Nghiên cứu biến động hiện trạng lớp phủ thực vật và ảnh hưởng của nó tới quá trình xói mòn lưu vực sông trà khúc bằng phương pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Ảnh vệ tinh sử dụng trong luận án ................................................................8
Bảng 2. Các bản đồ chuyên đề được sử dụng.............................................................9
Bảng 1.1. Điểm mạnh, yếu của các kỹ thuật thành lập bản đồ thực vật khác
nhau ...........................................................................................................................24
Bảng 2.1. Các mức thông tin khai thác – chú giải bản đồ........................................49
Bảng 2.2. Ðộ phân tách mẫu.....................................................................................55
Bảng 2.3. Diện tích lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc theo cấp độ cao........64
Bảng 2.4. Diện tích lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc theo cấp độ dốc .......64
Bảng 2.5. Hệ số chuẩn hóa ảnh ................................................................................72
Bảng 2.6. Thống kê diện tích hiện trạng lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà
Khúc ..........................................................................................................................73
Bảng 2.7. Chỉ số biến động lớp phủ thực vật lưu vực sơng Trà Khúc .....................83
Bảng 3.1.So sánh mơ hình raster và vector trong mơ hình hóa xói mịn trên GIS...98
Bảng 3.2. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế ...........................................112
Bảng 3.4. Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế .....................................114
Bảng 3.5. Phân cấp xói mịn tiềm năng lưu vực sơng Trà Khúc............................115
Bảng 3.6. Phân cấp xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc.............................................117
Bảng 4.1. Biến động xói mịn 1989-1997...............................................................132
Bảng 4.2. Biến động xói mịn 1997-2001...............................................................132
Bảng 4.3. Biến động lớp phủ thực vật và biến động xói mịn năm 1989-1997......136
Bảng 4.4. Biến động lớp phủ thực vật và biến động xói mịn năm 1997-2001......137
Bảng 4.5. Phân cấp xói mịn và xói mịn tiềm năng ...............................................148
Bảng 4.6. Tính tốn mức độ ưu tiên cho các vị trí qui hoạch ................................151
Bảng 4.7. Diện tích các biện pháp qui hoạch lưu vực sông Trà Khúc ...................154


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. Qui hoạch và vấn đề sử dụng hợp lí tài nguyên đất tiếp cận qua q trình
xói mịn ................................................................................................................................ 5
Hình 2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 6

Hình 1.1. Các xu hướng nghiên cứu xói mịn hiện đại ............................................... 15
Hình 1.2.Thành lập bản đồ thực vật trong ba thập niên gần đây .............................. 23
Hình 1.3. Vị trí lưu vực sơng Trà Khúc ........................................................................ 35
Hình 1.4. Phân cấp độ cao và mạng lưới dịng chảy lưu vựcsơng Trà Khúc ........... 38
Hình 2.1. Phản xạ phổ của đất, nước và thực vật ....................................................... 42
Hình 2.2. Các Phương pháp đánh giá biến động lớp phủ thực vật từ ảnh
viễn thám .......................................................................................................................... 45
Hình 2.3. Sơ đồ các bước xử lý ảnh .............................................................................. 50
Hình 2.4. a. DEM; b. Góc tới cục bộ lưu vực sông Trà Khúc cho ảnh chụp năm
2001 .................................................................................................................................... 53
Hình 2.5. a. Ảnh chưa nắn chỉnh địa hình;
b. Ảnh đã hiệu chỉnh ảnh hưởng của địa hình đến bức xạtheo mơ hình Lambert.... 54
Hình 2.6. Phân bố các mẫu trên không gian kênh 4 và kênh 3,
lưu vực sơng Trà Khúc..............................................................................................55
Hình 2.7. Histogram ảnh chỉ số thực vật ...................................................................... 57
Hình 2.8. Ảnh chỉ số thực vật......................................................................................... 58
a. Ảnh tổ hợp màu giả ; b. NDVI; c. SR; d. SAVI ; e. GEMI ; f. ARVI .................. 58
Hình 2.9. Phản xạ phổ của các đối tượng dưới pixel .................................................. 60
Hình 2.10. Pixel “pure”............................................................................................61
Hình 2.11. Kết hợp thơng tin thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật ............ 63
Hình 2.12. Bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật lưu vực sơng Trà Khúc
năm 2001 ........................................................................................................................... 65
Hình 2.13. Phân bố lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc theo độ cao............... 66
Hình 2.14. Phân bố lớp phủ thực vật theo cấp độ dốc ................................................ 66
Hình 2.15. Histogram ảnh tỷ số NDVI.....................................................................69
Hình 2.16. Tính tốn biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc từ ảnh
vệ tinh................................................................................................................................. 70
Hình 2.17. Bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật lưu vực sơng Trà Khúc
năm 1989 ........................................................................................................................... 74
Hình 2.18. Bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc

năm 1997 ........................................................................................................................... 75
Hình 2.19. Diện tích lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc
năm 1989, 1997, 2001 ...................................................................................................... 76
Hình 2.20. Biến động rừng lưu vực sơng Trà Khúc theo độ cao ............................... 79
Hình 2.21. Biến động rừng lưu vực sơng Trà Khúc theo độ dốc ............................... 81
Hình 2.22. Chuyển đổi lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc giữa các thời
điểm 1989-1997 và 1997-2001.. ..................................................................................... 82
Hình 3.1. Sử dụng mơ hình USLE trong tính tốn xói mòn bằng GIS ..................... 96


Hình 3.2. Các bước tính tốn bản đồ hệ số R.........................................................100
Hình 3.3. Bản đồ hệ số R lưu vực sơng Trà Khúc ..................................................... 102
Hình 3.4. Các bước thành lập bản đồ hệ số K........................................................103
Hình 3.5. Bản đồ hệ số K lưu vực sơng Trà Khúc..................................................... 104
Hình 3.6. Các bước tính tốn bản đồ hệ số LS.......................................................109
Hình 3.7. Bản đồ hệ số LS lưu vực sơng Trà Khúc................................................108
Hình 3.8. Bản đồ hệ số C lưu vực sông Trà Khúc năm 2001................................... 113
Hình 3.9. Bản đồ xói mịn tiềm năng lưu vực sơng Trà Khúc ................................. 116
Hình 3.10. Bản đồ xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc năm 2001 ............................... 118
Hình 3.11. Bản đồ phân cấp xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc ................................. 119
Hình 3.12. Diện tích xói mịn và xói mịn tiềm năng lưu vực sơng Trà Khúc ....... 120
Hình 4.1. Tiếp cận ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mịn phục vụ
mục đích sử dụng hợp lý tài nguyên đất lưu vực sông Trà Khúc .......................... 123
Hình 4.2. Ảnh hưởng của biến động lớp phủ thực vật tới q trình xói mịn .......127
Hình 4.3. Bản đồ biến động xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc năm 1989-1997 .....130
Hình 4.4. Bản đồ biến động xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc năm 1997-2001 .....131
Hình 4.5. So sánh biến động xói mịn hai thời kỳ 1989-1997................................134
Hình 4.6. Biến động xói mịn 1989-1997..............................................................134
Hình 4.7. Biến động xói mịn 1997-2001..............................................................135
Hình 4.8. Ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mịn thời kỳ

