Nghiên cứu thành lập bản đồ xói mòn đất bằng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý (gis) khu vực đăk nông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
-----

-----

CAO THỊ ĐƯỜNG

NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP BẢN ĐỒ XÓI MỊN ĐẤT BẰNG
CƠNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THƠNG TIN A Lí (GIS)
KHU VC K NễNG

luận văn thạc sỹ kỹ thuËt

Hµ Néi – 2012


0

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu riêng của tơi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình khoa học nào khác.

Tác giả luận văn

Cao Thị Đường


1

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ…………..…………………………………. 3
DANH MỤC CÁC BẢNG………..………………………………………... 4
MỞ ĐẦU……………………...…………………………………………….. 5
CHƯƠNG 1…………..……………………………………………………. 8
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU XĨI MỊN ĐẤT ……………….8
1.1. Xói mịn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất ……………8
1.1.1. Xói mịn đất ……………………………………………………………8
1.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất …………………………….8
1.2. Nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới ………………………………..12
1.2.1. Các phương pháp nghiên cứu xói mịn đất …………………………13
1.2.2. Các mơ hình đánh giá xói mịn đất…………………………………. 14
1.2.3. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mịn đất ………………….21
1.3. Nghiên cứu xói mịn đất ở Việt Nam………………………………… 21
1.4. Ứng dụng của công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS)
trong nghiên cứu thành lập bản đồ xói mịn đất …………………………24
1.4.1. Khái qt về cơng nghệ viễn thám …………………………………..24
1.4.2. Khái quát về hệ thống thông tin địa lý (GIS) ……………………….31
1.4.3. Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ
xói mịn đất………………………………………………………………… 35
1.4.4. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và mơ hình hố tính tốn
xói mịn ……………………………………………………………………...35
CHƯƠNG 2 ………………………………………………………………...37
ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU…………….. 37
2.1. Vị trí địa lý của khu vực Đăk Nơng ………………………………….37
2.2. Đặc điểm địa hình khu vực Đăk Nơng……………………………… 38


2

2.3. Đặc điểm khí hậu và mạng lưới thuỷ văn ……………………………39
2.4. Tài nguyên rừng, tài nguyên đất và hiện trạng sử dụng đất ……….41
2.4.3. Hiện trạng sử dụng đất ………………………………………...……49
2.5. Tình hình phát triển sản xuất………………………………………... 52
CHƯƠNG 3 …………………………………………………………….…..54
SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
XĨI MỊN ĐẤT CỦA KHU VỰC ĐĂK NƠNG …………………………54
3.1. Ứng dụng cơng nghệ GIS trong thành lập bản đồ xói mịn đất ……54
3.1.1. Lựa chọn mơ hình …………………………………………….……..54
3.1.2. Ứng dụng cơng nghệ GIS để thành lập bản đồ xói mịn đất ……….55
3.2. Thành lập bản đồ xói mịn tỉnh Đăk Nơng ……………………….….56
3.2.1. Bản đồ chỉ số xói mịn đất (K)………………………………………. 56
3.2.2. Bản đồ dịng chảy tràn bề mặt trung bình năm hình thành do nước
mưa………………………………………………………………………….58
3.3. Bản đồ độ độ dốc (s) ………………………………………………......65
3.4. Bản đồ độ che phủ của thảm thực vật (v) ……………………….…..66
3.5. Bản đồ xói mịn tỉnh Đăk Nơng …………………………………...….68
3.6. Ưu nhược điểm khi áp dụng mơ hình Usle và mơ hình Thornes để
tính tốn định lượng xói mịn đất bề mặt tỉnh Đăk Nông ……………….72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………….. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………...76


3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu…………………………………. 37
Hình 2.2. Mơ hình số độ cao (DEM) tỉnh Đăk Nơng………………….…….38
Hình 2.3. Quan hệ giữa lớp phủ thực vật và q trình xói mịn……….…….42
Hình 2.4. Rừng xanh bị phá thành đồi trọc………………………….………52

Hình 2.5. Đốt rừng làm nương rẫy…………………………………….…….53
Hình 3.1. Sử dụng mơ hình Thornes trong tính tốn xói mịn GIS…….……56
Hình 3.2. Bản đồ lượng mưa trung bình năm tỉnh Đăk Nơng………….……63
Hình 3.3. Bản đồ khả năng giữ nước ban đầu của đất tỉnh Đăk Nơng….…...64
Hình 3.4. Bản đồ dịng chảy tràn bề mặt trung bình năm hình thành do nước
mưa tỉnh Đăk Nơng………………………………………………………….65
Hình 3.5. Bản đồ độ dốc tỉnh Đăk Nơng tính theo đơn vị m/m……………..66
Hình 3.6. Sơ đồ tính hệ số v…………………………………………………67
Hình 3.7. Bản đồ chỉ số NDVI khu vực tỉnh Đăk Nơng…………………….68
Hình 3.8. Bản đồ độ che phủ của thảm thực vật (v) tỉnh Đăk Nơng…….…..69
Hình 3.9. Bản đồ lượng đất xói mịn bề mặt trung bình năm……………......72


4

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tổng hợp các loại đất tỉnh Đăk Nông …………………………43
Bảng 2.2: Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Đăk Nơng ………………………..50
Bảng 3.1. Bảng hệ số xói mịn đất tỉnh Đăk Nông………………………..57
Bảng 3.2. Phân loại HSG theo thành phần cơ giới đất……………………62
Bảng 3.3. Lượng mưa trung bình năm tại các trạm……………………….62
Bảng 3.4. Tổng hợp diện tích theo các cấp xói mịn tỉnh Đăk Nơng……...71


