ỨNG DỤNG GIS – RS ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT TẠI HÀ GIANG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN

ỨNG DỤNG GIS – RS ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT TẠI HÀ GIANG

NGÀNH:
CHUYÊN NGÀNH:

HVTH:
GVHD:

KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN PHƯỚC HIẾU
PGS.TS TRƯƠNG THANH CẢNH

TP. Hồ Chí Minh – 2018
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG


TIỂU LUẬN

ỨNG DỤNG GIS – RS ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT TẠI HÀ GIANG

Ngành:

Chuyên ngành:

HVTH:
GVHD:

Khoa học môi trường
Khoa học môi trường

NGUYỄN PHƯỚC HIẾU
PGS.TS TRƯƠNG THANH CẢNH

TP. Hồ Chí Minh – 2018

2


MỤC LỤC

3


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Xói mòn là hiện tượng di chuyển đất bởi nước mưa, bởi gió dưới tác động của
trọng lực lên bề mặt của đất (Ellison,1944). Trong vài thập niên gần đây ở nước ta hiện
tượng xói mòn đang xảy ra rộng hơn cả về diện và lượng. Số liệu thống kê đến năm 2008
của bộ tài nguyên môi trường cho thấy Việt Nam có khoảng 25 triệu hecta đất dốc, nguy
cơ xói mòn và rửa trôi rất lớn khoảng 10 tấn/ha/năm) (Lý, 2010). Theo các quan trắc có
hệ thống từ năm 1960 đến nay thì có khoảng 10-20% lãnh thổ bị ảnh hưởng xói mòn từ
trung bình đến mạnh (Lý, 2010). Do đó, mỗi năm ở vùng đồi núi nước ta bị mất đi một

khối lượng đất khổng lồ do hiện tượng xói mòn. Xói mòn đất làm mất đất, phá huỷ lớp
thổ nhưỡng bề mặt, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc màu, ảnh hưởng trực tiếp tới sự
sống và phát triển của thảm thực vật v.v…. Đồng thời, tùy thuộc vào đặc điểm hình thái
địa mạo mà vật liệu xói mòn có thể được vận chuyển theo dòng chảy tạo ra nguồn chất lơ
lửng và tích tụ tại những vị trí thích hợp thường là các vùng trũng, làm ảnh hưởng tới
chất
lượng
môi
trường
nước
và trầm tích.
Để giảm thiểu xói mòn ở miền núi, hai vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu song
song là: Thực trạng quá trình xói mòn đất, nguyên nhân, các yếu tố ảnh hưởng và những
giải pháp ngăn chặn xói mòn đất (Mỹ, 2005). Các nghiên cứu về xói mòn đất 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 giúp 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 phòng chống xói
mòn đất, nhằm mục đích sử dụng đất ngày càng đem lại hiệu quả cao hơn về cả kinh
tế, xã hội và môi trường.
Hà Giang với địa hình hết sức phức tạp gồm nhiều khu vực núi đá vôi với nhiều
khu vực bị chia cắt mạnh có có độ dốc trung bình trên 25 0 và các thung lũng phân bố dọc
sông Miện. Bên cạnh đó, trong điều kiện mưa lớn và tập trung làm cho đất đai bị xói mòn
và thoái hóa, ảnh hưởng rất lớn đến quỹ đất sản xuất nông nghiệp vốn rất ít của huyện.
Hơn nữa, việc quy hoạch, bố trí cơ cấu cây trồng chưa hợp lý, độ che phủ rừng thấp cũng
là những nguyên nhân làm cho lũ ống, lũ quét thường xuyên xảy ra gây thiệt hại về người
và của cho nhân dân nơi đây (Niên giám thống kê tỉnh Hà Giang, 2014).
Có nhiều phương pháp khác nhau, cách tiếp cận khác nhau để nghiên cứu vấn đề
xói mòn đất, trong đó phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám và GIS là phương pháp
hiện đại có khả năng giải quyết những vấn đề ở tầm vĩ mô trong thời gian ngắn.
Xuất phát từ những lý do trên nên đề tài “ỨNG DỤNG GIS – RS ĐÁNH GIÁ

XÓI MÒN ĐẤT TẠI HÀ GIANG” được tiến hành.
4


2. Mục tiêu nghiên cứu
− Tìm hiểu đặc điểm các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng xói mòn đất.
− Thành lập bản đồ xói mòn hiện trạng, xói mòn tiềm năng tại tỉnh Hà Giang. Đưa
ra những đánh giá về mức độ xói mòn cũng như là đề xuất giải pháp cho việc hạn chế
xói mòn đất tại tỉnh Hà Giang.

5


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về xói mòn đất
1.1.1. Khái niệm xói mòn đất
Theo Ellison (1944), “Xói mòn là hiện tượng di chuyển đất bởi nước mưa,
bởi gió dưới tác động của trọng lực lên bề mặt của đất. Xói mòn đất được xem như
là một hàm số với biến số là loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thảm
thực vật, lượng mưa và cường độ mưa”. Ngoài ra, theo Hudson (1968) xói mòn
đất còn được xem là sự chuyển dời vật lý của lớp đất do nhiều tác nhân khác, nhau
như lực đập của giọt nước, gió, tuyết và bao gồm cả quá trình sạt lở do trọng lực.
Xói mòn đất có thể là một quá trình diễn ra chậm mà liên tục, tương đối khó
nhận thấy hoặc có thể xảy ra với tốc độ đáng báo động, gây ra sự mất đất nghiêm
trọng. Đất nén chặt, hàm lượng chất hữu cơ thấp, mất kết cấu đất, thoát nước nội
bộ kém, nhiễm mặn và các vấn đề về độ chua của đất là các điều kiện gây suy thoái
đất nghiêm trọng khác có thể đẩy nhanh quá trình xói mòn đất. Tầng đất mặt, có
nhiều chất hữu cơ, phân bón và sinh vật, thường được di dời "tại chỗ" (on-site) và
tích tụ theo thời gian hoặc được mang ra "ngoài khu vực" (off-site) nơi nó lấp đầy
trong các kênh thoát nước. Xói mòn đất làm giảm năng suất đất trồng trọt và góp