1989-1997 ...............................................................................................................138
Hình 4.9. Ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mịn thời kỳ 1997-2001138
Hình 4.10. Ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới biến động xói mịn lưu
vực sơng Trà Khúc năm 1989-1997........................................................................140
Hình 4.11. Ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới biến động xói mịn lưu
vực sơng Trà Khúc năm 1997-2001........................................................................141
Hình 4.12. Qui hoạch – công cụ giúp sử dụng hợp lý tài ngun đất ....................144
Hình 4.13. Phân tích mối quan hệ lớp phủ thực vật-xói mịn để đưa ra các thơng
tin phục vụ qui hoạch ..............................................................................................147
Hình 4.14. Các bước tính tốn khu vực tác động...................................................149
Hình 4.15. Các bước tính tốn khu vực ưu tiên .....................................................150
Hình 4.16. Các bước tính tốn biện pháp tác động ................................................151
Hình 4.17. Bản đồ qui hoạch giảm thiểu xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc ...........152
Hình 4.18. Bản đồ qui hoạch giảm thiểu xói mịn huyện Sơn Tây ........................153


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

Tính cấp bách của vấn đề.................................................................................1

Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................3
Nhiệm vụ nghiên cứu.......................................................................................3
Giới hạn phạm vi nghiên cứu...........................................................................4
Quan điểm và phương pháp nghiên cứu ..........................................................4
Các giả thiết nghiên cứu (luận điểm bảo vệ) ...................................................7
Những điểm mới của luận án...........................................................................7
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .........................................................................8
Cơ sở tài liệu thực hiện luận án .......................................................................8
Khối lượng và cấu trúc luận án .......................................................................9

Chương 1
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XĨI MỊN VÀ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ
THỰC VẬT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI…………………………………..10
1.1. Tổng quan về nghiên cứu xói mịn.................................................................10
1.1.1.Vấn đề xói mịn.........................................................................................10
1.1.2. Mơ hình và mơ hình hóa xói mịn ...........................................................13
1.1.3. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mịn.........................................14
1.1.4. Vấn đề sử dụng hợp lý tài ngun đất và các biện pháp hạn chế
xói mịn ..............................................................................................................16
1.2. Ðánh giá biến động lớp phủ thực vật bằng ảnh vệ tinh..................................21
1.2.1. Ảnh vệ tinh và các thông tin phản ánh về hiện trạng lớp phủ .................21
1.2.2. Nghiên cứu lập bản đồ hiện trạng lớp phủ từ ảnh vệ tinh .......................24
1.2.3. Nghiên cứu theo dõi biến động lớp phủ thực vật từ ảnh vệ tinh .............26
1.3. Điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Trà Khúc .........................................35
Chương 2
ÁP DỤNG TIẾP CẬN ĐA QUY MÔ TRONG XỬ LÝ SỐ ẢNH
VIỄN THÁM ĐỂ THEO DÕI BIẾN ÐỘNG LỚP PHỦ THỰC VẬT LƯU VỰC
SƠNG TRÀ KHÚC...................................................................................................41
2.1. Thơng tin trên ảnh viễn thám và tiếp cận đa quy mô trong chiết xuất
thông tin.................................................................................................................41

2.1.1. Thông tin trên ảnh viễn thám...................................................................41
2.1.2. Chiết xuất thông tin bằng tiếp cận đa quy mô .........................................44
2.2. Các phương pháp đánh giá biến động ........................................................45
2.3. Hệ thống phân loại lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc ....................47
2.4. Thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc..........49


2.4.1. Nắn chỉnh hình học..................................................................................50
2.4.2. Hiệu chỉnh ảnh hưởng của địa hình đến bức xạ ......................................52
2.4.3. Phân loại có kiểm định: ...........................................................................54
2.4.4. Tính chỉ số thực vật .................................................................................56
2.4.5. Phân loại dưới pixel.................................................................................60
2.4.6. Kết hợp thông tin .....................................................................................62
2.4.7. Bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc ...................63
2.5.Theo dõi biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc ........................68
2.5.1. Ðịnh chuẩn tương đối ..............................................................................71
2.5.2. Thành lập bản đồ khu vực biến động ......................................................72
2.5.3. Biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc ...............................72
2.6. Phân tích các đặc trưng biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông
Trà Khúc................................................................................................................76
2.6.1. Biến động theo thời gian..........................................................................77
2.6.2. Biến động theo không gian......................................................................78
2.6.3. Cấu trúc (pattern) biến động....................................................................81
2.7. Hạn chế của việc sử dụng ảnh viễn thám trong đánh giá biến động lớp phủ
thực vật lưu vực lưu vực sơng Trà Khúc và cách khắc phục ................................84
Chương 3
MƠ HÌNH HĨA XĨI MỊN LƯU VỰC SƠNG TRÀ KHÚC BẰNG HỆ THỐNG
THƠNG TIN ĐỊA LÝ.......................................................................................................87
3.1. Phương pháp mơ hình trong đánh giá xói mịn đất ........................................87
3.2. Các mơ hình đánh giá lượng đất mất do xói mịn ..........................................88

3.2.1.Mơ hình kinh nghiệm ...............................................................................88
3.2.2. Mơ hình nhận thức...................................................................................93
3.3. Áp dụng GIS trong mơ hình hóa đánh giá xói mịn đất lưu vực sơng
Trà Khúc................................................................................................................95
3.3.1. Lựa chọn mơ hình....................................................................................95
3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu............................................................................97
3.4. Thành lập bản đồ xói mịn và xói mịn tiềm năng lưu vực sơng Trà Khúc....99
3.4.1. Bản đồ hệ số R.........................................................................................99
3.4.2. Bản đồ hệ số K.......................................................................................101
3.4.3. Bản đồ hệ số LS.....................................................................................103
3.4.4. Bản đồ hệ số C.......................................................................................109
3.4.5. Bản đồ hệ số P .......................................................................................114
3.4.6. Bản đồ xói mịn tiềm năng lưu vực sơng Trà Khúc...............................114
3.4.7. Bản đồ xói mịn lưu vực sông Trà Khúc ...............................................117
3.5. Một số ưu điểm của phương pháp mơ hình hố xói mịn bằng hệ thống
thơng tin địa lý so với phương pháp truyền thống. .............................................120


Chương 4
ẢNH HƯỞNG BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ THỰC VẬT
TỚI XÓI MÒN VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT LƯU VỰC SÔNG
TRÀ KHÚC......................................................................................................................122
4.1. Ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mịn lưu vực sơng
Trà Khúc..............................................................................................................122
4.1.1. Tiếp cận theo mơ hình tốn ...................................................................124
4.1.2. Tiếp cận theo phân tích không gian.......................................................126
4.2. Sử dụng hợp lý tài nguyên đất lưu vực sơng Trà Khúc................................142
4.2.1. Xói mịn và vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên đất ...............................142
4.2.2. Sử dụng quan hệ giữa lớp phủ thực vật và xói mịn trong qui hoạch....145
4.3. Một số nhận xét về bản đồ qui hoạch giảm thiểu xói mịn lưu vực sơng

Trà Khúc..............................................................................................................154
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................157
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN...............................................................................160
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................161
Phụ lục 1. Ðiểm khống chế và sai số nắn chỉnh hình học.......................................172
Phụ lục 2a. Báo cáo phân loại có kiểm định cửa sổ khảo sát.....................................175
Phụ lục 2b. Phân loại dưới pixel....................................................................................177
Phụ lục 3. Thư viện của một số end-member (theo John Hopkins University và
USGS)................................................................................................................................186
Phụ lục 4. Bảng ma trận biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc.........188
Phụ lục 5. Giới thiệu một số phần mềm tính tốn xói mịn.........................................191
Phụ lục 6. Thơng tin thực địa và kiểm tra độ chính xác bản đồ hiện trạng lớp phủ
thực vật ………………………………………………………………………...….195