5

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận văn
Như chúng ta đã biết, cuộc sống của con người phụ thuộc rất nhiều vào

lớp đất trồng trọt để sản xuất ra lương thực, thực phẩm phục vụ cho đời sống
của mình. Do vậy có thể thấy đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, là
thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống. Tuy nhiên do tác động
mạnh mẽ của tự nhiên và các hoạt động canh tác của con người đã làm cho tài
ngun đất bị thối hóa và dần mất đi khả năng sản xuất, một trong những
ngun nhân làm cho đất bị thối hóa mạnh nhất là xói mịn. Hiện tượng mất
đất do xói mịn mạnh hơn rất nhiều so với sự tạo thành đất trong q trình tự
nhiên, một vài cm đất có thể bị mất đi chỉ trong một vài trận mưa, giơng hoặc
gió lốc, trong khi đó để có được vài cm đất đó cần phải có thời gian hàng trăm
năm, thậm chí hàng ngàn năm mới tạo ra được. Trên thế giới hầu như khơng
có quốc gia nào là khơng chịu ảnh hưởng của xói mịn [1]. Theo thống kê gần
đây, có khoảng 2/3 diện tích đất nơng nghiệp trên thế giới đã bị suy thoái
nghiêm trọng trong 50 năm qua do xói mịn rửa trơi, sa mạc hố, chua hố,
mặn hố, ô nhiễm môi trường, khủng hoảng hệ sinh thái đất. Khoảng 40% đất
nơng nghiệp đã bị suy thối mạnh hoặc rất mạnh, 10% bị sa mạc hoá do tác
động của biến đổi khí hậu và khai thác sử dụng khơng hợp lý. Sa mạc Sahara
mỗi năm mở rộng làm mất đi khoảng 100.000 ha đất nơng nghiệp và đồng cỏ.
Thối hố mơi trường đất có nguy cơ làm giảm 10 - 20% sản lượng lương
thực thế giới trong 25 năm tới [3]. Việt Nam chúng ta là nước với 3/4 diện
tích đồi núi, có độ dốc cao, lượng mưa lớn nên hiện tượng xói mịn đất ln
xảy ra và gây hậu quả nghiêm trọng. Các kết quả nghiên cứu xói mòn đất ở
nước ta cho thấy: Lượng phù sa mang ra biển của riêng sơng Hồng là 80×106
m3/năm, trong đó có 1 triệu tấn mùn, 100 ngàn tấn đạm nguyên chất, 80 tấn


6

P2O5 và 80 ngàn tấn K2O; Lượng đất bị mất do xói mịn hàng năm vùng Tây
Bắc nước ta từ 1,5 đến 3cm/năm [10]; trên đất canh tác ở Tây Ngun từ 1
đến 2cm/năm [7]. Lượng đất bị xói mịn của nước ta so với thế giới thuộc

loại cao. Từ những phân tích ở trên cho thấy, vấn đề nghiên cứu xói mịn,
thối hóa đất đang trở nên hết sức bức thiết.
Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát
triển nhưng đã nhanh chóng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ
biến rộng rãi ở các nước phát triển. Công nghệ viễn thám đã trở thành phương
tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp
độ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi tồn cầu. Khả năng ứng dụng
cơng nghệ viễn thám ngày càng được nâng cao, đây là lý do dẫn đến tính phổ
cập của cơng nghệ này. Hiện nay cơng nghệ viễn thám và hệ thống thông tin
địa lý (GIS) là công cụ trợ giúp hết sức đắc lực trong việc phân tích, mơ hình
hóa, định lượng kết quả nghiên cứu…. Vì vậy việc lựa chọn đề tài: “Nghiên
cứu thành lập bản đồ xói mịn đất bằng cơng nghệ viễn thám và hệ thông tin
địa lý (GIS) khu vực Đăk Nông”, vừa mang ý nghĩa khoa học, vừa có ý nghĩa
thực tiễn, phục vụ cho công tác quy hoạch sử dụng, bảo vệ đất, góp phần sử
dụng bền vững tài nguyên đất.
2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi lãnh thổ: Khu vực nghiên cứu là tỉnh Đăk Nông.
Nội dung nghiên cứu: Thành lập bản đồ xói mịn đất bằng cơng nghệ
viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS), sử dụng mô hình Thornes.
3. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá khả năng ứng dụng của tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa
lý (GIS) trong nghiên cứu thành lập bản đồ xói mòn đất, phục vụ cho việc quy


7

hoạch, quản lý đất đai, đồng thời đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế xói mịn,
bảo vệ đất.
4. Nội dung nghiên cứu
- Lý thuyết các mơ hình nghiên cứu xói mịn đất

- Thu thập dữ liệu, chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho mơ hình
- Sử dụng cơng nghệ viễn thám và GIS để thành lập bản đồ xói mịn đất
của khu vực nghiên cứu (Sử dụng mơ hình Thornes)
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài này, các phương pháp nghiên cứu sau được sử dụng:
- Phương pháp kế thừa,
- Phương pháp viễn thám và GIS,
- Phương pháp mơ hình.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học
Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và tư liệu viễn thám
để đánh giá và dự báo xói mịn đất qua việc phân tích khơng gian và mối quan
hệ của các nhân tố địa hình, thủy văn, thổ nhưỡng, thực vật và con người tại
tỉnh Đăk Nơng.
- Ý nghĩa thực tiễn
Đánh giá xói mịn tỉnh Đăk Nơng, từ đó xây dựng bản đồ xói mịn đất
khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mịn đất.
7. Khối lượng và cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận, được trình
bày trong 78 trang khổ A4 với 14 hình, 6 bảng.


