Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc nghiên cứu xói mòn đất tại huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên

Hoàng Viết Thảo

1

Quản lý đất đai

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu đặc biệt, là
thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn hoạt động
chủ yếu của nền kinh tế. Đất phục vụ cho phát triển Nông - Lâm nghiệp được
đánh giá theo tầng dày, độ phì của nó. Xói mòn đất là một hiện tượng phổ
biến trong mùa mưa thường xuyên xảy ra trên đất dốc, các lớp đất màu bị trôi
đi khiến cho đất đai mất độ phì nhiêu, làm giảm năng suất của cây trồng, gây
thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế.
Xói mòn đất là quá trình phá huỷ lớp thổ nhưỡng (bao gồm cả phá huỷ
các 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 màu,
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.
Võ Nhai là huyện vùng cao nằm về phía Đông Bắc tỉnh Thái Nguyên
có tổng diện tích tự nhiên 84.5104,41 ha với dân số 58.900 người, với điều
kiện địa hình phức tạp nhiều đồi núi có độ dốc cao, giao thông đi lại khó
khăn, đồng thời tổng lượng mưa và cường độ mưa trong năm lớn. Đây chính
là nguyên nhân dẫn đến lượng đất đai bị xói mòn mạnh.
Có nhiều có nhiều phương pháp nghiên cứu, đánh giá xói mòn đất được
các tác giả trong và ngoài nước sử dụng để chống xói mòn đất như trồng cây
phòng hộ, thâm canh, cải tạo các hệ thống chắn nước, thoát nước... Trong đó,
việc ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một phương pháp,
là công cụ mạnh có khả năng phân tích không gian trong thời 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

2

Quản lý đất đai

của các lưu vực, vùng lãnh thổ một cách dễ dàng và chính xác. Vấn đề đặt ra
ở đây đó là làm thế nào để nâng cao tính hiệu quả trong việc chống xói mòn
đất nói chung và tại Huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên nói riêng. Xuất phát từ
thực tiễn đó, được sự hướng dẫn của TS. Đàm Xuân Vận tôi tiến hành nghiên
cứu đề tài: “Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc nghiên
cứu xói mòn đất tại huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên”.
2. Mục đích và yêu cầu của đề tài
+ Mục đích của đề tài
Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của địa phương để từ đó
thấy được những ảnh hưởng đến hiện tượng xói mòn đất trên địa bàn huyện.
Vận dụng các kỹ thuật GIS để nghiên cứu hiện tượng xói mòn đất tại
huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.
+ Yêu cầu của đề tài
- Góp phần hệ thống hóa về cơ sở lý luận và thực tiễn trong việc ứng dụng
công nghệ tin học cũng như ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào việc
nghiên cứu và quản lý tài nguyên môi trường, đặc biệt là tài nguyên đất.
- Xác định, phân cấp mức độ xói mòn và xây dựng bản đồ dự báo nguy
cơ xói mòn đất cho huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

- Đề ra các giải pháp trong công tác chống xói mòn đất cho người nông
dân huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên để từ đó có các biện pháp canh tác hợp
lý, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất và đất đai không bị gây xói mòn
trong thời gian tới.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Về khoa học
- Góp phần bổ xung và hoàn thiện cơ sở lý luận khoa học trong công
tác ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để nghiên cứu và đánh giá đúng
đắn bản chất hiện tượng và quá trình xói mòn đất đai.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

3

Quản lý đất đai

- Đề tài sau khi hoàn thành sẽ là minh chứng cho việc củng cố và áp
dụng các kiến thức chuyên môn đã học vào thực tiễn công tác.
* Về thực tiễn
- Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc nghiên
cứu xói mòn đất đai tại huyện Võ Nhai. Từ đó xây dựng bản đồ dự báo nguy
cơ xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn
chế xói mòn đất.
4. Bố cục của luận văn
Luận văn bao gồm 2 phần và 3 chương

Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Phần kết luận và đề nghị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