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp bách của vấn đề
Xói mịn đã từ lâu được coi là ngun nhân gây thối hóa tài nguyên đất
nghiêm trọng. Vấn đề bảo vệ đất và xói mịn đã được đề cập đến trong các cơng
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 [31]. Vì vậy, cùng với thối hố đất,
xói mịn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá trình phát triển của tồn nhân loại.
Có thể nói rằng xói mịn đất được coi là ngun nhân hàng đầu gây thối hóa tài
nguyên đất ở vùng miền núi. Nguyên nhân của xói mịn đất có nhiều, nhưng có thể
tựu trung lại thành hai nguyên nhân cơ bản là tự nhiên và hoạt động của 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 mịn [41]. Xói mịn

có nguồn gốc tự nhiên là q trình diễn ra liên tục trong tự nhiên và chỉ là thứ yếu
nếu so với xói mịn do ngun nhân con người. Trong các nguyên nhân do con
người, việc phá hoại thảm (lớp phủ) thực vật, tấm áo che chắn cho đất khỏi bị xói
mịn là ngun nhân trực tiếp khiến cho xói mịn gia tăng tại vùng miền núi.
Ðể có thể giảm thiểu xói mịn ở khu vực miền núi, hai vấn đề cần được song
song nghiên cứu: bản thân q trình xói mịn, ngun nhân và các yếu tố ảnh hưởng
đến nó và vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên bởi hai vấn đề này có mối liên quan
hữu cơ. Các nghiên cứu về q trình xói mịn đã được nhiều tác giả tổng kết và đều
có kết luận chung là lớp phủ thực vật chính là nơi con người có thể tác động để
giảm thiểu xói mịn. Sử dụng hợp lý tài nguyên vốn là một bài tốn tổng hợp, u
cầu thơng tin và hiểu biết về nhiều mặt khác nhau: điều kiện tự nhiên, xã hội, kinh
tế bởi sử dụng hợp lý chính là biện pháp làm cân bằng giữa nhu cầu phát triển kinh
tế với bảo vệ môi trường trong bối cảnh xã hội cụ thể. Vì thế, mọi nghiên cứu theo
hướng này cần gắn với một khu vực có những đặc trưng địa lý và xã hội cụ thể, hay

1


nói rõ hơn, là một lưu vực cụ thể. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đều quan hệ
với nhau trong khơng gian, và ở một tỷ lệ thích hợp, lưu vực có thể được coi là một
đơn vị khơng gian trong nghiên cứu xói mịn, đặc biệt là khi các nghiên cứu phục vụ
công tác qui hoạch. Hạn chế trong việc giải bài toán này hiện nay, theo một số tác
giả [56,39], là việc thiếu thông tin cần thiết để tiến hành qui hoạch. Vì thế việc tiến
hành các nghiên cứu nhằm trả lời các câu hỏi liên quan đến q trình xói mịn và
mối quan hệ của nó với lớp phủ thực vật là rất bức thiết.
Lưu vực sơng Trà Khúc là nơi có xói mịn tương đối mạnh. Theo số liệu của
bản đồ Atlats Việt Nam (Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường – 1996), hầu hết
diện tích lưu vực sơng Trà Khúc có mức độ xói mịn rửa trơi bề mặt là từ 200 đến
300 T/năm. Lưu vực sông Trà Khúc cũng là nơi có lớp phủ thực vật thay đổi mạnh
trong thời gian những năm 90 đến nay, là một trong những điểm nóng về mất rừng

tại Việt Nam [85,86]. Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật ở
lưu vực sơng Trà Khúc mang tính cấp thiết cao.
Có nhiều phương pháp khác nhau cũng như nhiều cách tiếp cận khác nhau có
thể được lựa chon để nghiên cứu lớp phủ thực vật, q trình xói mịn cũng như quan
hệ của chúng. Trong các phương pháp nghiên cứu, các phương pháp viễn thám và
GIS là những phương pháp hiện đại, là những cơng cụ mạnh có khả năng giúp giải
quyết những vấn đề ở tầm vĩ mô (về không gian) trong thời gian ngắn. Ðể theo dõi
lớp phủ thực vật, nghĩa là đánh giá không chỉ các biến động về mặt diện tích mà cả
về khơng gian diễn ra các biến động này, việc tận dụng công nghệ viễn thám và GIS
là điều đã được nhiều tác giả đề cập [3,5,25]. Tuy nhiên việc áp dụng chúng vào
những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần được nghiên cứu để tìm ra những cách tiếp cận
hợp lý cũng như đánh giá khả năng của chúng một cách đúng đắn.
Với các lý do nêu trên, việc áp dụng phương pháp viễn thám và GIS trong
nghiên cứu biến động lớp phủ thực vật và ảnh hưởng của nó tới q trình xói mịn,
góp phần sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên đất lưu vực sông Trà Khúc là rất cấp
thiết.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này nhằm các mục tiêu sau đây:
• Nghiên cứu phương pháp xử lý ảnh số với tiếp cận đa qui mô (nhằm chiết xuất
thông tin thu nhận được từ ảnh viễn thám ở nhiều mức độ; đa dạng hóa thơng tin
giúp cho việc khai thác ảnh viễn thám triệt để hơn, chính xác hơn) trong thành
lập bản đồ lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc và đánh giá biến động lớp
phủ thực vật bằng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao.
• Nghiên cứu phương pháp mơ hình hóa q trình xói mịn và tính tốn các thơng
tin định lượng trên lưu vực sơng Trà Khúc bằng cơng cụ phân tích khơng gian
của GIS.

• Đánh giá ảnh hưởng của biến động lớp phủ thực vật tới q trình xói mịn lưu
vực sơng Trà Khúc bằng cơng cụ phân tích khơng gian trên GIS theo hướng tiếp
cận quan hệ giữa biến động lớp phủ thực vật và q trình xói mịn ở tỷ lệ lưu vực
và sử dụng mối quan hệ đó để lượng hóa và khơng gian hóa các thơng tin phục
vụ cho việc qui hoạch sử dụng đất chống xói mịn.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Ðể có thể giải quyết các mục tiêu trên, nghiên cứu này có những nhiệm vụ sau:
• Tổng quan văn liệu về nguyên tắc, các phương pháp chiết xuất thông tin từ ảnh
vệ tinh, theo dõi lớp phủ thực vật từ ảnh vệ tinh, mơ hình hóa xói mịn và tiếp cận
sinh thái trong qui hoạch.
• Sử dụng tiếp cận đa qui mô trong xử lý ảnh số thành lập bản đồ hiện trạng lớp
phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc từ ảnh vệ tinh đa phổ.
• Thành lập bản đồ biến động lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc bằng
phương pháp xử lý ảnh số; đánh giá, phân tích biến động lớp phủ thực vật theo
khơng gian và thời gian .
• Thành lập bản đồ xói mịn và xói mịn tiềm năng lưu vực sông Trà Khúc bằng
GIS.

