2 lần thì xói mòn đất tăng
từ 2 đến 7,5 lần [6].
Việt Nam có trên 3/4 lãnh thổ là đồi núi, mạng lưới sông suối dày đặc,


sông ngắn, dốc, lượng mưa lớn, 85-90% lượng mưa tập trung vào mùa mƣa,
do đó xói mòn có điều kiện xảy ra mạnh.
1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất
Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng lớn đến quá trình xói mòn đất, nếu lớp
phủ thực vật càng tăng thì quá trình xói mòn càng giảm. Vai trò chống xói mòn
của lớp phủ thực vật phụ thuộc vào tuổi và độ che phủ của nó. Thực vật có khả
năng bảo vệ đất chống xói mòn qua việc làm giảm ảnh 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 khô, lá rụng... còn tạo ra lượng mùn lớn trong đất, giữ đất tơi xốp,
chống xói mòn.
1.1.3.4. Ảnh hưởng của đất đến quá trình xói mòn đất

Đất là đối lượng bị dòng chảy mặt phá hủy, bởi vậy sự phát triển của xói
mòn phụ thuộc vào tính chất và trạng thái của đất. Những yếu tố chính của đất
ảnh hưởng đến xói mòn đất là thành phần cơ giới, cấu trúc và độ thấm nước
cũng như hàm lượng mùn trong đất. Những yếu tố dó ảnh hưởng đến khả năng
hình thành dòng chảy khi mưa rào.
1.1.3.5. Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất
Con người ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xói mòn đất thông qua hoạt
động sống. Việc phá rừng đã gián tiếp đẩy mạnh quá trình xói mòn đất.
Những diện tích rừng mất đi làm lộ ra những khoảng trống không có thảm thực
vật che phủ đất. Khi mưa xuống quá trình xói mòn bề mặt xảy ra mạnh.
Canh tác trên đất dốc không khoa học, du canh du cư cũng là nưng tác
nhân gia tăng xói mòn đất. Trên độ dốc < 30 đã bắt đầu xảy ra xói mòn khi có
mưa to. Từ độ dốc 30 trở lên, tùy vào yếu tố đất đai, thực vật, lượng mưa v.v...
mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu. Qua số liệu của lâm trường Cầu
Hai (Phú Thọ) cho thấy rừng phủ kín chỉ trôi đi 1 tấn đất/ha/năm trong khi các
nương sắn lại mất 147 tấn đất/ha/năm [6]. Rõ ràng biện pháp canh tác không
hợp lý đã gây tác hại lớn, ảnh hưởng xấu đến quá trình xói mòn đất.


1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới
Có thể nói rằng con người đã quan tâm đến hiện tượng xói mòn từ rất
sớm, từ thời Hy Lạp và La Mã cổ đại đã có những tác giả đề cập đến xói mòn
cùng với việc bảo vệ đất. Quá trình xói mòn hiện đại được gắn liền với các hoạt
động nông nghiệp. Nhiều người đã cho rằng đất đai bị khai thác cạn kiệt có thể
là nguyên nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi. Vì vậy, cùng với thoái
hoá đất, xói mòn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá trình phát triển của toàn
nhân loại [10].
Vê nguyên nhân xoi mon , hâu hêt cac nha nghiên cư u trên thế giới đều
thông nhât răng có hai nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tượng thoái hoá đất
đang diễn ra mạnh mẽ trên qui mô toàn cầu hiện nay là: nguyên nhân tự nhiên

và con người. Nguyên nhân con người, theo nhiều nhà nghiên cứu thể hiện ở sự
quản lý đất kém và dường như đó là một cái giá phải trả cho sự phát triển kinh
tế, xã hội. Các giải pháp đưa ra, được phân tích là khả thi nhất, là các biện pháp
can thiệp vào lớp phủ thực vật nhằm đạt được hiệu quả tốt hơn trong việc
chống xói mòn. Xói mòn tự nhiên là quá trình diễn ra liên tục trong tự nhiên và
chỉ là thứ yếu nếu so với xói mòn do nguyên nhân con người. Tuy vậy, việc
phân định nguyên nhân xói mòn không phải lúc nào cũng dễ dàng và cũng
không cần thiết, nên trong việc lập bản đồ xói mòn, nhiều khi người ta không
phân biệt hai nguyên nhân này.
1.2.1. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mòn
Hiện nay, xói mòn được nghiên cứu mở rộng hơn dưới nhiều loại hình
và tính chất khác nhau. Xu hướng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói mòn
trên thế giới, thể hiện qua hội thảo lần thứ 12 của ISCO tổ chức tại Bắc Kinh
năm 2002 là nghiên cứu xói mòn theo hướng mô hình hóa diễn tả động lực của
quá trình xói mòn và nghiên cứu xói mòn kết hợp với các khoa học khác, chủ
yếu để tìm hiểu quá trình cũng như tác động của xói mòn lên môi trường nhằm
có được các biện pháp chống xói mòn khả thi [17].
Điều đáng chú ý là nhiều nhà khoa học [17] đã đồng ý rằng hầu hết các