phần gây ô nhiễm nguồn nước, đầm lầy và hồ ở các khu vực lân cận.
Hiện nay, xói mòn đất có thể chia làm ba loại: xói mòn do nước, xói mòn do
gió và xói mòn do canh tác:
1.1.1.1. Xói mòn do nước
Xói mòn do nước gây ra do tác động của nước chảy tràn trên bề mặt. Để xảy ra
xói mòn nước cần có năng lượng của mưa làm tách các hạt đất ra khỏi thể đất sau đó
nhờ dòng chảy vận chuyển chúng đi. Khoảng cách di chuyển hạt đất phụ thuộc vào
năng lượng của dòng chảy, địa hình của bề mặt đất... Bao gồm có các dạng sau (Chính,
2006):
6


− Xói mòn theo lớp: Đất bị mất đi theo lớp không đồng đều nhau trên những vị trí
khác nhau của bề mặt địa hình. Đôi khi dạng xói mòn này cũng kèm theo những
rãnh xói nhỏ đặc biệt rõ ở những đồi trọc trồng cây hoặc bị bỏ hoang.
− Xói mòn theo các khe, rãnh: Bề mặt đất tạo thành những dòng xói theo các
khe, rãnh trên sườn dốc nơi mà dòng chảy được tập trung. Sự hình thành các
khe lớn hay nhỏ tùy thuộc vào mức xói mòn và đường cắt của dòng chảy.
− Xói mòn mương xói: Đất bị xói mòn cả ở dạng lớp và khe, rãnh ở mức độ
mạnh do khối lượng nước lớn, tập trung theo các khe thoát xuống chân dốc với
tốc độ lớn, làm đất bị đào khoét sâu.
1.1.1.2. Xói mòn do gió
Là hiện tượng xói mòn gây ra bởi sức gió. Đây là hiện tượng xói mòn có thể xảy
ra tại bất kỳ nơi nào khi có nhưng điều kiện thuận lợi sau (Chính, 2006):
Đất khô, tơi và bị tách nhỏ đến mức độ gió có thể cuốn đi.
- Mặt đất phẳng có ít thực vật che phủ thuận lợi cho việc di chuyển của gió.
- Diện tích đất đủ rộng và tốc độ gió đủ mạnh để mang các hạt đất đi.
Thông thường đất cát là loại rất dễ bị xói mòn do gió vì sự liên kết giữa các hạt cát
là rất nhỏ, đất lại bị khô nhanh. Dưới tác dụng của gió thì đất có thể di chuyển thành
nhiều dạng phức tạp như: nhảy cóc, trườn trên bề mặt, lơ lửng.

1.1.1.3. Xói mòn do canh tác
Xói mòn do canh tác là sự phân phối lại đất thông qua hoạt động cày xới đất và
trọng lực. Nó dẫn đến sự dịch chuyển đất theo các sườn dốc và gây ra sự mất đất nghiêm
trọng ở các vị trí trên dốc và tích tụ ở các vị trí thấp hơn. Dạng xói mòn này là một cơ chế
phân phối chính cho xói mòn nước. Tác động của hoạt động canh tác di chuyển đất đến
các khu vực hội tụ nơi nước chảy tràn tập trung. Ngoài ra, lớp đất bên dưới lộ ra sau khi
canh tác rất dễ bị xói mòn với các tác động của nước và gió.
7


Xói mòn do canh tác có tiềm năng lớn nhất cho sự di chuyển của đất và trong
nhiều trường hợp có thể gây xói mòn nhiều hơn so với nước hoặc gió.
1.1.2. Cơ chế xói mòn đất
Về nguyên lý, Ellision (1944) xem xói mòn đất như là một hàm số với biến số là loại đất,
độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thảm thực vật, lượng mưa và cường độ mưa. Xói
mòn là một quá trình tự nhiên, tuy nhiên ở một vài nơi quá trình này diễn ra nhanh hơn
do các hoạt động của con người. Ellision đã xác định tác nhân gây xói mòn mạnh mẽ nhất
là xung lực hạt mưa tác động vào mặt đất và chia quá trình này thành 3 giai đoạn (Lợi,
2005):
- Giai đoạn 1: Hạt mưa rơi xuống làm vỡ cấu trúc đất, tách rời từng hạt đất ra
khỏi bề mặt đất.
- Giai đoạn 2: Những hạt đất bị bong ra bị dòng nước cuốn trôi theo sườn dốc, di
chuyển đi nơi khác, làm mất đất ở khu vực này.
- Giai đoạn 3: Những hạt đất lắng đọng ở một nơi khác, tăng thêm khối lượng đất
cho nơi này, vùi lấp bề mặt đất cũ, làm cạn lòng hồ.

8


Hình 1.1: Tiến trình xói mòn đất.

(Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005)
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất
Căn cứ theo kết quả nghiên cứu quá trình xói mòn của các nhà khoa học (Ellision
1944, Wishmeier và Smith 1978…) thì các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất gồm: mưa,
địa hình, thổ nhưỡng, độ che phủ bề mặt, yếu tố con người (Chính, 2006):

Hình 1.2: Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất.
9


1.1.3.1. Yếu tố mưa (Rainfall Erosion Index)
Sau nhiều công trình nghiên cứu về xói mòn đất một cách có hệ thống các nhà
khoa học phát hiện ra rằng nhân tố quan trọng nhất gây ra xói mòn đất đó là hạt mưa.
Theo Elison (1944) là người đầu tiên chỉ ra chính hạt mưa là thủ phạm tạo ra sự xói mòn.
Năm 1985 Hudson N.W. từ kết quả thực nghiệm cho thấy hạt mưa có động năng
lớn hơn 256 lần so với dòng chảy trên mặt mà nó sinh ra (Xiêm, 1999).

Hình 1.3: Tiến trình tác động của hạt mưa đến xói mòn đất.
(Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005)
Như vậy tác động chủ yếu của các hạt mưa là sự phá vỡ kết cấu lớp đất mặt bằng
động năng của mình chính điều này làm các hạt đất tách ra khỏi mặt đất. Đồng thời mưa
còn tạo ra dòng chảy để vận chuyển các hạt đất đến vị trí bồi lắng. Giữa hạt mưa và dòng
chảy do nó tạo ra có mối quan hệ với nhau. Chính sự va đập của mưa vào mặt đất làm
cho đất hóa lầy và dòng chảy trên mặt tăng lên.
1.1.3.2. Yếu tố thổ nhưỡng (Soil Erodibility Index)
Thổ nhưỡng hay tính chất đất (tính chất vật lý, hóa học, sinh học) là yếu tố quyết
định tính xói mòn của đất. Khi hạt mưa rơi xuống đất thì có hai tác động xảy ra đối với
đất dẫn đến quá trình xói mòn đất:
- Năng lượng của hạt mưa va đập phá vỡ kết cấu đất, tác động đến tính chất hóa
học và vật lý, làm tách rời các hạt đất.

- Quá trình vận chuyển các hạt đất.

10


Nếu đất có kết cấu, tồn tại một trạng thái cân bằng, các khe hở và các đoàn lạp
được duy trì làm cho cấu trúc đất khó bị phá vỡ. Nếu đất không có cấu tạo hạt kết thì các
hạt đất không liên kết với nhau. Đất như vậy rời rạc khi năng lượng của hạt mưa tác động
vào đất làm cho cấu trúc đất dễ bị phá vỡ dẫn đến xói mòn đất.
Như vậy, sự xói mòn của các loại đất khác nhau thì khác nhau. Tính xói mòn của
đất không chỉ chịu sự ảnh hưởng của thành phần cơ giới mà còn thuộc vào cấu trúc đất.
Đối với các loại đất có cấu trúc, giàu hữu cơ thì khả năng kháng xói mòn tốt hơn các loại
đất có không có cấu trúc (cấu trúc rời rạc), nghèo hữu cơ.
1.1.3.3. Nhân tố địa hình (LS-factor)
Độ dốc ảnh hưởng, liên quan trực tiếp đến lượng đất xói mòn, rửa trôi, vì độ dốc
quyết định thế năng của hạt đất và dòng chảy phát sinh trên mặt. Năng lượng gây xói
mòn của dòng chảy bề mặt gia tăng khi độ dốc tăng lên. Đất có độ dốc lớn dễ bị xói mòn
hơn đất bằng phẳng vì các yếu tố tạo xói mòn như: sự bắn tóe đất, sự xói rửa bề mặt, sự
lắng đọng, và di chuyển khối tác động lớn hơn trên sườn dốc có độ dốc cao. Dạng hình
học của sườn dốc có ảnh hưởng khác nhau đến xói mòn. Lượng đất mất đi từ sườn dốc
phẳng lớn hơn khi sườn dốc có dạng lõm và nhỏ hơn khi sườn dốc có dạng lồi. Ngoài ảnh
hưởng của độ dốc, xói mòn còn phụ thuộc vào chiều dài sườn dốc.
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất.

(Nguồn: Nguyễn Quang Mỹ, 2005)
11


1.1.3.4. Yếu tố che phủ bề mặt (Crop management factor)
Dưới tác động của mưa thì những vùng đất trống, có độ dốc lớn khả năng xói

mòn sẽ rất cao. Nhưng khi đất có lớp thảm phủ thực vật, lớp thảm phủ thực vật sẽ có
hai tác dụng chính:
− Thứ nhất hấp thu năng lượng tác động của hạt mưa, phân tán lực của mưa,
nước có khả năng chảy xuống dọc theo thân cây xuống đất làm giảm đi lực tác
động của hạt mưa đối cấu trúc đất.
− Thứ hai vật rơi rụng của lớp thực phủ như lá, cành cây, tạo ra một lượng mùn
làm cho đất tơi xốp, giữ đất, giữ nước, làm giảm lưu lượng dòng chảy tràn trên
bề mặt.

Hình 1.4: Mối quan hệ giữa độ che phủ và xói mòn đất.
(Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005)
Tóm lại, mỗi loài thực vật có một đặc trưng riêng nên thực vật có ảnh hưởng khác
nhau đến quá trình xói mòn. Thực vật càng phát triển xanh tốt và mức độ che phủ của nó
càng dày thì vai trò bảo vệ đất và giữ nước của nó càng lớn.