3


• Phân tích sự ảnh hưởng của biến động lớp phủ thực vật tới q trình xói mịn,
đưa ra các biện pháp sử dụng đất hợp lý nhằm giảm thiểu xói mịn dựa trên quan
hệ giữa lớp phủ thực vật và xói mịn.
4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này được giới hạn trong phạm vi sau đây:
• Về không gian nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu là lưu vực sông Trà Khúc1.
Nghĩa là, qui mô nghiên cứu trong luận án này chỉ là để phục vụ nghiên cứu ở
cấp độ lưu vực.
• Về đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của luận án là biến

động lớp phủ thực vật (tập trung vào các số liệu biến động thấy được mà khơng
đi vào giải thích ngun nhân các biến động đó) bằng ảnh vệ tinh, cụ thể là ảnh
vệ tinh Landsat TM và ETM. Nghiên cứu về xói mịn trong phạm vi lưu vực sơng
Trà Khúc được đề cập nhằm làm rõ ảnh hưởng của biến động lớp phủ thực vật tới
xói mịn trên cơ sở áp dụng phương pháp mơ hình hóa vào nghiên cứu điều kiện
xói mịn trong lưu vực.
• Về phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng các phương pháp viễn thám và
phân tích khơng gian của hệ thống thơng tin địa lý (GIS). Các kết quả thu nhận
được trong luận án qua q trình phân tích ảnh số và phân tích khơng gian trên
máy tính cần có được những kiểm chứng thực địa đáng tin cậy trước khi sử dụng
vào một mục đích cụ thể nào đó.
5. Quan điểm và phương pháp nghiên cứu
Quan điểm nghiên cứu
Ðể giải quyết các mục tiêu cụ thể trên, nghiên cứu này được tiến hành dựa trên quan
điểm nghiên cứu chủ đạo là quan điểm hệ thống (xem hình 1) trong đó coi hiện
trạng sử dụng đất, lớp phủ thực vật và tài nguyên đất là những hợp phần tương tác
với nhau. Hoạt động sử dụng đất của con người tác động tới sự bền vững của tài
nguyên đất (có thể bảo vệ và cũng có thể gây thối hóa) thơng qua lớp phủ thực vật.
1

Do địa hình lưu vực sơng Trà Khúc ở địa phận tỉnh Quảng Nam khơng có dữ liệu chi tiết và phần này có
diện tích nhỏ (chỉ chiếm 4% tổng diện tích lưu vực) nên lưu vực sơng Trà Khúc trong luận án không bao gồm
phần này

4


Qui hoạch sử dụng đất hợp lí chính là cơng cụ để bảo vệ tài nguyên đất và có thể có
nhiều cách tiếp cận vấn đề qui hoạch sử dụng đất. Tiếp cận vấn đề qui hoạch thơng
qua mơ hình xói mịn, một trong những q trình gây ra thối hóa tài nguyên đất

vùng miền núi, là một trong những cách tiếp cận. Khi đó xói mịn có thể được coi là
một hệ thống có các hợp phần quan hệ chặt chẽ với nhau và điều quan trọng là quan
hệ của các hợp phần này có thể được biểu diễn một cách định lượng. Các hợp phần
tham gia vào hệ thống xói mịn có thể được khơng gian hóa, nghĩa là biểu diễn bằng
dữ liệu khơng gian.Có thể tác động vào các hợp phần của hệ thống để làm thay đổi
q trình xói mịn. Luận án chọn hợp phần lớp phủ thực vật làm đối tượng để
nghiên cứu và tác động. Do đó, nghiên cứu xói mịn bằng phương pháp mơ hình hóa
là một cơng cụ hữu dụng giúp đề ra các biện pháp giảm thiểu xói mịn trên qui mơ
lưu vực.
Lớp phủ
thực vật

Hiện
trạng sử
dụng đất

Tài
ngun
đất

Qui hoạch

Xói mịn

Hình 1. Qui hoạch và vấn đề sử dụng hợp lí tài nguyên đất tiếp cận qua q trình xói mịn

Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp viễn thám được sử dụng trong theo dõi đánh giá biến động
lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu. GIS được sử dụng để mơ hình hóa q trình
xói mịn và phân tích biến động lớp phủ thực vật cũng như ảnh hưởng của nó tới

q trình xói mịn (hình 2).

5


Qui hoạch sử dụng
đất giảm thiểu xói
mịn

Các
bước
nghiên
cứu
Lớp phủ
thực vật
Phương
pháp/cơng
cụ nghiên
cứu

Biến động
lớp phủ thực
vật

Chiết xuất thông tin đa
qui mô

Ảnh hưởng Biến động
lớp phủ thực vật tới xói
mịn

Xói
mịn

Phân tích khơng gian và mơ
hình hóa

Viễn thám

GIS

Hình 2. Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu viễn thám mang thông tin phong phú về hiện trạng lớp phủ thực vật
và có nhiều cách tiếp cận khác nhau để chiết xuất các thông tin về hiện trạng lớp
phủ thực vật từ ảnh viễn thám. Quá trình chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám thực
chất là một quá trình chuyển đổi các thơng tin ảnh thành các thơng tin có nghĩa với
người sử dụng. Nhằm tận dụng triệt để thơng tin mà ảnh viễn thám có thể cung cấp
được, việc chiết xuất thông tin được tiếp cận theo cả hai hướng mà thơng tin viễn
thám có thể cung cấp : không gian và thời gian. Tiếp cận theo không gian cho phép
chiết xuất thông tin từ ảnh ở nhiều qui mô (cấp độ) : pixel (bằng phương pháp phân
loại, phương pháp tính tốn chỉ số thực vật) và dưới pixel (bằng phương pháp phân
loại dưới pixel). Tiếp cận theo thời gian để đánh giá biến động lớp phủ thực vật từ
các ảnh viễn thám.
GIS, với khả năng phân tích khơng gian, được sử dụng để mơ hình hóa q
trình xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc dựa trên phương trình USLE (Universal Soil
Loss Equation). Các bản đồ thành phần của phương trình USLE được tính tốn hoặc
xây dựng trên tồn bộ lưu vực và sau đó, bản đồ xói mịn tiềm năng và bản đồ xói

6

mịn (lượng đất mất trung bình hàng năm) được tính tốn. Ngồi ra, GIS cịn được
sử dụng để phân tích biến động lớp phủ thực vật nhờ việc chồng xếp bản đồ hiện
trạng lớp phủ thực vật của các date khác nhau. Ảnh hưởng của biến động lớp phủ
thực vật tới q trình xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc cũng như bản đồ qui hoạch
giảm thiểu xói mịn cũng được phân tích, tính tốn trên GIS nhờ vào chức năng mơ
hình hóa.
6. Các giả thiết nghiên cứu (luận điểm bảo vệ)
• Áp dụng tiếp cận đa quy mơ để chiết xuất thông tin trong xử lý ảnh số ảnh viễn
thám cho phép theo dõi biến động lớp phủ thực vật tại lưu vực sơng Trà Khúc.
• Việc phân tích quan hệ giữa biến động lớp phủ thực vật và xói mịn lưu vực sơng
Trà Khúc bằng các phương pháp mơ phỏng và phân tích trên hệ thống thơng tin
địa lý, cho phép đưa ra thông tin định lượng phục vụ qui hoạch theo hướng giảm
thiểu xói mịn.
7. Những điểm mới của luận án
• Áp dụng một hướng tiếp cận mới vào điều kiện cụ thể của lưu vực sông Trà
Khúc trong việc chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám - tiếp cận đa qui mô.
Hướng tiếp cận mới này cho phép thu nhận thông tin từ ảnh chi tiết hơn với các
mức độ tin cậy khác nhau.
• Áp dụng các giải pháp kỹ thuật trong phân loại ảnh số dưới pixel cũng như một
số biện pháp xử lý ảnh số khác như nắn chỉnh địa hình, định chuẩn tương đối...
• Đề xuất nguyên tắc thành lập bảng phân loại lớp phủ thực vật áp dụng cho phân
loại ảnh viễn thám của lưu vực sơng Trà Khúc.
• Đưa ra đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ thực vật tới xói mịn trên khía cạnh biến
động theo khơng gian và thời gian và sử dụng thông tin này trong qui hoạch bảo
vệ tài nguyên đất theo hướng giảm thiểu xói mịn tại lưu vực sơng Trà Khúc.