8

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU XĨI MỊN ĐẤT
1.1. Xói mịn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất
1.1.1. Xói mịn đất
Theo định nghĩa của Nguyễn Quang Mỹ [6]: Xói mịn đất (soil erosion)
là một q trình phá huỷ 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 nhiêu của đất gây ra bạc màu, thoái hoá
đất, trơ sỏi đá… ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực
vật rừng, thảm cây trồng khác. Xói mịn gồm 2 loại:
- Xói mịn bề mặt: Là loại xói mịn do mưa và băng tuyết tan, thường
xảy ra trên các sườn núi và đỉnh phân thủy.
- Xói mịn theo dịng: Là kiểu xâm thực, xói mịn tập trung trong các
dải trũng như các rãnh sâu, thung lũng, sơng suối.
Xói mịn đất là kết quả tác động tổng hợp của nhiều nhân tố. Mỗi nhân tố
ảnh hưởng ở một mức độ nhất định. Trong đó các nhân tố tự nhiên thiết lập
điều kiện cho xói mịn, cịn hoạt động sản xuất một cách khơng khoa học của
con người là ngun nhân chính gây ra xói mịn đất.
1.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mịn đất gồm: khí hậu, đất đai,
địa hình, thảm thực vật và con người.
1.1.2.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu tới xói mịn đất
Ảnh hưởng của nhân tố mưa và dịng chảy tới xói mịn đất tương đối
phức tạp và phụ thuộc vào đặc điểm của mưa, trong đó tình hình phân bố mưa
trong năm, lượng mưa và cường độ mưa giữ vai trò quan trọng. Những nơi
lượng mưa lớn, phân bố tập trung theo mùa thì lượng đất xói mịn và dịng


9

chảy rất cao. Số liệu nghiên cứu ở Kon Hà Nừng (tỉnh Gia Lai) cho thấy
lượng mưa ở đây tập trung chủ yếu vào tháng 10 và 11 (chiếm 44,8% lượng
mưa cả năm), lượng đất xói mịn và dịng chảy mặt ở các tháng này chiếm từ
64,1% đến 68,6%; ở những nơi có lượng mưa thấp như ở Ninh Thuận và Bình
Thuận, thường bị khơ hạn và có nguy cơ sa mạc hóa lớn [8].
Ở Việt Nam nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng, mưa phân hóa

theo mùa rõ rệt. Lượng mưa cực đại vào các tháng mùa hè và cực tiểu trong
những tháng mùa đơng. Vì vậy việc bảo vệ đất, chống xói mịn đặc biệt trong
mùa mưa là vơ cùng cần thiết.
Ngồi mưa ảnh hưởng trực tiếp đến xói mịn, các yếu tố khí hậu khác
như gió, nhiệt độ, ẩm độ cũng có ảnh hưởng đến xói mịn đất, tuy nhiên mức
độ ảnh hưởng khơng rõ ràng.
1.1.2.2. Ảnh hưởng của địa hình tới xói mịn đất
Trong các yếu tố địa hình thì độ dốc, chiều dài sườn dốc, độ cao tương
đối và đặc điểm bề mặt dốc là có ảnh hưởng lớn đến xói mịn đất và dòng
chảy. Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997) cho thấy độ
dốc tăng từ 100 lên 150 (đơn vị) thì lượng đất xói mịn tăng 52,4%, dòng chảy
mặt tăng 33,5%; chiều dài sườn dốc tăng lên 2 lần thì lượng đất xói mịn tăng
lên xấp xỉ 2 lần, dòng chảy mặt tăng 58,1% (trên đất lâm nghiệp), xói mịn đất
tăng lên gần 3 lần (trên đất trồng cà phê). Bề mặt dốc có dạng lồi thì lượng đất
xói mịn tăng từ 2-3 lần so với sườn dốc thẳng, sườn dốc có dạng lõm thì xói
mịn yếu hơn.Việt Nam có trên 3/4 lãnh thổ là đồi núi, mạng lưới sông suối
dày đặc, sông ngắn, dốc, lượng mưa lớn, 85-90% lượng mưa tập trung vào
mùa mưa, do đó xói mịn có điều kiện xảy ra mạnh.
1.1.2.3. Ảnh hưởng của đất tới q trình xói mịn


10

Những tính chất quan trọng của đất có ảnh hưởng đến xói mịn và dịng
chảy là: thành phần cơ giới, cấu trúc, hàm lượng mùn, thành phần hấp phụ và
độ ẩm của đất.
Đất á sét và đất sét thiếu cấu trúc bị xói mịn rất mạnh, khả năng ngấm
nước của chúng kém và dễ dàng bị cuốn trôi tạo thành một lớp váng khó
ngấm nước qua.
Những loại đất có cấu trúc với khả năng ngấm nước tốt sẽ hình thành