nghiên cứu về xói mòn hiện được tiến hành nhằm các mục tiêu sao cho
không cần phải xem xét đến sự khác biệt tỷ lệ (qui mô) không gian và thời gian.
Nhưng điều này sẽ dẫn đến những sai biệt đáng kể. Theo Valentin và các
đồng nghiệp, để có thể dự báo được ảnh hưởng của sự thay đổi toàn cầu,
chúng ta buộc phải tìm hiểu quá trình xói mòn diễn ra ở các qui mô thời gian và
không gian khác nhau, điêu nay cung hoan toan phu hơp vơi kêt luân cua
Drissa va nnk [18].
1.2.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất [10]
- Phương pháp phân loại, phân vùng lãnh thổ theo mức độ xói mòn
Phương pháp này đã được áp dụng ở nhiều nước để phân chia khái quát

ra các vùng lớn có mức độ nguy hiểm xói mòn tiềm năng khác nhau trên toàn
lãnh thổ một quốc gia. Tuy nhiên hạn chế của phương pháp này là thiên về định
tính, mang đặc trưng của phương pháp chuyên gia, có khó khăn trong việc giải
quyết chính xác ranh giới giữa các vùng và ở các phạm vi hẹp. Phương pháp
này đã được các tác giả Liên Xô (cũ) và Trung Quốc áp dụng. Các bản đồ phân
vùng theo độ nguy hiểm tiềm năng xuất hiện xói mòn được xây dựng trên cơ sở
tổng hợp các bản đồ phân cấp các điều kiện tự nhiên tham gia quá trình xói
mòn : địa hình, khí hậu, lớp phủ thực vật. Trong các yếu tố đó, các tác giả chú ý
nhiều nhất đến các yếu tố địa hình và khí hậu.
- Phương pháp mô hình hoá
Sử dụng mô hình để diễn tả quá trình xói mòn. Các mô hình này có thể là
thực nghiệm hoặc lý thuyết. ưu điểm của phương pháp này so với các
phương pháp khác là đã phần nào lượng hoá được vai trò của từng yếu tố ảnh
hưởng tới quá trình xói mòn, có nghĩa là làm rõ hơn vai trò của chúng trong
toàn bộ hệ thống. Phương pháp này cũng cho phép ứng dụng các công nghệ
thông tin vào nghiên cứu tính toán. Hạn chế của phương pháp là do quá trình
xói mòn diễn ra rất đa dạng, thay đổi theo điều kiện cụ thể của từng địa
phương nên mô hình có thể dùng tốt cho địa phương này nhưng không đúng
với địa phương khác. Vì vậy, khi vận dụng các mô hình cần phải chú ý tới các
điều kiện đặc thù tại địa phương, hay đúng hơn, là sử dụng các thông số của mô


hình đã được kiểm chứng cho địa phương [17].
1.2.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất
Việc mô hình hoá quá trình xói mòn bắt đầu vào thập niên 80 thế kỷ 20,
góp phần tính toán và dự báo xói mòn. Theo Phạm Hùng [3], có thể chia các
mô hình ra làm hai loại chính là mô hình kinh nghiệm và mô hình nhận thức.
Các mô hình được xây dựng trên cơ sở của lý thuyết hệ thống với giả thiết là
lượng vào và ra của hệ thống là đã xác định.
1.2.3.1. Mô hình kinh nghiệm

Mô hình kinh nghiệm là các mô hình được xây dựng dựa vào tổng kết từ
các quan sát thực tế. Nói theo nghĩa hẹp hơn, hầu hết các mô hình này đều dựa
vào phương trình mất đất tổng quát của Wischmeier và Smith hoặc các tư duy
tương tự. Có thể kể đến các mô hình: Phương trình Musgrave của Musgrave,
1947; Phương pháp tỉ lệ phân chia bùn cát, Renfro, 1975; Phương pháp Dendy Boltan, Dendy và Bolten, 1976; MUSLE (modified universal soil loss equation,
Auerswwald, 1990 [3]:
Mục đích của các mô hình này là để tính toán lượng đất tổn thất trung
bình hàng năm cũng như dự báo xói mòn đất bình quân trên đất dốc. Ngoài ra,
việc sử dụng các mô hình cũng cho phép dự báo những thay đổi về xói mòn đất
do biến đổi trong hệ thống canh tác và đề xuất, ước đoán hiệu quả của các biện
pháp phòng chống xói mòn.
Mô hình kinh nghiệm có những hạn chế sau:
- Phạm vi ứng dụng mang tính địa phương, có độ chính xác hạn chế khi
áp dụng ở những khu vực khác nhau.
- Chưa đề cập đến quá trình bồi lắng và chuyển tải hạt đất
- Không có khả năng tính toán cho từng trận mưa hay các bước thời gian
ngắn hơn
- Đối với các lưu vực lớn, độ chính xác chưa cao do tính phức tạp của
khu vực nghiên cứu. Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách chia
khu vực nghiên cứu thành các khu vực nhỏ hơn.
Mô hình thực nghiệm AĐ Ivanovaki và IA Kornev