7

8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
• Cơ sở khoa học và cơng nghệ cho tiếp cận thơng tin đa quy mơ trong phân
tích ảnh vệ tinh đa phổ độ phân giải cao trong nghiên cứu biến động lớp phủ
thực vật, góp phần khẳng định ưu thế của viễn thám trong lĩnh vực này.
• Cơ sở khoa học và cơng nghệ nghiên cứu mơ hình hố xói mịn và phân tích
khơng gian ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mịn trên GIS cũng
như sử dụng quan hệ giữa biến động lớp phủ thực vật và xói mịn phục vụ
qui hoạch theo hướng giảm thiểu xói mịn.
Ý nghĩa thực tiễn
• Hiện trạng lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc năm 1989, 1997, 2001,
đánh giá biến động lớp phủ thực vật lưu vực sơng Trà Khúc qua các năm kể
trên, góp phần cho cơng tác điều tra tài ngun của lưu vực.
• Đánh giá xói mịn và xói mịn tiềm năng lưu vực sơng Trà Khúc theo phương
trình USLE, góp phần cung cấp thơng tin về điều kiện tự nhiên của lưu vực.
• Góp phần định hướng và định lượng qui hoạch lưu vực sơng Trà Khúc theo
hướng giảm thiểu xói mịn.
9. Cơ sở tài liệu thực hiện luận án
Ðể thực hiện được nghiên cứu này, các tài liệu sau đây đã được sử dụng
Ảnh vệ tinh Landsat TM và ETM như bảng 1 dưới đây.
Bảng 1. Ảnh vệ tinh sử dụng trong luận án
Ảnh
TM
TM
ETM

Ngày chụp
18/6/1989
04/05/1997

17/10/2001

Parth/row
124/050
124/050
124/050

Số kênh
7
7
7

Ðộ phân giải không gian
30m
30m
30m

Bản đồ nền (địa hình)
Bản đồ nền địa hình, ngồi cung cấp các thơng tin địa hình và một số thơng
tin cơ bản khác như mạng lưới thủy văn, giao thông, địa giới hành chính... cịn được
sử dụng để xây dựng mơ hình số độ cao cho khu vực nghiên cứu. Bản đồ địa hình tỷ
lệ 1:50.000 được số hóa và chuyển đổi về hệ tọa độ VN 2000.

8


Bản đồ chuyên đề
Bản đồ chuyên đề cung cấp các thông tin chuyên đề, thuộc nhiều lĩnh vực
khác nhau. Các thơng tin này cần thiết cho việc mơ hình hóa xói mịn bằng GIS.
Các loại bản đồ chun đề đã được sử dụng được liệt kê trong bảng 2.

Bảng 2. Các bản đồ chuyên đề được sử dụng
Loại bản đồ
Bản đồ hiện trạng rừng
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Bản đồ thổ nhưỡng
Bản đồ đẳng trị lượng mưa

Tỷ lệ
1: 50 000
1: 50 000
1: 200.000
1: 250.000

Thông tin thực địa
Thông tin thực địa được sử dụng trong phân tích ảnh viễn thám. Một đợt
thực địa khu vực nghiên cứu đã được nghiên cứu sinh tiến hành vào năm 2000
nhằm thu thập các thông tin mẫu cho việc xử lý ảnh viễn thám cũng như sử dụng
làm các thông tin kiểm chứng sau phân loại.
10. Khối lượng và cấu trúc luận án
Không kể phần danh mục, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận án được trình
bày trong 159 trang khổ A4 với 59 hình vẽ, 23 bảng biểu và được trình bày như
sau:
• Mở đầu.
• Chương 1: Tình hình nghiên cứu xói mòn và đánh giá biến động lớp phủ
thực vật ở Việt Nam và trên Thế giới.
• Chương 2: Áp dụng tiếp cận đa quy mô trong xử lý số ảnh viễn thám để theo
dõi biến động lớp phủ thực vật lưu vực sơng Trà Khúc.
• Chương 3: Mơ hình hố xói mịn lưu vực sơng Trà Khúc bằng hệ thống
thơng tin địa lý.
• Chương 4: Ảnh hưởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mịn và sử dụng

hợp lý tài ngun đất lưu vực sơng Trà Khúc.
• Kết luận và kiến nghị.

9


Chương 1
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XĨI MỊN VÀ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
LỚP PHỦ THỰC VẬT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
Tổng hợp các nghiên cứu có tính chất lý thuyết liên quan đến vấn đề xói mịn
và theo dõi biến động lớp phủ thực vật bằng phương pháp viễn thám được trình bày
trong các chương mục có liên quan của luận án được xem là cơ sở cho định hướng
các nghiên cứu của luận án. Trong chương này, nghiên cứu sinh chủ yếu tập trung
vào tình hình cũng như các xu hướng nghiên cứu mới nhất. Những nghiên cứu mới
có nội dung rất phong phú, nhiều khi chỉ phản ánh một vài khía cạnh liên quan đến
vấn đề nghiên cứu được đề cập trong luận án hoặc có thể thiên về khía cạnh kỹ
thuật.
1.1. Tổng quan về nghiên cứu xói mịn
1.1.1.Vấn đề xói mịn
Có thể nói rằng con người đã quan tâm đến hiện tượng xói mịn từ rất sớm, từ
thời Hy Lạp và La Mã cổ đại đã có những tác giả đề cập đến xói mịn cùng với việc
bảo vệ đất. Q trình xói mịn hiện đại được gắn liền với các hoạt động nông
nghiệp. Một vài tác giả đã cho rằng đất đai bị khai thác cạn kiệt có thể là nguyên
nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi [31]. Vì vậy, cùng với thối hố đất,
xói mịn tồn tại như một vấn đề trong suốt q trình phát triển của tồn nhân loại.
Từ năm 1877 đến 1895 Các chuyên gia về đất người Đức đã tiến hành các thí
nghiệm sớm nhất về xói mịn đất. Sau đó, vào năm 1917, các giáo sư Mỹ đã xây
dựng những bồn chứa đầu tiên để nghiên cứu ảnh hưởng của dịng chảy tới xói mịn
đất, sườn và cây trồng. Theo các phân tích lý hố cũng như sự khác biệt của dữ liệu
thu thập từ các ô thí nghiệm, Middleton H.E. và các đồng nghiệp (1930, 1932)

nghiên cứu tính kháng xói của đất dựa trên tính bền vững cấu trúc và tính thấm.
Zingg đã thiết lập mối quan hệ giữa tổng lượng đất xói mịn và độ dốc, chiều dài
sườn từ việc nghiên cứu tương quan giữa tổng lượng đất mất và các yếu tố địa hình