Quản lý đất đai

4

Chƣơng 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Cơ sở khoa học và tầm quan trọng của việc nghiên cứu xói mòn đất đai
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. Các quá trình xói mòn đất
Các quá trình xói mòn gồm: Xói lở sông suối và xói mòn, rửa trôi bề
mặt.
* Xói lở sông suối
Quá trình xói lở sông suối được xác định theo công thức về động năng
của dòng chảy [10].
F

mv 2
2

Trong đó:
F: là động năng của khối nước chảy
m: là khối lượng nước chảy
v: là vận tốc dòng chảy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

Quản lý đất đai

5

* 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 [10].
1.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất đai.
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất bao gồm: khí hậu,
địa hình, đất đai, thảm thực vật và con người được mô tả trong hình dưới đây:

A/h tích cực

Khí hậu

A/h tiêu cực
A/h hai chiều

Con ngƣời

Địa hình

Xói mòn

Thảm
thực vật

Đất đai

1.2.1. Ảnh hưởng của nhân tố khí hậu
Võ Nhai nằm trong vùng khí hậu đặc trưng của miền núi và trung du,
nhiệt độ trung bình hàng năm từ 230 - 24,50C. Độ ẩm không khí trung bình
thay đổi từ 80% - 87%. Khí hậu Võ Nhai chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa và
mùa khô. Mùa mưa vào khoảng tháng 3 đến tháng 9, nhiệt độ trung bình là

270 - 320C, lượng mưa trung bình là 300 - 500 mm chiếm 50 - 70% lượng
mưa cả năm. Đây là mùa thuận lợi cho việc sinh trưởng và phát triển cây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

6

Quản lý đất đai

trồng và đàn gia súc. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3, nhiệt độ trung bình là
170 - 210C có lúc xuống thấp đến 120C.
Như vậy, do tổng lượng mưa và tính chất của mưa, thời gian và
cường độ của mưa cũng như tính liên tục của nó đã tạo nên hiện tượng xói
mòn do dòng chảy bề mặt. Ngoài mưa ảnh hưởng trực tiếp tới xói mòn,
các yếu tố khí hậu khác như gió cũng có những ảnh hưởng gián tiếp đến
quá trình xói mòn đất.
1.2.2. Ảnh hưởng của địa hình, địa mạo
Võ Nhai có địa hình khá phức tạp, đồi núi là chủ yếu, đất ruộng ít, phần
lớn diện tích là đồi núi dốc và núi đá vôi chiếm đến 92% còn lại là diện tích
bằng phẳng cho sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ lệ nhỏ, tập trung theo các khe
suối, các triền sông và các thung lũng, độ cao trung bình 100 - 800m so với
mặt nước biển.
Địa hình 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, lượng
mưa, ẩm độ. 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.
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 xảy ra càng mạnh.
1.2.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật
Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất, nếu lớp phủ
thực vật càng tăng thì quá trình xói mòn đất càng giảm. Vai trò chống xói
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

7

Quản lý đất đai

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 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.
1.2.4. Ảnh hưởng của đất đai
Đất là đối tượng bị dòng chảy mặt phá huỷ, 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
đất cũng như hàm lượng mùn trong đất. Những yếu tố đó ảnh hưởng đến khả
năng hình thành dòng chảy khi mưa rào.
1.2.5. Ảnh hưởng của con người
Con người ảnh hưởng trực tiếp đến 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 những 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, tuỳ vào yếu tố đất đai, thực vật, lượng mưa v.v...
mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu [7].
2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và ở Việt Nam
2.1. Tình hình nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới
2.1.1. Nghiên cứu xói mòn đất ở Liên Xô (cũ)
Nghiên cứu xói mòn đất do mưa và do tuyết tan được nhà bác học Nga
M.B.Lômônôxốp (các năm 1751, 1753, 1763) đặt nền móng đầu tiên và chú
ý nhiều đến nhiệm vụ bảo vệ đất khỏi xói mòn. Sau đó là công trình của
P.A.Kostưtrep (năm 1886), N.A. Xocolop (năm 1884), v.v…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