Mô hình này được xây dựng tại các trạm thực nghiệm Novosilski.
Phương trình của mô hình có dạng [2]:
M=AI0,75L1,5X1,50
Trong đó:
M: lượng đất rửa trôi
I: Độ dốc sườn (tang góc dốc)
L: Khoảng cách từ đường chia nước (chiều dài sườn m) X: Cường độ

mưa hoặc tuyết tan (mm/ph)
A: Hệ số tính đến các nhân tố khác
Mô hình này chưa đề cập tới vai trò của thảm thực vật cũng như vai trò
của các loại đất, chỉ đưa vào dưới dạng một hệ số. Tuy vậy, mô hình thực
nghiệm này được một số nhà khoa học Việt Nam ứng dụng trong các tính toán
của mình để phân cấp tiềm năng xói mòn cho các khu vực khác nhau.
Mô hình USLE
USLE (Universal soil loss equation) – Phương trình mất đất tổng quát
(hay phương trình mất đất phổ dụng) được Wischmeier và Schmid hoàn thiện
vào năm 1978 từ kết quả của một nỗ lực thống kê lớn ( dữ liệu từ hơn 5000 plot
hàng năm). Phương trình được thiết kế ban đầu như là một công cụ qui hoạch
để kiểm soát vấn đề xói mòn cho các cánh đồng ở vùng “vành đai ngô” nước
Mỹ [45]. Phương trình mất đất tổng quát cho phép đánh giá ở tỷ lệ từng cánh
đồng lượng đất mất do xói mòn khe rãnh và xói mòn liên rãnh. Trong khung
cảnh của phương trình mất đất tổng quát, xói mòn được định nghĩa là tổng
lượng đất được chuyển tới chân sườn dốc nơi các quá trình lắng đọng quan
trọng bắt đầu diễn ra hoặc các dòng chảy bắt đầu được tập trung lại.
Việc áp dụng cách tiếp cận mô hình hoá phân tích thống kê hồi qui đa
biến để xây dựng phương trình đã cho phép phân tách các nhân tố trọng số của
một loạt biến độc lập (mưa, đất, địa hình, lớp phủ thực vật và phương thức canh
tác). Hơn nữa, việc sử dụng các tham số đo lường lượng mất đất hàng năm cho
phép phương trình này có thể dùng được trong đánh giá lượng mất đất trung
bình hàng năm. Phương trình có được từ số lượng lớn các thửa đất được quan


sát hiếm khi quá 90m chiều dài và dốc quá 18%. Loại đất mà mô hình ban đầu
được xây dựng chủ yếu là loại đất cấu trúc hạt vừa [17].
Phương trình mất đất tổng quát có dạng như sau:
A=R*K*L*S*C*P (Phương trình: Wischmeier WH - Smith DD)
Trong đó:

A: lượng đất mất trung bình hàng năm chuyển tới chân sườn
(kg/m2.năm)
R: hệ số xói mòn do mưa (thang đo độ xói mòn được lập trên cơ sở
EI30) (KJ.mm/m2.h.năm)
K: hệ số kháng xói của đất (được xác định bằng lượng đất mất đi cho
một đơn vị xói mòn của mưa trong điều kiện chuẩn, nghĩa là chiều dài sườn là
22,4m, độ dốc 9%, trồng luống theo chiều từ trên xuống sườn dốc)
(kg.h/KJ.mm)
L: Hệ số chiều dài sườn dốc, tỷ lệ đất mất đi của thửa đất so với lượng
đất mất đi của thửa đất chuẩn (không thứ nguyên)
S: Hệ số độ dốc (tỷ lệ đất mất đi của thửa đất so với lượng mất đất của
thửa đất chuẩn) (không thứ nguyên)
C: Hệ số cây trồng hoặc lớp phủ (không thứ nguyên) tỷ lệ lượng đất mất
của thửa đất so với lượng đất mất đi của thửa đất chuẩn (bỏ hoá cách năm)
P: Hệ số canh tác bảo vệ đất (không thứ nguyên) tỷ lệ lượng đất mất đi
của thửa đất so với lượng đất mất đi của thửa đất chuẩn (trồng luống theo chiều
từ trên xuống sườn dốc)
Phương trình ban đầu được thành lập ở hệ đo lường Anh - Mỹ nhưng
ngày nay đã được chuyển sang hệ SI để tiện cho việc tính toán với các dữ liệu
thu thập được cũng như đánh giá so sánh USLE với các mô hình xói mòn
khác. Phương trình mất đất tổng quát có thể được coi là công cụ dự báo có thể
“đánh giá tốt nhất” [17] và chính xác dưới các điều kiện về khí hậu, đất, địa
hình đã được Wischmieier và Smith chỉ rõ. Cũng có thể nhận thấy rằng việc sử
dụng phương trình này để tính toán hoặc dự đoán các hiện tượng xói mòn xảy
ra trong thời gian ngắn hơn sẽ không chính xác [3] và khi áp dụng phương


trình cho các tỷ lệ khác (qui mô về không gian) cũng cần hết sức thận trọng.
Tuy nhiên, việc phân tách quá trình xói mòn thành các biến độc lập cũng mang
lại khả năng to lớn trong tính toán dự đoán xói mòn, và tư duy này, cũng như