10


từ năm 1940. Từ kết quả đó, Browing (1947) đã tạo nên hệ thống quan hệ với việc
giới thiệu hoàn chỉnh hệ số kháng xói của đất [64].
Về nguyên nhân xói mịn, hầu hết các nhà nghiên cứu đều thống nhất rằng có
hai nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tượng thoái hoá đất đang diễn ra mạnh mẽ trên
qui mơ tồn cầu hiện nay: 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 mịn [41]. Xói mịn tự nhiên là quá trình diễn ra
liên tục trong tự nhiên và chỉ là thứ yếu nếu so với xói mịn do nguyên nhân con
người. Tuy vậy, việc phân định nguyên nhân xói mịn khơng phải lúc nào cũng dễ
dàng và cũng không cần thiết, nên trong việc lập bản đồ xói mịn, nhiều khi người ta
khơng phân biệt hai ngun nhân này [31]. Ở Việt Nam, xói mịn do nước (hay do
mưa) là ngun nhân chính gây xói mịn và xói mịn có thể được coi là q trình
thối hố đất cơ học quan trọng nhất ở các vùng miền núi [54].
Ở Việt Nam trước đây, một số tác giả đã nghiên cứu xói mịn đất ở Đơng bắc,
Tây bắc bằng các phương pháp đơn giản và trực quan như đóng cọc, dùng dây dọi...
hoặc mơ tả, đánh giá định tính q trình xói mịn trong 4 năm (1961-1964). Sau đó,
do chiến tranh (1965-1976), vấn đề xói mịn ít được quan tâm nghiên cứu. Những
cơng trình đầu tiên nghiên cứu xói mịn ở Việt Nam đáng chú ý là của các tác giả
Nguyễn Q Khải (1962), Nguyễn Xn Khốt (1963), Tôn Gia Huyên (1963,
1964), Bùi Quang Toản (1965), Trần An Phong (1967)...Trong những năm 1977,
1978, các đề tài nghiên cứu xói mịn được triển khai trong nhiều chương trình khoa

học cấp nhà nước như các chương trình Tây nguyên, Tây bắc, Mơi trường...Những
cơng trình này đã đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều yếu tố tự nhiên đến xói
mịn; phương pháp nghiên cứu định lượng, có sức thuyết phục do quan trắc, cân đo
chính xác. Đáng chú ý một số cơng trình của Bùi Quang Toản (1985), Đỗ Hưng
Thành (1982), Phan Liên (1984), Nguyễn Quang Mỹ và nnk (1985, 1987)
[12,13,15,19,20]. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố địa hình tới xói mịn,

11


Nguyễn Quang Mỹ đã có những tổng kết đáng chú ý. Tác giả cho rằng hiện tượng
xói mịn trên lãnh thổ Việt Nam là khá nghiêm trọng do ảnh hưởng của điều kiện tự
nhiên và canh tác. Các kết luận đáng chú ý nhất về ảnh hưởng của địa hình tới q
trình xói mịn có thể được tóm tắt như sau:
• Độ dốc tăng 2 lần, xói mịn tăng từ 2 đến 4 lần
• Chiều dài sườn tăng 2 lần, xói mịn tăng 2 đến 7,5 lần
• Hướng Đơng, Đơng nam, Tây nam, Tây, do năng lượng mặt trời chiếu nhiều,
nhiệt độ tăng cao dẫn tới q trình phong hố khiến vật chất bị vỡ làm cho
xói mịn tăng từ 1,8 đến 3,9 lần.
• Sườn lồi tăng 2 đến 3 lần so với sườn thẳng. Sườn lõm xói mịn yếu, sườn
bậc thang xói mịn khơng đáng kể [12].
Một số nghiên cứu xói mịn phục vụ cho cơng tác tính tốn bồi lắng cũng
đáng được đề cập. Vi Văn Vị và Trần Bích Nga [26] đã thử dự đốn lượng cát bùn
bồi lấp lịng hồ Hồ Bình với con lượng xói mịn được đề cập cho tồn lưu vực là từ
20000 đến 40000 tấn/km2 năm. Nghiên cứu sự liên quan giữa xói mịn và trầm tích
trên lưu vực sơng đã dẫn tới những kết luận đáng chú ý. Dựa trên số liệu quan sát
của xói mịn và lượng trầm tích thu được trên một lưu vực sông, Zhou Jinxing và
đồng nghiệp đã kết luận được rằng với thời gian dài, lượng xói mịn và trầm tích đạt
tới cân bằng. Với thời gian ngắn, chúng không thể hiện sự cân bằng này mà thơng
qua một loạt yếu tố về địa hình và dịng chảy, xói mịn ảnh hưởng tới lượng trầm

tích trên tồn lưu vực [95].
Khơng nhằm nghiên cứu xói mịn tại từng điểm, Lại Vĩnh Cẩm [54] sử dụng
phương trình mất đất tổng quát (USLE) để đánh giá tiềm năng và mức độ xói mịn
hiện tại của từng lưu vực (4 lưu vực lớn ở miền Bắc Việt Nam). Kết quả nghiên cứu
về xói mịn tại các lưu vực được tích hợp với phân tích lưu vực nhằm chỉ ra các khu
vực xói mịn nguy hiểm và làm cơ sở cho đề xuất các biện pháp phòng tránh hữu
hiệu nhằm mục tiêu phát triển bền vững [54].
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

12


tốn xói mịn bằng cách mơ hình hố, sử dụng sức mạnh tính tốn của cơng nghệ tin
học. Phương trình mất đất tổng quát (USLE) của Wischmeier và Smith được sử
dụng rộng rãi trong các mơ 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 ...
[23,24,27,28,54].
Gần đây nhất, trong đề tài nghiên cứu cơ bản 74 06 01, các tác giả đã ứng
dụng phương trình mất đất tổng quát USLE để tính tốn xói mịn. Điểm đặc biệt
đáng nói là các thông tin về lớp phủ thực vật, và qua đó “thơng số lớp phủ thực vật”
đã được thu nhận qua tư liệu viễn thám đa phổ UoSAT-12 [27].
Ảnh hưởng của xói mịn đến mơi trường đã được tổng kết bởi nhiều tác giả
khác nhau [59,95,98]và đây cũng là một trong những hướng nghiên cứu xói mịn
quan trọng. Nhiều tác giả cho rằng thay đổi của kiểu sử dụng đất là ngun nhân
chính của xói mịn đất và ơ nhiễm dịng chảy mặt. Xói mịn và ơ nhiễm dịng chảy
mặt là đặc biệt nghiêm trọng với đất nông nghiệp do bón phân. Xói mịn và ơ nhiễm
dịng chảy tràn là ngun nhân dẫn tới ơ nhiễm nước, vì vậy kế hoạch sử dụng đất
trong thung lũng là rất quan trọng [57,59].
Quan tâm đến hạn chế xói mịn, các tác giả thống nhất rằng lớp phủ thực vật

là yếu tố chính làm giảm sự xói mịn đất và ơ nhiễm dịng tràn, đứng về mặt vật lý
của lớp phủ, nghĩa là độ phủ của nó. Kiểu của lớp phủ ảnh hưởng trực tiếp tới xói
mịn, vì vậy, bảo vệ lớp phủ thực vật là rất quan trọng [34,39,87].
1.1.2. Mơ hình và mơ hình hóa xói mịn
Ngay từ những này đầu, các nghiên cứu xói mịn đã có hướng tập trung vào
việc mơ hình hóa q trình phức tạp này. Việc mơ hình hóa xói mịn được dựa trên
hai kiểu chính là mơ hình kinh nghiệm với các qui luật được rút ra từ những quan
sát chi tiết và lâu dài và mơ hình nhận thức sử dụng các hiểu biết về vật lý để mơ
phỏng q trình xói mịn như một hàm số tốn học. Có thể kể ra đây một số mơ
hình kinh nghiệm như Musgrave (1947), Renfro (1975) và nổi tiếng nhất là mơ hình
USLE (Universal Soil Loss Equation) do Wischmeier và Smith phát triển [9,10,63].
Hiện nay, nhiều phiên bản của mơ hình này đang được sử dụng tại nhiều nơi trên