8

Quản lý đất đai

Dưới sự chỉ đạo của giáo sư D.P. Armanda và C.I. Xiclbextrob tại Viện
hàn lâm khoa học Liên Xô (cũ), các công trình chuyên khảo lớn “Xói mòn và
chống xói mòn đất nông nghiệp” (năm 1956, 1958) được xuất bản làm cơ sở
khoa học vững chắc cho quá trình nghiên cứu xói mòn đất thời đó và là cẩm
nang cho các chuyên gia nông nghiệp sử dụng hữu hiệu trong phát triển nông
nghiệp ở Liên Xô (cũ). Trong các năm 1950 - 1960 hàng loạt các sách chuyên
khảo, sách giáo khoa của các tác giả N.N. Makkaveep (năm 1953), I.D. Brazil
(năm 1956), M.N. Zaslabski (năm 1964, 1966, 1987) bổ sung vào nguồn tài
liệu quý giá trong lĩnh vực nghiên cứu xói mòn đất của Liên Xô (cũ).
Trong các năm 70 của thế kỷ 20, ở Liên Xô (cũ) có 10 Viện và hàng
trăm trạm nghiên cứu xói mòn và chống xói mòn đã được xây dựng trên các
vùng lãnh thổ phát triển nông nghiệp của Liên Xô (cũ) nhằm hướng dẫn cho
nông dân phát triển nông lâm nghiệp hiện đại theo Luật bảo vệ đất đai khỏi
xói mòn.
Sau khi có nghị quyết của Đảng Cộng Sản và Chính phủ Liên Xô (cũ)
về “Bảo vệ đất khỏi xói mòn do gió và do nước”, hàng vạn công trình đã ra
mắt bạn đọc, đặc biệt các công trình của D.C. Zakharop (năm 1971),
N.I.Makkaveep (năm 1987) đã làm cho công cụ nghiên cứu xói mòn hiện đại
mang tính định lượng cao, đem lại hiệu quả lớn.
Từ năm 1980 đến nay đã có trên 10 nghìn đầu sách, báo viết về xói
mòn đất. Đây là những chỉ dẫn quan trọng cho sản xuất đất nông lâm nghiệp
có hiệu quả mang lại nhiều sản phẩm có chất lượng cao, sản lượng lớn khi sử
dụng đất đai ở Liên Xô (cũ) đúng mục đích [10].
2.1.2. Nghiên cứu xói mòn đất ở Mỹ
Diện tích ruộng đất của nước Mỹ là 906,40 triệu ha, trong đó đất rừng
chiếm gần 293 triệu ha. Một nguy cơ to lớn mà nhân dân Mỹ phải đối mặt là
nạn xói mòn đất, thậm chí nó đã được chính thức thừa nhận là tai hoạ của dân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Hoàng Viết Thảo

9

Quản lý đất đai

tộc. Trong thập niên gần đây giá trị tổn thất của tài nguyên đất và nguồn nước
đạt tới 4 tỉ đôla trong một năm, chưa kể đến những thiệt hại do mất chất dinh
dưỡng vì xói mòn đất. Thiệt hại do xói mòn đất được đánh giá đến 500 triệu đôla
một năm.
Do mất rừng phòng hộ nên ở Mỹ người ta đã đề ra những biện pháp cơ
bản để chống xói mòn do nước và do gió có hiệu quả. Những giải rừng trồng
khẩn cấp phòng hộ cho đồng ruộng đã được soạn thảo nhằm mục đích này.
Các phương tiện để thực hiện đồ án đó đã được tách ra khỏi cái được gọi là
“Nguồn hỗ trợ”. Các dải rừng được thành lập chủ yếu ở hai dạng đối xứng và
không đối xứng. Ở các dải đối xứng người ta trồng cây có chiều cao lớn ở các
dãy giữa, còn ở các dãy hai bên thì trồng các cây thấp hơn và cây bụi. Ở kết
cấu không đối xứng, số lượng lặp được giảm bớt, nguyên tắc bố trí cây như
sau: các giống chậm phát triển và sống lâu được bố trí ở một nửa dải rừng, còn
loại phát triển nhanh thì phân bố ở nửa dải rừng còn lại.
Ở Mỹ đã khởi thảo các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp và cải tạo đất
lâm nghiệp bằng đồng cỏ để chống xói mòn đất. Tất cả các biện pháp này
(cày vòng theo đường đồng mức, gieo cách dải các loại cây nông nghiệp, bố
trí các rãnh và các kênh dẫn nước dọc theo đường đồng mức để ngăn dòng
chảy trên mặt, phủ đất làm ruộng bậc thang các sườn dốc, cày hốc, cày không
lật vỉa, bón phân khoáng, san các mương xói, v.v…) đều nhằm giảm dòng
chảy của nước trên mặt đất, giảm tốc độ của gió, tạo một lớp phủ ổn định và