bản thân phương trình USLE có thể được sửa đổi để thích hợp với những hoàn
cảnh cụ thể về tỷ lệ không gian, điều kiện khí hậu cũng như các điều kiện địa vật lý khác bằng cách thay đổi các hệ số của phương trình. Vì lý do trên,
phương trình USLE đã được thay đổi cho phù hợp với các điều kiện khác
nhau, ví dụ [17]:
- USLE cho đất canh tác nông nghiệp (chính là phương trình gốc của
Wischmeier và Smith)
- USLE cho đất xây dựng (Wischmeier, Jonson và Cross, 1971)
- USLE cho đất rừng (Dissmeier và Foster, 1981)
- USLE trong điều kiện bão (Onstad và Foster, 1974)
- USLE cho đánh giá lượng trầm tích của lưu vực (Williams, 1975)
Trong quá trình phát triển, phương trình USLE cũng đồng thời được các
chuyên gia đánh giá, đặc biệt là trên khía cạnh áp dụng. Mặc dù vẫn được coi là
công cụ hữu hiệu trong đánh giá xói mòn do mưa với ý tưởng quản lý tổng hợp
lưu vực và trong các nghiên cứu dựa trên GIS, Baumann và nnk [39], khi so
sánh kết quả nghiên cứu xói mòn của cùng một khu vực trong cùng một thời kỳ
(bang Chiapas, Mexico, 1997) của hai nhóm nghiên cứu cùng sử dụng phương
trình mất đất phổ dụng (USLE) đã thấy có sự khác biệt đáng kể (từ 57 đến 300
t/ha cho vùng cao và 20 đến 859 t/ha cho vùng thấp). Sau khi tìm hiểu, họ thấy
rằng sai lệch do bản đồ chỉ chiếm một phần, còn một phần là do sai lệch trong
quá trình diễn giải và đánh giá cùng một nguồn dữ liệu. Sự phân tích tập trung
vào ba nhân tố chính của phương trình USLE: C, K và R, nghĩa là sự ảnh
hưởng của lớp phủ thực vật, điều kiện thổ nhưỡng và đặc điểm mưa trong quá
trình xói mòn.


Mô hình SEIM
Để đánh giá được mức độ xói mòn trên lãnh thổ lớn (toàn bộ Đài Loan),
các tác giả đã sử dụng Mô hình chỉ số xói mòn đất (Soil Erosion Index Model
– SEIM). Mô hinh nay nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chỉ số khác nhau tới
lượng đất xói mòn ma không nhằm tính ra cụ thể lượng đất xói mòn hàng năm

[15]. Vơi sự co măt cua Ci (chỉ số lớp phủ ) và Ui (chỉ số sử dụng đất ), mô
hình này mang tới bức tranh rõ rệt hơn về tình trạng xói mòn so với mô hình
xói mòn tiềm năng từ phương trình USLE (loại bỏ hệ số C va P). Mô
hinh chi sô xoi mon đât co dang :
Ai=Ki+Ri+Ti+Ci+Ui
Trong đo:
Ki: chỉ số xói mòn của đất Ri: Chỉ số xói mòn của mưa Ti: Chỉ số xói
mòn của sườn
Ci: Chỉ số xói mòn của lớp phủ
Ui: Chỉ số xói mòn của sử dụng đất .
Đê co thê thây ro hơn vai tro cua cac chi sô tơi tiêm năng xoi mon, các
tác giả đã phân tích dựa trên cơ sở chia 5 loại chỉ số trên thành 2 lĩnh vực : các
chỉ số điều kiện tự nhiên và các chỉ số nhân tao (artificial index ) gôm Ci va Ui,
tự đo co được kêt luân vê những nơi ma con ngươi cân co tac đông đê giảm
thiểu xói mòn
Mô hình ESLE (Emprical Soil loss equation)[17]
Trong nghiên cứu cua minh , các tác giả đã sử dụng số liệu từ khoảng
1841 khoảnh -năm đê đanh gia cac hê sô trong phương trinh USLE . Vơi hê sô
LS, khi ap dung cho vung đât dôc , các tác giả đã tìm ra sự khác biệt đáng kể
giữa kêt qua thực nghiêm va phương trinh khi đô dô
toán, các tác giả đưa ra công thức tính LS như sau :
S=10.8sin(teta) +0.03 khi goc dôc teta<=5 đô
S=16.8sin(teta)-0.5 teta >5-10 đô
S=21.91sin(teta)-0.96 teta>10

c trên 10 đô. Theo tinh


Đê co thê đanh gia đươc ro hơn cac tac đông cua con ngươi trong viêc bảo
vệ đất chống xói mòn , các tác giả đã đưa vào phương trình 3 hê sô mơi (thay thê

cho C va P ) gọi là B (biological control ), E(Engineering control ) và T (tillage ).
B đăc trưng cho cac tac đông đên lơp phu , E cho cac tac đông đên đia hinh va T
là hướng luống canh tác .
1.2.3.2. Mô hình nhận thức
Khác với mô hình kinh nghiệm, các mô hình nhận thức được phát triển dựa
vào hiểu biết về các qui luật vận động và cơ chế vật lý của quá trình xói mòn,
nghĩa là dựa vào các hiểu biết đã được lý thuyết hoá dưới dạng các định luật hay
phương trình vật lý. Các quá trình vật lý của xói mòn có thể được kể ra gồm: quá
trình bóc tách hạt đất (do năng lượng của hạt mưa rơi hoặc một dạng năng lượng
khác); quá trình chuyển tải (với các định luật về dòng chảy mà quá trình này tuân
thủ) và quá trình sa lắng của các hạt đất. Vì thế, cơ sở lý thuyết của mô hình nhận
thức là lý thuyết cơ học chất rắn, chất lỏng và phân tích mô hình kinh nghiệm.
Mô hình nhận thức đơn giản
Bản chất của các mô hình nhận thức đơn giản là quá trình xói mòn được
chia ra làm hai bước, bước đất bị bóc tách và bước đất được chuyển tải tới cửa ra.
Lượng đất bị bóc tách thường được tính theo phương trình mất đất tổng quát
USLE, quá trình chuyển tải được tính toán qua các hàm diễn toán thành phần
chuyển tải. Các mô hình thuộc loại này có thể kể ra là Mô hình diễn toán bùn cát
theo Muskingum, Sign và Quiroga, 1986; Kết hợp mô hình mô phỏng mưa, dòng
chảy và bùn cát, Franchini và Schipa, 1993 [3]:
Theo nhận xét của Phạm Hùng [3], mô hình nhận thức đơn giản có các
Ưu điểm và nhược điểm sau:
* Ưu điểm:
- Mô tả và tính toán khá chi tiết quá trình chuyển tải hạt đất trên sườn dốc
thông qua việc phân chia lưu vực.
- Không bắt buộc phụ thuộc vào hình dạng xác định.