dịng chảy mặt ít hơn và khó bị rửa trơi hơn. Ví dụ, đất đen cấu trúc bền vững
có khả năng ngấm nước tới 1,6mm/phút, trong khi đó đất đen có cấu trúc yếu
thì độ ngấm nước của nó chỉ là 0,86mm/phút.
Hàm lượng mùn cao khả năng rửa trôi đất giảm và ngược lại.
Nếu trong thành phần hấp phụ của đất, lượng Canxi tăng lên thì khả
năng chống xói mịn của đất cũng gia tăng. Độ bền của cấu trúc sẽ giảm đi rất
nhiều và chúng dễ dàng bị nước phá hủy nếu như thành phần hấp phụ chứa
toàn Natri.
Độ ẩm đất tăng thì sự rửa trơi cũng tăng nhưng ở mức độ yếu hơn so
với sự gia tăng dòng chảy. Trong đất ẩm, một phần các khoang trống đã bị
nước chiếm, vì vậy khả năng ngấm nước của đất giảm đi, dòng chảy mặt tăng
lên rất nhiều.
1.1.2.4. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật tới xói mịn đất
Trong các nhân tố ảnh hưởng thì thảm thực vật có ảnh hưởng tích cực
và đa dạng nhất đến việc hạn chế xói mòn đất và dòng chảy mặt.
Độ tán che và che phủ của thảm thực vật: Tán rừng tự nhiên lá rộng có
độ tán che 0,7-0,8 có thể ngăn cản được 9,51-11,67% lượng nước mưa; rừng
có độ tán che 0,3-0,4 ngăn cản được 5,72% lượng nước mưa. Nếu giảm độ tán
che từ 0,7-0,8 xuống 0,3-0,4 thì lượng đất xói mịn sẽ tăng 42,2%, dòng chảy


11

mặt tăng 30,4% [5]. Đất trồng lạc độ che phủ 10-15% thì độ vẩn đục dịng
chảy là 7,62%; đất trồng ngô che phủ 30-50% độ vẩn đục 1,35%; đất trồng cà
phê lâu năm che phủ 85-97% thì độ vẩn đục 0,34% [7].
Tầng tán rừng: Cùng ở độ tán che 0,7-0,8, tán rừng 3 tầng ngăn cản
được 11,67%, rừng 2 tầng ngăn cản được 9,51% và rừng một tầng ngăn cản
được 6,91% tổng lượng nước mưa rơi. Tầng thảm tươi cây bụi có tầm quan
trọng đặc biệt trong việc hạn chế xói mịn và dịng chảy mặt.

Lớp thảm mục rừng: Nhờ có lớp cây xanh và lớp thảm mục che phủ
nên độ ẩm của tầng đất mặt (0-30 cm) vào những ngày nắng ở trong rừng luôn
luôn cao hơn so với ngoài đất trống, trảng cỏ và cây bụi từ 2 - 4 lần. Lượng
vật rơi, lá rụng trong rừng hỗn loại lá rộng thường xanh nhiệt đới là rất đáng
kể, dao động từ 10-12 tấn/ha; đối với rừng trồng lượng rơi rụng dao động 4-7
tấn tuỳ loài cây và mật độ trồng. Vật rơi rụng ở trạng thái thơ có thể hút được
lượng nước bằng 1,38 lần trọng lượng khô của nó (138,33%), cịn nếu lớp
thảm mục đã phân huỷ 30 - 40% thì có thể hút được lượng nước gấp 3,21 lần.
Trên 1 ha rừng tự nhiên, lớp thảm mục có thể hút được 35.840 lít nước, tương
đương với một trận mưa 3,6 mm [5].
Như vậy, lớp phủ thực vật có ảnh hưởng lớn đến q trình xói mịn đất,
nếu lớp phủ thực vật càng tăng thì quá trình xói mịn càng giảm. Vai trị
chống xói mịn của lớp phủ thực vật phụ thuộc vào loại rừng, tuổi rừng, độ
che phủ của rừng v.v….
1.1.2.5. Ảnh hưởng của con người tới xói mịn đất
Trong lịch sử phát triển của nhân loại, kể từ khi con người biết chăn
nuôi và trồng trọt, các hoạt động sản xuất này đã có ảnh hưởng đến q trình
xói mịn đất. Tác động tổng hợp của nhiều hoạt động như khai thác lạm dụng
rừng tự nhiên liên tục, canh tác nương rẫy, cháy rừng ... đã làm mất đi một


12

diện tích lớn rừng tự nhiên tạo điều kiện hình thành đất trống đồi núi trọc có
độ phì rất thấp. Những diện tích rừng mất đi làm lộ ra những khoảng trống
khơng có thảm thực vật che phủ đất. Khi mưa xuống q trình xói mịn 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 mịn đất. Trên độ dốc < 30 đã bắt đầu xảy ra xói mịn khi có
mưa to. Từ độ dốc 30 trở lên, tùy vào yếu tố đất đai, thực vật, lượng mưa v.v...

mà q trình xói mịn xảy ra mạnh hay yếu. Qua số liệu của lâm trường Cầu
Hai (Phú Thọ) cho thấy rừng phủ kín chỉ trơi đi 1 tấn đất/ha/năm trong khi các
nương sắn lại mất 147 tấn đất/ha/năm [6]. Rõ ràng biện pháp canh tác không
hợp lý đã gây tác hại lớn, ảnh hưởng xấu đến quá trình xói mịn đất.
1.2. Nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới
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. Nhiều người đã cho rằng đất đai bị khai thác cạn kiệt
có thể là nguyên nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi. Vì vậy, cùng
với thối hố đất, xói mịn tồn tại như một vấn đề trong suốt q trình phát
triển của tồn nhân loại.
Về ngun nhân xói mịn, hầu hết các nhà nghiên cứu trên thế giới 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 là: nguyên nhân tự
nhiên và con người. Nguyên nhân con người, theo nhiều nhà nghiên cứu thể
hiện ở sự quản lý đất kém và dường như đó là một cái giá phải trả cho sự phát
triển kinh tế, xã hội. Các giải pháp đưa ra, được phân tích là khả thi nhất, là
các biện pháp can thiệp vào lớp phủ thực vật nhằm đạt được hiệu quả tốt hơn