13


Thế giới với các thông số được thay đổi cho phù hợp với điều kiện địa phương. Các
“mơ hình nhận thức” [10] thường được sử dụng có thể kể ra là mơ hình GAMES,
mơ hình WEPP [10,47].
Hiện nay, các mơ hình xói mịn được phát triển ngày càng phong phú để phù
hợp với tình hình từng địa phương cụ thể. Ðiều này cho thấy tích chất phức tạp
cũng như đa dạng của q trình xói mịn. Chỉ trong một trang web về các mơ hình
xói mịn, người đọc có thể tìm thấy 20 mơ hình chính riêng với q trình xói mịn
do nước ( . Lưu ý rằng đây mới chỉ là
liệt kê các mơ hình đã được tin học hóa.
Với sự ra đời và phát triển của cơng nghệ thơng tin, các nghiên cứu xói mịn
đã mang diện mạo mới – đó là việc áp dụng sức mạnh phân tích của cơng nghệ
thơng tin vào mơ phỏng và mơ hình hóa xói mịn. Ngồi việc sử dụng GIS để giải
quyết bài tốn xói mịn [4, 23, 24], nhiều chương trình tính xói mịn đã được thiết
lập riêng biệt, thậm chí nhiều chương trình cịn được “đóng gói” (ví dụ như

SEAGIS, RUSLE2,...) hay đưa lên mạng internet để có thể tính tốn xói mịn trực
tuyến [47,48,49].
Phụ lục 6 có điểm qua một số phần mềm tính tốn xói mịn cũng như các mơ
hình mà những phần mềm này sử dụng. Hầu hết chúng có thể được download từ
internet.
1.1.3. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mịn
Hiện nay, xói mịn được nghiên cứu mở rộng hơn với nhiều loại hình và tính
chất khác nhau. Ban đầu, khi nói đến xói mịn do nước, hầu hết các cơng trình chỉ
đề cập đến xói mịn do rửa trơi bề mặt (runoff) [16]. Các khái niệm như xói mịn bề
mặt (sheet erosion); xói mịn tạo xẻ rãnh nhỏ (rill erosion); xói mịn liên rãnh
(interrill erosion); xói mịn xẻ rãnh lớn (gully erosion) đã được đề cập tới ngày càng
nhiều trong các cơng trình nghiên cứu hiện đại.
Xu hướng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói mịn trên thế giới, thể hiện
qua hội thảo lần thứ 12 của ISCO tổ chức tại Bắc Kinh năm 2002 là nghiên cứu xói
mịn theo hướng mơ hình hóa diễn tả động lực của q trình xói mòn và nghiên cứu

14


xói mịn kết hợp với các khoa học khác, chủ yếu để tìm hiểu quá trình cũng như tác
động của xói mịn lên mơi trường nhằm có được các biện pháp chống xói mịn khả
thi. Có thể hình dung các xu hướng này như hình 1.1.

Quản lý và phát
triển lưu vực

Kiểm sốt
sa mạc hóa

Bảo tồn tài

ngun đất và
nước

Bảo tồn tài nguyên
đất và nước – Các
chính sách và hành
động ở qui mơ khu
vực
Cơng nghệ và
phương pháp bảo tồn
tài ngun đất và
nước

Giảm
thiểu
Xói mịn

Q trình xói
mịn và các ảnh
hưởng của nó tới
mơi trường

Ðánh giá, dự
báo, theo dõi xói
mịn

Hình 1.1 Các xu hướng nghiên cứu xói mịn hiện đại

Một điều đáng chú ý là nhiều nhà khoa học [82] đã đồng ý rằng hầu hết các
nghiên cứu về xói mịn 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 tồn cầu, chúng ta buộc phải tìm hiểu q
trình xói mịn diễn ra ở các qui mơ thời gian và khơng gian khác nhau, và điều này
cũng hồn tồn phù hợp với kết luận của Drissa và nnk [82, 97].
• Q trình xói mịn tương tác như thế nào với các q trình khác ở các qui mơ
thời gian và khơng gian khác nhau?
• Các q trình diễn ra ở tỷ lệ lớn thúc đẩy thế nào (với tư cách là ngun
nhân) tới q trình xói mịn ở cấp độ thấp hơn?
• Và, đến lượt mình, các q trình động ở tỷ lệ nhỏ hơn dẫn tới các điều kiện
ngưỡng mà q trình xói mịn xảy ra ở cấp độ cao hơn và ngược lại?

15


Một cách tiếp cận thích hợp là cần thiết để có thể hiểu và dự báo ảnh hưởng
của thay đổi tồn cầu tới xói mịn đất [82, 35].
Ở Việt Nam, các nghiên cứu xói mịn 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 năm 1978) để đánh giá lượng đất mất. Các
nghiên cứu này tập trung vào nhiều qui mơ khác nhau (tồn quốc, lưu vực, tỉnh, khu
vực) hoặc giải quyết các vấn đề đơn lẻ trong phương trình USLE (hệ số R, hệ số
K...).Một số tác giả đã có tìm tịi sâu hơn về tác động của xói mịn đến mơi trường,
cụ thể hơn là đến tài ngun đất. Trong đề tài nghiên cứu cơ bản 73 51 01, các tác
giả đã chỉ ra tác động môi trường của từng loại hình xói mịn, theo đó xói mịn bề
mặt làm cho đất thoái hoá (mất N, P, K...); xói mịn xẻ rãnh nhỏ làm mất đất, xói
mịn xẻ rãnh lớn ngồi việc làm mất đất cịn là ngun nhân gây sạt lở, trượt đất và
lũ qt, xói mịn trên núi đá vôi là nguyên nhân của sụp đất. Mọi loại hình xói mịn
đều gây ra bồi lấp hồ chứa, dịng chảy, cửa sơng [16].
Một vài tác giả đã sử dụng phương trình RUSLE trong các nghiên cứu xói

mịn của mình. Pham Thai Nam và nnk. [67] đã áp dụng phương trình này để tính
tốn lượng đất mất do xói mịn trên qui mơ tồn cầu. Các chỉ số C và P được công
bố trong nghiên cứu này cũng rất đáng chú ý.
Bên cạnh việc sử dụng mơ hình mất đất, một phương pháp khác cũng được sử dụng
hiệu quả đó là áp dụng phương pháp địa hố đồng vị, cụ thể là 137Cs để đánh giá
tốc độ xói mòn (đề tài 73 51 01). Dựa vào sự biến thiên hàm lượng 137Cs theo
chiều sâu trên từng đối tượng nghiên cứu cụ thể, tốc độ xói mịn được tính theo các
công thức thực nghiệm với đơn vị là t/ha.năm [16].
1.1.4. Vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên đất và các biện pháp hạn chế xói mịn
Tài ngun thiên nhiên được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau. Trong
những phương thức tiếp cận hiện đại, định nghĩa về tài nguyên thiên nhiên như sau
[11]:
Tài nguyên thiên nhiên là toàn bộ những giá trị vật chất của thiên nhiên, cần
thiết cho sự tồn tại và hoạt động kinh tế của xã hội lồi người như: khống sản, đất

16


đai, động thực vật v.v...và cả các điều kiện tự nhiên như: khí hậu, ánh sáng, khơng
khí, nguồn nướcv.v...Danh mục các loại tài nguyên thiên nhiên cũng thường xuyên
được mở rộng , tùy thuộc vào những tiến bộ của xã hội, vào tình độ khoa học-kỹ
thuật của con người. Hiện nay, người ta phân các tài nguyên thiên nhiên ra 3
loại[11]:
• Tài ngun có thể phục hồi được là các loại tài nguyên thiên nhiên sau khi
khai thác, sử dụng hết, có thể tái tạo lại được sau một thời gian nhất định. Ví
dụ: độ phì của đất đai, số lượng các loài động vật, thực vật v.v... Tuy nhiên
sự phục hồi đó cũng có giới hạn nhất định. Nếu việc khai thác, sử dụng vượt
q mức thì khơng thể phục hồi lại được. Chính vì vậy mà trên tồn thế giới
hiện nay đã có nhiều lồi động, thực vật hoàn toàn bị tuyệt chủng, nhiều
vùng đất đai trở thành hoang mạc v.v...