* Nhược điểm: Không hoàn toàn dựa vào quá trình vật lý của hiện tượng
xói mòn mà mới chỉ đề cập đến lượng đất tổn thất hàng năm.

Mô hình nhận thức phức tạp
Các mô hình loại này được xây dựng dựa vào bản chất vật lý của hiện
tượng xói mòn lưu vực. Quá trình xói mòn lưu vực được mô tả qua ba quá trình
chính: 1) quá trình bóc tách các hạt đất do năng lượng của hạt mưa; 2) quá trình
chuyển tải hạt đất do dòng chảy mặt gây nên và 3) quá trình bồi lắng do khả năng
chuyển tải của bề mặt lưu vực nhỏ hơn nồng độ tập trung các hạt. Mỗi quá trình
đều tuân thủ những định luật vật lý và có thể mô phỏng được. Toàn bộ ba quá
trình trên là liên tục và tạo nên động lực của quá trình xói mòn trên bề mặt lưu
vực. Có thể kể ra các mô hình phổ biến sau: Dự báo xói mòn do nước (WEPP),
Lane và Nearing, 1989; Mô hình xói mòn châu Âu, Morgan,
1992; Chương trình dự báo xói mòn theo quá trình, Schramm, 1994 [3]:
Ưu điểm quan trọng nhất cần phải kể tới của mô hình nhận thức phức tạp là
nó đã khắc phục nhiều nhược điểm của mô hình nhận thức đơn giản. Cách mô
phỏng sát với quá trình xói mòn trên bề mặt lưu vực, vì thế, cho phép xem xét
phản ứng của hệ thống thuỷ văn khi muốn thay đổi một bộ phận hay toàn bộ cấu
trúc của hệ thống.
Nhược điểm dễ thấy của mô hình nhận thức phức tạp là đòi hỏi lượng
thông tin đầu vào tương đối lớn và chính xác.
1.3. Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam
Việt Nam có trên 3/4 diện tích tự nhiên là đồi núi với độ dốc cao, địa hình
chia cắt phức tạp. Trước đây hầu hết các diện tích đồi núi đều có rừng che phủ,
ngày nay, do nhu cầu lương thực thực phẩm, nhu cầu gỗ trong công nghiệp và xây
dựng cũng như quá trình buông lỏng quản lí những năm đầu đổi mới làm cho diện
tích rừng Việt Nam giảm mạnh. Độ che phủ đất ngày càng giảm cùng với hiện
tượng mưa tập trung theo mùa là nguyên nhân chính gây nên xói mòn vùng đất
dốc và đang ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất Nông Lâm nghiệp các tỉnh miền


núi. Tuy vậy việc nghiên cứu xói mòn mới chỉ bắt đầu từ những năm 60 trở lại
đây. Một số tác giả đã nghiên cứu xói mòn đất ở Đông bắc, Tây bắc bằng các

phương pháp đơn giản và trực quan như đóng cọc, dùng dây... hoặc mô tả, đánh
giá định tính quá trình xói mòn trong khoảng thời gian ngắn (4 năm 1961-1964).
Sau đó, do chiến tranh (1965-1976), vấn đề xói mòn ít được quan tâm nghiên
cứu. Những công trình đầu tiên nghiên cứu xói mòn ở Việt Nam đáng chú ý là
của các tác giả Nguyễn Quí Khải (1962), Nguyễn Xuân Khoát (1963), Tôn Gia
Huyên (1963, 1964), Bùi Quang Toản (1965), Trần An Phong (1967) [17]...
Trong những năm 1977,
1978, các đề tài nghiên cứu xói mòn được triển khai trong nhiều chương
trình khoa học cấp nhà nước như các chương trình Tây nguyên, Tây bắc,
Môi trường...Những công trình này đã đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều
yếu tố đến xói mòn; phương pháp nghiên cứu định lượng, quan trắc, cân đo chính
xác. Đáng chú ý một số công trình của Bùi Quang Toản (1985), Đỗ Hưng Thành
(1982), Phan Liên (1984), Nguyễn Quang Mỹ và nnk (1985, 1987) [6],[7],
nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố địa hình tới xói mòn, Nguyễn Quang Mỹ
đã có những tổng kết rằng hiện tượng xói mòn trên lãnh thổ Việt Nam là khá
nghiêm trọng do ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên và canh tác và có thể tóm tắt
như sau [5]:
- Độ dốc tăng 2 lần, xói mòn tăng từ 2 đến 4 lần
- Chiều dài sườn tăng 2 lần, xói mòn tăng 2 đến 7,5 lần
- Hướng Đông, Đông nam, Tây nam, Tây, do năng lượng mặt trời chiếu
nhiều, nhiệt độ tăng cao dẫn tới quá trình phong hoá khiến vật chất bị vỡ làm cho
xói mòn tăng từ 1,8 đến 3,9 lần.
- Sườn lồi tăng 2 đến 3 lần so với sườn thẳng. Sườn lõm xói mòn yếu, sườn
bậc thang xói mòn không đáng kể.
Theo Nguyễn Quang Mỹ [6], lịch sử nghiên cứu xói mòn ở nước ta có thể
chia thành 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Trước năm 1954.