13

trong việc chống xói mịn. 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 ngun nhân con người. Tuy
vậy, việc phân định nguyên nhân xói mịn khơng phải lúc nào cũng dễ dàng
và cũng khơng cần thiết, nên trong việc lập bản đồ xói mịn, nhiều khi người
ta không phân biệt hai nguyên nhân này [2].
1.2.1. Các phương pháp nghiên cứu xói mịn đất
1.2.1.1. Phương pháp phân loại, phân vùng lãnh thổ theo mức độ xói mịn

Phương pháp này đã được áp dụng ở nhiều nước để phân chia khái quát
ra các vùng lớn có mức độ nguy hiểm xói mịn tiềm năng khác nhau trên toàn
lãnh thổ một quốc gia. Tuy nhiên hạn chế của phương pháp này là thiên về
định tính, mang đặc trưng của phương pháp chuyên gia, có khó khăn trong
việc giải quyết chính xác ranh giới giữa các vùng và ở các phạm vi hẹp.
Phương pháp này đã được các tác giả Liên Xô (cũ) và Trung Quốc áp dụng.
Các bản đồ phân vùng theo độ nguy hiểm tiềm năng xuất hiện xói mịn được
xây dựng trên cơ sở tổng hợp các bản đồ phân cấp các điều kiện tự nhiên
tham gia q trình xói mịn: địa hình, khí hậu, lớp phủ thực vật. Trong các yếu
tố đó, các tác giả chú ý nhiều nhất đến các yếu tố địa hình và khí hậu.
1.2.1.2. Phương pháp mơ hình hố
Sử dụng mơ hình để diễn tả q trình xói mịn. Các mơ hình này có thể
là thực nghiệm hoặc lý thuyết. Ưu điểm của phương pháp này so với các
phương pháp khác là đã phần nào lượng hố được vai trị của từng yếu tố ảnh
hưởng tới q trình xói mịn, có nghĩa là làm rõ hơn vai trị của chúng trong
toàn bộ hệ thống. Phương pháp này cũng cho phép ứng dụng các công nghệ
thông tin vào


14

nghiên cứu tính tốn. Hạn chế của phương pháp là do q trình xói mịn diễn
ra rất đa dạng, thay đổi theo điều kiện cụ thể của từng địa phương nên mơ
hình có thể dùng tốt cho địa phương này nhưng khơng đúng với địa phương
khác. Vì vậy, khi vận dụng các mơ hình cần phải chú ý tới các điều kiện đặc
thù tại địa phương, hay đúng hơn, là sử dụng các thơng số của mơ hình đã
được kiểm chứng cho địa phương [2].
1.2.2. Các mơ hình đánh giá xói mịn đất
Có thể chia các mơ hình ra làm hai loại chính là mơ hình nhận thức và
mơ hình kinh nghiệm. Các mơ hình được xây dựng trên cơ sở của lý thuyết

hệ thống với giả thiết là lượng vào và ra của hệ thống là đã xác định.
1.2.2.1. Mơ hình nhận thức
Khác với mơ hình kinh nghiệm, các mơ hình nhận thức được phát triển
dựa vào hiểu biết về các qui luật vận động và cơ chế vật lý của q trình xói
mịn, 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 mịn có thể được kể
ra gồm: q trình bóc tách hạt đất (do năng lượng của hạt mưa rơi hoặc một
dạng năng lượng khác); quá trình chuyển tải (với các định luật về dịng chảy
mà q trình này tuân thủ) và quá trình sa lắng của các hạt đất. Vì thế, cơ sở
lý thuyết của mơ hình nhận thức là lý thuyết cơ học chất rắn, chất lỏng….
 Mơ hình nhận thức đơn giản
Bản chất của các mơ hình nhận thức đơn giản là q trình xói mịn
được chia ra làm hai bước, bước đất bị bóc tách và bước đất được chuyển tải
tới cửa ra
Ưu điểm: + Mơ tả và tính tốn khá chi tiết q trình chuyển tải hạt đất
trên sườn dốc thơng qua việc phân chia lưu vực.
+ Không bắt buộc phụ thuộc vào hình dạng xác định.


15

Nhược điểm: Khơng hồn tồn dựa vào q trình vật lý của hiện tượng
xói mịn mà mới chỉ đề cập đến lượng đất tổn thất hàng năm.
 Mơ hình nhận thức phức tạp
Các mơ hình loại này được xây dựng dựa vào bản chất vật lý của hiện tượng
xói mịn lưu vực. Q trình xói mịn lưu vực được mơ tả qua ba q trình
chính:
1. Q trình bóc tách các hạt đất do năng lượng của hạt mưa.
2. Quá trình chuyển tải hạt đất do dòng chảy mặt gây nên.
3. Quá trình bồi lắng do khả năng chuyển tải của bề mặt lưu vực nhỏ hơn

nồng độ tập trung các hạt. Mỗi quá trình đều tuân thủ những định luật vật lý
và có thể mơ phỏng được.
Tồn bộ ba q trình trên là liên tục và tạo nên động lực của q trình
xói mịn trên bề mặt lưu vực
Ưu điểm quan trọng nhất cần phải kể tới của mơ hình nhận thức phức
tạp là nó đã khắc phục nhiều nhược điểm của mơ hình nhận thức đơn giản.
Cách phỏng sát với q trình xói mịn trên bề mặt lưu vực, vì thế, cho phép
xem xét phản ứng của hệ thống thuỷ văn khi muốn thay đổi một bộ phận hay
toàn bộ cấu trúc của hệ thống.
Nhược điểm dễ thấy của mơ hình nhận thức phức tạp là địi hỏi lượng
thơng tin đầu vào tương đối lớn và chính xác.
1.2.2.2. Mơ hình kinh nghiệm
Mơ hình kinh nghiệm là các mơ hình được xây dựng dựa vào tổng kết
từ các quan sát thực tế. Mục đích của các mơ hình này là để tính tốn lượng
đất tổn thất trung bình hàng năm cũng như dự báo xói mịn đất bình qn trên
đất dốc. Ngồi ra, việc sử dụng các mơ hình cũng cho phép dự báo những