12


1.1.3.5. Yếu tố con người (Practice Human)
Trong các hoạt động của mình con người tác động đến thế giới tự nhiên theo hai
hướng tích cực và tiêu cực, các hoạt động này có thể là nguyên nhân trực tiếp hay gián
tiếp tác động lên xói mòn. Yếu tố con người ở đây có thể là các hoạt động cày bừa, làm
đất hay chặt phá rừng, chăn nuôi gia súc trong thời gian dài…
1.1.4. Hậu quả của xói mòn đất
Xói mòn đất đã gây ra nhiều thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp, môi trường và hệ
sinh thái bao gồm (Chính, 2006):
- Mất đất, chất dinh dưỡng trong đất: Lượng đất bị mất do xói mòn là rất lớn, làm
giảm đi quỹ đất cho sản xuất nông nghiệp. Lượng chất dinh dưỡng trên bề mặt đất bị xói
mòn cuốn đi hết lượng dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Ngoài ra lượng chất dinh
dưỡng bị mất đi còn làm thay đổi cả tính chất hóa lý của đất.

- Năng suất cây trồng: Năng suất cây trồng bị giảm mạnh do đất bị mất đi chất
dinh dưỡng. Nghiêm trọng hơn, nhiều nơi do xói mòn đất mà sau nhiều vụ thu hoạch thì
những vụ sau đó đã không thể thu hoạch được.
- Gây hại đến môi trường, hệ sinh thái: Các chất dinh dưỡng bị dòng chảy cuốn đi
cùng với các hạt đất được thực vật (chủ yếu là tảo) hấp thụ để phát triển sinh khối. Khi
tảo chết đi, sự phân hủy các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật làm giảm lượng oxy trong
nước đe dọa đến sự sinh tồn của các loài cá và động vật khác và cuối cùng sẽ phá vỡ sự
cân bằng của hệ sinh thái nước. Xói mòn còn gây ô nhiễm nguồn nước do trong hạt đất
có chứa photpho, nitrat hay hấp thụ thuốc trừ sâu gây nguy hại đến sức khỏe con người.
Bên cạnh đó, các hạt đất bị di chuyển bởi dòng chảy làm nước trở nên đục, tia nắng mặt
trời khó thâm nhập vào nước đục, làm hạ thấp khả năng quang hợp của thực vật thủy
sinh.
1.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất
Như chúng ta đã biết việc đánh giá xói mòn đất có thể được thực hiện bằng nhiều
phương pháp như:
13


- Phương pháp phân loại phân vùng lãnh thổ theo mức độ xói mòn.
- Phương pháp đánh giá xói mòn dùng đồng vị 137Cs.
- Phương pháp mô hình hóa.
Trong những thập niên gần đây phương pháp mô hình hóa được ứng dụng nhiều
cho việc đánh giá xói mòn đất. Các mô hình có thể là mô hình kinh nghiệm hay lý thuyết.
Thông qua mô hình ta có thể diễn tả quá trình xói mòn đất, tính toán, dự báo lượng đất
xói mòn. Từ đó đánh giá được tiềm năng và thực trạng xói mòn. Phương pháp này đã
phần nào lượng hóa được vai trò của các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn (Tú, 2011). Đối
với phương pháp này thì có hai loại mô hình được sử dụng rộng rãi nhất là mô hình kinh
nghiệm và mô hình nhận thức.
1.2.1. Mô hình kinh nghiệm
Mô hình kinh nghiệm là các mô hình được xây dựng dựa vào tổng kết, quan sát

thực tế. Mục đích của các mô hình này là để tính toán lượng đất tổn thất trung bình hàng
năm cũng nhằm dự báo xói mòn đất bình quân. 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 tính hiệu quả của các biện pháp phòng chống xói mòn. Có thể kể đến một số
mô hình sau (Hà, 2009): Mô hình SEIM (Soil Erosion Index Model), mô hình ESLE
(Emprical Soil Loss Equation), mô hình USLE (Universal Soil Loss Erosion)...
Mô hình USLE là mô hình được sử dụng rộng rãi trong việc tính toán xói mòn cho
đất trồng trên sườn dốc. Được xây dựng và hoàn thiện bởi đồng tác giả Wischmeier và
Smith vào năm 1978. Hiện nay, người ta đã sử dụng mô hình USLE để tính toán, dự báo
lượng đất mất đi do xói mòn. Trong mô hình lượng đất xói mòn hàng năm được tính toán
dựa trên cơ sở đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố: mưa, khả năng kháng xói mòn của
đất, chiều dài sườn dốc và độ dốc sườn cũng như thông số về lớp phủ thực vật (giai đoạn
phát triển cây trồng, loại cây trồng, độ phủ thực vật) và phương pháp canh tác đất. Việc
xác lập, định lượng các yếu tố xói mòn trong mô hình hết sức quan trọng, bởi qua các yếu
tố này mô hình sẽ ước lượng được tiềm năng và hiện trạng xói mòn. Nếu một trong các
14


yếu tố của mô hình thay đổi thì sẽ làm thay đổi kết quả của mô hình. Đây là một mô hình
đơn giản, kết quả khá chính xác, đã được sử dụng rộng rãi. Mô hình USLE được thể hiện
thông qua phương trình:
A = R * K * LS * C * P (1)
Trong đó: A: Lượng mất đất trung bình trên một đơn vị diện tích trong năm. Trong
phương trình (1) đơn vị A phụ thuộc xác định đơn vị biểu diễn K, R. Trên thực tế tính
toán đơn vị A (tấn/ha năm).
R: Hệ số mưa/chảy tràn, là hệ số đánh giá năng lượng mưa và dòng chảy tràn (MJ
mm h-1 ha-1 y-1).
K: Hệ số xói mòn đất của đất (tấn ha h ha-1 MJ-1 mm-1).
LS: Hệ số chiều dài sườn và độ dốc, là tỉ lệ mất đất của sườn và độ dốc thực tế so
với sườn dài 22,1 m và nghiêng đều với độ dốc 9% (~50).