• Tài ngun khơng phục hồi lại được: các loại tài nguyên thiên nhiên mà quá
trình hình thành của chúng quá dài, hoặc điều kiện hình thành của chúng khó
lặp lại. Ví dụ khống sản là những tài nguyên đã được hình thành trong
những khoảng thời gian dài hàng triệu năm, hoặc trong những điều kiện địa
hình, khí hậu v.v... hết sức đặc biệt.
• Tài ngun vơ tận: các loại tài nguyên thiên nhiên tồn tại trên bề mặt trái đất
với một lượng rất lớn, không bao giờ cạn như khơng khí, nước, ánh sáng mặt
trời v.v...Tuy nói là vô tận, nhưng các loại tài nguyên này cũng có giới hạn
nhất định. Nếu như chất lượng của nó vì một lý do nào đó thay đổi (ví dụ
nước sơng, nước biển bị ơ nhiễm) thì giá trị sử dụng sẽ khơng cịn nữa. Lúc
đó tính chất vơ tận cũng khơng cịn ý nghĩa.
Với tài ngun đất, cho đến nay đã có nhiều định nghĩa trên nhiều quan điểm
nghiên cứu khác nhau. Trên quan điểm sinh thái học và môi trường, định nghĩa về
đất của Winkler (1968) [11] đã xem xét đất như một vật thể sống, và đất cũng tuân
thủ các quy luật sống: phát sinh, phát triển, thối hóa và già cỗi. Ðiều quan trọng
trong định nghĩa này là tùy thuộc vào cách đối xử của con người đối với đất mà đất
có thể trở nên phì nhiêu hơn, cho năng suất cây trồng cao hơn và ngược lại. Cũng

17


với cách nhìn nhận như vậy, các nhà sinh thái học còn cho rằng đất là vật mang của
tất cả các hệ sinh thái tồn tại trên Trái Ðất. Vì đất tự mang trên mình nó các hệ sinh
thái nên muốn cho các hệ sinh thái bền vững thì trước tiên vật mang phải bền vững.
Do đó, con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào tất cả các hệ sinh thái
mà đất “mang” trên mình nó.Một vật mang và lại được đặc thù bởi tính chất độc
đáo mà khơng vật thể tự nhiên nào có được - độ phì nhiêu giúp cho các hệ sinh thái
tồn tại, phát triển. “Xét cho cùng thì cuộc sống của con người cũng phụ thuộc vào
tính chất độc đáo này của đất” [11].
Dưới cách nhìn nhận về tài nguyên đất như trên, việc sử dụng hợp lý, bền

vững tài nguyên đất đang được đặt ra, đặc biệt với đất dốc. Với ý định tạo cơ sở
phương pháp luận và phương pháp để đánh giá sử dụng đất dốc, một khung đánh
giá quản lý đất dốc bền vững đã được các nhà khoa học đưa ra năm 1991. Theo đó,
khái niệm bền vững bao gồm 5 thuộc tính:
• Tính sản xuất hiệu quả (productivity)
• Tính an tồn (security)
• Tính bảo vệ (protection)
• Tính lâu bền (viability)
• Tính chấp nhận (acceptability)
Bền vững là một khái niệm không cố định, nghĩa là bền vững có thể thay đổi
theo khơng gian và thời gian. Và như vậy, nhu cầu có được sự đánh giá (hay cụ thể
hóa, định lượng hóa) sự bền vững ở một địa phương cụ thể trong một thời gian cụ
thể là rất lớn. Tuy nhiên, việc “đo lường” sự bền vững là rất khó khăn, vì thế, nhiều
nhà khoa học cho rằng có thể sử dụng sự “khơng bền vững”,vốn dễ xác định hơn (ví
dụ như lượng đất mất hay sự giảm sút năng suất cây trồng), thay thế trong một số
trường hợp [22].
Qui hoạch – công cụ quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên đất
Ðể có thể giảm thiểu xói mịn, biện pháp mà con người có thể tác động chính
là loại từ ngun nhân gây ra xói mịn, hay nói đúng hơn, loại trừ khả năng hạt mưa
làm vỡ hạt đất [13, 59, 72]. Ðể làm được điều này, cần phải tăng cường độ che phủ -

18


và qui hoạch sử dụng đất là cơng cụ thích hợp nhất để đạt được điều đó. Theo quan
điểm của các nhà khoa học đất Việt Nam, quản lý sử dụng đất dốc không thể chỉ là
vấn đề kỹ thuật đơn thuần. Sự thành cơng chỉ có được do kết quả của việc kết hợp
chặt chẽ giữa “kỹ thuật, công nghệ, kinh tế, chủ trương chính sách, xã hội nhân văn
và mơi trường”. Nghĩa là giải pháp chính có thể tóm tắt lại là quy hoạch sử dụng đất
kết hợp chặt chẽ với phát triển kinh tế xã hội (sau khi giao đất giao rừng - chủ

trương quản lý đất).
Ðã có nhiều nghiên cứu chứng thực và nhấn mạnh về vai trị quyết định của
lớp phủ thựcvật trong giảm xói mòn. Sự thay đổi lớp phủ thực vật, bị phá huỷ hay
hồi phục đều có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự thay đổi của q trình xói mịn và mơi
trường sinh thái. Lớp phủ thực vật phát triển trên sườn dốc sẽ trực tiếp ngăn cản và
làm giảm xói mịn trọng lực (gravity erosion), nghĩa là làm giảm đáng kể hiện tượng
trượt đất. Nghiên cứu các thay đổi của lớp phủ thực vật trong 130 năm, các tác giả
cho rằng sự phục hồi của thảm thực vật là nguyên nhân thay đổi từ xói mịn do các
yếu tố liên quan đến con người sang xói mịn tự nhiên dưới sự cân bằng sinh thái tự
nhiên [93]. Cũng nhằm làm sáng tỏ diễn biến của q trình xói mịn và tìm biện
pháp để giảm thiểu nó, Zha Xiaochun đã cho thấy cường độ của xói mịn do canh
tác trên đất dốc gấp hơn 100 lần cường độ xói mịn của thảm rừng tự nhiên, và cùng
với xói mịn, mơi chất dinh dưỡng trong đất cũng bị mất đi, môi trường sinh thái bị
thay đổi và theo đó, lượng xói mịn lại tăng lên. Vì vậy, theo tác giả này, chuyển từ
canh tác trên đất dốc sang phục hồi rừng và tái tạo Lớp phủ thực vật tự nhiên là
“chìa khố” nhằm cải thiện mơi trường dưới góc độ giảm thiểu xói mòn [94].
Để tăng cường độ che phủ thực vật, một số nghiên cứu ở châu Á đã chỉ ra
rằng biện pháp tốt là khi rừng được giao cho cộng đồng quản lý. A.P.Gautam và các
cộng sự, nghiên cứu về sự thay đổi (thống kê và dynamic) của lớp phủ rừng trên
phạm vi một lưu vực tại Nepal trong 14 năm đã thấy rằng với những khu vực rừng
do cộng đồng quản lý, tỷ lệ tăng diện tích rừng và giảm diện tích cây bụi cao hơn
đáng kể so với khu vực không được cộng đồng quản lý [42]. Lại Vĩnh Cẩm cũng
cho rằng việc quản lý tốt đất đai là nhân tố chính góp phần làm giảm lượng đất mất.

19