Giai đoạn này xói mòn đất hầu như chưa được nghiên cứu đưa lên thành

lý luận. Một số biện pháp canh tác chống xói mòn mang tính sơ khai như làm
ruộng bậc thang, xây kè cống … mới bước đầu xuất hiện.
- Giai đoạn 2: Từ 1954 đến 1975.
Nghiên cứu về xói mòn đất ở Việt Nam có thể nói bắt đầu từ những năm
1960. Trong thời gian này, miền Bắc xây dựng nhiều nông trường, nông trang,
các hợp tác xã nông nghiệp. Ở khu vực trung du và miền núi nước ta chủ yếu là
đất dốc, do đó vấn đề sử dụng hợp lý và có hiệu quả đất đai được nhiều người chú
ý, nhất là Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Trường Sơn v.v... Cán bộ kỹ thuật ở các nông
trường, nông trang đã đề ra hàng loạt các biện pháp chống xói mòn.
Giai đoạn này đã bắt đầu xuất hiện một số công trình nghiên cứu về xói
mòn đất, nổi bật là công trình nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Bình (1962),
Nguyễn Quý Khải (1962), Cao Văn Bính (1962) về ảnh hưởng của độ dốc đến xói
mòn đất, góp phần đưa ra các tiêu chí bảo vệ đất, sử dụng và khai thác đất dốc.
Các tác giả Tôn Gia Huyên, Chu Đình Hoàng, Nguyễn Xuân Kỳ, Nguyễn Quý
Khải, Bùi Ngạnh (1963) [5] v.v... đã tập trung nghiên cứu về xói mòn khu vực và
biện pháp, công trình trồng cây xanh che phủ đất chống xói mòn ở Tây bắc, Bắc
Thái (cũ), Phú Thọ (cũ), Sơn La và Lào Cai. Tuy mới là các nghiên cứu định tính,
mô tả là chủ yếu nhưng những công trình nghiên cứu này đã góp phần xây dựng
nên quy phạm tạm thời về "thiết kế trên đồi" của Bộ Nông nghiệp và Phát triển
nông thôn.
Cuối giai đoạn này, các công trình nghiên cứu xói mòn đất tập trung nghiên
cứu theo chiều sâu, đã có phân vùng xói mòn, xây dựng các trạm quan trắc định
vị lâu dài. Nổi bật là các công trình của Chu Đình Hoàng và Đào Khương về
những nét đặc trưng chủ yếu của xói mòn vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam.
Những công trình nghiên cứu giai đoạn này bước đầu đã ứng dụng nhằm ngăn
chặn, kiểm soát xói mòn đất trong canh tác Nông Lâm nghiệp.
- Giai đoạn 3: Từ 1975 đến nay.
Nhiều công trình nghiên cứu về xói mòn đất được triển khai trong giai đoạn

này và áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại, xây dựng hàng loạt các khu
quan trắc kiên cố như trạm nghiên cứu xói mòn An Châu (Hữu Lũng – Lạng
Sơn), trạm Ekmat (Buôn ma thuột), trạm nghiên cứu xói mòn đất Tây nguyên.
Trong giai đoạn này các công trình nghiên cứu đã đi theo hướng định lượng như
công trình nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ [7] về xói mòn đất Nông nghiệp
Tây nguyên và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn. Công trình của Phạm Ngọc
Dũng (1991) [1] về ứng dụng phương trình mất đất phổ quát vào dự báo tiềm
năng xói mòn đất và đưa ra các biện pháp chống xói mòn cho các tỉnh Tây
nguyên. Công trình này mở ra triển vọng cho việc ứng dụng phương trình
Wischmeier W.H– Smith D.D vào dự báo xói mòn đất trong điều kiện nước ta
hiện nay. Năm 1996, Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải đã công bố công trình
nghiên cứu với tựa đề “Nghiên cứu tác dụng phòng hộ nguồn nước của một số
thảm thực vật chính và các nguyên tắc xây dựng rừng phòng hộ nguồn nước”[4].
Về mặt lý luận các tác giả đã đánh giá được năng lực phòng hộ của một số dạng
cấu trúc thảm thực vật rừng về mặt chống xói mòn.
Một số nghiên cứu xói mòn phục vụ cho công tác tính toán bồi lắng cũng
đáng được đề cập. Vi Văn Vị và Trần Bích Nga [12] đã thử dự đoán lượng cát
bùn bồi lấp lòng hồ Hoà Bình với lượng xói mòn được đề cập cho toàn lưu vực là
từ 20.000 đến 40.000 tấn/km2 năm. Nghiên cứu sự liên quan giữa xói mòn và
trầm tích trên lưu vực sông đã dẫn tới những kết luận đáng chú ý.
Không nhằm nghiên cứu xói mòn tại từng điểm, Lại Vinh Cẩm [16] sử
dụng phương trình mất đất tổng quát (USLE) để đánh giá tiềm năng và mức độ
xói mòn hiện tại của từng lưu vực (4 lưu vực lớn ở miền Bắc Việt Nam). Kết quả
nghiên cứu về xói mòn tại các lưu vực được tích hợp với phân tích lưu vực nhằm
chỉ ra các khu vực xói mòn nguy hiểm làm cơ sở cho đề xuất các biện pháp phòng
tránh hữu hiệu nhằm mục tiêu phát triển bền vững [16].
Trong thời gian gần đây, khoảng từ những năm 90, với sự phát triển mạnh
mẽ của hệ thông tin địa lý, một số nhà nghiên cứu Việt Nam cũng đã thử giải
quyết bài toán xói mòn bằng cách mô hình hoá, sử dụng sức mạnh tính toán của