C: Hệ số lớp phủ bề mặt đất.
P: Hệ số canh tác hay hệ số cách làm đất.
1.2.2. 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 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. 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 (Hà, 2009)… Mô hình
15


WEPP (Water Erosion Prediction Project) là mô hình tính toán xói mòn dựa trên quá trình
vật lý. Mô hình này có thể tính toán xói mòn và trầm tích (Hà, 2009).
Công thức: Di = Ki*Ie2*Ge*Ce*Sf (2)
Trong đó:
Di: Lượng trầm tích chuyển từ xói mòn mảng sang khu vực xói mòn dòng
(kg/m2/s).
Ki: Tính xói mòn mảng của mảng (kg/m4/s)
Ie: Tác động của cường độ mưa (m/s)
Ge: Nhân tố điều chỉnh lớp phủ
Sf = 1,05 – 0,85 exp (- 4 Sin): Nhân tố điều chỉnh độ dốc
1.2.3. Các phương pháp khác
Ngoài sử dụng mô hình toán, để tính toán định lượng xói mòn đất các nhà khoa
học cũng đã đưa ra nhiều 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. Tuy nhiên,
hạn chế của các phương pháp thực địa là không thể dự báo được lượng mất đất cũng như
xác định các biện pháp phòng chống xói mòn. Có nhiều phương pháp thực nghiệm được
dùng để nghiên cứu như: phương pháp phẫu diện, phương pháp đóng cọc, phương pháp
đo bộ rễ thực vật, phương pháp thu hứng, phương pháp nghiên cứu xói mòn bằng đồng vị
phóng xạ. Ngoài ra còn có các phương pháp GIS, viễn thám.
1.3. GIS – RS trong nghiên cứu xói mòn
1.3.1. Tổng quan về công nghệ GIS-RS
GIS là một trường hợp đặc biệt của hệ thống thông tin ở đó cơ sở dữ liệu bao gồm
sự quan sát các đặc trưng phân bố không gian, các hoạt động sự kiện có thể được xác
định trong khoảng không gian như điểm, đường, vùng (Ducker, 1979).
16


Theo Broughs (1986): “GIS là một công cụ mạnh dùng để lưu trữ và truy vấn, biến
đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho các mục tiêu khác nhau.” (Dueker,
1987). Như vậy, tùy vào cách tiếp cận, mục tiêu, ứng dụng mà ta có khái niệm khác nhau
về GIS.
Viễn thám (Remote sensing) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận
thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích
tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự tiếp
xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu. Thực hiện
được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu đơn giản: Viễn thám là
thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp
với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
1.3.2. Vai trò của GIS – RS trong nghiên cứu xói mòn
Sự phát triển mạnh mẽ, công nghệ viễn thám và GIS ngày càng giải quyết được
nhiều vấn đề trong mô hình hóa không gian địa lý nói chung và mô hình hóa xói mòn nói
riêng. Với cá bài mô hình hóa đa nhân tố như đánh giá xói mòn đất, công nghệ viễn thám
và GIS có khả năng cung cấp các tư liệu và công cụ sau:

+ Xây dựng các dữ liệu đầu vào cho mô hình xói mòn đất
+ Sử dụng các công cụ phân tích không gian và các công cụ xây dựng mô hình
tính toán tự động các tham số.
+ Xây dựng các mô hình, giải quyết các kịch bản đánh giá xói mòn đất, biến đổi
sử dụng đất liên quan đến xói mòn, đánh giá ô nhiễm nguồn nước so xói mòn. (Hùng,
2009)
Tính toán hệ số xói mòn do mưa: để tính toán các đường đẳng mưa nhằm xây
dựng bản đồ hệ số xói mòn, GIS cung cấp công cụ nội suy với đầu vào là số liệu lượng
mưa trung bình tại các trạm đo trong khu vực. Các yếu tố địa hình đóng vai trò quan
trọng trong nghiên cứu xói mòn, quyết định đến độ chính xác của các phân tích, dựa vào
17


các dữ liệu địa hình từ viễn thám, công cụ GIS có thể tính toán các dữ liệu như: xây dựng
mô hình DEM, tính toán chiều dài sườn, độ dốc, phân chia các lưu vực, mô phòng 3D,…
Một ứng dụng quan trong khác của GIS – RS là phân loại lớp phủ thực vật. Các tư
liệu viễn thám thường phản ánh đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt Trái
Đất, là yếu tố quan trọng để chiết tách thông tin liên quan đến lớp phủ thực vật tại khu
vực nghiên cứu. Đặc biệt, công cụ phân tích hệ số lớp phủ thực vật NDVI còn phản ánh
được hiện trạng lớp phủ thực vật tại thời điểm thu nhận ảnh.
Công thức tính hệ số:
NDVI = (IR – R)/ (IR + R)
NDVI: chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index)
IR: giá trị phản xạ phổ trên kênh cận hồng ngoại
R: giá trị phản xạ phổ trên kênh đỏ
Ngoài ra, hệ thống thông tin địa lý cung cấp các công cụ phân tích không gian cho
phép tính toán, chồng ghép dữ liệu và giải quyết bài toán đánh giá xói mòn một cách tự
động. Tùy vào từng trường hợp, công cụ GIS cho phép xây dựng các mô hình tự động và
đưa ra kết quả là các hệ số cho tính toán xói mòn (R, LS, K C, P) Nhìn chung, công nghệ
viễn thám và GIS có khả năng hỗ trợ rất hiệu quả cho đánh giá xói mòn đất từ cung cấp