16

thay đổi về xói mịn đất do biến đổi trong hệ thống canh tác và đề xuất, ước
đoán hiệu quả của
các biện pháp phịng chống xói mịn.
 Mơ hình USLE ( Universal Soil Loss Equation )
Một trong những phương trình tính xói mịn đất được áp dụng rộng rãi
nhất trên thế giới là phương trình mất đất phổ dụng (USLE) của Wischmeier
và Smith (W-S). Nó biểu thị lượng đất bị xói mịn là hàm của các nhân tố tự
nhiên và các hoạt động của con người.
Bản chất của phương trình đất của Wischmeier và Smith (W-S) là phân
biệt từng đại lượng biến đổi và trình bày nó bằng số nhân các chỉ số xói mịn

đã biết của một số yếu tố tự nhiên với nhau ta xác định được khối lượng mất
đất do xói mịn. Phương pháp này khá đơn giản, song điều kiện tự nhiên của
các đới, khu vực đưa vào đánh giá rõ ràng là không dễ, mà phải có quan trắc
định lượng trực tiếp mới có kết quả tốt được. Phương trình mất đất phổ dụng
có dạng:
A = R.K.L.S.C.P

(1.1)

Trong đó: A - lượng đất mất trung bình hàng năm chuyển tới chân sườn
(kg/m2.năm)
R - hệ số xói mịn do mưa (thang đo độ xói mịn được lập trên cơ sở
EI30) (KJ.mm/m2.h.năm)
K - hệ số kháng xói của đất (được xác định bằng lượng đất mất đi
cho một đơn vị xói mịn của mưa trong điều kiện chuẩn, nghĩa là chiều dài
sườn là 22,4m, độ dốc 9%, trồng luống theo chiều từ trên xuống sườn dốc)
(kg.h/KJ.mm)
L - Hệ số chiều dài sườn dốc, tỷ lệ đất mất đi của thửa đất so với
lượng đất mất đi của thửa đất chuẩn (không thứ nguyên)


17

S - Hệ số độ dốc (tỷ lệ đất mất đi của thửa đất so với lượng mất đất
của thửa đất chuẩn) (không thứ nguyên)
C - Hệ số cây trồng hoặc lớp phủ (không thứ nguyên) tỷ lệ lượng
đấtmất của thửa đất so với lượng đất mất đi của thửa đất chuẩn (bỏ hoá cách
năm)
P - Hệ số canh tác bảo vệ đất (không thứ nguyên) tỷ lệ lượng đất
mất đi của thửa đất so với lượng đất mất đi của thửa đất chuẩn (trồng luống

theo chiều từ trên xuống sườn dốc)
 Mơ hình mất đất phổ qt hiệu chỉnh RUSLE ( The Revised Universal
Soil Loss Equation )
Mơ hình RUSLE được phát triển trên cơ sở mơ hình USLE. Mơ hình
RUSLE cập nhật thơng tin của dữ liệu đầu vào và kết hợp với một số q
trình của xói mịn đất. Công thức chung của RUSLE được biểu diễn như sau:
A = R.K.LS.C.P

(1.2)

Trong đó: A - lượng đất mất trung bình hàng năm (kg/m2.năm)
R - hệ số xói mịn do dịng chảy và lượng mưa
K - hệ số xói mịn của đất (tấn/ha/đơn vị của R)
LS- hệ số ảnh hưởng của địa hình
C - hệ số ảnh hưởng của độ che phủ đất và biện pháp canh tác
P - hệ số ảnh hưởng của áp dụng biện pháp bảo tồn đất
 Các mơ hình bán thực nghiệm
+ Phương trình mất đất phổ dụng cải tiến (Modified Universal
Soil Loss Equation - MUSLE): năm 1975, Williams đã đề nghị cải tiến
phương trình tương quan của mơ hình USLE thành:
Sye = Xe*K*L*S*Ce*Pe

(1.3)


18

Trong đó, Sye là lượng vật chất (đất, bùn, cát) hình thành do xói
mịn đất (tấn/ha/ngày):
Xe =

*(Qe. qp) 0.56

(1.4)

Trong đó:
α là hệ số thực nghiệm;
Qe là tổng dòng chảy mặt hình thành do nước mưa (mm/ha);
qp là lưu lượng dịng chảy mặt cực đại (m3/s); và
K, L, S, Ce, Pe được xác định và định nghĩa tương tự như trong mơ
hình USLE.
+ Mơ hình Morgan, Morgan và Finney (MMF): năm 1984, Morgan và
nnk đã phát triển một mơ hình để dự báo lượng đất mất trung bình hàng năm.
Với mục đích cố gắng giữ ngun tính đơn giản của mơ hình USLE kết hợp
với một số kỹ thuật mới trong nghiên cứu các pha của q trình xói mịn gồm:
pha nước (năng lượng của hạt mưa phá vỡ cấu trúc của đất) và pha vận
chuyển, bồi lắng vật chất. Sự vận chuyển và bồi lắng vật chất trong q trình
xói mòn đất là kết quả của sự tách các hạt đất ra khỏi các tập hợp (phá vỡ cấu
trúc của đất) bởi dịng chảy mặt hình thành do nước mưa. Do vậy, pha vận
chuyển và bồi lắng vật chất gồm 2 phương trình tính tốn, phương trình thứ
nhất để tính toán khả năng phá vỡ cấu trúc của đất, tách các hạt đất và phương
trình thứ 2 dùng để tính tốn khả năng vận chuyển vật chất của dịng chảy
mặt. Mơ hình MMF gồm 6 phương trình thành phần với tổng số 15 thông số
đầu vào (Bảng 1.1).