giữ được độ ẩm nhất định trong tầng trên cùng của đất trồng.
Các biện pháp chống xói mòn bờ và phục hồi đất bị phá hoại trong quá
trình làm đất đồi có một ý nghĩa rất to lớn. Phương pháp chủ yếu để chống xói
mòn bờ là củng cố bờ bằng thực vật và bảo hộ cơ giới. Để nhằm mục đích đó
người ta làm các công trình ngăn dòng để điều chỉnh làm giảm tốc độ dòng
chảy cho đến khi triệt tiêu được xói mòn [10].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hoàng Viết Thảo

10

Quản lý đất đai

2.1.3. Nghiên cứu xói mòn đất ở Canada
Ở Canada việc khai khẩn đất nông nghiệp một cách rộng rãi bắt đầu thế
kỷ XX. Những người di cư (chủ yếu là từ Châu Âu sang) đã bắt đầu áp dụng
những biện pháp làm đất phổ biến ở quê mình, việc cày ruộng hoang bằng cày
lật vỉa và việc sử dụng rộng rãi bừa đã tạo điều kiện cho sự phát triển của xói
mòn do gió, còn ở những vùng có địa hình đồi gò thì lại phát triển do nước.
Sự xói mòn do gió bắt đầu ngay sau khi đất hoang được cày lên và mỗi năm
một mạnh thêm đã bao trùm toàn bộ các vùng mới. Trong những năm 30 xói
mòn đã có một nguy cơ rộng lớn và trở thành vấn nạn thiên tai tầm cỡ quốc
gia. Trong quá trình nghiên cứu các nhà khoa học đã chứng minh rằng đất
không bị phá hoại ở những vùng có giữ được rạ (gốc thân) của cây nông
nghiệp hoặc đất đã được phủ bởi cỏ gieo hoặc cỏ tự nhiên. Loại trừ việc cày

bằng cày lật vỉa, người ta bắt đầu áp dụng máy xới cắt phẳng, máy xới lưỡi
nặng và cày ngả rạ loại đĩa, khi làm đất chúng sẽ trừ lại gốc không bị cày lên,
tiêu diệt được cỏ dại và tích trữ được độ ẩm cho đất. Ở đây tất cả mọi biện
pháp làm đất cũng như việc gieo cây nông nghiệp đều theo nguyên tắc là tiến
hành theo phương trực giao với các ngọn gió ưu thế.
Trong cuộc đấu tranh chống xói mòn do gió người ta áp dụng việc cày
cấy theo dải và vòng khoanh với các giải gieo trồng có chiều rộng từ 40 200m. Xen kẽ với các dải bỏ hoang, ở đó người ta giữ lại rạ cho đến khi xuất
hiện cây non ở dải bên cạnh. Một biện pháp triệt để nhất chống xói mòn do
gió và nước được phổ biến rộng rãi là việc gây rừng phòng hộ. Các dải rừng
phòng hộ thường được bố trí theo ranh giới đất quanh nhà [10].
2.1.4. Nghiên cứu xói mòn đất ở Pháp
Nước Pháp có khoảng 30% lãnh thổ là núi và miền cao, miền Bắc và
miền Tây là những miền đất thấp, rộng lớn. Đặc trưng của địa hình nơi đây là
đồi núi, miền đất cao và cao nguyên có độ mấp mô lớn, ổn định chống xói

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....