các dữ liệu đầu vào đến phân tích các nhân tố và tính toán mô hình tổng hợp.
1.3.3. Các nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
1.3.3.1. Trên thế giới
Theo Baver (1939) các nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được các nhà khoa học
người Đức thực hiện vào những năm 1877 (Hudson, 1995). Năm 1907 tại Mỹ các chương
trình nghiên cứu về xói mòn đất được bắt đầu khi Bộ Nông nghiệp nước này tuyên bố
chính sách về bảo vệ nguồn tài nguyên đất. Các nghiên cứu chi tiết đầu tiên về mưa được
tiến hành bởi Laws (1941). Ellison (1944) đã phân tích các tác động cơ học của hạt mưa
18


lên đất và đưa ra tiến trình xói mòn. Công thức toán học được Zingg (1940) đưa vào để
đánh giá ảnh hưởng của độ dốc và độ dài của sườn dốc đến sự xói mòn (Jacky Mania,
2007).
Năm 1947 Musgrave và cộng sự đã phát triển một phương trình thực nghiệm được
gọi là phương trình Musgrave (Hudson, 1995). Phương trình này đã được triển khai áp
dụng trong nhiều năm cho đến khi Wischmeier and Smith (1958) đưa ra công thức tính
xói mòn đất, được gọi là phương trình mất đất phổ dụng (USLE). Từ giữa những năm
1980 đến đầu năm 1990 các mô hình xói mòn khác nhau đã được phát triển dựa trên
phương trình USLE ở nhiều nơi trên thế giới như: mô hình dự đoán mất đất cho miền
nam châu Phi- SLEMSA (Elwell, 1981), mô hình SOILOSS (Rosewell, 1993) được phát
triển tại Úc và mô hình ANSWERS được phát triển vào cuối những năm 1970 để đánh
giá mức độ bồi lắng lưu vực sông (Beasley và cộng sự, 1980) (Jacky Mania, 2007).
1.3.3.2. Tại Việt Nam
Do nước ta có địa hình chủ yếu là đồi núi, xói mòn đất diễn ra thường xuyên nên
hiện tượng xói mòn cũng đã được nghiên cứu từ rất sớm. Thái Công Tụng và Moorman
(1958) đã có những nghiên cứu về cơ bản xói mòn đất. Sau quá trình nghiên cứu họ đưa
kết luận phương pháp canh tác ruộng bậc thang của người làm nông giúp giảm hiện
tượng xói mòn. Đến những năm 1960 thì các nghiên cứu xói mòn ở Việt Nam đáng chú ý
là của tác giả Nguyễn Ngọc Bình (1962) nêu lên 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, Chu Đình Hoàng
(1962, 1963) nghiên cứu sự ảnh hưởng của giọt mưa đến xói mòn đất và chống xói mòn
bằng biện pháp canh tác (Hà, 2009).
Từ những năm 80 trở đi thì các công trình nghiên cứu bắt đầu áp dụng phương
trình mất đất đất phổ dụng của Wischmeier and Smith (1978) như: Phạm Ngọc Dũng
(1991) (Tùng, 2007) đã tiến hành nghiên cứu 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, Nguyễn Tử Xiêm và Thái Phiên (1996) với công trình nghiên cứu về đất
19


đồi núi Việt Nam (Xiêm, 1999). 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 và tiến
hành các nghiên cứu với quy mô và áp dụng các biện pháp chống xói mòn hiện đại hơn.
Đặc biệt là trong những năm gần đây, phương pháp viễn thám và GIS đã được áp
dụng trong nghiên cứu xói mòn đất. Đặc biệt là trong đo vẽ bản đồ, đánh giá định lượng
các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất. Tiêu biểu cho giai đoạn này là các công
trình của Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Xuân Đạo, Phạm Văn Cự, Nguyễn Ngọc Thạch,
Nguyễn Tứ Dần, Lại Vĩnh Cẩm... Các công trình ứng dụng viễn thám và GIS trong
nghiên cứu xói mòn đất có độ tin cậy cao, thời gian thực hiện ngắn và đem lại chi phí
thấp.
1.4. Sơ lược điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của Hà Giang
1.4.1. Điều kiện tự nhiên
1.4.1.1. Vị trí địa lý và ranh giới hành chính
Hà Giang là một tỉnh thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam. Phía Đông giáp tỉnh Cao
Bằng, phía Tây giáp tỉnh Yên Bái và Lào Cai, phía Nam giáp tỉnh Tuyên Quang phía Bắc
giáp nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa. Hà Giang có diện tích tự nhiên là 7.884,37
km2, trong đó theo đường chim bay, chỗ rộng nhất từ tây sang đông dài 115 km và từ bắc
xuống nam dài 137 km. Tại điểm cực bắc của lãnh thổ Hà Giang, cũng là điểm cực bắc

của Tổ quốc, cách Lũng Cú chừng 3 km về phía đông, có vĩ độ 23 013'00"; điểm cực tây
cách Xín Mần khoảng 10 km về phía tây nam, có kinh độ l04 024'05"; mỏm cực đông cách
Mèo Vạc 16 km về phía đông - đông nam có kinh độ l05030'04".
Tính đến nay Hà Giang có 1 thành phố, 10 huyện, 5 phường, 13 thị trấn và 177 xã.
Dân số tỉnh Hà Giang theo điều tra dân số ngày 1 tháng 4 năm 2009 là 724537 người.
Trong đó, dân số thành thị là 84338 người.