19

Bảng 1.1: Chức năng và các thông số của mô hình xói mịn đất MMF
- Pha nước:

E = P*(11.9 + 8.7*logI

R: Lượng mưa trung bình (mm)
(1.5)

Rn: Số ngày mưa trong năm

Q = R*exp(-Rc/R0)

I: Cường độ mưa (mm/hr)

Trong đó:

A: Tỷ lệ phần trăm giữa lượng nước

Rc = 1000*MS*BD*RD*( Et/E0)0.5

nước mưa hình thành dòng chảy

(1.6)
R0 = R/Rn

(1.7)

mặt (%)
Et/E0: Tỷ số giữa lượng bốc hơi thực

- Pha vận chuyển và bồi lắng:
F = K*(E*e-0.05*A)*10-3

(1.8)

G = C*Q2*sin(S*10-3)

(1.9)

Trong đó:
E: Năng lượng kinetic của nước mưa
(J/m2)
Q: Độ sâu dòng chảy mặt (mm)
F: Khả năng phá vỡ cấu trúc đất dưới
tác động của hạt mưa (kg/m2)
G: Khả năng vận chuyển vật chất của
dòng chảy mặt (kg/m2)

mưa bị giữ lại trong đất với lượng

tế (Et) và lượng tiềm năng (E0)
MS: Độ ẩm đất trước thời điểm mưa
tương ứng với 1/3 đơn vị áp suất
(% w/w)
BD: Tỷ trọng của lớp đất mặt
(mg/m3)
RD: Tầng dày lớp đất mặt (m) được
xác định là tầng dày đất tính từ bề
mặt đến lớp đá mà nước mưa
không thể thấm qua được
K: Chỉ số kháng xói của đất (g/J)
được định nghĩa là lượng đất bị
tách ra khỏi cấu trúc trên đơn vị

năng lượng của nước mưa
S: Độ dốc của bề mặt địa hình


20

 Một số mơ hình dựa trên các q trình tự nhiên
Các mơ hình kinh nghiệm có những hạn chế: Phạm vi ứng dụng mang tính
địa phương, có độ chính xác hạn chế khi áp dụng ở những khu vực khác nhau,
chưa đề cập đến quá trình bồi lắng và chuyển tải hạt đất, khơng có khả năng
tính tốn cho từng trận mưa hay các bước thời gian ngắn hơn ….. Nhằm khắc
phục một số hạn chế của các mô hình kinh nghiệm, một số mơ hình mới đã ra
đời như: mơ hình xói mịn áp dụng cho vùng lãnh thổ của Thornes, mơ hình
dự báo xói mịn đất do mưa (WEPP – Water Erosion Preditcion Project)
+ Mơ hình xói mịn áp dụng cho vùng lãnh thổ của Thornes: mơ hình
nghiên cứu định lượng xói mịn đất do mưa dựa trên các q trình tự nhiên
trong cơ chế xói mịn đất, mơ hình kết hợp tính tốn khả năng vận chuyển vật
chất và khả năng bảo vệ đất khỏi xói mịn đất của thảm thực vật thơng qua chỉ
số thực vật chuẩn NDVI (Normalized Diffirence Vegetation Index), phương
2

1.67

trình có dạng: E = k * OF * s

*e

-0.07*v

(1.10)

Trong đó: k - chỉ số xói mịn của đất (mm/ngày hoặc mm/tháng)
OF - dịng chảy mặt hình thành do nước mưa ( mm/đơn vị thời gian
theo lượng mưa )
s - độ dốc (m/m)
v - độ che phủ của thảm thực vật (%)
+ Mô hình dự báo xói mịn đất do mưa (WEPP – Water Erosion Preditcion
Project): Mơ hình dựa trên các q trình vật lý để dự báo và tính tốn lượng
đất bị xói mịn phục vụ cho cơng tác quản lý và bảo vệ lưu vực song, phương
trình dạng tổng quát:

Di = Ki * Ie2 * Ge * Ce * Sf

(1.11)
Trong đó: Di - lượng đất xói mịn phát sinh từ khe rãnh (kg/m3/giây)
Ki - khả năng chống xói mịn của đất (kg/m3/giây)


21

Ie - cường độ mưa (mm/giây)
Ge - chỉ số thảm phủ có điều chỉnh
Sf - yếu tố độ dốc có điều chỉnh
Q trình xói mịn trong mơ hình được thể hiện bằng phương trình
trạng thái ổn định trong mơ hình WEPP, với giả thiết rằng khối lượng bùn cát
phát sinh trong suốt trận mưa được tính tốn gần đúng thơng qua việc sử dụng
số liệu đầu vào ứng dụng với dịng chảy cực đại. Bởi vậy, mơ hình WEPP
khơng phù hợp để xác định động lực của dòng bùn cát phát sinh cực đại hay
lưu lượng bùn cát hình thành trong suốt trận mưa.
1.2.3. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mịn đất