công nghệ tin học. Phương trình mất đất tổng quát (USLE) của Wischmeier và
Smith được sử dụng rộng rãi trong các mô hình do tính minh bạch và dễ áp dụng
của nó. Điển hình cho các nghiên cứu loại này là của Trần Minh Ý, Lại Vinh
Cẩm, Nguyễn Tứ Dần, Trần Thị Bích Nga ... [12],[13],[16].
Gân đây nhât , trong đề tài nghiên cứu cơ bản 74 06 01 [10], tác giả Vũ
Anh Tuân đã ứng dụng phương trình mất đất tổng quát USLE để tính toán xói
mòn. Điểm đặc biệt là các thông tin về lớp phủ thực vật đã được xét đến “thông
số lớp phủ thực vật” đã được thu nhận qua tư liệu viễn thám đa phổ UoSAT-12.
Quá trình xói mòn đất làm phá hủy lớp thổ nhƣưỡng, rửa trôi dinh dưỡng
trong đất, gây thoái hóa bạc mầu đất, làm giảm năng xuất cây trồng, thậm trí làm
mất khả năng tồn tại và sinh tồn của cây trồng trên đất bị xói mòn. Xói mòn còn
gây nên hiện tượng bồi lắng sông hồ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lưu
thông và tích trữ nước. Hiện nay vấn đề bảo vệ đất chống xói mòn đã trở thành
một vấn đề lớn và cấp bách của thế giới và ở Việt Nam. Các đề tài nghiên cứu về
xói mòn đất đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Sơn Động là huyện miền núi, địa hình phức tạp, độ dốc lớn, khí hậu có tính
chất đặc thù, lượng mưa lớn với cường độ cao, đa phần nhân dân canh tác nông
lâm nghiệp trên đất dốc nhưng chưa áp dụng những biện pháp canh tác khoa học.
Đây là những nguyên nhân cơ bản gây thoái hóa, xói mòn đất. Tuy nhiên đến nay
chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu đánh giá xói mòn đất trên địa bàn
huyện Sơn Động. Vì vậy đề tài nghiên cứu đánh giá xói mòn đất và tìm ra biện
pháp tác động phù hợp nhằm giảm thiểu xói mòn trên địa bàn là rất cần thiết và
cấp bách.
1.4. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá xói mòn đất
1.4.1. Sự hình thành và phát triển của GIS
Trong xã hội thông tin, thông tin địa lý giữ một vai trò rất quan trọng. Khi
cung cấp thông tin hoặc sự kiện, nhà cung cấp thông tin cần phải cho biết vật ấy,
sự kiện ấy xảy ra ở đâu, khi nào, đó chính là thông tin địa lý (Geographic
Information) [9].

Từ khi ra đời, hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information
System) phát triển với tốc độ mạnh, đã và đang được ứng dụng trong rất
nhiều ngành, lĩnh vực. GIS đã phát triển từ những ứng dụng trên các đối tượng
liên quan đến đất đai và biến đổi chậm như tài nguyên, môi trường đến những
ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan đến con người hoặc những đối tượng có
tần số biến đổi nhanh như cơ sở kỹ thuật hạ tầng, kinh tế, xã hội.
Với những ứng dụng ngày càng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ trong các
lĩnh vực kinh tế, xã hội, từ năm 1992, các nhà khoa học Mỹ đã xác lập một ngành
khoa học mới: Khoa học thông tin địa lý (Geographic Information Science).
Khoa học thông tin địa lý đã từng bước hoàn thiện các mô hình biểu diễn đối
tượng, hoạt động, sự kiện và các quan hệ của chúng trong thế giới thực, đồng
thời nghiên cứu phát triển các thuật toán lưu trữ, xử lý số liệu theo không gian và
thời gian [9].
Có nhiều phần mềm GIS, để phù hợp với điều kiện tài chính và bản
quyền, đề tài chọn phần mềm Mapinfo và Arcview là hai công cụ chính để lập
bản đồ, chồng xếp và phân tích bản đồ, quản lí dữ liệu, xử lý và truy xuất thông
tin.
1.4.2. Ứng dụng GIS trực tiếp xây dựng bản đồ xói mòn
Như trình bày ở trên cho thấy GIS là công cụ mạnh có khả năng ứng dụng
để đánh giá xói mòn đất. Sử dụng trực tiếp GIS trong đánh giá, xây dựng bản đồ
xói mòn đất được thực hiện qua 2 bước sau:
Bước 1: Xây dựng bản đồ hợp phần gồm 4 loại bản đồ sau:
- Bản đồ thổ nhưỡng
- Bản đồ lượng mưa
- Bản đồ địa hình
- Bản đồ thảm thực vật
Bước 2: Sử dụng GIS tính toán để được bản đồ xói mòn đất.
Các bước cụ thể được mô phỏng theo hình 1.2 dưới đây:

Bản đồ thổ nhưỡng

Bản đồ xói
Bản đồ lượng mưa

mòn đất
G
IS

Bản đồ địa hình

Bản đồ thảm thực vật
Hình 1.2: Ứng dựng GIS trực tiếp tính toán xói mòn
- Ưu điểm của phương pháp này: Nhanh, tốn ít công
- Nhược điểm: Độ tin cậy không cao, khi tạo thành bản đồ thành quả cần có
những kiểm định thực tế.
1.4.3. Ứng dụng GIS và mô hình hóa tính toán xói mòn đất
Với việc các mô hình tính toán xói mòn phong phú, đa dạng (như đã trình
bày ở mục 1.2, 1.3), việc lựa chọn mô hình cần dựa trên yếu tố:
- Tính khả thi, bao gồm cả việc khả thi về dữ liệu và phương pháp
- Tính phù hợp về thông tin. Các thông tin mà mô hình có thể đem lại
(nghĩa là kết quả tính toán) phải đầy đủ, phù hợp với yêu cầu đặt ra
- Tính chính xác. Mô hình được chọn phải có độ chính xác phù hợp với yêu
cầu.


Từ những yếu tố trên cho thấy USLE là một trong những mô hình phù hợp
để đánh giá, tính toán xói mòn. Sử dụng mô hình USLE trong đánh giá xói mòn

đã là đề tài nghiên cứu của nhiều tác giả và cho thấy mô hình USLE có thể áp
dụng cho tính toán xói mòn ở cấp độ khu vực hoặc một huyện (như nghiên cứu
của đề tài). Tính tổng hợp của mô hình USLE là đề cập đến tất cả các nhân tố ảnh
hưởng tới xói mòn một cách riêng biệt trong mối tương quan chặt chẽ. Điều này
cho phép tách riêng từng yếu tố để phân tích ảnh hưởng vai trò của chúng đến xói
mòn và tìm ra biện pháp tác động phù hợp nhất.
Với cách tiệm cận vấn đề theo từng thông số ảnh hưởng đến xói mòn,
USLE có thể được tính toán bằng GIS. Trình tự các bước cơ bản được thực
hiện như sau:
Bước 1: Xây dựng các bản đồ hợp phần:
- Bản đồ thổ nhưỡng
- Bản đồ lượng mưa
- Bản đồ địa hình
- Bản đồ thảm thực vật
- Bản đồ canh tác sử dụng đất v.v…
Bước 2: Từ các bản đồ đơn tính, ứng dụng GIS xây dựng các bản đồ hệ số
xói mòn của phương trình USLE
Bước 3: Từ các bản đồ hệ số xói mòn, ứng dụng GIS xây dựng bản đồ
tiềm năng xói mòn và xói mòn hiện tại của khu vực nghiên cứu
Các bước thực hiện được mô phỏng theo hình 1.3:


PP khác + GIS

GIS

GIS

Bản đồ lƣợng
mƣa trung bình năm

H
ệ số R
Bản đồ xói

Bản đồ địa hình

mòn tiềm năng
H
ệ số LS

Bản

đồ

thổ

nhƣỡng

H
ệ số K

H
ệ số C

Bản

Bản đồ lớp phủ

xói mòn

thực
vật
H
ệ số P

đồ


Cơ sở dữ liệu đầu
vào

Bản đồ thành phần

Bản đồ kết quả

GIS
Hình 1.3: Sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói mòn bằng GIS
Hình 1.3 trên đây miêu tả việc sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói

mòn bằng hệ thống thông tin địa lý. Các thông số của mô hình (các hệ số) đƣợc
tính toán trên GIS từ các dữ liệu đầu vào (các bản đồ). Cuối cùng, dựa trên bản đồ
hệ số, tính toán bản đồ xói mòn và bản đồ xói mòn tiềm năng.
- Ưu điểm: Phương pháp này cho độ tin cậy cao, dễ phân cấp xói mòn
- Nhược điểm: Cần hiểu rõ về GIS để thực hiện tốt các bước công việc
trong khi đây là phần mềm tiên tiến với nhiều ứng dụng rất đa dạng, khó tìm hiểu,
nắm bắt trong thời gian ngắn.
Tuy nhiên, cần đặc biệt lưu ý đối với việc ứng dụng GIS trong tính toán xói
mòn đất là số liệu đầu vào phải đồng bộ và thống nhất về khuôn mẫu, tọa độ và
tiêu chuẩn. Do đó, quan tâm đến việc xây dựng một cơ sở dữ liệu đủ tin cậy là

yêu cầu hàng đầu trong việc ứng dụng GIS nói chung và ứng dụng GIS trong
đánh giá xói mòn đất nói riêng.