20


1.4.1.2. Địa hình
Nằm trong khu vực địa bàn vùng núi cao phía bắc lãnh thổ Việt Nam, Hà Giang là
một quần thể núi non hùng vĩ, địa hình hiểm trở, có độ cao trung bình từ 800 m đến 1200
m so với mực nước biển. Đây là vùng tập trung nhiều ngọn núi cao. Theo thống kê mới
đây, trên dải đất Hà Giang rộng chưa tới 8000 km 2 mà có tới 49 ngọn núi cao từ 500 m 2500 m (10 ngọn cao 500 - 1000 m, 24 ngọn cao 1000 - 1500 m, 10 ngọn cao 1500 –
2000m và 5 ngọn cao từ 2000 - 2500 m). Tuy vậy, địa hình Hà Giang về cơ bản, có thể
phân thành 3 vùng sau:
Vùng cao phía bắc còn gọi là cao nguyên Đồng Văn, gồm các huyện Quản Bạ,
Yên Minh, Đồng Văn, Mèo Vạc với 90% diện tích là núi đá vôi, đặc trưng cho địa hình
karst. Ở đây có những dải núi đá tai mèo sắc nhọn, những khe núi sâu và hẹp, nhiều vách
núi dựng đứng. Ngày 03/10/2010 cao nguyên đá Đồng văn đã gia nhập mạng lưới Công
viên địa chất (CVĐC) toàn cầu với tên gọi: CVĐC Cao nguyên đá Đồng Văn.
Vùng cao phía tây gồm các huyện Hoàng Su Phì, Xín Mần là một phần của cao
nguyên Bắc Hà, thường được gọi là vòm nâng sông Chảy, có độ cao từ 1000m đến trên
2000m. Địa hình nơi đây phổ biến dạng vòm hoặc nửa vòm, quả lê, yên ngựa xen kẽ các
dạng địa hình dốc, đôi khi sắc nhọn hoặc lởm chởm dốc đứng, bị phân cắt mạnh, nhiều
nếp gấp.
Vùng núi thấp bao gồm địa bàn các huyện, thị còn lại, kéo dài từ Bắc Mê, thị xã
Hà Giang, qua Vị Xuyên đến Bắc Quang. Khu vực này có những dải rừng già xen kẽ
những thung lũng tương đối bằng phẳng nằm dọc theo sông, suối.

1.4.1.3. Khí hậu
Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa và là miền núi cao, khí hậu Hà Giang về cơ bản
mang những đặc điểm của vùng núi Việt Bắc – Hoàng Liên Sơn, song cũng có những đặc
điểm riêng, mát và lạnh hơn các tỉnh miền Đông Bắc, nhưng ấm hơn các tỉnh miền Tây
Bắc . . .

21


Nhiệt độ trung bình cả năm khoảng 21.6 C – 23.9 C, biên độ nhiệt trong năm có sự
0

0

dao động trên 10 C và trong ngày cũng từ 6 - 7 C. Mùa nóng nhiệt độ cao tuyệt đối lên
0

0

đến 40 C (tháng 6, 7); ngược lại mùa lạnh nhiệt độ thấp tuyệt đối là 2.2 C (tháng l). Chế
0

0

độ mưa ở Hà Giang khá phong phú. Toàn tỉnh đạt bình quân lượng mưa hàng năm
khoảng 2300 - 2400 mm. Độ ẩm bình quân hàng năm ở Hà Giang đạt 85% và sự dao
động cũng không lớn. Thời điểm cao nhất (tháng 6,7,8) vào khoảng 87 - 88%, thời điểm
thấp nhất tháng l,2,3) cũng vào khoảng 81%, Các hướng gió ở Hà Giang phụ thuộc vào
địa hình thung lũng. Thung lũng sông Lô quanh năm hầu như chỉ có một hướng gió đông
nam với tần suất vượt quá 50%. Nhìn chung gió yếu, tốc độ trung bình khoảng 1 – l.5m/s.

Đây cũng là nơi có số ngày giông cao, tới 103 ngày/năm, có hiện tượng mưa phùn, sương
mù nhiều nhưng đặc biệt ít sương muối. Nét nổi bật của khí hậu Hà Giang là độ ẩm trong
năm cao, ưa nhiều và kéo dài, nhiệt độ mát và lạnh, đều có ảnh hưởng đến sản xuất và đời
sống.
1.4.1.4. Thủy văn
Do địa hình phức tạp đã tạo cho Hà Giang có nhiều sông, suối, hồ phục vụ đời
sống cư dân và thuận tiện cho tưới tiêu đồng ruộng. Ngoài những sông chính chảy qua
địa phận tỉnh Hà Giang là sông Lô, bắt nguồn từ Vân Nam (Trung Quốc) chảy qua Thanh
Thuỷ, Thị xã Hà Giang và sông Gâm bắt nguồn từ Trung Quốc qua Cao Bằng, Bắc Mê
chảy xuống Tuyên Quang, còn có một số sông ngắn và nhỏ chảy trong tỉnh như đoạn
nguồn sông Chảy, sông Nho Quế, sông Miện, sông Bạc, sông Chừng cùng với nhiều suối
to, nhỏ nằm xen giữa núi rừng. Sông ở Hà Giang có độ nông sâu không đều, độ dốc lớn
nhiều thác ghềnh, không thuận lợi cho giao thông đường thuỷ, nhưng đó cũng là nguồn
nước chính phục vụ cho sinh hoạt, tưới tiêu đồng ruộng, đảm bảo môi trường sinh thái.
1.4.1.5. Đặc điểm tài nguyên đất
Trong 778473 ha diện tích đất tự nhiên, đất nông nghiệp có 134184 ha, chiếm 17%
diện tích tự nhiên, đất lâm nghiệp có 334100 ha, chiếm 42.4%, đất chưa sử dụng có
310064 ha, chiếm 39.3%, còn lại là đất chuyên dùng và đất ở. Theo kết quả điều tra thổ