Hiện nay, xói mịn được nghiên cứu mở rộng hơn dưới nhiều loại hình
và tính chất khác nhau. Xu hướng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói
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 mịn và nghiên cứu 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. Điều đáng chú ý
là nhiều nhà khoa học 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. Những điều này sẽ dẫn đến
những sai biệt đáng kể [2].
1.3. Nghiên cứu xói mịn đất ở Việt Nam
Lịch sử nghiên cứu đất đai ở Việt Nam bắt đầu từ hàng trăm năm nay,
cịn cơng tác nghiên cứu phát sinh, phát triển của q trình xói mịn đất và bảo
vệ đất khỏi xói mịn diễn ra trong 4-5 thập kỷ gần đây. Theo Nguyễn Quang
Mỹ quá trình nghiên cứu xói mịn ở Việt Nam có thể chia ra làm 3 giai đoạn:


22

- Giai đoạn một: trước năm 1954
Trước năm 1954, công tác nghiên cứu xói mịn đất ở nước ta hầu như
chưa có cơng trình nào đề cập đến nhiều và sâu sắc. Tuy nhiên, vẫn có hàng
loạt các cơng trình chống xói mịn đất được xây dựng từ thực tiễn sản xuất và
kinh nghiệm sống của người nông dân, minh chứng rõ ràng nhất là hệ thống
ruộng bậc thang được xây dựng trên đất dốc của đồng bào các dân tộc
H.Mông, Dao… ở Đông Bắc, Tây Bắc Việt Nam.
- Giai đoạn hai: từ năm 1954 – 1975
Đây là thời kỳ cách mạng Việt Nam bước vào một giai đoạn mới. Hai
nhiệm vụ đặt ra là xây dựng Chủ nghĩa xã hội ở miền Bắc và tiếp tục làm

cách mạng dân tộc, dân chủ ở miền Nam. Trong thời gian này tuy cịn bề bộn
cơng việc phải làm, sự nghiệp cách mạng cịn nhiều khó khăn, nhưng Nhà
nước vẫn
đặt ra nhiệm vụ cải tạo sử dụng đất hợp lý và toàn dân làm thuỷ lợi. Phát triển
nông nghiệp ở miền núi là nhiệm vụ cơ bản để phát triển nông nghiệp - cần
chú ý bảo vệ và củng cố đất dốc. Chú ý khi khai thác đất dốc phải bảo vệ
rừng, bảo vệ đất khỏi xói mịn là nhiệm vụ đặc biệt quan trọng, hết sức bức
bách và phức tạp.
Thực tế cho thấy, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm ở Việt Nam, xói
mịn do nước phát triển rộng rãi trên khắp các miền trung du và miền núi. Vì
thế bảo về đất khỏi xói mịn là nhiệm vụ chủ yếu trong chính sách phát triển
nơng nghiệp miền núi.
Nghiên cứu xói mịn đất và sử dụng các biện pháp chống xói mịn đất ở
Việt Nam có thể nói mới bắt đầu từ thập kỷ 60. Trong thời gian này ở miền
Bắc xây dựng nhiều nông trường, nông trang. Hợp tác xã ở trung du và miền
núi lãnh thổ nước ta phần lớn là đất dốc, do đó vấn đề sử dụng hợp lý và có


23

hiệu quả đất đai được nhiều người chú ý nhất là Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc
Trường Sơn v.v… Cán bộ kỹ thuật các nông trường, nông trang đã đề ra hàng
loạt các biện pháp bảo vệ đất khỏi xói mịn. Kết quả nghiên cứu đã được công
bố, một số bài báo cơng trình, đáng quan tâm là cơng trình nghiên cứu của
Nguyễn Ngọc Bình (1962), Nguyễn Quý Khải (1962) và Cao Văn Bính
(1962), Tạ Quang Bửu (1964, 1965), Tơn Gia Huyên (1964, 1965), Trần An
Phong (1973)….
- Giai đoạn ba: từ năm 1975 đến nay
Giai đoạn này nhiều trạm nghiên cứu xói mịn được xây dựng như:
Trạm nghiên cứu xói mịn đất Tây Nguyên tại Hàm Rồng, Pleicu, Gia

Lai (1976-1981), trạm nghiên cứu xói mịn đất Trung du (1981 – 1987) tại xã
Khải Xn, Phú Thọ, trạm nghiên cứu xói mịn Thái Ngun, trạm nghiên
cứu xói mịn Hữu Lũng, trạm nghiên cứu xói mịn của Viện cứu cà phê Đắc
Lắc EKAMAT ở Bn Mê Thuột. Cơng tác nghiên cứu xói mịn và chống xói
mịn trên đất dốc được Nhà nước ta khẳng định là có tầm quan trọng đặc biệt
trong phát triển nông – lâm nghiệp ở trung du và miền núi. Những người
nghiên cứu những nhân tố hoạt động của xói mịn đất ở Việt Nam trong giai
đoạn này đã thu được nhiều kết quả quan trọng, đáng chú ý là các cơng trình
của Bùi Quang Toản (1976), Ngơ Trọng Thuận (1983), Nguyễn Quang Mỹ
(1982) v.v….
Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu xói mịn đất đã sử dụng
Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong nghiên cứu xói mịn, đặc
biệt là trong đo vẽ bản đồ xói mịn đất, đánh giá định lượng các nhân tố ảnh
hưởng đến q trình xói mịn đất: Phạm Văn Cự (1995), Nguyễn Tứ Dần,
Phạm Quang Mỹ (1996), Lại Vĩnh Cẩm (1999), Trần Văn Ý (2000) v.v….