22


nhưỡng, toàn tỉnh có 9 nhóm đất chính, trong đó chủ yếu là nhóm đất xám rất thích hợp
để trồng các loại cây công nghiệp, cây dược liệu và cây ăn quả.
1.4.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
Trong những năm qua, Hà Giang được Trung ương Đảng và Chính phủ quan tâm
chỉ đạo, giúp đỡ cùng với sự nỗ lực và quyết tâm vượt khó đi lên của Đảng bộ, nhân dân
các dân tộc trong tỉnh, tình hình kinh tế – xã hội của tỉnh liên tục phát triển ổn định, nhịp
độ tăng trưởng GDP năm sau cao hơn năm trước. Tổng sản phẩm trên địa bàn tỉnh năm
2017 (GRDP) ước tăng 7.36% so với năm 2016. Cơ cấu kinh tế: nông lâm nghiệp và thủy

sản chiếm 30.9%; công nghiệp và xây dựng chiếm 22.5%; thương mại - dịch vụ chiếm
46.7%. Tổng sản phẩm bình quân đầu người đạt 22.4 triệu đồng (tăng 7.7% tương đương
1.6 triệu đồng). Thu ngân sách trên địa bàn ước đạt trên 1950 tỷ đồng. Tổng nguồn vốn
đầu tư toàn xã hội ước đạt trên 7600 tỷ đồng, tăng 17.2 % so với năm 2016.
1.4.2.1. Nông nghiệp
Đã hình thành được một số vùng sản xuất hàng hoá tập trung như: chè 14800ha,
đậu tương 15000ha, cam 4700ha, tập trung phát triển trồng cỏ gắn liền với chăn nuôi gia
súc hàng hoá. Tỉnh đã và đang trú trọng đến phát triển kinh tế tiểu vùng khí hậu á nhiệt
đới ở 4 huyện vùng cao núi đá bằng các giống trồng các giống cây rau, hoa và quả chất
lượng cao, các cây dược liệu như Thảo quả, quế, táo, lê... Hiện Hà Giang chưa có nhà
máy sản xuất chế biến chè, sản xuất thức ăn gia xúc và nhà máy chế biến thực phẩm bằng
công nghệ hiện đại, đây là lĩnh vực có tiềm năng lớn đang cần các nhà đầu tư quan tâm
phát triển.
1.4.2.2. Lâm nghiệp
Tài nguyên đất rừng là thế mạnh của Hà Giang, tổng diện tích đất lâm nghiệp có
rừng là 375.723ha. Trong đó đất rừng phòng hộ có 226698 ha, trong đó có trên 100 ha
rừng kinh tế, có 300000 ha đất trống có thể xây dựng và phát triển 100000 đến 200000ha
rừng kinh tế. Đây là nguồn tài nguyên bền vững cho ngành xây dựng và phát triển ngành
công nghiệp giấy, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp – thủ công nghiệp chế biến hàng
23


mây – tre đan và các ngành công nghiệp khác có nhu cầu sử dụng nguyên liệu từ lâm
nghiệp và bán thành phẩm từ lâm nghiệp.
1.4.2.3. Công nghiệp
Hà Giang có nhiều sông, có độ dốc cao và nhiều gềnh, đó là tiềm năng phát triển
thuỷ điện vừa và nhỏ. Hà Giang đã có một số nhà máy thuỷ điện nhỏ đã đưa vào sử dụng,
một số nhà máy hiện đang tích cực thi công. Cùng với nguồn thuỷ năng phong phú, Hà
Giang có hàng trăm điểm mỏ, trong đó có một số điểm mỏ có trữ lượng trên 1 triệu tấn
với hàm lượng khoáng chất cao như antimon, sắt, chì - kẽm ...; các điểm mỏ trên hiện

đang được quy hoạch đầu tư khai thác, tuyển luyện.

24


Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu là đánh giá mức độ xói mòn đất tại Hà Giang,
nhóm tiến hành thực hiện những nội dung nghiên cứu sau:
- Hiện trạng xói mòn đất tại Hà Giang
- Đánh giá diễn biến xói mòn đất tại Hà Giang
- Xác định nguyên nhân gây xói mòn
- Đề ra giải pháp
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Thu thập tổng hợp tài liệu
Thu thập các tài liệu bản đồ, số liệu thống kê, số liệu phân tích đất, các báo cáo,
các dự án nhằm kế thừa những tư liệu đã có của địa phương.
Trong đề tài các dữ liệu, tài liệu được tiến hành thu thập và kế thừa từ nhiều nguồn
khác nhau:
Dữ liệu về khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, thủy văn, giao thông, dân cư, hiện trạng
sử dụng đất, ảnh vệ tinh được thu thập ở Internet, Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Hà
Giang
2.2.2. Đánh giá xói mòn sử dụng mô hình USLE
Nguyên tắc tính toán lượng xói mòn đất được tính theo phương trình mất đất phổ
dụng (USLE) do Wischmeier và Smith xây dựng năm 1978:
A = R x K x (L x S) x (C x P) Trong đó:
A: Lượng đất mất hàng năm (tấn/ha).
R: Hệ số xói mòn do mưa.
25